Ce  document  contient  la  transcription  textuelle  d’une  vidéo  du  MOOC  «  Causes  et  enjeux  du  changement climatique ». Ce n’est donc pas un cours écrit au sens propre du terme ; le choix des mots,  l'articulation  des  idées  et  l’absence  de  chapitrage  sont  propres  aux  interventions  orales  des auteurs.

Rechercher les conditions technologiques d’une transition énergétique intelligente

Nadia MAÏZI
Professeur – MINES ParisTech

Quelles potentialités peuvent apporter les technologies aux réductions d'émissions de gaz à effet de serre tant du côté de l'offre, que du côté de la demande ?

1. Contexte de la production d’électricité

Pour illustrer ce propos, je me concentre sur le secteur électrique qui est un secteur emblématique de l'accélération du réel pour trois raisons qui nécessitent sa mutation. La première raison est celle de l'explosion de la demande dans l'électricité qui préfigure des investissements gigantesques. La deuxième raison est que ce secteur est un des premiers concernés par la raréfaction des ressources fossiles puisqu'il est extrêmement émetteur. La troisième raison est qu’il s’agit du premier secteur contributeur puisqu’il pèse pour 45 % des émissions de gaz à effet de serre mondiales. A travers l'étude d'un petit exemple, je vais montrer ce que seraient les conditions d'une transition intelligente de ce secteur, c'est-à-dire une transition qui nous permette à la fois de nous adapter aux changements tout en conservant les qualités de fourniture d'électricité que nous connaissons aujourd'hui, en rationalisant les investissements à venir et en étant le moins émissifs possible.

2. Recommandations

On peut voir une multitude de recommandations émerger pour sous-tendre cet objectif. Tout d'abord, on peut observer ci-dessous la vision DESERTEC. Elle n'a pas abouti mais elle portait sur le déploiement d'énergie intermittente sur l'Europe du Sud et le Maghreb.

A côté de ces sources renouvelables, on a aussi le nucléaire que l'on peut présenter comme une technologie zéro émission. On a aussi des technologies de capture et de séquestration de dioxyde de carbone. On peut aussi proposer des solutions qui sont dites d'instruments et de mesures, c'est-à-dire des instruments de marché : marché du carbone, quotas, taxes, prix, subventions, des engagements nationaux, des lois d'orientation de la politique énergétique, des lois qui inscrivent le Facteur 4 - c'est-à-dire qui disent que, pour nous la France, nous diviserons par quatre nos émissions de gaz à effet de serre à l'horizon 2050 par rapport au niveau de 90, ou alors des engagements internationaux comme ceux qui seront discutés dans les conférences du climat à venir -. Il y a également des bouquets techniques qui sont proposés. Il s’agit de solutions dites d'efficacité énergétique, de smartgrids, c'est-à-dire de réseaux électriques intelligents, villes intelligentes, villes durables, mobilité électrique, biocarburants, réseaux centralisés, décentralisés, etc. En fait, toutes ces propositions constituent un imbroglio de solutions, de recommandations techniques et politiques qu'il s'agit de démêler. Pour cela, il est nécessaire de les prendre en compte dans des visions de long terme qui permettent de réconcilier des échelles de temps et d'espace, de prendre en compte l'aspect systémique de ces solutions, de savoir si l'on n’est pas en train d'appuyer sur un morceau du matelas pneumatique faisant remonter tout le reste, et d'effectuer des arbitrages en conséquence.

3. Exemple de La Réunion

Pour illustrer cela, on peut explorer le cas de l'île de la Réunion qui est une île qui souhaite être 100 % renouvelable en 2030. Elle présente un contexte tout à fait idéal pour le développement de ces ressources. Si on considère des modèles qui permettent de décliner le long terme, des modèles d'offre technologique, on peut par exemple proposer le scénario que vous avez sur la figure ci-dessous et qui permet d'exploiter les ressources naturelles abondantes venant de l'océan : des ressources sur la conversion thermique des océans, les vents (de l'énergie éolienne), le soleil de l'énergie (à base de panneaux photovoltaïques).

On voit que ce scénario, qui était gris au début, c'est-à-dire basé sur des ressources fossiles, essentiellement de l'importation de charbon et des ressources pétrolières, va se verdir et devenir de plus en plus vertueux. Mais une fois que ces scénarios sont élaborés et sont proposés, quelles sont les conditions techniques de leurs réalisations ? Il faut aller plus loin pour comprendre que les systèmes sous-tendus vont être des systèmes complexes comme par exemple le système électrique et que ce système, ce que l'on souhaite, c'est qu'il soit fiable, c'est-à-dire que l'on puisse rétablir sa stabilité après une fluctuation de charge via le contrôle de ces réserves et ces qualités techniques permettent d'envisager en fait des questions de très court terme alors que les visions et les scénarios proposés dans les différentes publications sont des scénarios de très long terme. Pour adresser ces questions, nous avons développé un indicateur de fiabilité qui va permettre d'éviter des événements comme des black-out. Il est intéressant d’évaluer ces combinaisons techniques avec les éléments scientifiques dont nous disposons. Les trois schémas ci-dessous représentent la correspondance de notre scénario de 2030 - 100 % renouvelable à la Réunion, avec ce qui se passerait pendant une journée type d'été si le mix de production d'électricité tel qu'on la conçu était installé.

Complètement à gauche, vous avez un mix qui est 100 % d'énergies renouvelables. On constate, quand on mesure avec nos indicateurs de fiabilité, que l'on va avoir une perte en fiabilité, c'est-à-dire qu'on n'aura pas assez de réserves pour pouvoir assurer l'équilibre offre/demande à chaque instant. C'est traduit d'ailleurs par la pénétration du jaune : on voit que pendant certaines heures de la journée, on a beaucoup de ressources photovoltaïques. Or on sait que cette ressource photovoltaïque est fatale : si on ne l'utilise pas tout de suite, on la perd. On a ajouté des conditions de fiabilité. On a contraint notre scénario pour que la fiabilité dont on dispose aujourd'hui, en référence à notre scénario 2010, soit la même sur l'horizon prospectif de déploiement de ce scénario 100 % renouvelable. On arrive à des résultats très intéressants. Il faut savoir qu'à la Réunion aujourd'hui, le régulateur, c'est-à-dire celui qui opère le réseau (EDF), limite à 30 % la pénétration de renouvelable d'origine intermittente, c'est-à-dire provenant du vent ou du soleil, à chaque instant, en puissance appelée. Or, nous avons pu prouver que l'on pouvait faire pénétrer cette énergie intermittente à hauteur de 50 % sous réserve que l'on installe des capacités supplémentaires de 9,4 % par rapport au scénario 100 % ENR qui ne donnait aucune condition technique à sa réalisation. Si on va un peu plus loin (figure de droite) on se rend compte que si on ajoute en plus du côté de la demande des efforts, c'est-à-dire que l'on réalise ce que l'on appelle du demand side management, de l'effacement (les consommateurs s'effacent pendant certaines périodes, acceptent que certains usages qu'ils font de l'électricité soient décalés), si l'on ajoute du stockage et si l'on ajoute de l'efficacité énergétique (c'est-à-dire si l'on prend des technologies extrêmement efficaces pour réaliser notre production d'électricité), alors le résultat devient encore plus intéressant : non seulement la pénétration des énergies intermittentes peut aller au-delà de 50 %, mais en plus on n’est même pas obligés d'augmenter les capacités supplémentaires ; au contraire, on va diminuer ces capacités installées.

4. Conclusion

Si on considère les enjeux du réchauffement climatique et que l'on cherche une transition adaptée et intelligente, on peut constituer des systèmes techniques qui ont de très bonne qualités par rapport à celles que l'on a aujourd'hui et ne pas simplement déployer des solutions, sans en prendre en compte les contraintes, parce qu'elles sont vendables ou médiatiques. Pour conclure, je vous propose de suivre le principe énoncé par Pascal sur le monde politique : « travaillons donc à bien penser, c'est le principe de la politique ». Surtout, prenons en compte la place du citoyen qui va être sans doute déterminante pour arbitrer dans le futur ces enjeux autour du climat.