Électrification : 40 % d’énergie mondiale en moins

Des chercheurs du programme d’étude de l’énergie et de l’atmosphère de l’Université de Stanford ont étudié les économies d’énergie qui résulteraient de l’électrification – à partir de sources d’énergie décarbonées – de la quasi-totalité des secteurs économiques dans 139 pays dans le monde. La consommation d’énergie globale diminuerait d’environ 40 %.

En Résumé

La transition des 139 pays vers un scénario d’énergie provenant de l’hydraulique, de l’éolien, du solaire et de la géothermie permettrait :

— d’éviter 4,6 millions de décès prématurés par an actuellement et 3,5 millions par an en 2050. Avec les autres dégâts liés à la pollution de l’air il évite de 23 mille milliards de dollars en 2050 ;
— d’éviter entre 28,5 mille milliards de dollars dus au réchauffement climatique.

Cela se traduit par une économie de 5,5 cents par kWh (toutes énergies confondues par rapport au scénario de référence) ou encore 5 800 dollars par personne et par an, en additionnant les diminutions des coûts dus à la pollution et au changement climatique.

Le scénario d’électrification permet aussi :

— de créer 24 millions d’emplois nets à plein temps ;
— de rendre chaque pays autosuffisant en énergie sur l’année ;
— de donner accès à de l’électricité décentralisée aux 4 milliards de personnes dans le monde qui en sont dépourvus ;
— de décentraliser la plus grande partie de l’alimentation électrique dans le monde, réduisant le risque de pannes géantes ;
— de limiter l’élévation de température à moins de 1,5 °C en 2050 par rapport à la fin du 19e siècle.

Dans ce scénario les technologies de production d’électricité et celles qui remplaceraient les technologies thermiques sont disponibles commercialement et bien connues. On peut citer le solaire, l’éolien, l’hydroélectricité, la géothermie pour la production. Pour l’utilisation, on peut citer les pompes à chaleur, le chauffage par induction, par rayonnements infrarouges, microondes et hautes fréquences, les fours à arc, les plasmas. Quelques technologies émergentes sont prises en compte pour une petite part, comme les énergies marines, les piles à combustible à hydrogène.

Les résultats globaux sont issus de l’analyse des consommations sur le cycle de vie pour chaque pays de toutes les technologies de production d’électricité et de toutes les consommations finales des secteurs résidentiel, tertiaire, industriel, agricole et pêcherie, pour le scénario de référence et pour le scénario d’électrification à partir d’électricité de source éolienne, solaire et géothermique.

L’étude porte aussi sur les capacités de stockage d’énergie pour équilibrer les réseaux, sur l’empreinte au sol et en mer, les coûts de l’énergie, les dommages causés par la pollution de l’air et par le réchauffement climatique et les impacts sur l’emploi. 42 % de l’énergie totale est économisée.

En 2012, la puissance énergétique installée des 139 pays était de 12 TW, dont 20 % pour la production d’électricité. Dans le scénario de référence, le besoin total serait de près de 21 TWh en 2050. Le scénario de transition réduit la puissance d’un peu plus de 42 % pour atteindre un peu moins de 12 TW. La réduction la plus importante provient du transport. L’utilisation de l’électricité augmente, mais il n’y a quasiment plus de consommation de gaz, de carburants liquides et de combustibles solides. L’augmentation de la consommation d’électricité est bien moindre que la diminution de la consommation des autres énergies. Cela est dû à trois raisons principales :

— l’énergie consommée dans l’extraction, le transport et le raffinage des énergies fossiles et l’uranium représente 13 % de la consommation totale, qui seraient donc économisés avec l’arrêt des énergies fossiles et nucléaires ;
— les procédés électriques sont plus efficaces que les procédés par combustion. Une voiture électrique utilise plus de 85 % de l’énergie stockée dans la batterie pour mouvoir le véhicule. Dans le cas d’une voiture thermique, c’est 20 %. La différence est moindre, mais significative dans d’autres cas, comme le chauffage et les pompes à chaleur. Selon l’étude détaillée des procédés d’électrification dans tous les secteurs, le gain global serait de 23 % ;
l’électrification se traduirait donc directement par 36 % de réduction de la consommation totale d’énergie. Les politiques d’efficacité énergétiques permettraient d’atteindre une réduction d’un peu plus de 42 %.

L’étude montre aussi que 27 millions d’emplois seraient perdus dans le secteur des énergies fossiles, mais que 52 millions d’emplois seraient créés pendant la transition. Plusieurs millions de vies humaines seraient sauvées et 52 000 mille milliards de dollars seraient économisés, correspondants aux coûts de la pollution de l’air et du changement climatique.

L’empreinte au sol est relativement faible

Empreinte au sol et espacements nécessaires par rapport à 2015 pour l’électrification décarbonée de tous les secteurs de l’économie de 139 pays d’ici 2050

L’empreinte totale est la superficie qu’occupe une unité de production d’électricité au sol ou en mer. Elle ne prend pas en compte les structures souterraines. Aux dispositifs de production eux-mêmes, on ajoute l’espace nécessaire entre dispositifs, comme dans le cas de l’éolien ou des énergies marines.

Au total, l’empreinte superficielle représente 0,22 % de la surface terrestre des 139 pays, en grande partie pour le photovoltaïque. Cependant, les auteurs n’ont pas tenu compte de la diminution de l’empreinte superficielle due à l’élimination des infrastructures d’extraction, de transport, de raffinage des énergies fossiles et de l’uranium ni le gain de place correspondant à la superficie qui était occupée par la culture et le traitement de cultures énergétiques.

Le schéma d’empreinte superficielle représente les superficies sur terre et en mer. Pour l’hydroélectricité, il n’est pas prévu de nouvelles installations. Le photovoltaïque en toiture est indiqué, mais il ne représente pas d’occupation de sol supplémentaire. Sur terre, l’espacement des éoliennes occupe 0,92 % de la superficie totale des 139 pays. 

L’équilibre entre la production et la demande est assuré

Plusieurs solutions sont possibles pour équilibrer l’offre et la demande d’électricité en combinant les ressources de stockage du solaire thermique à concentration, de l’hydraulique, des batteries, des pompes à chaleur, du stockage thermique et frigorifique. Selon les auteurs, l’équilibre peut-être obtenu 100 % du temps pour un total de cinq ans sans faire appel à la bioénergie, au nucléaire ni aux énergies fossiles avec captage de dioxyde de carbone.

Le coût social du réchauffement climatique diminue

Les coûts du changement climatique sont liés aux dégâts des inondations côtières dues à la montée du niveau des mers, aux pertes du secteur agricole, aux problèmes de santé dus aux pics de chaleur, à la pollution de l’air, aux maladies comme la grippe, la malaria, la dengue, etc., aux sécheresses, aux feux de forêt, au manque d’eau, à la famine, aux inondations, à l’acidification des océans et à des phénomènes météorologiques extrêmes. Ces coûts sont en partie compensés, parce que dans certaines régions du monde les vagues de froid diminuent, entraînant moins de maladies et une baisse de la mortalité et des gains de productivité et de variété dans le secteur agricole.

Le coût global net qui résulte du réchauffement climatique est le coût social du carbone estimé à 500 dollars (de 2013) par tonne de dioxyde de carbone en 2050. Cela se traduit par un coût de 2,5 mille milliards de dollars par an, soit encore 15,6 cents par kWh (toutes énergies confondues, scénario de référence) ou 3 200 dollars par personne et par an.

Le coût du a la pollution de l’air diminue

Le coût de la pollution de l’air intérieur et extérieur est calculé à partir de modélisation 3D des concentrations en particules fines et en ozone. Le résultat est combiné avec le risque potentiel de mortalité en fonction de la pollution et de la densité de population. Les résultats sont extrapolés en 2050 en tenant compte de l’augmentation de la population, de l’augmentation des sources d’émission dans le scénario de référence et de l’amélioration des mesures de prévention de la pollution.
Le coût de la pollution de l’air due à la combustion et à l’évaporation des énergies fossiles, de la biomasse et des biocarburants est calculé à partir de la mortalité, de la dégradation de la santé et des coûts autres que ceux liés à la santé, comme la production agricole. Le coût qui en résulte est de 23 mille milliards de dollars par an en 2050, ou encore 12,7 cents par kWh (toutes énergies confondues, scénario de référence) ou 2 600 dollars par an et par personne.

CONTEXTE

Cette étude fait l’hypothèse d’une production d’électricité essentiellement de sources hydraulique, éolienne, solaire et géothermique. Toutefois, comme l’indiquent les auteurs, des variantes sont possibles, tout en conservant la plupart des bénéfices obtenus.

Il peut demeurer une part de nucléaire dans certains pays et des unités de production d’électricité et des installations industrielles utilisant des sources d’énergie carbonées (énergies fossiles, biomasse, biogaz) seront très probablement encore en service d’ici 2050, mais elles seront dotées de systèmes de captage de dioxyde de carbone. Des biocarburants à faible impact environnemental et carbone seront certainement utilisés pour le transport aérien et maritime.

Ces variantes ne remettent pas en cause les avantages qui résulteront d’une électrification de la plupart des activités dans tous les secteurs. Elles ne changeront pas notablement les réductions d’émission de dioxyde de carbone. En revanche, la qualité de l’environnement serait dégradée par rapport à la solution idéale présentée.

https://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/CountriesWWS.pdf