Électrification et décarbonation

Malgré la réussite des politiques d’augmentation de l’efficacité énergétique* et la diminution de l’intensité énergétique dans de très nombreux secteurs dans de nombreuses régions du monde, le taux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, qui provient pour la plus grande part de la combustion des énergies fossiles et de la biomasse, augmente de plus en plus vite.
La valeur de 350 ppm qui correspondait à une élévation de la température moyenne à la surface du globe de 2 °C vers 2100 (avec une probabilité de 66 %) est dépassée depuis longtemps. La concentration dépasse 400 ppm en novembre 2017. Même si la fiction des 2 °C est encore maintenue officiellement, les experts avouent maintenant 3,5 °C et plus, confirmant ainsi ce que nous écrivions il y a déjà deux ans.

Cette valeur reste encore possible si tous les engagements des pays parties de la COP1 étaient respectés et si les valeurs indiquées pour les réductions d’émission correspondaient toutes à des réductions réelles, ce qui n’est pas le cas. La trajectoire actuelle conduit à une élévation de la température moyenne de 4,5 °C.

C’est que les améliorations de l’efficacité énergétique et les économies d’énergie ne suppriment pas la dépendance vis-à-vis des énergies carbonées. Le gaz naturel, qui émet moins de carbone que le fioul ou le charbon n’en demeure pas moins un important émetteur de gaz à effet de serre, sous forme de dioxyde de carbone, mais aussi de méthane.

L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE NE SUFFIT PAS

Tout en poursuivant la recherche de l’efficacité énergétique dans les procédés utilisant des énergies carbonées, il est temps de reconnaître que cela ne suffit pas. Parmi tous les scénarios d’évolution de la répartition des sources d’énergie, comme nous l’avions expliqué dans le n° 12 du magazine, le seul qui permette de modérer suffisamment le réchauffement climatique est celui de l’électrification massive dans tous les secteurs d’activité. Pourtant, aux États-Unis, comme en France, les prévisions des grands électriciens ne prévoient pas d’augmentation notable de leurs ventes d’électricité d’ici 2050. Ils tiennent compte en effet de la part croissante d’autoproduction, en particulier avec les panneaux photovoltaïques en toiture et de la diminution de l’intensité énergétique. Mais surtout, dans leurs scénarios, ils acceptent comme inéluctable que des pans entiers de l’économie (transport, chauffage, procédés industriels) restent du domaine du pétrole et de plus en plus du gaz naturel (cette énergie étant présentée de façon abusive comme une solution de décarbonation).

UN MONDE ÉLECTRIFIÉ

Une étude récente intitulée « Electrification Emerging Opportunities for Utility Growth » — Électrification, de nouvelles opportunités pour les grands électriciens — publiée par Brattle Group et portant sur les États-Unis expose un scénario dans lequel le transport et le chauffage dans les bâtiments résidentiels et tertiaires locaux sont électrifiés. Ces deux secteurs y représentent 45 % des émissions totales de gaz à effet de serre. En France, la part est encore plus importante, parce que la production d’électricité y est moins carbonée. Les conclusions présentées dans le cas américain sont donc a fortiori au moins aussi valides en France.

Le scénario étudié est celui d’une électrification massive des secteurs du transport et du chauffage des locaux et de l’eau sanitaire. C’est en effet dans ces deux secteurs que l’électrification nécessite le moins de développement de technologie et d’infrastructure. Dans ce scénario, en même temps que se produit l’électrification, la part d’électricité produite de sources décarbonées tend vers zéro, avec ce qui reste de la part de nucléaire, avec le développement de l’éolien et du solaire et le captage de dioxyde de carbone des unités de production de sources carbonées qui restent en service de façon transitoire, dont les centrales à gaz et à biomasse.

Aux États-Unis la décarbonation de la production d’électricité d’ici 2050 ferait passer les émissions annuelles de 5,2 Gt de dioxyde de carbone à 3,5 Gt. Il manque encore 3,5 Gt de dioxyde de carbone pour retrouver un niveau d’émission inférieur de 20 % aux émissions en 1990.

Une comparaison des taux d’émission de différentes technologies de transport éclaire la façon dont l’électromobilité conduirait à d’importantes réductions de dioxyde de carbone. Cependant, pour les voitures, le cas européen diffère du cas américain par les émissions des voitures vendues. Aux États-Unis, avec le mix énergétique carboné actuel, la voiture électrique émet deux fois moins de dioxyde de carbone par km sur le cycle de vie. En Europe, compte tenu des consommations de carburant inférieures des voitures vendues, les émissions des véhicules thermiques et électriques sont comparables dans le cas d’un mix électrique carboné (les voitures électriques ne produisent cependant aucune pollution locale, ce qui constitue un avantage important). Mais l’électricité pour recharger les véhicules électriques est de plus en plus souvent de source décarbonée (hydraulique, solaire). Pour modérer le changement climatique, les mix de production d’électricité seront de moins en moins carbonés pour arriver à zéro carbone d’ici 2050.

Dans ce cas, les émissions correspondant à la fabrication des voitures électriques et thermiques tendent vers zéro, les émissions durant l’utilisation du véhicule électrique sont nulles, alors que celles du véhicule thermique tendent vers une valeur asymptotique qui reste positive. Pour les secteurs résidentiel et tertiaire, le scénario prend en compte la demande d’électricité supplémentaire provenant du remplacement des appareils au gaz et au fioul (chauffe-eau et chauffage des locaux) par des pompes à chaleur et du chauffage électrique. Les réductions d’émissions provenant de la combustion des énergies fossiles sont partiellement diminuées par les émissions dues à la production d’électricité tant que celle-ci n’est pas encore entièrement décarbonée.

Avec ces hypothèses, aux États-Unis, l’électrification des véhicules légers augmenterait la fourniture d’électricité provenant du réseau électrique en 2015 de plus de 50 % si tous les véhicules étaient électriques à batteries. L’électrification des secteurs résidentiels et tertiaires l’augmenterait de 40 %. En tout, la consommation d’électricité est supérieure de 3 560 TWh dans le scénario d’électrification par rapport au scénario de référence.

Si le chauffage, l’eau chaude et les voitures fonctionnent à l’électricité décarbonée, les ventes d’électricité provenant du réseau sont donc doublées et les émissions de dioxyde de carbone diminuent de 70 %.

D’AUTRES SCÉNARIOS POSSIBLES

D’autres scénarios sont possibles et il est peu probable que le scénario tout électrique se réalise d’ici 2050. Les acteurs des énergies fossiles et des voitures thermiques défendront leur activité. Pour les voitures, la consommation peut encore diminuer et les carburants pétroliers pourront, peut-être, être remplacés en partie par des biocarburants de nouvelles générations. Le gaz naturel, le biogaz, le gaz de synthèse tentent aussi de s’implanter en remplacement des carburants pétroliers. Dans le cas des bâtiments, le gaz naturel est déjà la solution la plus fréquemment choisie, avec le chauffage au bois. Le chauffage peut aussi faire appel au biogaz, au gaz de synthèse, avec des chaudières à haut rendement ou des chaudières à gaz avec une pile à gaz naturel pour assurer une petite part d’autoproduction d’électricité. Ces solutions auraient pour effet de prolonger un peu l’ère des énergies fossiles.

Ces choix aboutiraient à une économie demeurant carbonée de façon importante et pour longtemps, ce qui semble incompatible avec la nécessité, non seulement d’arrêter les émissions de dioxyde de carbone, mais aussi de retirer du dioxyde de carbone en excès dans l’atmosphère.

*D’IMPORTANTES ÉCONOMIES D’ÉNERGIES

Selon l’Agence internationale de l’énergie, l’intensité énergétique ramenée au point de PIB brut a diminué dans le monde de 1,8 % en 2016. Depuis 2010, elle a diminué de 2,1 % par an, ce qui est supérieur au taux de moyen de 1,3 % de la période 1970-2010. Cependant, si on enlève la Chine, l’amélioration en 2016 n’est plus que de 1,1 %.

Une moindre intensité énergétique se traduit par une augmentation de la productivité énergétique qui s’est traduite en 2016 par une hausse de 2,2 mille milliards de dollars de PIB global. La moitié concerne la Chine et un quart les États-Unis.

La diminution de l’intensité énergétique serait le facteur principal dans le ralentissement des émissions de gaz à effet de serre en 2 014 201. Tendance malheureusement démentie en 2016. Sans les mesures d’efficacité énergétique, la consommation mondiale de 2016 aurait été plus élevée de 12 %.

Dans les pays émergents, les gains en efficacité énergétique ont permis de limiter l’augmentation de la consommation d’énergie due à la croissance rapide. Dans les pays membres de l’AIE, la quantité d’énergie consommée a atteint un pic en 2007 et diminue vers les niveaux des années 1990. (Source AIE)

CONTEXTE

Dans ce scénario d’électrification massive, les grands électriciens, en particulier européens, auraient une perspective de croissance des ventes et d’action décisive pour modérer le réchauffement climatique.

Cependant, cela nécessite une stratégie inverse de celle annoncée. Il faut financer la transition dans un contexte de croissance de la production, adapter le réseau électrique aux nouveaux consommateurs, utiliser le stockage des batteries des voitures et éventuellement des autoproducteurs pour contribuer à équilibrer le réseau électrique. Pour orienter les consommateurs dans ce sens, il faut imaginer de nouveaux modes de tarification, faire évoluer avec les organismes de régulation les règlements, contribuer aux infrastructures de recharge des voitures, promouvoir de nouveau les solutions électriques (mais efficaces, intelligentes et décarbonées) dans les bâtiments.

Cette étude ne porte pas sur le secteur industriel. Pourtant, dans une transition vers une économie décarbonée, de nombreux procédés basse et moyenne température sont accessibles aux solutions électriques. Celles-ci ont été étudiées dans les années 1980, à cause des menaces des crises pétrolières et de la crainte d’un renchérissement des énergies fossiles. C’est le contraire qui s’est produit depuis. Aujourd’hui, les raisons pour motiver l’électrification des procédés industriels sont différentes : l’électricité de source éolienne et solaire et hydraulique a un coefficient de conversion entre énergie primaire et énergie électrique de 1 au lieu de 2,6 pour l’électricité provenant de la combustion de sources carbonées. Les nouvelles solutions intelligentes sont de nature à faciliter la compétitivité des solutions électriques déjà bien connues, même avec un coût peu élevé des énergies fossiles.

L’industrie électrique peut y trouver un défi à relever et une opportunité de développement vertueux.