Dans cet article on va parler environnement et « transition énergétique ». On va parler énergie tout court du coup, au sens physique.
Rapidement, qu’est-ce que l’énergie ? Pour faire simple : l’énergie c’est tout ce qui est apporté pour faire bouger quelque chose, on l’appelle parfois « un système », ou pour le faire changer d’état. Le mot clé est le changement. En effet, d’après la première loi de Newton sur laquelle toute la physique est basée, toute chose persévère dans son état de repos ou son mouvement du moment que rien ne l’influe. Autrement dit, sans énergie il n’y a pas de transformation, de changement.
Plus concrètement, l’énergie c’est ce qui nous permet de nous déplacer, nous et nos voitures, d’allumer des ampoules ou encore de fabriquer l’ordinateur ou le smartphone depuis lequel vous lisez cet article. L’énergie est donc centrale dans notre société et dans nos vies.
Cette énergie est principalement « carbonée » depuis 200 ans environ
Or on a un problème. Depuis la révolution industrielle et la découverte des énergies fossiles (charbon, gaz et pétrole), l’utilisation de ces dernières émet du CO2, qui a un impact sur l’atmosphère et le climat. Et ces énergies sont extrêmement majoritaires dans la « balance » énergétique globale.
Je ne vais pas m’étaler sur le changement climatique ici. Mais rapidement ces 3 ressources fossiles, issues comme leurs noms l’indique de restes fossilisés de vie, comprennent du carbone (puisque la vie sur terre est basée sur cet élément). Hors qu’est-ce que le CO2 ? Du carbone « oxydé » avec de l’oxygène, ce dernier composant 20% de notre atmosphère. Pensez au fer qui rouille c’est le même mécanisme, en gros.
En d’autres termes le pétrole c’est du carbone qui « repose » sous le sol. En le brulant on l’éjecte dans l’atmosphère (oui on ne détruit pas la matière en la brûlant, un autre des principes de base de la physique). A partir de là pas besoin d’avoir fait une grande école pour comprendre que la concentration de ce gaz dans l’atmosphère augmente, ce qui a forcément un impact sur cette dernière et par conséquent sur le climat et la nature tout court.
Car la définition même du climat peut être : « un équilibre entre différents échanges chimiques ». Donc si on change l’équilibre forcément on change l’ensemble. Dans un sens on peut dire qu’on rajoute de l’énergie dans le climat (puisqu’on le change) et que ce transfert d’énergie va avoir un impact en retour. Ce surplus d’énergie causera du changement d’une manière ou d’une autre - mais là je commence à être vraiment abstrait. Le problème, c’est qu’on ne sait pas exactement ce qu’il va se passer, on en a une bonne idée mais certains n’y croient pas et avancent le fait que c’est une prédiction qui pourrait être erronée.
Ce qui est indéniable par contre c‘est que l’on sera impacté et pas forcément en bien, puisque nous et le monde animal sommes habitués à l’équilibre actuel (ajouté au fait que ce changement est extrêmement rapide à l’échelle du climat). On a déjà un exemple devant nous d’un impact de l’homme qui a failli être catastrophique, heureusement identifié et arrêté à temps. Mais comme je disais ce n’est pas le sujet principal ici.
Notre sujet, les énergies renouvelables (ENR), est cependant lié tout de même puisqu’on en parle depuis quelques temps déjà. Ce sont les énergies « du futur » sur lesquelles reposent tous nos espoirs pour nous sortir de notre dépendance au fossile, et donc résoudre les problèmes qui surviendront avec le changement climatique, puisqu’on évitera ce dernier au départ. Ça permet en plus, comme leur nom l’indique, de rendre le tout durable puisqu’on sait que le fossile est limité en quantité, il n’y en aura plus assez un jour. Normal étant donné que le pétrole prend des millions d’années à se former naturellement par exemple (d’ailleurs on peut dire qu’il est renouvelable à cette échelle - mais on est très loin de l’échelle humaine évidemment).
Le problème dans ce discours sur ces soit disant « énergies miracles du futur »… c’est qu’on a déjà été 100% renouvelable précédemment. C’était il y a 250 ans (et avant). On réinvente la roue là.
On connaît déjà la société « tout renouvelable » : c’était il y a 250/300 ans !
Eh oui ça doit vous paraître évident maintenant, pourtant on y pense pas forcément. Notre société entière fonctionnait à l’énergie renouvelable avant, si on considère que les humains font partie des ENR. Ce qui n’est pas débile en soit puisqu’il suffit d’avoir assez de nourriture, qui elle-même pousse… en utilisant l’énergie du soleil (entre autres c’est vrai). Dans un sens on peut dire que l’humain est indirectement un panneau solaire !
Ce n’est pas pour rien que la découverte du fossile a été appelé « révolution industrielle ». Ce n’est pas pour rien que nous avons abandonné ou presque ces énergies renouvelables il y a 200 ans. C’est tout simplement parce que nous n’étions pas capables d’exploser la quantité d’énergie à notre disposition avec le renouvelable. Autrement dit : utiliser les énergies fossiles c’est « plus efficace » que les ENR, historiquement en tout cas.
Au final, revenir au tout renouvelable c’est peut-être revenir « en arrière » ?
C’est une question que personne ne semble se poser dans le débat public, pourtant elle me paraît évidente. On va voir dans la suite en quoi ça devrait être faisable mais à la condition de quand même faire des concessions.
Il nous faut d’abord comprendre pourquoi les énergies fossiles ont atteint une telle domination par rapport aux renouvelables ? C’est très probablement issu de deux critères : l’efficacité comme je disais (qu’on appelle « rendement » dans le jargon énergétique) et la différence de coût, qui est de toute façon liée au rendement.
En effet pour récupérer du pétrole il suffit de faire un trou (là où il y en a) et hop il va jaillir du sol ou presque. Il suffit ensuite de le mettre dans un bidon pour l’amener où on veut (puisqu’il est liquide à température ambiante) et enfin le faire brûler pour chauffer un appartement par exemple (et faire brûler des choses ça on sait faire depuis longtemps !). Forcément c’est bien plus facile à faire que de construire un énorme barrage sur une rivière pour profiter du potentiel de chute de l’eau pour faire tourner une turbine, puis ensuite tirer un câble depuis là et l’amener jusqu’à ce même appartement, où enfin on pourra faire chauffer une résistance électrique pour tenir l’hiver.
La première solution a donc tendance à être moins chère historiquement d’où son utilisation massive de nos jours (si vous voulez plus de détails sur ce sujet je vous conseille mon article sur l’explication du prix d’une ressource). Mais pourtant on a bien construit des barrages comme dans la seconde solution non ? Oui, mais en fait le seul problème c’est que leur ratio comparé au fossile est ridicule, on l’a vu dans le graphique précédent.
Or ce n’est pas pour rien que ce ratio est ridiculement à l’avantage du fossile : il se trouve que les énergies renouvelables ont historiquement coûté bien plus cher que les centrales à charbon. On y revient. Y compris pour les « nouvelles », vous savez celles dont on parle tout le temps à savoir les panneaux solaires et les éoliennes. Mais cela semble changer !
Dans le graphique ci-dessus, le solaire est compris dans le bleu clair en bas (avec l’éolien et d’autres renouvelables peu utilisés comme la géothermie ou la marémotrice). On constate qu’ils viennent à peine de dépasser l’hydroélectrique et… le bois. Le pétrole amène à lui seul presque 10x plus d’énergie encore aujourd’hui, le charbon 4-5x plus… Et si on prend depuis 1950 ou 1980 la tendance est toujours nettement à l’augmentation du fossile au dépend du renouvelable, contrairement à ce qu’on pourrait croire (en regardant la télé notamment). Même le charbon est plus utilisé en 2010 qu’à son précédent pic en 1920 ! C’est seulement depuis 2005 environ que la tendance à l’air de s’inverser. Pourquoi ? Parce que ça coûte (enfin) moins cher !
Les ENR, historiquement beaucoup trop chères par rapport aux fossiles semblent enfin devenir « rentables » !
En effet le solaire et l’éolien sont seulement maintenant en train de devenir aussi « rentables » que les énergies fossiles en coût par watt-heure, alors qu’historiquement ils étaient bien plus cher (comme je disais). Il y a des calculs qui sont fait pour comparer ces prix, source Wikipédia (en anglais). Puisque je suis gentil je vais tout vous expliquer en Français ce qui y est écrit et aller un peu plus loin.
On constate nettement un effondrement du prix du solaire et de l’éolien (dans une moindre mesure), au point que ces derniers seraient maintenant moins chers que le gaz (qui semblait être le moins cher avant ça). On pourrait presque parler d’une nouvelle révolution, à l’échelle de la révolution industrielle ! Pourquoi cet « effondrement » de prix ? Parce qu’on a amélioré les technologies correspondantes, parce qu’on commence à avoir des processus rodés etc, et surtout pas parce qu’il y a eu plus de soleil en 2017 qu’en 2009 !
Alors je ne sais pas vous mais je pense qu’il était temps que le solaire devienne rentable ! Parce qu’il y a un problème majeur pour la « transition verte » : lorsqu’on construit une centrale à charbon on prévoit de l’utiliser pendant x années (en général de l’ordre de 40 ans), et non pas de la remplacer 5 ou 15 ans plus tard par des panneaux solaires. Ainsi à l’heure actuelle le solaire + l’éolien s’ajoutent à la consommation d’énergie mondiale, ils ne remplacent pas les fossiles… C’est flagrant à l’échelle mondiale sur le tout premier graphique de cet article.
Alors attention par contre, il me faut préciser ce que ce calcul de coût par watt-heure prend en compte. D’abord, le coût de fabrication de « l’outil » (de l’appareil, du bâtiment, de la structure etc) qui va transformer l’énergie. On ajoute à ça celui de la consommation de ressource (le cas échéant avec les fossiles), les coûts d’entretien et on met le tout en face de la production électrique moyenne durant la durée de vie. Ce chiffre est lui-même une moyenne d’une tranche qui a plus ou moins d’amplitude.
Il y a cependant une chose, capitale, qu’il ne prend pas en compte, vous l’aurez peut-être deviné : le coût du stockage de l’énergie lorsque la source est inactive, par exemple la nuit pour le solaire ou lorsqu’il n’y a pas de vent pour l’éolien. C’est la problématique majeure des énergies renouvelables dont il faudra trouver la réponse si on veut complètement se décarboner un jour (attention ce lien est climato-sceptique, donc anti-énergies renouvelables, il explique bien les problématiques mais il a tendance à être très négatif, il vaut mieux garder du recul).
On a typiquement ce problème sur les voitures électriques qui doivent embarquer une énorme batterie, son coût et sa durée de vie ne sont pas pris en compte ici. L’une des réponses, au niveau d’un pays en tout cas, serait simplement de diversifier les sources et garder du fossile ou du nucléaire au cas où, en mettant en place un bon système d’analyse, de prédiction et de réaction pour éviter les coupures. Mais ça a l’inconvénient majeur de devoir potentiellement doubler la capacité de production d’un pays, donc d’augmenter le coût de l’électricité en termes concrets puisqu’il faut 2 moyens de production pour un même kWh. Eh oui il faut bien payer l’entretien des centrales qui ne tournent pas mais qui doivent être prêtes à se mettre en route s’il n’y a plus de vent…
Et là je parle juste pour la production d’électricité d’un pays, c’est encore moins « facile » pour les industries, les particuliers ou les transports, à moins de passer au tout électrique. En tout cas, tout ça a un coût que l’on n’a pas avec le fossile et qui n’est pas pris en compte ici encore une fois, d’où probablement le fait que le renouvelable est encore peu répandu comme on l’a vu dans le graphique plus haut.
A noter que ces chiffres changent selon les pays, puisque nous ne sommes pas tous égaux face à l’éolien ou au solaire etc (selon la latitude du pays…), c’est pour donner un ordre de grandeur. Ça vaut aussi pour le fossile : durant mes recherches j’ai trouvé beaucoup de pays où le charbon est moins cher que le gaz et est encore en dessous de ces deux renouvelables, contrairement à ici en Amérique du Nord.
Ça vaut aussi pour le nucléaire d’ailleurs ! Car puisque le coût d’entretien est pris en compte, il faut prendre en compte les salaires des ingénieurs etc, plein de facteurs qui changent beaucoup selon les pays et des contraintes absentes d’une centrale à charbon où il suffit de maîtriser le feu. Bon le calcul n’est pas complet au point de prendre en compte les coûts pour la formation à l’école non plus, ni même la recherche au préalable (surtout qu’en plus elle a tendance à causer des embargos de la part des Etats Unis) ce qui encore une fois montre qu’il n’est pas parfait et qu’il n’est là que pour donner un ordre de grandeur.
Il faut retenir que chaque source d’énergie a ses propres spécificités et contraintes : est-ce que le « tout renouvelable » sera vraiment possible un jour ?
Chaque ressource a en effet ses propres avantages et contraintes : les énergies issues du fossile consomment beaucoup de « matière première », dont le prix varie au court du temps. Le calcul ne peut pas prendre en compte une explosion du prix comme lors d’un choc pétrolier.
A côté d’elles, le nucléaire (fission) en consomme largement moins pour la même puissance énergétique délivrée, mais il fait par contre l’objet de coûts de construction gigantesques au départ, l’investissement à faire en premier lieu est bien plus important que pour une centrale à charbon. Il est ainsi très dépendant des taux d’emprunt par exemple, qui peuvent faire exploser la facture ou non !... Un autre « souci » c’est aussi en cas d’explosion, mais de la centrale cette fois… Rendre une région inhabitable à l’homme… On a connu mieux en termes de risques ! Bon par contre c’est un peu comme les crashs d’avions vs les accidents de voiture, au final il n’y a eu que très peu d’incidents à cette échelle (ouf).
Concernant les ENR il n’y a pas de consommation de matières premières ni de risque d’explosion (hors ruptures de barrages !), le problème est surtout lié aux emplacements, à la surface requise. On ne peut pas construire un barrage hydroélectrique n’importe où, il faut une rivière avec un important différentiel de hauteur (autrement appelé « montagne »). Pour les pays développés on est déjà plus ou moins à l’optimum que ce que l’hydroélectrique peut nous fournir (et c’est une part ridicule de notre production d’énergie).
Pour le solaire et l’éolien il y a une grosse problématique de place. En effet pour 1km² de panneaux solaires (10 hectares) on aura de l’ordre de 10MWh en France. Pour la même surface une centrale nucléaire « fabrique » 4GWh, soit 400x plus d’électricité… Et c’est sans parler de la « coupure » la nuit comme on l’a vu, les panneaux solaires sont inutiles 12h par jour ! Ça ajoute le gros problème lié au stockage de l’énergie ou à la mise en place de centrales de « secours » ou relais. Pour finir, on peut aussi mentionner le fait que pour fabriquer un panneau solaire ou une éolienne il faut… du pétrole ! Donc en soit ces ENR ne sont pas entièrement décarbonnées (même si c’est négligeable comparé à une centrale à charbon). Difficile de s’en sortir…
Il reste encore les moins connues comme la marémotrice, la géothermie ou encore la biomasse (brûler des plantes, le bois en fais plus ou moins partie). Le problème de toutes ces énergies c’est leur rendement. Par exemple les plantes grandissent en absorbant l’énergie du soleil (la photosynthèse), entre autres (sans compter l’eau), on peut donc dire que ce sont des sortes de panneaux solaires. Or le rendement est de l’ordre de 6%, alors que les panneaux solaires actuels (artificiels) sont de l’ordre de 12 à 18%. Ça donne une bonne idée du problème, sachant qu’on est déjà pas loin de notre limite de surface cultivable pour tous nous nourrir (d’où le déboisement massif dans certains pays pour continuer à l’accroître).
Et l’hydrogène / la pile à combustible ? Là y’a peut-être bien idée. La problématique majeure est dans la « création » de cet hydrogène, il faut par exemple faire une électrolyse de l’eau. Comme son nom l’indique cela consomme de l’électricité, donc d’après Lavoisier c’est plus intéressant énergétiquement d’utiliser cette électricité au départ tout court… Mais l’hydrogène pourrait être une réponse à la grosse problématique de stockage. Il y aurait des pertes donc (le rendement de l’électrolyse est de l’ordre de 70%) mais au moins on pourrait avoir du stock d’énergie bien plus facilement qu’avec d’énormes batteries en plomb ? Ça pourrait être une bonne solution pour les transports peut être.
En bref : la transition énergétique, n’en déplaise à certains, c’est encore compliqué… Et pourtant ça urge paraît-il…
D’après ce que l’on vient de voir il me semble que le constat est simple : conserver notre société avec le tout renouvelable est impossible, spécifiquement l’éolien et le solaire, à cause de leur caractéristique principale : ils sont non pilotables car dépendants d’aléas extérieurs. Il faudra obligatoirement autre chose en support : soit avoir des sources pilotables « au cas où », qui seront soit fossiles, soit nucléaires… ; soit avoir de quoi stocker la consommation de plusieurs jours d’affilé, avec une surproduction volontaire les jours ventés. Mais cette surproduction et ce stockage auront un coût car il y aura gaspillage. Un mix de plusieurs renouvelables n’est pas non plus une solution en soit car il y aura toujours le risque qu’il n’y ait pas de vent pendant plusieurs jours. Il faut autre chose en support, que ça soit du stockage ou des centrales pilotables.
Or ces « choses en support qu’il faut en plus » sont des coûts, des surcoûts par rapport aux centrales actuelles, qui évidemment seront répercutés sur le prix de l’électricité. Ainsi conserver notre société actuelle, où on peut faire 300km dans un weekend pour aller voir papa maman, sera probablement assez compliqué, et surtout pour une certaine partie de la population. Après rien ne nous dit que le coût par watt des renouvelables ne va pas encore baisser d’un facteur de 2 ou 3 fois ! Avec un peu de chance…
La fusion nucléaire, la vraie source renouvelable qui nous « sauvera » ?
Et qu’en est-il de la fusion nucléaire me direz-vous ? A première vue c’est en effet LA source d’énergie prometteuse sans risque (contrairement à la fission), et sans grosses problématiques de ressource consommée rejetant du carbone. Mais il y a un problème bloquant : on ne sait pas encore faire ! Et on est loin d’y arriver.
Du coup ça donne deux soucis : c’est une énergie annoncée comme miracle blabla, du coup on part du principe que ça sera le cas. Sauf que non, ce n’est pas comme ça que la science fonctionne dans la réalité : on fait une prédiction et on vérifie par l’empirisme si c’est vrai ou non. Il faudra donc commencer par faire un réacteur qui fonctionne avant d’être certain si en effet c’est viable ou non, question rentabilité. Parce que oui, on pense que ça le sera, mais ça ne le sera peut-être pas en fait.
En effet il faut faire monter à plusieurs millions de degrés la matière pour lancer la réaction de fusion (on appelle ça un plasma), et pour faire ça il faut… de l’énergie ! Le but c’est que la réaction dure assez longtemps pour rentabiliser cet apport originel, donc qu’on arrive à l’entretenir et que le champ magnétique pour retenir le plasma fonctionne correctement (un truc de plus qui consomme de l’énergie !). Et il y a aussi un autre effet moins « médiatisé » : la réaction émettra des neutrons qui risquent d’endommager la structure à terme, la rendant d’ailleurs radioactive dans le pire des cas (tout ça c’est prévisionnel et encore rien n’est certain). Il faudra donc peut être bien l’entretenir : encore des coûts « cachés » en plus.
Et de toute façon c’est là que le deuxième problème intervient. ITER en France est construit pour produire le premier plasma en 2025. On l’a construit juste pour prouver qu’on arrivera à créer la situation d’un plasma et à le contenir. Il faudra ensuite faire des plans puis construire le prochain réacteur de test qui permettra de confirmer si le tout est rentable énergétiquement sur la durée. Enfin alors on pourra passer à « l’industrialisation » (source). D’ici le temps qu’on y arrive (estimé à pas avant 2060 strict minimum et il faudra encore le temps de la transition au « tout fusion » pour se décarboner), le GIEC nous dit que les dégâts seront faits…
Conclusion : c’est plus compliqué qu’il n’y paraît, mais ce n’est pas impossible non plus !
Mais ce n’est pas une raison pour se dire qu’on est cuits ! Comme je disais avant de parler de la fusion, il y a des solutions comme avoir une grosse capacité de stockage ou un réseau à l’échelle du continent. Au passage ça peut être autre chose que forcément des batteries, par exemple un réservoir d’eau en hauteur qui serait rempli lors de surplus et qui se viderait quand on en a besoin, des piles à hydrogène etc…
Le tout allié avec une réduction de notre consommation à travers la technologie (les fameuses ampoules LED, double vitrage etc), à terme ça pourrait le faire, le pilotable fossile serait seulement utilisé lors de cas vraiment extrêmes (éclipses ? etc). Mais il me semble qu’il faudra quand même se serrer la ceinture en plus de tout ça. On ne reviendra probablement pas à la société d’il y a 300 ans, mais il est bien possible que l’on revienne partiellement à celle d’il y a 50-75 ans !
Mais personne ne sait réellement de quoi l’avenir est fait. Peut-être aussi que les effets du changement climatique ne seront pas aussi violents et rapides qu’on le pense ? Ce qui est certain… c’est que nous verrons bien !