L’électricité produite par les parcs d’éoliennes ou de panneaux photovoltaïques est actuellement injectée dans le réseau national ou utilisée en auto-consommation. Est-ce vraiment la meilleure utilisation de ces énergies renouvelables pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre ? Pour répondre à cette question, il convient de cerner très précisément l’utilisation que l’on veut faire de cette production d’électricité. Dire : « une éolienne permet d’alimenter en électricité une ville de 2000 habitants » ne suffit pas ! Que faire en période d’absence de vent ? Est-ce qu’une solution appropriée pour un pays l’est aussi pour un autre ?
Toute utilisation rationnelle de ces sources d’énergie renouvelable devrait plutôt se faire selon un principe physique simple: adapter la consommation d’électricité de l’utilisateur final à la nature intermittente de ces sources.
Échelles caractéristiques de temps
Les sources de production d’électricité ne fonctionnent en effet pas toutes de la même manière en ce qui concerne la durée pendant laquelle elles peuvent effectivement en produire. Les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques ne fonctionnent que lorsqu’il y a suffisamment de vent ou de soleil. Cette évidence saute aux yeux quand on l’écrit, elle n’est pourtant pas toujours considérée à sa juste valeur.
Les centrales hydrauliques, les centrales thermiques à gaz et les centrales nucléaires peuvent quant-à-elles produire de l’électricité en continu. Elles sont aussi plus ou moins facilement pilotables, c’est-à-dire que l’on peut moduler, à la demande, leur production d’électricité. Les centrales thermiques à gaz et les centrales hydrauliques peuvent le faire très rapidement. La modulation de la production des centrales nucléaires ne peut se faire par contre qu’à une échelle de temps bien plus grande afin d’assurer leur fonctionnement de façon optimale et en toute sécurité.
Situation actuelle en France
Afin de garantir une production d’électricité suffisante pour alimenter un pays comme la France, et garantir en même temps un minimum d’indépendance vis-à-vis des pays étrangers, on doit impérativement se projeter loin dans l’avenir. Pour ce faire, et compte tenu des nombreuses incertitudes à la fois d’ordre climatiques mais aussi géopolitiques inhérentes à ce genre d’exercice, il est indispensable de se référer à des principes simples.
La situation actuelle en France est de ce point de vue pour le moins paradoxale. L’électricité produite par les sources d’énergie renouvelable est injectée directement dans le réseau national pour être utilisée en complément de l’alimentation de base par les centrales nucléaires. Cette alimentation de base est aussi modulée pour tenir compte des évolutions prévisibles de la consommation selon les saisons, entre le week-end et les autres jours de la semaine, ou encore en raison de la variation prévisible de la consommation intra-journalière. Toute variation sur des échelles de temps courtes, et non prévisibles, de la production d’électricité par les sources intermittentes d’énergie renouvelable doit alors être compensée par les centrales hydrauliques et les centrales thermiques à gaz. Elles seules en effet peuvent le faire de façon quasi-instantanée. Elle peut aussi être compensée par l’importation d’électricité de pays voisins.
La mise en œuvre de parcs d’éoliennes et de panneaux photovoltaïques implique donc, en France, un fonctionnement non optimal des centrales nucléaires. La puissance injectée dans le réseau de ces centrales doit en effet s’adapter à la production moyenne d’électricité de ces sources intermittentes que l’on peut anticiper selon les prévisions météorologiques et l’alternance jour-nuit. Elle induit aussi inévitablement l’utilisation de centrales thermiques à gaz, ou de centrales hydrauliques, pour faire face aux fluctuations rapides de la production d’électricité suite aux variations momentanées de vent ou de soleil sur le territoire français. Leur installation ne permet ainsi en rien de réduire autant qu’elle le devrait l’émission de gaz à effet de serre par les centrales thermiques à gaz. Elle pourrait même paradoxalement l’augmenter par la nécessité d’utiliser ces centrales pour faire face à ces fluctuations rapides, en complément des centrales hydrauliques.
Un scénario alternatif
Pour avoir une utilisation rationnelle des sources d’énergie renouvelable, la consommation de l’électricité produite par les parcs d’éoliennes ou de panneaux photovoltaïques doit plutôt pouvoir s’adapter à la nature intermittente de leur production. Compte-tenu de la prévision ambitieuse d’installation des sources d’énergie renouvelable dans les années à venir, il convient de leur trouver une utilisation de même ampleur et aussi délocalisée dans l’espace que l’est l’installation de ces parcs.
Il est rassurant de voir qu’une telle utilisation existe et se développe déjà ces dernières années, notamment en France : il s’agit de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cet hydrogène est appelé « hydrogène vert » et l’on peut par ailleurs le stocker pour s’adapter très simplement à l’intermittence des sources d’énergie renouvelable. Il est ensuite utilisé comme combustible, avec l’oxygène de l’air, dans des piles à combustible pour produire de l’électricité en rejetant simplement de l’eau ! Des trains TER, fonctionnant autrefois au gasoil, et des bus circulent d’ores et déjà avec de telles piles couplées à un moteur électrique. On peut même voir des voitures particulières fonctionnant à l’hydrogène. Certains constructeurs en propose déjà à leur catalogue.
On arrive ainsi à un scénario particulièrement naturel au fur et à mesure du développement des technologies à hydrogène et de l’installation de nouveaux parcs d’éoliennes et de panneaux photovoltaïques. La mise en service progressive de trains TER fonctionnant à l’hydrogène permet le développement de centres de production et de stockage d’hydrogène sur une grande partie du territoire Français. Cela permet ainsi d’envisager à court terme aussi la mise en service de nouveaux bus urbains fonctionnant à l’hydrogène, en profitant de l’expérience acquise et des installations déjà mises en œuvre. Avec la réduction des coûts prévisibles pour l’installation de centres de production d’hydrogène, à une échelle d’une dizaine d’année typiquement, il sera alors réaliste d’envisager le développement à plus grande échelle de bus, camions, voir voitures électriques fonctionnant à l’hydrogène.
Ce scénario a de nombreux avantages :
- il permet de ne plus avoir besoin d’utiliser les centrales thermiques à gaz, émettrices de dioxyde de carbone, pour faire face à la modulation rapide de la puissance électrique injectée dans le réseau liée à l’intermittence des énergies renouvelables;
- il permet au contraire de réduire l’émission de gaz à effet de serre dans les transports, domaine particulièrement émetteur de dioxyde de carbone;
- il permet aussi d’utiliser à son maximum la puissance installée des parcs d’éoliennes ainsi que des centrales nucléaires, par une parfaite adéquation entre production et consommation, à la fois dans l’espace et dans le temps.
La situation à l’étranger
Il est intéressant de comparer à ce sujet la situation de la France à celle de l’Allemagne. La production de base en électricité est essentiellement assurée en Allemagne par les centrales thermiques à gaz et au charbon, avec une production nulle des centrales nucléaires. Toute production, même intermittente, des sources d’énergie renouvelable permet ainsi de limiter d’autant l’utilisation des centrales thermiques au charbon particulièrement émettrices de gaz à effet de serre. Elles ont alors un réel impact sur la quantité de dioxyde de carbone émis, contrairement à ce qui se passe en France.
La situation actuelle – tant du point de vue du changement climatique que géopolitique – nous impose de trouver des solutions novatrices qui doivent s’inscrire dans la durée. Il est indispensable dans ce cadre de s’appuyer sur des scénarios simples et rationnels. Celui proposé ici en est un exemple concret.