Chroniques du réchauffement climatique

Depuis quelques semaines, impossible sauf à vivre sur la planète mars de ne pas avoir vu au moins une publicité pour la nouvelle voiture électrique de Renault, la Zoé. Avec l'argument marketing massue : c'est une voiture électrique donc zéro émissions de CO₂. Effectivement de prime abord, pas de combustible fossile donc pas d'émission de CO₂, CQFD. Est-ce aussi simple ?

Je passe sur le fait que la fabrication d'une voiture émet en moyenne un peu plus de 4 tonnes de CO₂, et un peu moins de 5 tonnes si on y ajoute la fabrication des pièces de rechange et le traitement de la voiture en fin de vie (d'après l'organisation internationale des constructeurs automobiles, l'ADEME donnant pour sa part 5,5 tonnes de CO₂ par tonne de voiture, soit 7,2 tonnes de CO₂ pour la Zoé), soit pour 200 000 km parcourus l'équivalent de 25g à 36g de CO₂ par km (ce qui rappelle au passage qu'il vaut mieux mener les voitures jusqu'à leur fin de vie, d'un point de vue émissions de gaz à effet de serre, plutôt que d'en changer pour grappiller quelques grammes de CO₂ par km). En terme de poids, la Zoé est une voiture "moyenne", le coût-carbone de sa fabrication doit donc se situer au voisinage de ce chiffre (si l'on suppose que la fabrication de la batterie ne conduit pas à des émissions déraisonnables, ce dont je n'ai pas la moindre idée mais est optimiste connaissant la durée de vie de la batterie). Mais la fabrication d'une voiture à moteur thermique émet tout autant, donc en jouant un peu sur les mots on pourrait effectivement à ce stade considérer que l'utilisation de la Zoé n'entraîne pas d'émissions de gaz à effet de serre. Là encore est-ce aussi simple ?

La réponse est évidemment... ça dépend !

J'avais écrit il y a 3 ans un petit article sur la structure de la production d'électricité en Europe, basé sur des chiffres de 2007. Si des changements ont eu lieu depuis, ils n'ont pas pu rebattre totalement les cartes entre les différents moyens de production, je vais donc considérer que les chiffres sont similaires, au moins pour les ordres de grandeur.

Supposons donc que j'habite en Pologne et que j'achète une Zoé. 91% de l'électricité polonaise est produite par... des centrales thermiques au charbon (à gauche la centrale de Belchatow), les 8% restant se partageant entre des centrales au fioul, des énergies renouvelables, des centrales au gaz, ... Hors, la production de 1 kWh d'électricité par une centrale thermique au charbon émet en moyenne... 1.2 kg de CO₂ (chiffres de l'agence internationale de l'énergie). En ne tenant compte que des 91% d'électricité produite par des centrales au charbon (en supposant donc que le reste de la production n'émet absolument rien, ce qui est évidemment faux), 1 kWh polonais émet donc 1.1 kg de CO₂. D'après les chiffres de Renault, la batterie de la Zoé a une capacité totale (neuve) de 22 kWh, ce qui lui permettrait 210 km d'autonomie, 100 à 150 km en cycle urbain d'après ce que j'ai pu lire ici et là dans des magazines automobiles, je vais donc considérer 150 km pour être optimiste. 1 km parcouru par une Zoé en Pologne émet donc... 161 g de CO₂, soit très nettement plus qu'une voiture à moteur thermique de sa catégorie de taille (et ne comparons pas à une voiture hybride !). Mais ça évidemment le gentil automobiliste ne s'en rend pas compte, puisque ce n'est pas lui qui émet le CO₂ mais la centrale thermique !

J'ai évidemment choisi ici un exemple caricatural, la Pologne étant le pays européen dont la production d'électricité dépend le plus des combustibles fossiles. (à noter que l'on arriverait à peu près aux mêmes valeurs d'émissions si l'on faisait le calcul pour la Chine).

Si je fais maintenant le même calcul pour "la moyenne de l'Europe", j'arrive à 67 g de CO₂ par km (101 g en supposant une autonomie de 100 km au lieu de 150 km, ce qui est sans doute le cas avec la climatisation ou d'autres appareils gourmands en énergie). A titre de comparaison, les voitures en tête du palmarès 2012 de l'ADEME, tant pour les essence que pour les diesel, émettent environ 80g de CO₂ par km et sont dans la même catégorie de taille.

Finalement, les seuls pays pour lesquels les émissions de CO₂ de la Zoé sont significativement plus faibles que celles de voitures à moteurs thermiques sont les pays très nucléarisés, pour lesquels l'utilisation de combustibles fossiles dans la production d'électricité est faible (je passe sur les déchets générés par l'industrie nucléaire qui sortent du sujet de cet article). Ainsi d'après les chiffres 2012 de RTE, 1 kWh d'électricité produit en France émet à peine plus de 55 g de CO₂ en moyenne (nettement plus l’hiver, lorsque les centrales thermiques tournent à plein régime). Le calcul conduit alors à un peu moins de 10g de CO₂ par km pour la Zoé. Si l'on revient à la production européenne d'électricité, il n'y a guère qu'une poignée de pays pour lesquels les émissions de la Zoé sont effectivement inférieures à celle d'une voiture à moteur thermique de sa catégorie, dont effectivement la France. L'honneur est sauf, la publicité de Renault n'est donc pas "que" du greenwashing... du moins en France.

articles connexes :

* structure de la production européenne d'électricité

* place du charbon dans la production européenne d'électricité

* voiture électrique et production d'électricité

retour au sommaire thématique

Puisque l'on parle souvent (moi le premier devant mes étudiants) de l'Allemagne comme un leader dans l'utilisation du solaire photovoltaïque, voici un article avec quelques chiffres concernant cette utilisation.

Avant toute chose et pour mettre en perspective, l'Allemagne, c'est une puissance électrique moyenne consommée sur l'année d'environ 80 GW (je parle bien ici de puissance moyenne, puisque la puissance instantanée peut varier dans des proportions très importantes suivant l'heure de la journée ou le jour de l'année, voir à titre d'illustration la seconde figure de cet article). Du point de vue de la production d'électricité, plus de 50% du mix Allemand est issu des combustibles fossiles, ce qui place ce pays grosso modo dans la moyenne Européenne. Toujours pour mettre en perspective, la puissance d'origine photovoltaïque installée en France, pays de taille à peu près comparable, est de l'ordre de 2 GW, et augmente modérément d'une année à l'autre du fait d'investissement dans le domaine somme toute modérés.

En Allemagne sur les dernières années, la puissance installée croît à un rythme extrêmement soutenu, comme le montre la figure suivante :

Entre début 2010 et l'été 2012, ce sont donc... 20 GW qui ont été installés ! Si une part très importante est liée au résidentiel, la part des centrales solaires croît également rapidement. A l'été 2012, ce sont donc plus de 30 GW de puissance crête qui étaient en service en Allemagne.

En Allemagne, pays qui n'est pas connu pour connaître un ensoleillement digne de la côte d'azur, le facteur de charge du photovoltaïque (soit le pourcentage de production par rapport à ce que serait la production à puissance maximale en continu l'année entière) est d'un peu moins de 10%. Les 30 GW de puissance crête correspondent donc à une puissance "moyenne" lissée sur l'année de 3 GW, soit en gros l'équivalent de 2 EPR. Par rapport à la consommation totale d'électricité en Allemagne, l'apport total du solaire photovoltaïque demeure donc relativement faible, même si l'on ne peut pas non plus considérer qu'il est négligeable comme il peut l'être en France.

D'un point de vue financier, selon des analystes de Bloomberg New Energy Finance, le solaire photovoltaïque allemand contribue à augmenter la facture d'électricité des particuliers d'environ 20%. Cependant, ce surcoût tend à s'atténuer avec le temps et la baisse notable du coût des nouvelles installations, et la hausse simultanée du coût de l'électricité "fossile". Si le prix du kWh photovoltaïque allemand est encore nettement au-dessus de celui du kWh de base, contrairement par exemple au sud de l'Italie où la parité est grosso modo atteinte (source ADEME) du fait d'un facteur de charge nettement plus élevé dans cette région, de l'ordre par exemple de 15% dans la région de Palerme (source US-Department of Energy), la parité réseau en Allemagne (lorsque le kWh photovoltaïque est au prix du kWh de base) devrait pouvoir être atteinte à moyen terme. Si bien que les subventions au secteur, sous forme de tarifs subventionnés au rachat, ont fortement baissé ces derniers mois, à 18 c€ du kWh pour les "petites" installations et 12 c€ du kWh pour les centrales solaire (pour mettre en perspective, selon Eurostat le prix du kWh pour un particulier était début 2012 d'environ 14 c€ en Allemagne pour un peu moins de 10 c€ en France).

retour au sommaire thématique

Après un long silence faute de temps à consacrer à ce blog, voici l'article prévu sur le coût de l'électricité éolienne. Les chiffres cités dans cet article sont issus d'un rapport publié en mars 2009 par l'Association européenne de l'énergie éolienne. Comme son nom l'indique, il s'agit d'un lobby industriel et économique pour la promotion de l'énergie éolienne. On peut donc s'attendre à ce que les chiffres annoncés soient biaisés en faveur de cette source d'énergie. Néanmoins, comme un peu plus de trois ans de progrès techniques se sont écoulés depuis ce rapport (progrès dans le rendement des éoliennes liés à l'augmentation de leur puissance, abaissement des coûts de production lié à des économies d'échelle avec une augmentation des installations de fermes éoliennes), ils sont sans doute assez proche de la réalité de la fin 2012.

Le coût de l'électricité éolienne est constitué de deux parts distinctes. D'une part des coûts d'investissement, qui constitue la majeure partie du coût global, d'autre part des coûts d'opération et de maintenance très minoritaire. On peut déjà voir ici une très grosse différence avec la production d'électricité thermique (à partir de gaz naturel, de pétrole ou de charbon), pour laquelle le coût final dépend en très grande partie de celui de la matière première utilisée.

Pour les seconds, ils sont estimés à 1,2 c€ à 1,5 c€ par kWh sur la durée de vie de la turbine (le coût du kWh pour un particulier en France est grosso modo de 10 c€). Pour les premiers, le coût moyen d'installation d'une turbine (d'une puissance de 2 MW, qui constitue aujourd'hui une puissance « moyenne ») est d'environ 1230€/MW, dont un peu plus de 900 000€ pour la turbine elle-même, 100 000€ pour sa connexion au réseau, 80 000€ pour le gros œuvre, 50 000€ pour le foncier, le reste se répartissant entre la construction d'une route ou d'un chemin, le système de contrôle, les coûts financiers, …

La figure suivante montre le coût du kWh éolien, pour une turbine dont le coût d'installation serait de 1 100€/kW ou de 1 400€/kW, en fonction de son lieu d'utilisation (full load hour per yearou « heures en pleine charge par an » est une unité correspondant au nombre d'heures durant lesquelles la turbine devrait tourner à pleine puissance pour produire l'équivalent de ce qu'elle produit réellement en un an. Ainsi dans une zone peu venteuse, elle produit en un an l'équivalent de sa production théorique à 1700 heures à pleine puissance, en zone côtière l'équivalent de 2700 heures, ce qui réduit d'autant le coût au kWh). En choisissant bien les zones d'implantation, on arrive donc à des coûts au kWh de l'ordre de 7 c€.

Avec l'augmentation de puissance des turbines et l'augmentation des puissances installées (effet d'échelle), le coût diminue avec le temps, et une étude concernant l'éolien au Danemark (pays relativement avancé en la matière) à montré que jusqu'ici le coût du kWh diminue d'environ 10% lorsque la puissance installée double.

Comme on peut aisément le constater, lorsque l'on parle de gros éolien situé dans des lieux bien choisis, l'électricité éolienne est d'ores et déjà pratiquement compétitive, avec des coûts qui ne sont que peu supérieurs à ceux du thermique (je préfère ne pas comparer à ceux du nucléaire tant il est difficile d'estimer des coûts réels, incluant le démantèlement des centrales en fin de vie, pour ces derniers), et très nettement inférieurs à ceux du solaire photovoltaïque ou du solaire thermique.

Cependant, plusieurs facteurs ne sont pas inclus dans ce calcul, facteurs qui sont en faveurs de l'éolien :

Premièrement, le coût de la tonne de CO₂évitée n'est pas pris en compte. Certes l'éolien est une énergie intermittente par nature, et un des arguments avancés par ses détracteurs est qu'il nécessiterait une augmentation du recours aux centrales thermiques (gaz ou charbon) pour compenser ce caractère intermittent. Cependant, cet argument part du principe que nous resterions dans une production et une gestion centralisée, et fait fi des progrès déjà fait (et à venir) dans le domaine des smart grids (réseaux intelligents) : si l'intermittence est réelle à l'échelle d'un parc éolien, voire d'une région, elle n'est plus un problème à l'échelle d'un ensemble de régions interconnecté pour lequel la production à un instant t doit s'approcher de la production moyenne. D'après l'Agence Internationale de l’Énergie, un coût de la tonne de CO₂de 10€ augmente le coût du kWh issu du charbon de 1 c€, et celui du gaz de 0,5 c€. Sachant que lors des discussions sur la mise en place de la taxe carbone, le coût envisagé était de 25€ la tonne, et que les experts estiment qu'il devrait augmenter jusqu'à au moins 100€ la tonne pour espérer que ce prix soit suffisamment incitatif pour investir dans la réduction des émissions, on voit immédiatement qu'un coût incluant les émissions de CO₂serait très défavorable au thermique.

Deuxièmement, ce qui est plus important pour nos économies européenne en cette période de crise, la production d'électricité éolienne contribue à affranchir nos économies de leur dépendance aux ressources fossiles importées. En moyenne sur ces dernières années, l'Europe dans son ensemble a importé plus de 400 milliards d'euros par an de pétrole, gaz ou charbon. Si une part importante est utilisée dans les transports et n'est pas directement substituable par l'éolien, une autre part, importante elle aussi, est utilisée pour la production d'électricité dans des centrales thermiques (ce qui constitue pour parler clairement une utilisation particulièrement stupide de ces ressources, gâchées par des rendements très mauvais plutôt que d'être économisées pour des applications pour lesquelles rien ne peut raisonnablement les remplacer). Au contraire, la plus grande part des montants investis dans l'éolien circulent à l'intérieur des frontières européenneset pas vers l'extérieur, avec tout que cela sous-tend en terme d'emploi.

Troisièmement, si l'éolien est actuellement légèrement plus cher que la production des centrales thermiques, il permet de s'affranchir de la volatilité des prix du gaz, du charbon et du pétrole. En effet puisque la plus grande partie du coût de l'éolien est liée à la fabrication et à l'installation de la turbine, le coût de production est stable à long terme, contrairement à celui des centrales thermiques, pour lequel plus de 50% des coûts dépend du prix des combustibles fossiles, très volatils.

La figure suivante montre une comparaison des coûts du kWh éolien, gaz et charbon (prix 2009), et l'effet qu'aurait une « taxe carbone » à 25€ la tonne de CO₂.

Sachant que le coût de l'éolien devrait plutôt diminuer, celui du gaz et du charbon augmenter...

Évidemment je n'ai pas parlé ici des coûts supplémentaires d'infrastructure qu'induirait une pénétration importante de l'éolien, sur les réseaux de distribution et leur gestion (voir le rapport complet) de manière à palier l'intermittence par une plus forte interconnexion du réseau. Néanmoins, ils ne contrebalancent pas les avantages de long terme de cette source d'énergie (ils ont été estimés en Allemagne à moins d'un c€ par kWh dans les hypothèses les plus défavorables), qui évidemment ne peut pas à elle seule répondre à la totalité de nos besoins, mais qui devrait raisonnablement pouvoir en représenter 10-20%.

En conclusion, même si l'on suppose ces chiffres légèrement biaisés, il est très clair que le déploiement à grande échelle de l'éolien n'est pas un problème de coût, mais de choix de société (à ceux qui pensent qu'une éolienne défigure le paysage, j'aimerais qu'ils me disent quelle opinion ils ont d'une centrale thermique...).

retour au sommaire thématique

A l'heure actuelle,d'après les derniers chiffes publiés par l'Agence Internationale de l'Energie, 80% de la production mondiale d'énergie primaire est issue des combustibles fossiles, dont 27% du charbon. Si l'on s'intéresse plus spécifiquement à la production d'électricité, les 67% est issue des combustibles fossiles dont un peu plus de 40% du charbon. Ce dernier étant le combustible dont la combustion entraîne les émissions de CO₂ les plus élevées à quantité d'énergie donnée, l'une des stratégies envisagées à l'échelle internationale pour limiter l'ampleur du réchauffement climatique est de remplacer les centrales thermiques au charbon utilisées pour produire de l'électricité par des centrales thermiques au gaz naturel, dont la combustion émet à peu près deux fois moins de CO₂ à énergie produite égale. C'est notamment une stratégie mise en oeuvre à grande échelle à l'heure actuelle au Royaume-Uni et aux USA (d'où le recours aux schistes bitumineux), et dans une moindre mesure en Chine.

Cependant, une étude conjointe de la National Oceanic and Atmospheric Administration et l'Université de Boulder (Colorado) publiée cette semaine et mentionnée dans la revue scientifique Nature  vient remettre en question ce rôle "positif" du gaz naturel dans la lutte contre le réchauffement climatique. En effet, cette étude montre que les émissions de méthane (le gaz que nous appelons couramment "gaz naturel") au niveau des gisements (en gros donc, les fuites) seraient beaucoup plus importantes que ce que l'on pensait jusqu'à présent. D'après les mesures de concentration de méthane dans l'atmosphère à proximité de gisements exploités dans le Colorado, ce seraient de 2% à 8% (avec une probabilité la plus forte pour une valeur de 4%) du méthane produit qui s'échapperait dans l'atmosphère, soit le double des chiffres avancés jusque là par l'industrie. Cette étude vient par ailleurs confirmer d'autres études effectuées ces dernières années mais contestées par l'industrie. Là où ce résultat vient heurter de plein fouet la stratégie visant à remplacer les centrales au charbon par des centrales au gaz naturel... c'est que le méthane est lui-même un puissant gaz à effet de serre : à quantité égale, 25 fois plus puissant que le CO₂ !

En tenant compte non seulement des émissions de CO₂ qui ont lieu lors de la combustion du combustible, mais aussi de ces fuites de méthane, les centrales à gaz ne tireraient plus leur avantage par rapport à celle à charbon que du fait qu'elles sont plus récentes et ont donc de meilleurs rendement de combustion !

Pire encore, la combustion du charbon n'émet pas que du CO₂ (contrairement à celle du gaz naturel), mais aussi des particules fines, qui une fois dans l'atmosphère contribuent à réfléchir le rayonnement solaire... et donc à diminuer les températures (étude publiée en 2011 dans la revue Climatic Change).

Globalement, le remplacement des centrales à charbon par des centrales au gaz n'auraient donc qu'un effet minime sur les émissions globales de gaz à effet de serre, et ne contribueraient quasiment pas à la lutte contre le réchauffement climatique (ce qui ne remet évidemment pas en cause leur effet bénéfique sur la réduction de la pollution aux particules fines).

La (seule) bonne nouvelle dans cette histoire, c'est que les exploitants ont tout à fait les moyens techniques de réduire fortement la proportion de méthane relâchée dans l'atmosphère, et que les seules raisons qui s'y opposent à l'heure actuelle sont économiques. Espérons donc que ce type d'étude contribuent à pousser les gouvernement à durcir les règles pour les y contraindre.

retour au sommaire thématique

Contrairement à ce que ce titre pourrait laisser croire, ce premier article après pratiquement 6 mois de pause n'est pas destiné à dresser un inventaire des mécanismes déjà existants en France et visant à inciter les particuliers à réduire leur facture énergétique, et donc leurs émissions de gaz à effet de serre.

Simplement parce que la plupart des mécanismes qui existaient ont disparu, ont été fortement réduits ou ont été détricotés au cours des derniers mois. "La faute à la crise", même si cette crise n'était pas là lorsque la taxe carbone n'a pas vu le jour (alors qu'une taxe carbone, certes modérée, a vu le jour en Australie, pays qui ne faisait pourtant pas partie jusque là des bons élèves de la lutte contre le réchauffement climatique). On a donc vu, sous couvert de réduction des niches fiscales, disparaître ou diminuer fortement des crédits d'impôts pour le développement des énergies renouvelables ou l'amélioration de l'isolation des bâtiments. Diminuer les tarifs de rachat de l'électricité issue du solaire photovoltaïque. Fortement durcie les procédures d'autorisation de développement de l'éolien (érigé maintenant au titre "d'installations classées pour la protection de l'environnement", au même titre que des usines d'incinération ou des centrales thermiques ...)....

Et pendant ce temps, la conférence de Durban est un échec patent (même si la plupart des participants s'autocongratulent et parlent d'accord), ne faisant que repousser à plus tard toute discussion autour d'objectifs contraignants. Le Canada, grand pollueur devant l'éternel, se retire du protocole de Kyoto pour mieux continuer à exploiter ses schistes bitumineux (dont il "oublie" opportunément de comptabiliser les émissions de CO₂ dans son inventaire total, alors qu'elles dépassent celles de tout son secteur automobile !). Et après une stagnation due à la crise, les émissions de gaz à effet de serre ont encore augmenté en 2010, conformément aux prévisions de l'agence internationale de l'énergie.

Dès lors, que faire ? Espérer que la question du climat et de l'environnent s'invite dans les débats politiques des pays pour lesquelles des élections ont lieu l'année prochaine (dont les USA et la France) et détrône La Crise ? Ou pourquoi pas chercher de nouvelles idées ? Je ne changerai sans doute pas le monde avec ce blog et sa vingtaine de visiteurs quotidiens, mais voici à tout hasard un début d'idée que je n'ai pas encore entendu dans la bouche d'un candidat à la présidence en France :

A force de l'entendre dire et répéter, tout le monde a sans doute intégrer maintenant que la hausse des coûts de l'énergie dans un proche avenir est inéluctable. Mais plutôt que de l'augmenter uniformément, comme on en prend par exemple le chemin pour le gaz dans les semaines qui arrivent, pourquoi ne pas le faire de manière intelligente pour inciter à la réduction de la consommation d'énergie ?

Pour l'électricité, le gaz et le fioul domestique, on pourrait imaginer un mécanisme ou le prix de l'énergie, ramenée en kWh pour chaque type (si l'on regarde une facture de gaz, par exemple, 1 m³ correspond à 11,2 kWh, et on peut faire la même conversion pour le fioul domestique) dépendrait de la consommation totale d'énergie.

Je m'explique : supposons, parce que les nombres ronds c'est pratique et parce que je n'ai aucune idée du chiffre réel, que la consommation d'énergie domestique (donc hors automobile, ce qui constitue tout de même une part importante des émissions de gaz à effet de serre) soit en France de 10 000 kWh par personne. On pourrait alors imaginer que par rapport au prix actuel, tous les kWh jusqu'à 5 000 kWh soit gratuits, que tous ceux entre 5 000 et 10 000 kWh coûtent le double du prix actuel, et que tous ceux au-delà de 10 000 kWh coûtent le triple. (évidemment il faudrait affiner ça en ne comptant pas par personne mais par foyer, ou par foyer mais en tenant compte de la composition du foyer, mais ce sont des détails de mise en pratique).

De cette manière, les personnes qui consomment moins que la moyenne y gagne, d'autant plus qu'elles consomment peu, celles qui consomment plus y perdent, d'autant plus qu'elles consomment beaucoup, ce qui incitent à faire baisser la moyenne via des économies d'énergie ou des travaux d'amélioration de l'habitat (et ça en plus c'est bon pour l'économie). Et tous les ans (ou un peu moins souvent si c'est trop compliqué), on change le 10 000 kWh pour la nouvelle moyenne...

Mais vous me répondrez, "et les locataires", ils n'y peuvent rien si leurs propriétaires se moquent éperdument de leur consommation d'énergie. Réponse simple : le mécanisme s'applique à eux jusqu'à 10 000 kWh (pour les inciter à économiser l'énergie), mais la forte hausse de prix au-delà de ces 10 000 kWh est payée par le propriétaire, ce qui l'incite à ne pas laisser son appartement ou sa maison dans le club des passoires thermiques.

Voilà une idée qui ne me semble pas forcément très compliquée à mettre en oeuvre, et qui a l'avantage de la pédagogie. Mais je n'ai pas prévu être candidat à la présidence de la république...

retour au sommaire thématique