Les transitions énergétiques

La vie des sociétés ne peut être dissociée des énergies dont elles disposent. Jusqu’au XIXe siècle, les tractions humaine et animales, les forces de l’eau et du vent transformées par les moulins, le bois brûlé dans les fours, étaient utilisés sur place. La découverte du « charbon de terre », plus calorifique et facilement transportable, initia l’ère des réseaux. Vinrent ceux des hydrocarbures, de l’électricité : tous permirent la dissociation des lieux de productions et d’utilisations. Dans le même temps, le rendement des convertisseurs était amélioré. La souplesse et l’efficacité des réseaux facilitent une consommation énergétique toujours croissante, jamais sans inconvénients.

La modification structurelle des modes de production et de consommation de l’énergie est désignée sous l’appellation « transition énergétique ». Ce terme de « transition » est réfuté par l’historien des sciences Jean-Baptiste Fressoz pour qui «  L’histoire de l’énergie n’est pas celle de transitions, mais celle d’additions successives de nouvelles sources d’énergie primaire. L’erreur de perspective tient à la confusion entre relatif et absolu, entre local et global : si, au xxe siècle, l’usage du charbon décroît relativement au pétrole, il reste que sa consommation croît continûment, et que globalement, on n’en a jamais autant brûlé qu’en 2013 ».

Actuellement, le but de la transition énergétique est de limiter le réchauffement climatique en réduisant, principalement, les émissions de CO₂. En effet, les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) rejettent du CO₂, un gaz à effet de serre qui participe au réchauffement climatique (réchauffement des basses couches de l’atmosphère terrestre). Ce réchauffement est dû à l’absorption du rayonnement infrarouge par différentes molécules comme la vapeur d’eau, le gaz carbonique, le méthane, les oxydes d’azote. L’effet de serre est indispensable à la vie sur Terre, en son absence la température moyenne à la surface terrestre serait d’environ -17°C. L’augmentation rapide de l’effet de serre, depuis le début de l’ère industrielle liée à l’accroissement de la concentration de CO₂ dans l’atmosphère (de 278ppm en 1800 à 413ppm en 2020), pose un réel problème. Pour y remédier, il faut effectuer un véritable changement de production et de consommation de l’énergie qui implique des évolutions techniques et technologiques, de nouvelles infrastructures et une sensibilisation du public aux effets néfastes de la production/consommation actuelle.

Aujourd’hui en France, le mix énergétique ou utilisation de plusieurs sources d’énergie, dans les transports, l’agriculture, l’industrie, l’habitat ou la production d’électricité dépend pour plus de 60% des énergies fossiles. Selon le ministère de la transition écologique, la répartition est la suivante :

En 2020, en France, l’électricité a été produite par les sources suivantes :

Qu’elles sont les énergies renouvelables actuelles ?

L’énergie solaire est à l’origine du cycle de l’eau, du vent et de la photosynthèse et de ce fait à l’origine de la plupart des énergies sur Terre. Seules l’énergie nucléaire et la géothermie font exception. Principalement, elle permet le maintien d’une température compatible avec la vie, grâce à l’effet de serre. L’autre apport essentiel à la vie est la photosynthèse réalisée par les plantes, première étape de la chaîne alimentaire.

L’énergie solaire peut être transformée directement en électricité et en chaleur. Elle repose sur trois technologies :

* les panneaux photovoltaïques qui transforment le rayonnement solaire en électricité,

* la thermodynamique qui produit de l’électricité via une production de chaleur,

* les technologies qui convertissent le rayonnement solaire en énergie thermique (chaleur).

L’électricité produite est utilisée sur place ou réinjectée dans le réseau de distribution électrique. La chaleur est utilisée pour le chauffage domestique ou la production d’eau chaude sanitaire.

Le photovoltaïque a un impact environnemental lié à la présence du silicium dont la production est énergivore. La durée de vie des modules photovoltaïques n’est que de 25 ans, leur recyclage atteint aujourd’hui 90%.

L’énergie éolienne est l’utilisation du vent pour le convertir en énergie électrique. Les éoliennes sont terrestres ou marines. En mer, elles sont installées sur des fonds marins ou des plateformes ancrées aux fonds marins. Dépendante du vent, il s’agit d’une énergie intermittente et la production non prévisible. Les éoliennes terrestres commencent à produire avec un vent à 15 km/h et sont à plein régime vers 40-50 km/h. En mer, le vent est plus fort et les éoliennes plus puissantes, aussi la rentabilité est plus grande.

Les éoliennes, hormis la modification du paysage, peuvent avoir un impact sur la faune ailée (oiseaux et chauves-souris). De plus leur construction nécessite beaucoup de béton pour le socle, des métaux rares pour la fabrication de l’aimant permanent des rotors, le recyclage des pales en matériaux composites commence seulement à être envisagé.

L’énergie hydraulique sert à la production d’électricité. Une turbine hydraulique ou hydrolienne transforme l’énergie cinétique de l’eau en mouvement (courants marins liés aux marais et barrages fluviaux) en énergie mécanique qui est ensuite convertie par un alternateur en énergie électrique. Les réserves en eau des grands barrages permettent la production d’électricité à la demande. Les très grandes retenues d’eau peuvent avoir une influence sur le climat local et la biodiversité.

L’énergie géothermique utilise la chaleur de la croûte terrestre. Les calories captées peuvent servir pour des installations de chauffage ou pour produire de l’électricité.

L’énergie biomasse est la transformation de la matière organique d’origine végétale, animale, bactérienne ou fongique en produits énergétiques : biocombustibles, biogaz et biocarburants. Cette biomasse peut aussi être brûlée pour produire de la chaleur et éventuellement de l’électricité en cogénération.

* Le bois est utilisé pour le chauffage individuel ou dans des centrales thermiques pour produire de l’électricité. Si les forêts sont gérées de façon durable, cette source d’énergie est considérée comme renouvelable.

* le biogaz, contrairement au gaz naturel qui est une énergie fossile, le biogaz est une énergie renouvelable. Ses modes de production sont :

• la méthanisation, dégradation de la matière organique (déchets agricoles, agroalimentaires, biodéchets, etc.) par des microorganismes en milieu anaérobie contrairement au compostage qui nécessite de l’oxygène.

• la pyrogazéification, production de méthane à partir de matières organiques chauffée à des températures élevées (900°C à 1 200°C) en présence d’une faible quantité d’oxygène

•  le power-to-gas, conversion d’électricité en gaz. De l’électricité issue d’énergies renouvelables permet de produire par électrolyse de l’eau, de l’hydrogène qui peut être converti en méthane de synthèse.

* Les biocarburants ou agrocarburants

Ce sont des combustibles liquides ou gazeux produits à partir de la biomasse. Les carburants conventionnels sont produits à partir de ressources agricoles et ceux dits avancés sont produits à partir de matières premières.

Il existe deux filières de production :

• la filière alcool, le bioéthanol produit à partir de sucres, d’amidon, de cellulose ou de lignine hydrolysées,
• la filière huile, le biodiesel (ou biogazole) produit à partir d’huile végétale ou animale ou d’acides gras divers (algues, etc.).

La production de biocarburants est en compétition avec la production des aliments pour les Hommes et les animaux. De plus le rendement de la photosynthèse par les plantes est très faible, de l’ordre de 2 à 4%.

L’énergie de fission nucléaire n’est pas une énergie renouvelable mais c’est une énergie ne produisant pas de gaz à effet de serre. Les réserves d’uranium et de thorium permettent un développement de cette énergie sur une période supérieure à un siècle. Cette période pourrait être mise à profit pour un développement des réacteurs à neutrons rapides, dit de 4ème génération et puis celle de la fusion des noyaux d’hydrogène.

Quels sont les enjeux de la transition énergétique ?

* baisser la consommation d’énergies fossiles et réduire les émissions de gaz à effet de serre ;

* utiliser des énergies renouvelables ;

* diminuer la consommation finale d’énergie ;

* baisser le volume de déchets ;

* renforcer l’indépendance énergétique du pays

En France, la loi de transition énergétique pour la croissance verte du 17 août 2015 visait à lutter contre le dérèglement climatique et à renforcer l’indépendance énergétique, tout en garantissant un accès à l’énergie à des coûts compétitifs.

La loi du 22 août 2021 porte sur lutte contre le dérèglement climatique et le renforcement de la résilience face à ses effets, dite « loi Climat et Résilience » et vise à accélérer la transition écologique de la société et de l’économie françaises.

Avantages et inconvénients des différentes sources d’énergie.

L’électricité, comme vecteur d’énergie, présente plusieurs avantages dont sa souplesse d’utilisation et la facilité de sa transformation en d’autres formes mais aussi un inconvénient majeur qui est l’absence de stockage. En effet, son stockage n’est possible que par l’utilisation d’un premier convertisseur : énergie chimique (batterie, hydrogène), hydraulique puis d’un deuxième pour redonner de l’électricité. Ce problème de stockage est amplifié par la production intermittente des énergies renouvelables, photovoltaïque et éolien.

Le remplacement des énergies fossiles dans les transports et l’habitat par l’électricité nécessite des modifications importantes dans les réseaux.

Quand la transition énergétique concerne des sources d’énergies non renouvelables, elle induit l’épuisement des ressources de la planète. Quand elle s’appuie sur des ressources carbonées, elle participe au réchauffement climatique. Quand elle induit la production de déchets, elle contribue au développement de la pollution. La gestion des réseaux peut avoir des conséquences graves tant sur le plan financier que géopolitique. Mais peut aussi avoir l’avantage d’une meilleure coordination entre production et consommation ce qui réduit la capacité de stockage.
RTE a récemment publié plusieurs documents et en particulier 5 scénarios possibles pour atteindre une neutralité d’émission de CO₂ en 2050.

La transition énergétique dans le monde

Dans son rapport 2019 sur les investissements dans l’énergie, l’Agence internationale de l’énergie conclut : « On ne trouve dans les données guère de signes d’une réallocation majeure des investissements en ligne avec l’accord de Paris sur le climat ; bien que les coûts baissent dans certaines régions, l’activité dans l’approvisionnement bas carbone stagne, en partie du fait d’une volonté politique insuffisante ; dans le scénario de développement durable, la part de l’investissement bas carbone passe de 35 % actuellement à 65 % en 2030 ; ceci exigerait un changement radical de politique ».

En 2019, dans son premier rapport sur le nucléaire en près de vingt ans, l’Agence internationale de l’énergie (IAE) s’inquiète de l’avenir incertain des centrales nucléaires dans les pays développés, qui pourraient perdre 25 % de leur capacité nucléaire d’ici à 2025 et plus des deux tiers d’ici à 2040, notamment en Europe et aux États-Unis. Cette perte pourrait se traduire par le rejet de quatre milliards de tonnes de CO₂ additionnelles dans l’atmosphère du fait de l’utilisation, en remplacement, de moyens de production plus émetteurs en dioxyde de carbone et freiner la transition écologique. Le rapport indique que la prolongation de la durée de vie des centrales nucléaires existantes nécessite des investissements importants : entre cinq cents millions et un milliard de dollars pour prolonger de dix ans une capacité de production d’un gigawatt ; mais ce coût reste concurrentiel par rapport aux autres technologies de production d’électricité, y compris le solaire et l’éolien, et tendrait à favoriser une transition énergétique plus sûre et moins perturbante.

Un rapport publié le 2 décembre 2020 par le Programme des Nations unies pour l’environnement (PNUE) révèle que les projets en cours d’extraction de combustibles conduiraient à une augmentation de 2 % par an de leur production alors qu’il faudrait la réduire de 6 % par an entre 2020 et 2030 pour espérer atteindre l’objectif fixé par l’Accord de Paris sur le climat de ne pas dépasser 1,5 °C de réchauffement à la fin du siècle. Les États du G20 ont mobilisé 233 milliards de dollars d’aides publiques en faveur des activités dépendantes des ressources fossiles contre 146 milliards pour celles qui préservent le climat et l’environnement ; aux États-Unis, sur les 100 milliards de dollars d’aides publiques identifiés par le rapport, environ les deux-tiers ont été accordés aux secteurs dépendants du charbon, du pétrole et du gaz, le reste revenant aux énergies et aux activités vertes. Les proportions sont inverses en Chine, en Allemagne et en France.

L’année 2020 a été une année record pour les investissements dans les technologies de la transition énergétique, tandis que ceux consacrés à l’exploration et la production d’hydrocarbures ont touché un point bas en dix ans. En Europe, les investissements ont progressé de 67 % à 150 milliards d’euros en 2020, année record pour la vente de véhicules électriques et pour les investissements dans les énergies renouvelables. La capture et le stockage du CO₂ ont bénéficié d’investissements massifs et inédits (+212 %).

Le Forum économique mondial (FEM) a publié en avril 2021 un rapport qui classe les 115 pays étudiés selon leur indice de transition énergétique : seuls 13 de ces pays avancent à un rythme satisfaisant pour se décarboner. Les trois premières places reviennent aux pays nordiques : Suède, Norvège et Danemark. La réduction de l’intensité carbone de leur bouquet énergétique y est la plus forte et la plus rapide, grâce à un engagement politique indéfectible pour atteindre un prix de la tonne de CO₂ pertinent et à des investissements massifs dans la décarbonation. Seuls trois pays du G20 figurent dans les 20 premières places du classement : le Royaume-Uni (7e), la France (9e) et l’Allemagne (18e). Les États-Unis sont au 24e rang, l’Italie au 27e, le Japon au 36e ; la Chine (68e) et l’Inde (87e) ont fait de gros progrès, mais le charbon continue de peser lourdement dans leur bouquet énergétique alors qu’ils représentent à eux seuls le tiers de la demande mondiale d’énergie. Pékin bénéficie surtout de la réduction de l’intensité énergétique de son économie, et New-Delhi d’avoir mieux ciblé ses subventions et donné un environnement réglementaire plus propice à la transition énergétique.

Remarque : vous pouvez trouver, sur ce site, des références d’ouvrages qui approfondissent le sujet dans nos trois catalogues critiques de livres de vulgarisation scientifique : 2012, les énergies renouvelables pour tous ; 2020, l’énergie du vivant ; 2021, les transitions énergétiques.