Énergie de demain, quelles solutions ?

Comment relever le défi énergétique ?

Quelle est l'énergie de demain ?

Parmi les défis qui se présentent à l’humanité pour les décennies à venir, celui de l’énergie de demain est un des plus importants. Pourtant les pénuries d’énergies qui se profilent à l’horizon ne sont pas encore perçues par le public.

 

L’énergie est à la base de toute l‘économie humaine. C’est elle qui permet de se chauffer, produire et cuire ses aliments, s’éclairer, se déplacer, extraire, transformer et déplacer la matière, diffuser et stocker de l’information… Sans énergie rien de tout ça, l’économie n’existe pas. Les sociétés humaines se retrouvent...En préhistoire.


Historique de l'usage énergétique

Sans énergie du futur, retour à l'énergie animale.

Avant de parler de l'énergie de demain, jetons un coup d'oeil dans le passé....

 

Il y a 2000 ans, les principales énergies étaient humaines, animales et le bois issu des forêts.  L’esclavage a longtemps contribué à fournir une forme d’énergie bon marché. Au 18ème siècle l’Europe de l’ouest connait une quasi-disparition de ses forêts, surexploitées pour la ressource bois. On en laissait pousser les tiges de 10 à 15 ans avant de les couper.  L’apparition et le développement de l’énergie charbon dans la deuxième partie du 19ème siècle va permettre de réduire la pression sur les forêts. Elles vont à nouveau se développer. Le pétrole complétera le potentiel du charbon, puis le gaz. D’autres formes d’énergies apparaissent (hydroélectricité, éolien, solaire, nucléaire…) tout en restant assez peu importantes dans le mix énergétique global, dominé par les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz).

énergie de demain et d'hier.
Crédit Christian Gueritte

Le graphique ci-contre montre l’emploi de l’énergie au cours des âges et les projections prévues par l’IEA (Agence Internationale de l’Énergie) jusque 2040. 

 

Il permet de montrer la place de chaque facteur de production primaire (charbon, gaz, pétrole, hydroélectricité, renouvelables...).


Les contraintes énergétiques au 21ème siècle

Deux contraintes fortes apparaissent à la fin du 20ème siècle :

  • D’une part le réchauffement climatique causé par les gaz à effet de serre incite les humains à tenter de limiter leur emploi (sans beaucoup d’efficacité jusqu’ici…) ;
  • D’autre part les perspectives de production ne sont pas infinies : le pic de production du pétrole est atteint, celui du charbon le semble aussi, celui du gaz suivra. Au-delà de ce pic de production, la disponibilité de l’énergie se raréfie. Les quantités disponibles diminuent chaque année.  

Dans les perspectives de l’IEA, la part charbon et pétrole n’augmentent pas jusqu’en 2040. L’augmentation de la capacité énergétique mondiale vient du développement du gaz et des énergies renouvelables et du nucléaire.

 

Réduire la dépendance aux fossiles pour l'énergie de demain sert un double objectif : éliminer les émissions de gaz à effet de serre et ne pas risquer les pénuries lors de la disparition des fossiles.

Quels sont les substituts aux énergies fossiles ?

Les substituts possibles aux fossiles pour l'énergie de demain sont certaines énergies renouvelables et le nucléaire.

 

Dans les énergies appelées renouvelables on range souvent les énergies issues de la biomasse comme les bio-carburants ou l’énergie bois. Ce ne sont pas des sources d'énergie de demain appropriés pour le développement durable car :

  • Elles monopolisent des terres cultivables, dont l’usage doit être réservé à l’agriculture destinée à l’alimentation, aux forêts ou aux infrastructures.
  • Elles rejettent dans l’atmosphère à court terme le gaz carbonique capté lors de la croissance des végétaux.

Les énergies renouvelables qui peuvent être considérées dans un cadre de développement durable sont :

  • L’énergie hydro-électrique, qui utilise le cycle de l’eau issue des précipitations ;
  • L’énergie éolienne ;
  • L’énergie solaire. 
Bilan GES pour choisir l'énergie de demain
émissions de GES par type d'énergie, cliquer pour élargir

Cependant les bilans globaux de chacune de ces énergies en matière de bilan carbone ne sont pas égaux.

 

Si les éoliennes et l’énergie hydroélectrique ont des bilans en matière d’émission de CO2 (en prenant en compte le cycle de vie complet des installations) qui restent modérés, celui des centrales photovoltaïques l’est moins.

 

Par ailleurs celles-ci sont consommatrices de surfaces importantes pour une production faible, du fait de leur très faible rendement et de la mise en œuvre de matières photo sensibles. On ne peut pas les prendre en compte comme énergie de demain.

 

L’énergie issue des centrales nucléaires n’est pas classée en renouvelable du fait de la combustion de matière première, mais c'est une énergie peu émettrice en gaz à effet de serre. Ceci résulte de son principe de fonctionnement, basé sur la fission et non sur la combustion.

 

Le bilan carbone de l’énergie nucléaire avoisine celui de l’énergie hydroélectrique et est un peu plus favorable que celui de l’éolien. C'est donc une énergie de demain

 

On le voit, les substituts aux énergies fossiles sont limités. L’énergie solaire est limitée par son rendement. L’éolien et le solaire ne peuvent par ailleurs pas produire de façon régulière et constante car soumis aux aléas de la météo et des cycles diurnes. A ce jour, seul le nucléaire est capable de nous apporter une solution de production d’énergie massive et constante, avec un bilan carbone raisonnable. 


Les tendances d'usages

Production et consommation énergétique en France

Prendre en compte la production d'aujourd'hui pour l'énergie de demain
La consommation d'énergie en France par source.

Les usages de consommation d’énergie sont en train de se concentrer vers l’énergie électrique. Les états européens vont interdire la commercialisation de véhicules à moteurs thermiques dès 2035. Sans attendre cette date, les immatriculations de véhicules électriques se développent, contribuant à l’accroissement d’électricité.  Les dispositifs de chauffage à fuel et gaz sont interdits pour les nouvelles constructions. L’utilisation chaque jour plus intense du numérique accroit aussi la consommation d’électricité. Nos besoins en électricité sont croissants et les capacités de production devront suivre pour ne pas générer coupures et pénuries.

 

On l’a vu plus haut les moyens de production à base d’énergies fossiles, très émetteurs de gaz à effets de serre ne sont plus des solutions envisageables. Au surplus elles vont connaitre peu à peu des problèmes de disponibilité, ce qui doit nous inciter davantage à nous en séparer.

 

Les solutions envisageables pour produire de l’énergie électriques se réduisent donc des possibilités réduires :

  • L’hydroélectricité  : cependant en Europe et en France notamment, le potentiel est pratiquement entièrement exploité. De plus les installations en France sont parfois vieillissantes, avec des barrages bientôt centenaires. Ces infrastructures (plus de 400 en France) sont à surveiller et entretenir pour rester opérationnelles. L’efficacité de ces installations est par ailleurs fortement dépendante des enneigements hivernaux en montagne, dont l’intensité pourrait diminuer avec le changement climatique.
  • L’énergie solaire est séduisante sur le papier, mais elle requiert des surfaces considérables, n’est pas neutre en CO2 et la fabrication des cellules est très souvent réalisée en Chine, dans des conditions que nous ne maitrisons pas. La production d’une cellule solaire est intermittente, dépendant de l’ensoleillement, nul la nuit. A ce jour, ce n’est pas une solution qui peut être prise en compte comme énergie de demain compte tenu de son coût écologique.
  • L’énergie éolienne est apte à produire plus que l’énergie solaire. Cependant l’intensité de production est intermittente, dépendant des régimes de vent. Il faut considérer que lorsque l’on installe une capacité de 1MW éolien, l’équipement, compte tenu de l’intermittence des vents, ne produit en moyenne que 20% de cette capacité. A titre de comparaison, il faut 4000 à 5000 éoliennes pour produire l’équivalent d’une tranche de centrale nucléaire, mais à un rythme dépendant de la météo, que l’on ne maitrise donc pas.  

Le nucléaire, seule solution pour produire massivement sans GES...

Reste donc le nucléaire qui a la capacité de produire de façon continue et massive de l’énergie de demain dont nous avons besoin. Il faut alors maitriser les technologies de préparation, fission et retraitement du combustible… Et de disposer de combustible, c’est-à-dire d’uranium.

 

Prenons d’abord la question du combustible. Les centrales nucléaires dans le monde consomment de l’uranium et plus particulièrement de l’uranium 235. Ce minerai et son utilisation présentent des inconvénients :

  • Sa disponibilité n’est pas infinie. Il provient en grande partie, du moins pour la France, de pays critiques, comme de Kazakhstan, qui assure près de 50% de notre approvisionnement. Le risque de rupture d'approvisionnement n'est pas nul. Ne plus disposer d’uranium, totalement ou partiellement n’est pas une situation acceptable et envisageable pour la France.
  • Ensuite la combustion de l’uranium 235 génère des déchets dont nous ne savons pas bien quoi faire à part les cacher dans un coin…  

D’autres solutions existent, comme celle de réacteurs à uranimu 238 et plutonium, qui peuvent utiliser plusieurs types de combustible, dont les déchets de la filière actuelle, et qui représentent plusieurs centaines d’années de consommation… Ces types de centrales restent à développer industriellement : c’était l'objet du projet ASTRID, stoppé par le Président Macron en 2019 pour des raisons incompréhensibles. C’est pourtant la seule voie possible pour devenir complètement indépendants en matière de production énergétique. D’autres pays, comme la Chine, les États Unis ou la Grande Bretagne se mettent à lancer ce type de filière. Il est inconcevable que la France ne relance pas le projet Astrid.

 

Le parc de centrales nucléaires françaises est vieillissant. Construites à partir de la fin des années 70, beaucoup ont plus de 40 ans et font l’objet de programmes de rajeunissement pour pouvoir produire encore jusqu’à l’âge de 50 ans.   

 

Les centrales existantes doivent être remplacées et la taille du parc augmentée pour permettre une production en adéquation avec nos besoins. Remplacer les centrales actuelles ne peut pas se faire suivant les mêmes installations, implantées majoritairement sur les rivières. Le changement climatique affecte leurs débits, qui pourront ne plus être à même d’assurer le refroidissement des centrales à l’avenir. Les nouvelles centrales, qui fonctionneront jusque 2100, seront à installer majoritairement sur les façades maritimes pour pouvoir être refroidies.


Énergie de demain, synthèse

On le voit le nucléaire est incontournable pour assurer nos approvisionnements en électricité. La voie à suivre pour disposer d’une énergie électrique décarbonée, en quantité suffisante ne peut se faire qu’avec le nucléaire, mais à condition :

  • De placer les centrales sur les façades maritimes pour en assurer le refroidissement ;
  • De développer et mettre en service des centrales au plutonium, donc en redémarrant le projet ASTRID.

Cette dernière condition est vitale car il faut considérer que, compte tenu de l’instabilité de plus en plus forte du monde, nos approvisionnements en uranium (235) ne sont pas garantis à moyen terme. Ce risque est renforcé par l’intérêt grandissant de plusieurs pays pour le nucléaire. Cet intérêt va accroitre la demande en minerai uranium dont l’offre restera limitée. La tension sur le marché de ce minerai va s’accroitre. Il faut prendre en compte que dès 2030, l’approvisionnement pourrait connaitre des tensions, alors qu’il ne faut pas compter, même si le projet ASTRID redémarrait, sur une capacité installée à base d'uranium 238 significative avant 2040.

 

C’est pourquoi investir aussi sur d’autres sources d’énergie, comme l’éolien malgré ses défauts, est incontournable, pour ajouter de la capacité disponible, même intermittente, à court et moyen terme et limiter les risques de pénurie dans un contexte de demande croissante en énergie.


L'article "énergie de demain" a été rédigé par Frédéric Durdux