Transition énergétique vers le tout électrique ?

Les écologistes et les citoyens roulés dans la farine…

Face au mouvement des « Gilets jaunes » qui s’est cristallisé à l’occasion de l’application de nouvelles taxes sur les carburants, plus particulièrement sur le gazole, le gouvernement oppose l’urgence d’une « transition énergétique »…

L’idée générale est de bannir le « thermique » au profit de l’« électrique », à l’instar de la voiture dont les gouvernants souhaitent la mutation totale à l’horizon 2040. Il en est de même pour les chaudières au fioul, comme il le sera un jour pour celles au gaz…

Voitures électriques, pompes à chaleur… avec quelle électricité ?

Il ne suffit pas de consommer plus d’électricité, il faut la produire ! Comment ?
La question est d’autant plus légitime qu’il n’est question que de fermeture des centrales nucléaires vieillissantes sans réelle stratégie de remplacement. Certes, les particuliers sont fortement incités à investir dans le photovoltaïque par des prix de rachat de l’électricité particulièrement attractif, comme ils sont encouragés à changer leurs voitures thermiques (notamment les diesels) pour des véhicules électriques.

Il y a là une singulière incohérence… Comment peut-on compter sur le photovoltaïque, qui ne peut produire de l’électricité que le jour, pour recharger les batteries des voitures électriques la nuit ?…

À quels besoins doit servir la production photovoltaïque et par quelle astuce va-t-on satisfaire les besoins d’un parc automobile converti à l’électrique d’ici à vingt ans ?
Le sujet est complexe. Nous vivons des mutations multiples qui rendent les prospectives hasardeuses. Toutefois, prévoir n’est pas prédire l’avenir, mais envisager les différentes possibilités…

Alors, tant pis si nous n’avons pas toutes les informations souhaitables pour étayer une hypothèse solide. Contentons-nous de dégager les grandes tendances de cette mutation voulue vers le tout électrique. Il s’agit de mettre en lumière les points critiques d’un projet et de fournir les axes d’approfondissement. Nous ferons donc avec les informations que nous avons pu collecter pour asseoir une première réflexion.

1 – État des lieux

Avez-vous le profond sentiment de faire un geste pour sauver la planète lorsque vous mettez votre cafetière électrique en marche le matin ? D’où vient cette électricité ? D’une éolienne ? D’un panneau solaire ? D’un barrage ? Elle provient sans doute d’une centrale nucléaire ou peut-être d’une centrale à charbon… Un peu de tout ça en fait. L’électricité n’a pas d’odeur, pas de signature distinctive. La production française en 2017 était d’origine nucléaire à plus de 70 % pour environ 10 % de centrales thermiques, autant que l’électricité d’origine hydraulique, le reste se partageant entre l’éolien, le solaire et les bioénergies. Cela veut dire que nous sommes tributaires à plus de 80 % d’énergies endogènes (ne provenant pas de l’action solaire).

En l’état, il y a donc un très gros effort à faire pour parvenir à une transition énergétique neutre sur le climat… Voyons donc les ordres de grandeur de ce que représente le parc automobile, d’une part, et celui des chaudières à fuel, d’autre part…

Voyons d’abord ce qu’il en est du transport routier.

Celui-ci représentait une consommation de 48,8 Mtep en 2014, soit l’équivalent de 566 TWh. Cela dit, il ne s’agit pas d’une énergie électrique disponible sur le réseau. L’on ne peut pas la comparer directement à la production électrique des centrales. Pour celles-ci on mesure l’énergie fournie au réseau et non celle consommée. À titre de comparaison, la France a produit 529 TWh d’électricité en 2017…

Il faut donc se livrer à une délicate estimation de l’équivalence électrique du besoin du transport routier. Une première approche est de comparer le rendement d’un moteur électrique à son homologue thermique. L’on est alors dans un rapport de 1 à 3… Mais, il s’agit là de cas d’utilisation optimale des moteurs au banc d’essai, en dehors des contraintes d’utilisation pratiques. Une voiture thermique consomme du carburant même à l’arrêt (au feu rouge, par exemple, ou dans les embouteillages), là où la voiture électrique ne consomme que si elle roule…

Enfin, ça ce sont les arguments avancés par les vendeurs de véhicules électriques. Tout n’est pas aussi rose. Pour avoir une autonomie qui permette de sortir du trajet périphérique local, il faut embarquer plus de batteries… Ce qui signifie plus de poids. C’est comme si nous roulions avec plusieurs passagers supplémentaires à bord. – Cela pose un énorme problème pour les véhicules utilitaires qui voient ainsi la charge utile sérieusement amputée –. Ce poids se paie par un excès de consommation lors des accélérations (démarrages, dépassements) ou lors de circulation sur des routes vallonnées…

Un autre point concerne l’autonomie l’hiver. Dans les voitures thermiques le chauffage est gratuit. L’on introduit dans l’habitacle une partie de l’air réchauffé par le radiateur… La voiture électrique n’ayant pas de radiateur, c’est une résistante chauffante qui est alimentée, que la voiture roule ou non… Or un habitacle automobile est une véritable passoire énergétique : pas d’isolation de la carrosserie, pas non plus de doubles vitrages !

Alors avantage à la voiture électrique, en ville, sur le plat et en été. Mais, avantage à la voiture thermique l’hiver sur les routes de montagnes…

À défaut de pouvoir chiffrer ces données nous resterons sur notre première approche, quitte à revoir cette donnée ultérieurement. Ce qui nous donne une équivalence électrique des besoins du transport routier de 189 TWh, soit la moitié de la production nucléaire en 2017.

Voyons maintenant ce qu’il en est d’une mutation des chaudières au fioul vers des pompes à chaleur.

En 2014, la consommation de fioul domestique a été de 6,4 millions de tonnes, soit 75 TWh thermique.

Là aussi il faut se poser la question de l’équivalence de ce besoin en termes de consommation électrique. Une pompe à chaleur air-air ou air-eau a un COP (cœfficient de performance) annoncé allant jusqu’à 4. Cela veut dire que pour 1 TWh électrique consommé la pompe fournit jusqu’à 4 TWh thermique (par pompage des calories contenues dans l’air extérieur).

Il s’agit là de conditions optimales. En cas de températures négatives ce rendement baisse très sérieusement et il peut être nécessaire de recourir à un chauffage d’appoint ou une résistante chauffante intégrée dans le système. Nous retiendrons donc un COP moyen de 3 pour tenir compte d’une consommation moyenne, soit un besoin de 25 TWh électrique…

Nous obtenons donc un besoin supplémentaire prévisionnel de 214 TWh de consommation électrique (chiffres de 2014) à l’horizon de 2040. Cela représente une augmentation de 40 %. Soit une consommation totale d’environ 743 TWh… pratiquement deux fois la production électrique du parc nucléaire français (379 TWh en 2017).

Il n’est donc pas nécessaire de fermer des centrales nucléaires pour parvenir aux objectifs de la transition énergétique fixés par le gouvernement de ramener la part du nucléaire à 50 % de la production électrique en France. Il suffit d’amener les Français à consommer plus d’électricité. Comme quoi la transition consiste à ne surtout rien changer de fondamental

2 – Comment produire 40 % d’électricité en plus d’ici 2040 ?

Voyons d’abord la typologie des besoins nouveaux

Les besoins pour le chauffage sont saisonniers, avec un maximum au cœur de l’hiver. La demande d’énergie pour le transport sera mieux répartie, bien que nous avons vu que le besoin de chauffage en hiver entraînera une certaine dissymétrie saisonnière. Nous aurons à faire surtout un cycle journalier. La recharge en heures creuses concentrera la demande sur un tiers de la journée (≈ 22 h à 6 h…), ce qui veut dire que la puissance nominale du parc devra être 3 fois supérieure à la demande lissée sur l’année.

Les centrales nucléaires sont incapables de répondre à ce type de variation de la demande. Elle marche en tout ou rien. Leur production annuelle correspond à leur puissance nominale pour le temps moyen de fonctionnement (c’est-à-dire en dehors des opérations de maintenance).

Il est évident que, structurellement, la ressource ne peut pas venir du solaire. Ce ne peut l’être non plus par l’hydraulique (les capacités sont déjà absorbées).

Il reste les centrales thermiques et l’éolien. Celles-ci représentaient respectivement une contribution à la production électrique de 54 et 24 TWh… Sur le papier, en ne regardant que la production annuelle, il faudrait déjà multiplier par 4 leurs capacités pour pouvoir subvenir aux besoins nouveaux… Toutefois, l’éolien ne présente pas suffisamment de souplesse de pilotage pour répondre aux variations aléatoires de la demande. Seul le thermique présente cette caractéristique.

Essayons maintenant d’évaluer les puissances nécessaires

Il faut différencier les besoins pour le chauffage saisonnier de ceux du transport. La demande la plus forte porte sur une période de six à huit semaines au cœur de l’hiver. Elle connaît peu de variations à court terme, mais dépendra de la rigueur de l’hiver. Nous ne pouvons pas nous baser sur les derniers hivers, plutôt doux, pour évaluer les pics de besoins. Il faut compter sur une puissance nominale de 6 à 7 GW pour répondre à ce besoin, soit l’équivalent de trois centrales comme celle de Porcheville, en région parisienne (arrêtée depuis mai 2017)…

Pour les véhicules électriques, nous avons des variations qui peuvent être importantes au cours de la journée, avec sans doute une certaine tension de la demande la veille des week-ends et des départs en vacances, qui nous orienteront vers la valeur haute de notre fourchette. Nous arrivons à 65 GW, une petite trentaine de centrales de la taille de celle de Porcheville…

L’ampleur de ces chiffres amènera à étaler la période de recharge nocturne et d’encourager les charges partielles diurnes (parking d’entreprises, bornes de stationnement – une nouvelle façon de concevoir les parcmètres…)

Il est fort à parier que les pouvoirs publics plancheront d’ici 2040 sur cette question pour éviter l’implantation de trente centrales thermoélectriques de forte puissance…

3 – Le réseau ? Un maillon faible…

Une chaîne a la résistance de son maillon le plus faible… Le réseau électrique est vieillissant. Aujourd’hui, il est à la limite de ce qu’il peut supporter. Depuis la panne européenne du 4 novembre 2006, des coupures de délestage sont prévues lors des pics de consommation, au cœur de l’hiver. La relative douceur de ceux-ci ces dernières années nous a épargné leur mise en application, mais il n’est pas sérieusement envisageable de consommer plus d’électricité sans revoir l’ensemble du réseau…

Là, nous ne pouvons pas raisonner en termes de prévision des consommations. Il faut pouvoir passer toute la puissance nominale de nos sources de production pour répondre aux pics de besoins. Imaginez une coupure générale. Avec les véhicules électriques, c’est tout le pays qui se trouve à l’arrêt… Il n’y a pas de service minimum. Sans voiture, les infirmières ne pourront pas faire leur tournée, pour ne citer que cet exemple…

L’ensemble des moyens de production en France représente une puissance nominale de 130 GW, qu’il faut porter à 200 GW pour les besoins de la transition énergétique. Cela représente globalement un accroissement de la capacité du réseau d’un peu plus de 50%. Localement, cela peut aller nettement plus haut, notamment pour alimenter des bornes de recharge rapide…

4 – Des solutions alternatives

Est-il urgent et opportun de changer de voiture pour en acheter une autre consommant 10 ou 15 % de moins ? L’on voit très bien l’intérêt pour l’industrie automobile dans son ensemble, mais l’on peut se demander quel est le gain pour la transition énergétique de cette obsolescence réglementaire de nos véhicules et de nos chaudières ?

Il y a mieux et plus durable à faire. Le moteur Pantone, qui consiste à injecter de l’eau dans les cylindres, permet de diminuer la consommation et la pollution de façon sensible.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Quand l’eau est injectée dans le cylindre (non pas dans l’alimentation en air en amont du moteur – attention à certains kits faciles à monter) elle se pulvérise en vapeur, participant à la pression moyenne qui repousse le piston. Cela revient à ajouter une machine à vapeur au moteur traditionnel. Ce gain de puissance a été utilisé en Formule 1 dans les années 80. Il s’accompagne d’un abaissement de la température de combustion, ce qui permet de diminuer les contraintes thermiques sur les pièces mécaniques et de limiter fortement la formation des oxydes d’azote…

L’autre voie consiste à changer l’origine du carburant. C’est alors tout le parc automobile existant qui se trouve amélioré…

Il y a bien sûr les biocarburants. Toutefois il faut veiller à ne pas détourner les terres agraires de leur vocation à nourrir la planète. C’est là le principal frein à leur développement.

À Alicante, en Espagne, une société cultive des microalgues qui recyclent le CO2 pour produire du pétrole de synthèse… Il s’agit là d’un biocarburant à développer directement utilisable par le parc existant… C’est une technologie disponible depuis quelques années déjà. Mais y a-t-il une vraie volonté de trouver une alternative aux produits pétroliers ?

Si vous en avez l’occasion allez visiter le four solaire d’Odeillo, à côté de Font Romeu. Vous lirez sur les panneaux d’exposition que ce centre de recherche a notamment obtenu de l’hydrogène par cracking de l’eau à haute température.

L’on devine aisément l’intérêt des fours solaires pour la chimie. L’énergie est gratuite et disponible à un niveau d’intensité sans pareil… Mais pourquoi financer des études pour réaliser un carburant de synthèse alors que le pétrole était bon marché ? Qui avait intérêt à l’aboutissement de tels travaux ? C’est sans doute pourtant aujourd’hui la voie la plus intéressante à développer.

Les hydrocarbures constituent la forme de stockage de l’énergie la plus dense et la plus simple d’usage. L’utilisation de l’énergie solaire assure la neutralité du processus vis-à-vis du bilan thermique de la Terre. Cela évite de jeter le parc existant, moyennant parfois une adaptation (comme pour le GPL).

Voyons un peu de quoi il retourne. Un hydrocarbure est une chaîne d’atomes de carbone et d’hydrogène, dont la combustion produit du CO2 et de l’eau… et beaucoup de chaleur.

Inversement, on peut recycler ce CO2 et cette eau en un nouvel hydrocarbure grâce aux très hautes températures que permet d’atteindre un four solaire.

5 – Y a-t-il une véritable vision pour sortir de la crise climatique ?

Nous pouvons discuter des engagements de fermeture de certains réacteurs nucléaires et de la part effective qu’aura le parc éolien en 2040. L’on peut ergoter sur les hypothèses concernant les relations entre énergies thermiques et électriques que nous avons prises pour établir ce tableau prospectif… Quoi de plus normal, puisque le but d’une telle étude est justement de faire réagir ?

Le choc pétrolier de 1973, les accidents nucléaires de Three Mile Island (Pennsylvanie, USA), en 1979, et de Tchernobyl (Ukraine, URSS), en 1986, auraient dû être un terreau de réflexion sur notre dépendance énergétique, nous sensibilisant aux recommandations du protocole de Kyoto, signé en 1997, lors de la COP3.

Nous sommes à mi-chemin entre cette prise de conscience concrète et l’horizon 2040. Qu’avons-nous fait ? L’ensemble des énergies nouvelles (éolien + solaire + biocarburants) représente moins de 8 % de la production française d’électricité en 2017… Comment pouvons-nous espérer subvenir aux 40 % supplémentaires dus à la transition énergétique ?

Changer sa voiture diesel contre une voiture électrique ne fait que déplacer le problème, au risque même de l’aggraver (coûts écologiques de déconstruction du parc existant, exploitations de ressources rares, durée de vie des batteries…)

Nous n’avons rien fait pour développer la technologie Pantone, qui apporte des gains de consommation et de pollution. Nous n’avons pas encouragé les recherches de carburants de synthèse. Les carburants d’origine bio-marine, comme celui développé à Alicante, reste à l’état de vitrine…

Le courage politique consiste-t-il uniquement à faire porter aux citoyens la responsabilité du réchauffement climatique et à courber l’échine face aux lobbies de l’énergie ?

Y a-t-il autre chose qu’un langage verbeux derrière les discours solennels sur la transition énergétique ?

La COP21 a été un succès diplomatique remarquable. Mais la diplomatie est l’art de la langue de bois. On s’en tient à des vœux pieux, sans qu’aucune ligne directrice soit clairement donnée pour sortir de la crise climatique en 2100. D’ailleurs, aucun engagement n’a été pris après cette date.

L’on s’engage dans la lutte contre le réchauffement climatique par une politique de petits pas, de mesures à courte vue… Nous agissons comme le ferait un candidat de la course du rhum (course transatlantique reliant St Malo à la Guadeloupe) qui n’aurait que la carte du port de St Malo pour construire sa stratégie de route…

Nous avons les outils. Nous sommes conscients du besoin. Nous avons les compétences requises. Alors, qu’attend le gouvernement pour s’atteler au vrai problème ?
Ce dont nous avons besoin, c’est de développer des ressources énergétiques exploitant de façon intelligente la source solaire, gratuite, renouvelable et neutre sur le bilan thermique de la Terre…

Sources :
https://www.connaissancedesenergies.org/les-transports-en-france-chiffres-cles-retenir-160318
https://www.faq-logistique.com/TL&A-Focus-Feuillet-Environnement-Consommation-Energie-Dans-Transports.htm
https://prix-elec.com/energie/comprendre/statistiques-consommation-france
https://fr.statista.com/statistiques/492730/consommation-fioul-domestique-france/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fioul_domestique_en_France
https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres
https://www.challenges.fr/automobile/dossiers/la-verite-sur-la-consommation-des-voitures-electriques_2623
https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/production-delectricite
http://bilan-electrique-2017.rte-france.com/production/le-parc-de-production-national/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Panne_de_courant_du_4_novembre_2006_en_Europe
https://www.robert-schuman.eu/fr/questions-d-europe/0046-la-panne-electrique-du-4-novembre-2006-un-plaidoyer-pour-une-veritable-politique-europeenne-de
https://www.lemonde.fr/europe/article/2006/11/05/les-precedentes-grandes-pannes-d-electricite-en-france-et-en-europe_830941_3214.html
https://www.econologie.com/avantages-inconvenients-moteur-pantone/
https://www.econologie.com/injection-eau-en-formule-1-renault/
https://news.autojournal.fr/news/1495001/Injection-%C3%A0-eau-moteur-turbo-BMW-Serie-1
http://avenirsanspetrole.over-blog.com/article-micro-algues-faut-il-croire-au-miracle-annonce-72135324.html
http://parisinnovationreview.com/article/des-micro-algues-au-petrole-bleu
http://www.foursolaire-fontromeu.fr

(Climat & Avenir : 2 décembre 2018)

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