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Transition énergétique : pourquoi et comment ?

Publié en ligne le 8 mai 2022 - Énergie - Climat

Les débats autour de la « transition énergétique » suscitent un intérêt croissant au sein de la société. Pourtant, les enjeux qui la motivent ainsi que les moyens d’y répondre ne sont pas toujours clairement définis. Or il est difficile d’apporter des réponses satisfaisantes à un problème mal posé et la transition énergétique n’y fait pas exception. On voit ainsi fleurir de nombreuses propositions permettant aux différents partis politiques de se démarquer de leurs concurrents, sans que la capacité de ces propositions à répondre ou non en partie aux enjeux imposant une évolution de nos systèmes énergétiques soit toujours démontrée.

Cet article s’attachera tout d’abord à présenter les deux grandes contraintes imposant une évolution profonde de nos systèmes énergétiques avant d’en proposer une déclinaison par secteur.

L’énergie est à l’origine de nos modes de vie

L’énergie est ce qui, en physique, quantifie la capacité d’évolution d’un système. Dès que ce système change de vitesse, de température, de composition chimique ou atomique, ou bien rayonne, de l’énergie est transférée. Plus la quantité d’énergie transférée est importante et plus l’évolution est importante. L’humanité a toujours été limitée dans son développement par l’accès à l’énergie mécanique (mouvement) ou thermique. Pendant l’essentiel de son histoire, seules les énergies humaine et animale étaient accessibles, ce qui limitait notre capacité à transformer l’environnement immédiat (pour le rendre plus sûr, plus confortable…) au nombre d’heures travaillables dans une journée.

Au tournant des années mille, les moulins à vent et à eau, exploitant d’autres sources d’énergie mécanique, ont commencé à se développer fortement [1]. Cela a permis de remplacer des bras, entraîné un premier exode rural, aidé au développement de l’artisanat, etc. Notre capacité à modeler l’environnement restait cependant limitée.

Tout a changé au tournant du XIXe siècle, avec le déploiement à grande échelle d’un dispositif permettant de convertir de l’énergie thermique abondante (il suffit de brûler n’importe quelle matière d’origine organique, et notamment du charbon, pour produire de la chaleur) en énergie mécanique. Cette invention, bientôt suivie du moteur à explosion qui permet également de convertir de l’énergie thermique en énergie mécanique, fut le déclencheur d’une nouvelle ère de l’histoire humaine. Jamais auparavant l’être humain n’avait pu modeler à ce point son environnement pour répondre à ses besoins et désirs, et accroître ainsi son espérance de vie, son niveau de vie et de confort. Encore aujourd’hui, à l’échelle mondiale, 81 % de l’énergie employée par les activités humaines pour produire les biens et les services qui différencient notre mode de vie de ce qu’il pouvait être avant le XIXe siècle provient des combustibles fossiles : pétrole, charbon et gaz [2].

La double contrainte carbone nous oblige à revoir ce système

En comprenant le rôle absolument fondamental de l’énergie dans notre société, on peut dès lors se demander pourquoi changer aujourd’hui ce système. La réponse réside dans la « double contrainte carbone ».

La première de ces contraintes est le changement climatique, qui menace de rendre une large partie de la planète de plus en plus difficilement habitable, à la fois du fait d’effets directs (évolution des régimes de précipitations affectant les cultures, chaleurs caniculaires, submersions côtières…) et indirects (flux migratoires causés par les effets directs, avec les conséquences en termes d’instabilité géopolitique qu’ils peuvent induire) [3, 4]. L’existence du changement climatique et son origine humaine font aujourd’hui consensus dans le milieu scientifique [5].

Ce changement climatique – extrêmement rapide au regard des évolutions passées du climat – est causé par l’accumulation dans l’atmosphère de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone (CO2) issu de la combustion des matières fossiles (charbon, pétrole, gaz) et le méthane (CH4) issu de l’agriculture-élevage et des fuites à l’extraction, au transport et à l’utilisation de gaz (souvent qualifié de naturel, mais qui est tout autant fossile que le pétrole).

L’autre contrainte carbone, c’est l’épuisement des réserves fossiles, et d’abord pétrolières. Depuis le passage du pic d’extraction de pétrole dit « conventionnel » (celui qui est piégé dans une roche suffisamment poreuse pour qu’une fois un puits foré, il puisse remonter du fait de la seule pression interne du gisement) en 2008 [6], c’est le boom des pétroles non conventionnels (pétroles de réservoir compact aux États-Unis et pétroles issus de sables bitumineux au Canada) qui a permis de répondre à la croissance de la demande. Ce boom s’est opéré au détriment de la rentabilité de l’industrie pétrolière. Cependant, aujourd’hui, l’industrie privilégie à nouveau la rentabilité à la croissance [7]. Elle a donc réduit fortement ses investissements dans de nouveaux forages [8]. Et s’il reste des réserves importantes de pétroles non conventionnels, des incertitudes planent sur la capacité à répliquer ailleurs qu’aux États-Unis le boom du pétrole et du gaz « de schiste » de la décennie passée [9].

Ainsi, il est probable qu’un déficit significatif d’offre pétrolière par rapport aux perspectives de demande se matérialise dans les prochaines années. L’entreprise Total estime que celui-ci pourrait atteindre dix millions de barils par jour à horizon 2025, ce qui représente 10 % de la consommation pétrolière pré-Covid [10].

Soulignons ici un point majeur. Il y a à la fois trop de combustibles fossiles disponibles (dont le pétrole) pour que la contrainte sur l’approvisionnement suffise à limiter le réchauffement climatique à moins de 2 °C, et dans le même temps il n’y en a pas suffisamment pour pouvoir poursuivre durablement notre trajectoire de consommation actuellement en croissance au niveau mondial.

C’est la double contrainte carbone : changement climatique et épuisement des réserves fossiles. Il y a cependant un point positif, c’est que la réponse à apporter à ces deux contraintes est la même : nous défaire progressivement de notre dépendance aux combustibles fossiles.

Les importations : l’éléphant dans la pièce

Si l’on s’intéresse à présent aux émissions de gaz à effet de serre liées à l’ensemble de la consommation française, on constate qu’une large partie n’apparaît pas dans les inventaires d’émission nationaux… car il s’agit des émissions liées aux produits importés. C’est ce qui différencie l’inventaire national (gaz à effet de serre émis sur le territoire, y compris pour produire ce qui est exporté) et l’empreinte carbone (gaz à effet de serre émis dans le monde pour répondre à la consommation d’un pays, c’est-àdire l’inventaire national d’émission, moins les exportations, plus les importations). Ainsi, près de 50 % de l’empreinte carbone des Français provient des importations [11].

Contrairement à une idée largement répandue, ces émissions sont bien moins dues aux transports des marchandises qu’à leur production. Ce qui émet des gaz à effet de serre lorsque vous achetez un ordinateur (par exemple), c’est moins son transport en porte-conteneur depuis l’Asie que l’extraction et le raffinage des matières qui le constituent ainsi que leur assemblage.

Pour réduire ces émissions importées, deux leviers peuvent être activés. Le premier consiste à faire évoluer notre rapport à la consommation afin de réduire la quantité de matière consommée : réparer plutôt que remplacer, recycler, utiliser des équipements plus sobres en matières et en énergie, etc. Faire durer les objets dans le temps permet souvent d’en réduire les impacts environnementaux (dont les émissions de gaz à effet de serre).

Le second levier consiste à réduire les émissions associées à la production. Cela peut passer par la relocalisation d’industries en France où l’électricité est faiblement carbonée, ou l’adoption de nouveaux procédés industriels (réduire le minerai de fer avec de l’hydrogène bas carbone plutôt que du coke, par exemple).

L’empreinte carbone de la France

L’empreinte carbone de la France diminue depuis 2005 (et se situe actuellement autour de 9 tonnes équivalent CO2 par habitant). Cette tendance est le produit d’une diminution continue des émissions sur le territoire national (les émissions directes des ménages et les émissions de la production intérieure hors exportations) et une relative stabilité des émissions importées. Sur la période étudiée, la population française a augmenté, ce qui conduit à une diminution plus rapide des émissions par personne.

Source : Données et études statistiques, ministère de la Transition écologique, 2021. Sur statistiques.developpement-durable.gouv.fr

Origine des émissions de CO2 dues à la combustion d’énergies (2018)

En général, dans le monde, c’est la production d’électricité qui est le premier responsable des émissions de CO2. La France fait figure d’exception du fait de son mix de production déjà largement décarboné. Ainsi, ce sont les transports qui arrivent largement en tête.

Source : AIE (2020), sur le site du ministère de la Transition écologique. Sur statistiques.developpement-durable.gouv.fr

Les transports : 1er émetteur de gaz à effet de serre sur le territoire

Les transports sont le premier émetteur de CO2 issu de la combustion de matières fossiles sur le territoire français (voir encadré), pour environ un tiers des émissions [12]. La voiture particulière arrive en tête, comptant à elle seule pour la moitié des émissions des transports, suivie des poids lourds et des utilitaires. Ces émissions élevées proviennent du fait que 90 % de la mobilité à moteur est alimentée par des carburants pétroliers, le reste étant principalement constitué d’agrocarburants (le premier usage de l’huile de palme dans l’Union européenne est la production de biodiesel [13]).

La volonté de décarboner les transports ne peut s’affranchir d’une réflexion systémique. Substituer les véhicules thermiques par des véhicules électriques sans évolution de leur usage et de leur masse ne suffira pas à atteindre la neutralité carbone. En effet, les émissions de gaz à effet de serre des voitures électriques sont plus élevées à la construction que celles des véhicules thermiques, et beaucoup moins à l’usage (surtout dans un pays où l’électricité est faiblement carbonée comme la France). Ainsi, un véhicule électrique présente la plupart du temps un bien meilleur bilan carbone que son équivalent thermique (division par près de 3 pour un véhicule moyen en France), sans toutefois être nul [14]. Pour réduire ce bilan carbone par véhicule, deux leviers peuvent être actionnés : rendre les véhicules plus sobres en énergie et en matières (en les allégeant) et décarboner la production électrique qui les alimente.

L’allègement des véhicules électriques est également nécessaire du point de vue des matières premières utilisées. La construction d’un véhicule électrique nécessite davantage de métaux que celle d’un véhicule thermique (cuivre pour la propulsion, lithium, nickel et cobalt pour les batteries…). Ces métaux, dont la demande est amenée à croître fortement dans les prochaines années et décennies, risquent de faire l’objet de tensions à même de freiner leur déploiement [15, 16, 17], d’où l’intérêt de les économiser.

Cela implique donc également de repenser complètement l’offre de transports afin qu’elle s’appuie moins qu’à présent sur le véhicule individuel motorisé. Un moyen efficace de diminuer les émissions du transport est de favoriser les mobilités alternatives à la voiture (marche, vélo, transports en commun) et, à plus long terme, de faire évoluer l’urbanisme afin de réduire la dépendance à la voiture en rapprochant les lieux de vie, de consommation et de travail.

Les bâtiments : l’autre grand émetteur de gaz à effet de serre

Les bâtiments arrivent après les transports (et à peu près au niveau de l’agriculture) en matière d’émission de gaz à effet de serre (toujours en France). Ici, c’est surtout le chauffage au fioul et au gaz fossile qui est responsable des émissions.

Pour réduire l’empreinte carbone de ce secteur, l’enjeu est de réussir à la fois à isoler les bâtiments anciens (notamment ceux des années 1950-1970) et d’y remplacer le chauffage par des alternatives non fossiles : pompe à chaleur, solaire thermique, voire biomasse. Si cela peut sembler logique, on en est encore loin. Jusqu’à l’été 2018, l’installation des chaudières à condensation au fioul était encore subventionnée au titre du crédit d’impôts pour la transition énergétique. Et la fin de vente des chaudières à fioul initialement prévue au 1er janvier 2022 a été reportée de six mois…

Concernant le gaz, le gouvernement a certes récemment interdit l’installation de chaudières au gaz dans les maisons neuves (après l’avoir encouragée depuis 2012 et jusqu’à fin 2020 via la réglementation technique du bâtiment RT2012) et instauré des critères de plus en plus contraignants sur les logements collectifs neufs qui devraient conduire à exclure le chauffage exclusivement au gaz en 2024, mais c’est largement insuffisant par rapport aux objectifs climatiques français. Dans les bâtiments neufs, d’autres options que le gaz sont envisageables, d’autant que ces bâtiments sont censés avoir de faibles déperditions thermiques. Et encore une fois, l’essentiel du sujet n’est pas là, mais dans les bâtiments existants, à la fois majoritaires et moins bien isolés. Ainsi, dans le secteur résidentiel, le nombre de logements neufs construits chaque année ne représente qu’environ 1 % du parc total de logements [18, 19], et ces constructions viennent principalement s’ajouter au parc existant, le taux de renouvellement n’étant ainsi que légèrement supérieur à 0,1 % (valeurs pour le Languedoc-Roussillon [20]).

Le secteur électrique : un levier de la décarbonation

L’électricité est le vecteur énergétique le plus facile à décarboner (et en France, il l’est déjà largement). C’est pour cela que son rôle est amené à croître avec le renforcement des politiques climatiques [21]. La stratégie nationale bas carbone française prévoit une division par près de deux de la consommation énergétique finale totale, mais une augmentation de la consommation électrique (de 450 TWh actuellement à 600-650 TWh en 2050) pour aider à décarboner les secteurs des transports, du bâtiment et de l’industrie.

Si l’électricité française est aujourd’hui faiblement carbonée, grâce principalement à l’énergie nucléaire (71 % de la production électrique en 2019), à l’hydroélectricité (11 %) et aux éoliennes (6 %) [22], ce secteur va faire face à de grands défis dans les décennies à venir. En même temps que l’essentiel du parc de production électrique devra être renouvelé (nucléaire, éolien, solaire et fossile), la production électrique bas carbone devra croître pour aider la décarbonation d’autres usages. Or les investissements dans le secteur électrique restent très en deçà de ce qui serait nécessaire pour répondre à ces deux enjeux, d’où l’urgence à agir selon le gestionnaire du système électrique français (réseau de transport électrique ou RTE) [22].

Il ne s’agit donc pas d’opposer les énergies renouvelables au nucléaire (ni même de réduire l’un pour faire de la place à l’autre), mais de développer le tout afin de conserver un bouquet électrique bas carbone tout en électrifiant les usages qui peuvent l’être.

En parallèle, la réduction du parc électrogène fossile pilotable en Europe impose de trouver d’autres gisements de flexibilité (voir encadré), qui devront venir à la fois d’un pilotage accru de la demande (effacements et interruptibilité côté industriel, ajustement de la consigne de chauffage sur la base d’un signal venant du réseau électrique pour réduire la demande de pointe du côté des particuliers, etc.) et du stockage (adaptation de barrages en stations de transfert d’énergie par pompage, services réseau rendus par les véhicules électriques, etc.).

Flexibilité, pilotage, intermittence


Pour le système électrique, la flexibilité est la capacité d’un moyen de production, de consommation ou de stockage à modifier sa courbe d’injection [production] ou de soutirage [consommation] à la demande. Ces moyens flexibles sont indispensables pour assurer le bon fonctionnement du système électrique dont un des besoins fondamentaux est le maintien à tout instant de l’équilibre entre les injections d’électricité et les soutirages.

La flexibilité de la production
La production est historiquement le premier levier de flexibilité du système électrique […]. Tous les moyens de production n’ont pas les mêmes capacités à moduler leur production. Les moyens de production dits « pilotables » comme les centrales thermiques (gaz, fioul, charbon), les centrales nucléaires et une partie des centrales hydroélectriques ont la possibilité de moduler leur production dans une certaine plage de puissance pour répondre au besoin moyennant certaines contraintes techniques de disponibilité, de temps d’allumage et de vitesse de modulation et des coûts associés qui varient fortement d’une filière à l’autre. Ces moyens de production peuvent donc participer activement à l’équilibre entre les injections et les soutirages dans la limite de leurs contraintes techniques.

Inversement, pour d’autres moyens de production, la quantité d’électricité produite dépend de facteurs externes. C’est le cas de la production éolienne, de la production photovoltaïque ou encore d’une partie de la production hydroélectrique […]. [Ce sont les productions dites intermittentes.]

La flexibilité de la demande
Les consommateurs peuvent également participer à l’équilibre du système électrique en modifiant intentionnellement leur consommation, c’est ce qu’on appelle « la flexibilité de la demande ». Cette modification de la consommation, intentionnelle, fait suite à un signal externe (signal tarifaire, sollicitation d’un opérateur d’effacement ou de RTE). Elle n’est donc pas à confondre avec les variations récurrentes de la consommation électrique du site. Lorsque la consommation électrique est intentionnellement diminuée, on parle alors d’effacements.

Aujourd’hui la majorité de la flexibilité de la demande est assurée par de gros industriels qui peuvent générer une capacité de modulation de la consommation importante. Mais les consommateurs plus petits y participent également.

Source : « Qu’est-ce que la flexibilité ? », Commission de régulation de l’énergie (CRE), mise à jour 7 décembre 2020. Sur smartgrids-cre.fr

Conclusion

La transition énergétique ne peut se limiter à une juxtaposition de mesures prises pour elles-mêmes. Il est essentiel de bien comprendre les enjeux auxquels cette transition doit répondre (réchauffement climatique et épuisement des combustibles fossiles) et les mesures prises doivent s’inscrire dans ce cadre. Développer telle ou telle énergie bas carbone ne présente d’intérêt que si cela permet de réduire la consommation de combustibles fossiles.

Dans tous les cas, atteindre la neutralité carbone en 2050 comme la France s’y est engagée, tout en préservant autant que possible la sécurité d’approvisionnement en énergie, est un défi titanesque qui demandera de lourds efforts de la part de la population. Plus qu’un problème d’ingénierie, c’est une question de société. Même en acceptant d’utiliser tous les outils à notre disposition, ce défi demandera de grands efforts d’économie et de flexibilisation de nos usages énergétiques. Si nous décidons de le complexifier en refusant certaines énergies bas carbone, les efforts de sobriété à consentir seront encore plus importants et l’atteinte de nos objectifs climatiques incertaine. C’est un immense défi.

Références


1 | Shepherd DG, “Historical development of the windmill”, technical report, NASA, 1990. Sur osti.gov
2 | International Energy Agency, “Global primary energy demand by fuel, 1925-2019”, 2020.
3 | Intergovernmental Panel on Climate Change, “AR5 climate change 2014 : impacts, adaptation, and vulnerability”, 5th assessment report, 2014.
4 | Intergovernmental Panel on Climate Change, “Global warming of 1.5 ºC”, special report, 2018. Sur ipcc.ch
5 | Intergovernmental Panel on Climate Change, “Climate change 2021 : the physical science basis”, report, 2021.
6 | International Energy Agency, “World energy outlook 2018”, report, 2018.
7 | “US shale drillers cannot contain oil price rise, Pioneer boss says”, Financial Times, 3 octobre 2021. Sur ft.com
8 | Rystad Energy, “Upstream spending, cut by $285 billion in two years, will struggle to recover to pre-pandemic levels”, press release, 12 mai 2021.
9 | Hacquard P et al., “Is the oil industry able to support a world that consumes 105 million barrels of oil per day in 2025 ?”, Oil Gas Sci Technol – Rev IFP Énergies nouvelles, 2019, 74 :1-11.
10 | Paraskova T, “Oil major total sees 10 million barrels per day (bpd) supply gap in 2025”, Oil Price, 10 février 2021. Sur oilprice.com
11 | Haut conseil pour le climat, « Maîtriser l’empreinte carbone de la France », rapport, 6 octobre 2020.
12 | Ministère de la Transition écologique, « Chiffres clés du climat France, Europe et Monde », 2021. Sur statistiques.developpement-durable.gouv.fr
13 | “EU’s palm oil energy use soars despite deforestation threat”, Financial Times, 3 juillet 2019.
14 | Hall D, Lutsey N, “Effects of battery manufacturing on electric vehicle life-cycle greenhouse gas emissions”, The International Council on Clean Transportation, 2018. Sur theicct.org
15 | Rystad Energy, “Millions of electric vehicles may face production delays from 2027 as lithium mining capacity lags”, press release,14 avril 2021. Sur rystadenergy.com
16 | Leyland A, “Lithium ion battery cell prices fall to $110/kWh, but raw material risk looms large”, Benchmark Mineral Intelligence, 1er décembre 2020. Sur benchmarkminerals.com
17 | « L’analyse environnementale », in Futurs énergétiques 2050, RTE, 2021, chapitre 12, 528-615.
18 | Institut national de la statistique et des études économiques, « Les conditions de logement en France », Insee références, février 2017.
19 | Institut national de la statistique et des études économiques, « Le parc de logements en France au 1er janvier 2018 », Insee focus n° 126, octobre 2018.
20 | Institut national de la statistique et des études économiques, « Entre 2010 et 2030, 21 200 logements seraient à construire en moyenne par an », Insee analyses Languedoc-Roussillon n° 8, février 2015.
21 | RTE, « Futurs énergétiques 2050 : les scénarios de mix de production à l’étude permettant d’atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050 », conférence de presse, octobre 2021.
22 | RTE, « Bilan électrique 2019 », synthèse et chiffres-clés, 2019.


Thème : Énergie

Mots-clés : Climat