Bourrasque

Un blog qui parle d'économie et de politique

À la poursuite des Moulins à vent

Pourquoi les éoliennes ne vont pas changer le monde, en tout cas pas toutes seules.

Don Quichotte faisant face à un champ d’éoliennes Dessin de Guillaume Duchemin tous droits réservés.

La transition écologique, c’est facile : on a qu’à remplacer toutes les sources de production d’énergie polluantes par des moyens de production «écologiques», on remplace les diesels par des voitures électriques, et les centrales nucléaires par des éoliennes et le tour est joué, «Circulez il n’y a rien à voir». Enfin ça, c’est le discours qu’on entend généralement dans les médias. Il faut dire qu’il est pratique ce discours ! Il permet de donner bonne conscience à des citoyens qui commencent à se sentir concernés par les questions environnementales, sans être porteur d’une trop grosse remise en question de la société dans laquelle on vit. Dans cet article, je vais me concentrer sur le cas des éoliennes, et vous montrer pourquoi l’idée de «remplacer» les modes de productions actuels par des éoliennes n’a aucun sens, et pourquoi les gens qui raisonnent sur le coût de l’électricité n’apportent rien de pertinent au débat.

Le but de cet article n’est bien sûr pas de critiquer les éoliennes, gratuitement ou pour faire la promotion d’une autre source d’électricité. Je veux simplement vous convaincre, en partant des contraintes techniques liées à la production, qu’il n’y a pas de solution miracle, à la fois propre, sûre0 et capable produire l’électricité telle que nous la consommons aujourd’hui.

Quelques rappels sur les réseaux électriques

Énergie et puissance

Quand on est dans le domaine énergétique, il y a deux grandeurs physique à considérer : la Puissance qui s’exprime en Watt et l’Énergie qui s’exprime en Joule. La Puissance représente la quantité produite ou consommée à chaque instant, tandis que l’Énergie représente la totalité. L’Énergie est une grandeur pertinente lorsqu’on a affaire à des ressources stockables (il y a une certaine quantité d’Énergie contenue dans un baril de pétrole, ou dans le réservoir d’eau d’un barrage), mais lorsqu’on parle d’électricité, qui n’est pas stockable en pratique, la Puissance est la grandeur la plus intéressante à considérer. D’ailleurs, si vous n’avez pas fait d’études scientifiques, vous n’avez probablement jamais rencontré l’unité Joule, alors que vous êtes entourés d’appareil électriques indiquant leur puissance en Watt: une ampoule de 60W ou un four à Micro-ondes de 2000W par exemple. Le seul moment où une unité d’Énergie est utilisée dans la vie quotidienne, c’est lors de la facturation: le montant de la facture dépendant de la quantité d’Énergie consommée sur l’année, exprimée en kWh (kilowatt-heure, énergie totale consommée en une heure par un appareil d’une puissance d’un kilowatt). Pourquoi l’électricité est-elle facturée en fonction de l’Énergie consommée ? Parce que dans un monde ou les principales sources de production d’électricité sont des ressources fossiles (charbon, gaz, fioul), le coût pour le producteur vient directement de la quantité d’Énergie consommée : 1 kWh consommée représente 200g de pétrole1 brulé par le producteur, ce qui lui coûte une certaine somme d’argent. Mais dans un monde où la production d’électricité est assurée par des centrales nucléaires, ou pire encore, par des énergies renouvelables, raisonner sur l’Énergie n’a pas vraiment de sens : il faut s’intéresser à la Puissance pour avoir des raisonnements pertinents. Et ça a une conséquence directe : comme la facturation est réalisée en Énergie, cela signifie que toutes les analyses des problèmes de production électrique sous l’aspect économique sont bancales et inadaptées, je reviendrai sur ce point en fin d’article.

La physique et la langue française

Physiquement, l’Énergie représente une quantité stockée. Parler d’Énergie n’a donc de sens physique que dans les cas où on peut effectivement stocker quelque-chose. Quand on parle de sources fossiles, on peut effectivement les stocker, par contre on ne peut pas stocker l’électricité en tant que telle, ni stocker le vent, ni le rayonnement solaire. Le problème, c’est que le langage courant n’est pas très rigoureux, et qu’on emploie couramment le mot «énergie» à tort et à travers : on parle couramment de «source d’énergie», d’«énergie électrique», d’«énergie éolienne» ou d’«énergie solaire» quand bien même ça n’a pas de sens physique … 2

Le réseau électrique, toujours à l’équilibre

Si la Puissance est la grandeur la plus importante sur un réseau électrique, c’est parce qu’elle est régie par une contrainte fondamentale : à tout instant sur le réseau, la puissance consommée doit être égale à la puissance produite. Prenons l’exemple imaginaire de la Syldavie : les habitants syldaves consomment 350 MW de puissance électrique pour leurs besoins domestiques, l’industrie quant à elle, consomme 600 MW de puissance, les installations de production d’électricité doivent donc fournir exactement3 950 MW de puissance électrique sur le réseau. Le vent souffle modérément, et les éoliennes syldaves produisent 50 MW de puissance, le reste de la puissance nécessaire (900 MW) est fourni par l’unique centrale nucléaire du pays.

Le réseau électrique est à l’équilibre

Si jamais les conditions de production ou de consommation changent sur le réseau, la production doit s’adapter pour retourner à l’équilibre. Par exemple, si le vent se renforce, la production éolienne va augmenter jusqu’à atteindre 150 MW, comme la consommation n’a pas évolué, il faut toujours produire 950 MW de puissance pour que le réseau soit à l’équilibre, la centrale nucléaire va donc réduire sa production.

Le réseau électrique, toujours à l’équilibre après que le vent s’est mis à souffler la centrale doit maintenant produire 800MW de puissance.

Importations et exportations

Dans le monde réel, les réseaux électriques nationaux sont souvent interconnectés entre-eux, ce qui permet d’équilibrer les puissances produites et consommées à l’échelle de plusieurs pays plutôt que d’un seul et offre ainsi plus de souplesse dans la manière de moduler la production. Malheureusement pour le réseau électrique Syldave, les relations diplomatiques avec son voisin, la Bordurie, ne sont pas au beau-fixe, ce qui empêche la mise en place d’un tel réseau inter-connecté (et simplifie grandement mon exemple).

La consommation électrique

Réciproquement, si les Syldaves allument leur four pour préparer le dîner en rentrant chez eux, la puissance appelée par le réseau va augmenter, les installations de production d’électricité vont donc devoir produire davantage pour équilibrer le réseau. L’équilibrage de la puissance entre producteur et consommateurs est réalisé de différentes manières : les petites variations sont encaissées automatiquement via des mécanismes de régulations, les plus grosses nécessitent un pilotage manuel de la production. En France, c’est RTE qui se charge d’assurer cet équilibre, et qui donne les instructions de productions aux centrales. Et quand on observe les variations de consommation au cours de la journée, on se rend compte que c’est un vrai travail d’équilibrer tout ça :

Variation de la puissance consommée au cours de la journée du 4 janvier en France Source RTE

Cette courbe est caractéristique de la consommation électrique un jour pas trop froid de semaine en hiver : une bosse pendant la journée, culminant entre midi et 13h, un creux dans l’après-midi, puis un pic à 19h et un gros creux pendant la nuit. On constate que les variations sont importantes : lors du pic de 19h, la puissance appelée par le réseau culmine à près de 70 000 MW, tandis qu’elle s’élève à peine au-delà de 50 000 MW à 4h45 du matin. Rien qu’entre 17h et 19h, la variation atteint presque 16 000 MW, soit une augmentation de 25% en deux heures.

Puisqu’il faut que la puissance consommée sur le réseau et celle produite soient toujours égales, il faut que les systèmes de production soient en mesure de varier la puissance produite en fonction de la demande. Si jamais à cause de circonstances exceptionnelles (vague de froid, arrêt fortuit d’une centrale, tempête endommageant les lignes haute-tensions), le producteur ne parvenait pas à répondre à la demande en puissance, le gestionnaire de réseau devrait déconnecter certains utilisateurs pour ramener la puissance consommée à un niveau atteignable par la production, sous peine de faire s’effondrer le réseau tout entier, on parle alors de délestage.

Source pilotable et non pilotables

On l’a vu, alimenter un réseau électrique ce n’est pas seulement être capable de lui fournir une certaine quantité d’Énergie tous les jours, c’est lui fournir à chaque instant la Puissance dont il a besoin. Et puisque la consommation varie au cours de la journée, il faut donc être capable de faire varier la production en fonction. Dans cette partie nous allons donc faire le tour des différentes sources de puissance pour comprendre la marge de manœuvre qu’elles offrent au producteur d’électricité.

a. Le nucléaire

Puisqu’on est en France, je commence par le nucléaire, qui aujourd’hui est de loin la source principale de puissance chez nous. L’ensemble des réacteurs nucléaires représentent 63 000 MW de puissance installée, sur les 130 000 MW de puissance installée en France toute source confondue.4

Au moment de leur conception, les centrales nucléaires étaient pensées pour être des sources de puissance de base, fonctionnant à puissance fixe, et laissant aux autres sources de puissance le soin d’encaisser les variations de la consommation. Elles offrent cependant un certain niveau de contrôle: un réacteur nucléaire peut fonctionner entre 30% et 100% de sa puissance nominale, et avec l’abandon progressif des centrales thermiques et la montée en puissance de l’éolien, elles jouent de plus en plus le rôle d’équilibrage du réseau. Toutefois, cela n’est pas sans conséquences : le fait de faire varier la puissance d’un réacteur nucléaire consomme le combustible plus rapidement (ce qui produit donc plus de déchets nucléaires) et de manière irrégulière. On essaye donc au maximum de limiter les variations de production. De plus, démarrer une centrale nucléaire à l’arrêt est une opération longue (plusieurs jours) et complexe (de la paperasse, et plein de contrôles partout), donc on ne peut pas vraiment jouer là-dessus pour piloter la puissance produite. En plus, quand on connaît les coûts de construction et les coûts opérationnels d’une centrale nucléaire, on a vraiment envie qu’elle tourne au maximum de sa capacité si on veut la rentabiliser.

b. L’hydro-électricité

Deuxième source de puissance en France avec 25 000 MW de puissance installée, la production hydro-électrique se divise en 3 catégories distinctes, classées par ordre décroissant de puissance installée :

1. Les centrales au fil de l’eau et les centrales éclusées

Ce sont des barrages disposés sur des cours d’eau qui n’ont pas ou peu de lac de retenue. On en trouve par exemple un grand nombre sur le Rhône et le Rhin.

centrale hydraulique et écluses de Rhinau La centrale hydraulique de Rhinau, ©EDF touts droits réservés

Ces centrales sont très peu pilotables. Ne pouvant pas stocker l’eau dans un barrage de retenue, l’exploitant n’a que deux options : turbiner l’eau pour faire de l’électricité, ou bien la laisser passer par une voie de contournement et renoncer à produire de l’électricité avec.

2. Les centrales de lac

Situés dans des vallées encaissées de montagne, et alimenté par des cours d’eau de petite taille, ces barrages retiennent l’eau provenant de la fonte des glaces au printemps. Extrêmement flexibles, ils peuvent passer de 0 à 100% de leur puissance en quelques minutes et sont idéals pour encaisser les pics de consommation électrique. Par contre ils sont limités en termes de quantité d’Énergie qu’ils sont capables de produire : une fois que le lac est vide, ils ne peuvent plus rien produire du tout jusqu’à ce qu’il se remplisse à nouveau. L’exploitant doit donc utiliser l’eau de ces barrages avec parcimonie. De plus, l’installation d’un barrage de ce type nécessite des conditions topographiques et géologiques assez particulières, ce qui fait qu’on ne peut en avoir qu’un nombre très limité sur un territoire donné.

3. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)

Le Graal de la production électrique, ce sont des stations installées entre 2 réservoirs : un en haut, et un en bas. Pour produire de l’électricité, il suffit de vider l’eau du réservoir du haut dans le réservoir du bas en turbinant l’eau au passage. Comme une centrale de lac, on peut les allumer en quelques minutes pour avoir la puissance dont on a besoin. La grande différence avec un barrage de lac classique, c’est qu’on peut aussi l’utiliser à l’envers : lorsqu’il y a abondance de puissance disponible sur le réseau, cette station peut pomper de l’eau depuis le lac du bas vers celui du haut, ce qui permet de stocker de l’Énergie, c’est même la seule façon de stocker de l’Énergie électrique qui soit viable à grande échelle. Ce qui est dommage, c’est que les endroits où on peut installer ce genre de stations sont encore plus rares que ceux où on peut mettre des centrales de lac.

Centrale de pompage-turbinage de Kruonis en Lituanie La centrale de pompage-turbinage de Kruonis en Lituanie. Le lac inférieur est au premier plan, une centaine de mètres en contrebas du réservoir situé en arrière plan. ©Watas Arunas Gineitis, licence CC BY-SA 3.0 via Wikipédia

c. Le thermique à flamme :

Par thermique à flamme, on entend tout ce qui fonctionne en brûlant quelque chose : ça peut être une centrale à charbon, ou un groupe diesel, mais ça peut aussi être une centrale à bois ou un centre d’incinération de déchets. Du point de vue du pilotage, ces différents systèmes ressemblent un peu aux centrales nucléaires : on peut varier leur puissance dans une certaine gamme, entre 100% et X%, X dépendant du type de technologie employé. Contrairement au nucléaire cependant, fonctionner à une puissance inférieure à 100% ne pose pas de contraintes particulières. Si on veut descendre en dessous de X% de puissance, il faut alors éteindre totalement l’unité de production. La capacité à allumer et éteindre une centrale thermique dépend de la technologie employée, il en existe de nombreuses, qui peuvent être regroupées en deux catégories : celles qui possèdent un cycle vapeur fermé (les centrales à charbon, les centrales du type «cycle combiné gaz»), et celles qui n’en possèdent pas (moteurs diesels, turbines à combustion simples). Les premières sont assez lentes à l’allumage, et on essaye donc d’éviter de les éteindre, les deuxièmes sont relativement rapides à démarrer mais l’électricité produite coûte généralement plus cher.

d. Le solaire

La production solaire dépend de l’ensoleillement, le gestionnaire de réseau ne peut donc rien faire pour augmenter la production en cas de besoin. Il peut cependant déconnecter les panneaux solaires du réseau en cas de sur-production.

e. L’éolien

Comme pour le solaire, la production éolienne dépend des conditions extérieures. S’il y a du vent, les éoliennes fournissent de la puissance, sinon elles n’en fournissent pas et le gestionnaire de réseau n’y peut pas grand-chose. En cas de sur-production, il est cependant possible de couper la production d’une éolienne, mais des contraintes réglementaires limitent cette possibilité, j’y reviendrai en fin d’article.

L’énergie éolienne

Un peu d’histoire

Moulins de Consuegra Moulins de Consuegra, en espagne ©Hugo Díaz-Regañón, licence CC BY-SA 3.0 via Wikipédia

La force du vent est exploitée par les hommes depuis des millénaires, on trouve les premiers bateaux à voile au moyen-orient dès la fin du Vème siècle avant notre ère. Au Moyen Âge, on se mettra à utiliser le vent pour actionner les moulins. C’est alors la troisième source de force mécanique après la force musculaire (animale et humaine) et les moulins à eau. On s’en sert pour moudre le grain bien sûr, mais aussi pomper l’eau, ou pour différentes activité industrielles (textile, scierie). À leur apogée dans la deuxième moitié du XIXème siècle, on compte près de 200 000 moulins à vent en Europe5. Rendus caducs par la machine à vapeur, le moteur à explosion et le moteur électrique, les moulins à vent vont progressivement disparaître au profit de ces nouveaux modes de production, plus fiables et plus pratiques.

L’Histoire nous met en garde : si l’éolien, autrefois source d’énergie dominante, fût abandonné au profit des sources fossiles, il est possible qu’il ne soit pas le meilleur candidat pour espérer les remplacer …

Le fonctionnement d’une éolienne

La puissance d’une éolienne dépend de deux facteurs :

Plus une éolienne est grande, et plus elle est capable de tourner par grand vent, plus sa puissance maximale est élevée, mais ces deux facteurs jouent sur le coût de l’éolienne. Dans le cas de la taille, l’amélioration des techniques et des matériaux de constructions ainsi que la production en série permettent de faire baisser le prix d’achat des éoliennes au fil du temps, et permettent ainsi de construire des éoliennes toujours plus grandes. Pour ce qui est de la vitesse des vents, les exploitants prennent leur décision en fonction du vent présent dans la région : inutile de payer super cher une éolienne atteignant sa pleine puissance à 90 km/h si vous n’atteignez ce niveau de vent que quelques heures dans l’année.

Considérons par exemple le cas d’une éolienne particulière, la Vestas V90 de 3 MW 6, conçue pour produire 100% de sa puissance lorsque le vent atteint 50km/h.

Courbe de puissance d’une éolienne en fonction du vent Courbe de la puissance d’une éolienne Vestas V90 en fonction de la vitesse du vent

Lorsqu’il y a trop peu de vent (moins de 12km/h dans cet exemple), l’éolienne est complètement à l’arrêt, puis à basse vitesse, l’éolienne tourne mais ne produit presque rien7 (8% de la puissance nominale lorsque le vent atteint 18km). Ensuite, à mesure que le vent forcit, la production de puissance croit régulièrement, jusqu’à atteindre un plafond autour de 50km/h : l’éolienne a alors atteint sa puissance nominale. Si le vent augmente encore, l’éolienne modifie la configuration de sa voilure pour réduire sa prise au vent, elle maintient alors un niveau de puissance constant malgré l’augmentation de la force du vent. À 90km/h cependant, l’éolienne ne peut plus supporter la force du vent, elle doit donc se mettre à l’arrêt en plaçant ses pales en «drapeau» pour ne pas risquer de s’abîmer.

Une puissance intermittente

En fonction des conditions météo, une éolienne produit donc entre 0% et 100% de sa puissance nominale. À l’échelle de la France sur l’année 2017, le parc éolien Français a produit entre 3% et 84%8 de sa puissance nominale. L’écart peut aussi être très important à l’échelle de 24 heures. Par exemple, le samedi 6 janvier 2018 à 10h, la production éolienne atteignait péniblement les 1000 MW, 24h plus tard celle-ci flirte avec les 9000.

Le problème c’est qu’on a aucun contrôle sur cette production, l’électricité est produite uniquement quand il y a du vent, qu’importe si on en a besoin. Si Éole est avec nous, et que le vent se lève à 18h pour encaisser le pic de consommation du soir à 19h, tant mieux, mais sinon il faut se débrouiller autrement. C’est par exemple ce qui s’est passé le 2 janvier 2018.

variation de la production éolienne et de la consommation sur la journée du 2 janvier 2018 Variation de la production éolienne et de la consommation sur la journée du 2 janvier 2018 : beaucoup de vent la nuit, mais un creux pendant la journée alors que la consommation est élevée. Par chance le vent revient en début de soirée au moment où la consommation est maximale. (Les productions sont exprimées en valeur normalisée pour permettre des comparaisons entre les deux courbes, 100 correspondant à la moyenne de la journée) sources des données

Ce jour-là l’Allemagne a subit les caprices du vent encore d’avantage que la France :

L’Europe le 2 janvier vers 18h Carte du vent et des émissions de CO2 en Europe le 2 janvier à 18h. La couleur des pays représente leurs émissions de CO2 liées à la production d’électricité. Sur la carte l’Allemagne est à 362g de CO2 par kWh, la France est à 34g/kWh. Source

Le vent n’était pas revenu en soirée, les éoliennes ne tournant alors qu’à 30% de leur capacité, alors que la consommation était maximale. Heureusement qu’on peut compter sur les centrales à charbon.

On entend parfois dire qu’à l’échelle Européenne la production éolienne est plus stable : «il y a forcément du vent quelque part au moins en Europe» dit-on. Mais en réalité l’Europe reste une zone relativement homogène en termes de vent et ses variations affectent de nombreux pays de la même manière. Ainsi, lorsqu’il n’y a pas de vent sur la mer du Nord, l’Allemagne, le Danemark, la Belgique, les Pays-bas et la Suède sont tous privés de leurs éoliennes en même temps. Impossible donc, de compter sur ses voisins pour compenser l’absence de vent : ils ont toutes les chances d’être aussi mal lotis. De plus le réseau électrique Européen est dimensionné pour permettre des échanges entre pays voisins de manière à équilibrer leur réseau, il n’est pas du tout capable d’assurer l’approvisionnement complet d’un pays qui se retrouverait privé de production électrique faute de vent. Quand bien même la France aurait du vent et pas l’Allemagne, transférer les dizaines de gigawatts nécessaires d’un pays à l’autre est totalement illusoire.

Le stockage

Le stockage est la solution généralement avancée pour palier le caractère intermittent des énergies renouvelables. Il suffirait de stocker la puissance produite en excès, pour la restituer lorsque la puissance vient à manquer sur le réseau parce que le vent fait défaut. Le problème, c’est que cette idée ne résiste pas à sa confrontation à la réalité. En m’appuyant sur les données RTE de production de 2017, j’ai réalisé une simulation numérique simplifiée910 d’un scénario où l’ensemble de la production non-renouvelable est remplacé par de l’éolien couplé à du stockage. La conclusion est la suivante : pour que le système de stockage puisse prendre le relai en cas d’absence de vent, il faut qu’il soit capable de délivrer une puissance de 55 000 MW9, soit l’équivalent d’une cinquantaine de réacteurs nucléaire, ou encore les 2,5 fois la puissance du barrage des Trois Gorges en Chine (22,5 GW). C’est donc absolument inenvisageable avec du stockage sous forme de pompage-turbinage.

Au-delà des systèmes de stockage par pompage-turbinage, une autre option est souvent évoquée lorsqu’il s’agit de stocker l’Énergie produite par les sources intermittentes repose sur les «smart-grid», ou «réseaux électriques intelligents» en français. Le principe des smart-grid, c’est de faire remonter un maximum d’information sur l’utilisation de l’électricité aux gestionnaires de réseau, et de permettre à ceux-ci de contrôler finement l’utilisation de l’électricité par les consommateurs. C’est notamment l’idée derrière le compteur Linky. Quel rapport entre les smart-grid et le stockage de l’électricité me direz-vous ? La voiture électrique ! Les voitures électriques sont dotées d’une batterie, d’une capacité importante (entre quelques dizaines et une centaine de kWh), et d’une puissance de charge de plusieurs kilowatts. Les smart-grid promettent donc d’offrir une vraie alternative au pompage-turbinage pour le stockage d’énergie électrique. Seulement voilà, les chiffres ne collent toujours pas. Cette fois la puissance instantanée n’est pas un problème : avec des blocs de chargement de 7kW il «suffit» de 7 millions de véhicules électriques en service pour offrir les 55GW de puissance de stockage nécessaire. Là où le bât blesse, c’est au niveau de l’Énergie totale qu’il faut stocker. Avec 7 millions de véhicules, le système tiendrait une dizaine d’heures11 à tout casser avant de tomber en panne sèche. Or les périodes sans vent peuvent durer des jours, voire plus d’une semaine. Pour être capable de fournir de l’électricité même pendant les périodes pas ou peu ventées, le système de stockage doit être capable de stocker 26 TWh9 (térawatt heure, un million de mégawatt heure), soit la consommation d’électricité moyenne Française pendant une grosse quinzaine de jours ! Même en admettant que toutes les voitures soient équipées des plus grosses batteries actuellement sur le marché, la batterie à 100 kWh des Tesla Model X, il faudrait 260 millions de véhicules pour stocker la quantité d’Énergie nécessaire à un pays comme la France. Bien évidemment, pendant que la voiture sert de batterie de secours au réseau électrique, son propriétaire ne peut pas s’en servir …

Enfin, le troisième mode de stockage envisagé est le «Power To Gas To Power». L’idée étant de stocker l’électricité excédentaire sous forme d’énergie chimique, en fabriquant du méthane de synthèse lorsque qu’il y a beaucoup de puissance produite. Le gaz serait ensuite stocké dans le réseau de stockage de gaz naturel existant, qui est déjà immense et serait donc capable d’absorber le gaz ainsi produit. Enfin, lorsque le réseau a besoin davantage d’électricité, il suffit d’en produire dans une centrale au gaz à partir du gaz stocké. Dans ce scénario-là, le problème ne vient ni de la Puissance du système de stockage/restitution d’énergie, ni de la capacité de stocker l’Énergie en elle-même. Cette fois, le problème vient du rendement du stockage : selon les progrès technologiques, il serait compris entre 20 et 30%, ce qui signifie qu’il faudrait stocker entre 3 et 5 kWh pour en récupérer un seul en sortie. Un rendement aussi faible obligerait donc à installer beaucoup plus d’éoliennes que dans les scénarios précédents.

La combinaison avec du thermique à flamme

La courbe de production électrique Au Danemark en décembre 2017 La courbe de production électrique au Danemark en décembre 2017, la catégorie «controllable production» désigne les centrales à Charbon et à Gaz. Dès qu’ils n’y a pas de vent, les Danois se rabattent sur les énergies fossiles. Source Paul-Frederik Bach, via J.M. Jancovici.

En réalité, la façon la plus pertinente d’utiliser la production éolienne, c’est de la coupler avec le thermique à flamme. Les centrales thermiques coûtent relativement peu cher à construire, mais le coût du combustible pèse lourdement. L’éolien représente donc un bon moyen de réduire la facture de carburant: les jours sans vent, l’électricité coûte son prix en carburant, mais dès que le vent se lève l’électricité est «gratuite». Ce n’est d’ailleurs pas pour rien que les deux plus gros producteurs mondiaux d’électricité d’origine éolienne (Chine et Allemagne) sont aussi parmi les plus gros utilisateurs de centrales à charbon.

Machine à extraire le charbon La face cachée des éoliennes: machine à extraire le charbon dans une mine de lignite en Allemagne. Photo : Alf van Beem, Wikipedia Commons, que j’ai aussi piqué à J.M. Jancovici.

Conclusion

À l’issue de cet article, j’espère vous avoir convaincu qu’on ne peut pas juste remplacer les énergies fossiles et l’énergie nucléaire par des éoliennes. Et malheureusement, l’essentiel des raisonnements présentés dans cet article s’appliquent également au solaire photovoltaïque12, ainsi qu’aux combinaisons des deux. La transition énergétique ne pourra donc pas se faire simplement en remplaçant nos modes de production d’électricité par des énergies renouvelables. Le mieux que l’on peut faire, c’est faire comme le Danemark ou l’Allemagne, et remplacer une grande partie de la production électrique fossile par des énergies renouvelables, tout en s’appuyant sur le thermique pour les creux (typiquement, les nuits sans vent). Pour la France dont le nucléaire représente une majorité de la production électrique, une telle combinaison avec le renouvelable n’est pas réellement possible, du fait de la flexibilité limité des centrales nucléaires et de leurs coûts fixes très importants. Développer les énergies renouvelables en remplacement du nucléaire supposerait donc d’agrandir le parc thermique pour compenser les creux de la production renouvelable. Au niveau mondial, l’évolution vers une combinaison thermique/renouvelable représente une amélioration par rapport au tout thermique qui est la norme aujourd’hui, mais ça reste quand même très fortement émetteur de gaz à effet de serre. Si la France se rapprochait du mix énergétique Allemand, les émissions de CO2 liées à la production électrique seraient multipliées par 713, en contradiction totale avec la nécessaire réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Tout n’est pas perdu pour autant: pour se débarrasser des centrales thermiques et des centrales nucléaires, il «suffit» de réduire notre consommation d’électricité. En effet, en réduisant nos besoins, on augmente mécaniquement le poids de l’hydroélectrique pilotable dans la production électrique, et on rend le stockage réalisable. Mais du coup, si on cherche à réaliser une transition vers une électricité 100% renouvelable, le plus important n’est pas tant de construire davantage d’éoliennes, mais bien de réduire notre consommation.

Réduire notre consommation d’énergie nécessite à la fois des mesures d’efficacité énergétique (comme l’isolation des bâtiments par exemple), et des mesures de sobriétés. Si les mesures d’efficacité énergétique nécessitent essentiellement des investissements, les mesures de sobriété quant à elles, nécessitent un changement profond des mentalités : il faut que toute la société, non seulement les individus, mais aussi les entreprises et les pouvoirs publiques, cesse de voir l’énergie comme une ressource abondante. Mais si on veut que l’énergie soit perçue comme une ressource rare, à laquelle il faut faire attention, il faudra probablement mettre en œuvre une fiscalité qui augmente fortement son prix, ce qui pose deux énormes défis politiques :

Résumé (et TL;DR)

Si vous ne deviez retenir que 3 points essentiels :

Notes

  • [0] certains défendent que l’énergie nucléaire répond à ces exigences-là en considérant un niveau réaliste de propreté et de sécurité. Ils n’ont pas tout à fait tort, car, même en comptant les accidents exceptionnels comme Tchernobyl ou Fukushima, les conséquences sanitaires et environnementales de l’industrie nucléaire civile sont ridiculement petites à l’échelle de l’ensemble des ravages causés par l’action humaine de manière générale. Cependant, le côté apprenti sorcier, le traumatisme de la guerre froid et de la multiplication des armes atomiques, combinés au caractère dévastateur et spectaculaire des incidents nucléaires majeurs, rendent socialement inacceptables les conséquences de cette industrie. Or, si on n’est pas socialement prêts à accepter les conséquences d’une technologie, il ne faut pas l’utiliser. Se cacher la tête dans le sable et en nier l’existence n’est pas une attitude admissible dans une société démocratique.
  • [1] c’est un calcul approximatif, en pratique ça dépend beaucoup du rendement de la centrale en question, mais ça reste compris entre 100 et 350g. Le pouvoir calorifique d’un kilogramme de pétrole valant 11,6 kWh, il faut multiplier ce chiffre par le rendement d’une centrale à pétrole entre 25% (mauvaise Turbine à Combustion) et 60% (cycle combiné, ou groupe diesel)
  • [2] pour éviter les confusions, quand je parle de l’Énergie en tant que grandeur physique, je l’écrirais avec une majuscule et en italique, mais pas lorsque je l’emploie dans une expression courante.
  • [3] on néglige les pertes en ligne parce que ce n’est pas le sujet.
  • [4] source : http://www.rte-france.com/fr/eco2mix/chiffres-cles
  • [5] http://www.lowtechmagazine.com/2009/10/history-of-industrial-windmills.html
  • [6] source : http://energiepourdemain.fr/puissance-dune-eolienne/
  • [7] Ce n’est pas inutile pour autant : les riverains sont généralement agacés de voir des éoliennes à l’arrêt. Pour un exploitant d’éolienne, il vaut donc mieux qu’une éolienne tourne à vide plutôt qu’elle soit à l’arrêt. Certaines technologies permettent d’ailleurs de faire tourner les éoliennes par vent encore plus faible, favorisant ainsi «l’acceptation de l’implantation par les populations».
  • [8] Puissance installée = 12260MW (source). Minimum 2017 : 390MW en moyenne sur une heure le 26 octobre 2017 entre 15 et 16h. Maximum 2017 : 10290MW le 30 décembre 2017 entre 13 et 14h (source).
  • [9] Tableur LibreOffice de la simulation. Je ne me suis intéressé qu’aux données de production, en partant du principe que toute la production française était consommée par quelqu’un, même s’il s’agit d’un pays étranger. Faire une simulation en ne considérant que la consommation française reviendrait à dire à nos voisins Européens : «vous êtes bien gentils mais maintenant vous allez vous débrouiller tout seuls comme des grands».
  • [10] À noter que l’ADEME a publié un rapport sur un scénario 100% renouvelable en 2050 dont les conclusions diffèrent assez nettement des miennes sur le sujet du stockage. Outre les hypothèses différentes (Puisqu’il s’agit d’un scénario cible pour 2050, l’ADEME prend en compte une réduction de la consommation d’électricité, une amélioration des technologies éoliennes, et la capacité de piloter la demande en électricité sur le réseau) qui expliquent une différence de résultat, certains chiffres de leur scénario ne me semblent pas très cohérents entre-eux.
  • [11] C’est un chiffre très approximatif, ça dépend de la taille des batteries du parc de véhicules électriques, et de la période de l’année. En gros la durée de vie du système varie entre 2h50 si les voitures sont des Renault Zoé (batterie de 41 kWh) et qu’on est un jour de grand froid hivernal (demande d’électricité ~100GW) et 23h au maximum si les voitures sont des Tesla Model X et qu’on est le week-end du 15 aout (demande minimale de l’année, ~30GW)
  • [12] en France et dans les pays du Nord de l’Europe du moins. Au Maroc ou en Californie, le solaire prend peut-être plus de sens.
  • [13] France en 2017 74g de CO2 par kWh, source rte, Allemagne en 2016, 560g source. J’aurais aimé trouver une source plus fiable, mais je pense néanmoins que l’ordre de grandeur est le bon.