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L’énergie : situation et prospectives

7 - Les points faibles des énergies renouvelables

Quels sont les points faibles des énergies renouvelables ?

Les principaux points faibles des énergies renouvelables sont une production d’énergie irrégulière et un prix parfois élevé.

La production d’énergies renouvelables dépend inéluctablement des conditions climatiques. Elle varie d’heures en heures pour l’électricité éolienne ou photovoltaïque et d’une année sur l’autre pour l’hydroélectricité et la biomasse (ex : pénurie de biocarburants au Brésil à cause des mauvaise récoltes de 2011).

Le coût de production de l’énergie est analysé en détail dans le cas de l’électricité. Le coût de l’électricité éolienne terrestre est à peu près égal à celui des centrales thermiques. En revanche l’électricité photovoltaïque coûte deux fois plus cher.

Coût de production de l’électricité pour de nouvelles installations (Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. p. 121). CCGT : centrale à turbine à gaz à cycle combiné ; PV : photovoltaïque. 2010 : le calcul tient compte du prix du gaz ou du charbon en 2010 ; 2011 : le calcul tient compte du prix du gaz ou du charbon en 2011.
Le coût de production tient compte des coûts d’investissement, du coût du combustible, de la durée de vie des installations et du taux d’actualisation.

Indépendamment du coût de production, l’utilisation de l’éolien ou du photovoltaïque augmente le coût global de l’électricité car il faut des installations supplémentaires pour compenser les interruptions de la production. L’AIE a évalué que le surcoût était entre 5 et 25 €/MWh.

(Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. pp. 82-84, pp. 121-122, p. 131,

Daphné LORNE. Le point sur les biocarburants : progression des marchés nationaux et internationaux. IFP Energies nouvelles. Février 2012.)

Quelle est la R&D sur les technologies innovantes pour prévenir le changement climatique ?

La lutte contre le changement climatique fait appel à trois grands groupes de technologies : 1) l’exploitation des énergies renouvelables ; 2) l’augmentation de l’efficacité énergétique (isolation thermique, lampes à basse consommation, efficacité des moteurs thermiques) ; 3) le captage et la séquestration du CO2.

Dans les années 2000, la priorité était donnée à l’efficacité énergétique (éclairage, moteurs thermiques, isolation des bâtiments) et à l’exploitation des énergies renouvelables (déchets, solaire, éolien). Toutefois, les secteurs qui se développent le plus vite sont ceux qui offrent potentiellement les plus grands gains en terme d’émission de gaz à effet de serre (cf. la position du captage et séquestration du CO2 dans la figure ci-dessous à droite).

A gauche : Nombre annuel moyen de brevets déposés entre 1998 et 2003 par domaine thématique (Antoine DECHEZLEPRETRE, Matthieu GLACHANT, Ivan HASCIC, Nick JOHNSTONE, Yann MENIERE. Invention and Transfer of Climate Change Mitigation Technologies on a Global Scale : A Study Drawing on Patent Data. Mines ParisTech, CERNA, Agence française de développement. December 2008. p. 14). A droite : Croissance annuelle moyenne du nombre de brevet entre 1998 et 2003 et diminution potentielle des émissions de CO2 d’ici 2030 (pour un coût inférieur à 40 €/tCO2 évité) (Antoine DECHEZLEPRETRE, Matthieu GLACHANT, Ivan HASCIC, Nick JOHNSTONE, Yann MENIERE. Invention and Transfer of Climate Change Mitigation Technologies on a Global Scale : A Study Drawing on Patent Data. Mines ParisTech, CERNA, Agence française de développement. December 2008. p. 16).
Biomass : biomasse ; Building : matériaux pour l’isolation thermique ; CCS : capture et séquestration du CO2 ; Cement : ciments ayant de bonne qualités d’isolation thermique et ciments non conventionnels ; Fuel injection : moteurs à injection (réduction de la consommation) ; Geothermal : utilisation de la chaleur du sous-sol ; Hydro : dispositifs pour l’exploitation de l’énergie hydraulique ; Lighting : éclairages consommant peu d’énergie (lampes fluocompactes, LED) ; Methane : dispositifs pour la production et l’exploitation du méthane (hors gaz naturel) ; Ocean : énergie des courants, des marées et des vagues ; Solar : production d’électricité ou de chaleur par énergie solaire ; Waste : exploitation de l’énergie contenue dans les déchets ; Wind : dispositifs pour exploiter l’énergie éolienne.

Le Japon domine la R&D (41 % des brevets), suivi des Etats-Unis et de l’Allemagne (13 % chacun). L’Union européenne possède 24 % des brevets.

La Chine et la Russie sont à la pointe des recherches sur la géothermie et les ciments, la Corée sur la biomasse et la Russie sur le captage et la séquestration du CO2.

PaysDomaines privilégiés (en ordre décroissant)
Japon40,8%Toutes les technologies
Etats-Unis12,8%Eolien, solaire, énergie hydraulique, méthane, bâtiment
Allemagne12,7%Biomasse, énergie marine, déchets, Captage du CO2, éolien, solaire
Chine5,8%Ciment, géothermie, solaire, énergie hydraulique, méthane
Corée du Sud4,6%Eclairage, énergie marine, énergie hydraulique, biomasse, ciment
Russie4,2%Géothermie, ciment, énergie hydraulique, captage du CO2, énergie marine
France2,4%Ciment, captage du CO2, bâtiment, biomasse, énergie hydraulique
Royaume-Uni1,9%Energie marine, biomasse, éolien, méthane
Canada1,5%Energie hydraulique, éolien, captage du CO2, énergie marine
Brésil1,1%Energie marine, bâtiment

Pourcentage des brevets détenus dans les dix principaux pays (Antoine DECHEZLEPRETRE, Matthieu GLACHANT, Ivan HASCIC, Nick JOHNSTONE, Yann MENIERE. Invention and Transfer of Climate Change Mitigation Technologies on a Global Scale : A Study Drawing on Patent Data. Mines ParisTech, CERNA, Agence française de développement. December 2008. p. 17).

(Antoine DECHEZLEPRETRE, Matthieu GLACHANT, Ivan HASCIC, Nick JOHNSTONE, Yann MENIERE. Invention and Transfer of Climate Change Mitigation Technologies on a Global Scale : A Study Drawing on Patent Data. Mines ParisTech, CERNA, Agence française de développement. December 2008. p. 11, p. 14, pp. 16-17)

Comment pallier l’intermittence de la production d’électricité renouvelable ?

La production d’électricité éolienne ou photovoltaïque est par nature intermittente. Quand la production d’électricité s’interrompt localement, les opérateurs répartissent la demande sur des centrales qui ont une réserve de puissance. En dernier recours, ils connectent des centrales qui peuvent démarrer très rapidement (les centrales à gaz à cycle combiné). Il leur faut pour cela disposer de capacités de production et d’un réseau électrique surdimensionnés. L’ampleur du surdimensionnement dépend de l’importance et de la fréquence des chutes de production (et donc de la taille du parc éolien).

Il est raisonnablement facile d’augmenter les capacités de production en construisant des centrales à turbines à gaz à cycle combiné. En revanche le réseau électrique pose un gros problème car il faut plus d’une décennie pour installer un réseau à très haute tension. Un tel réseau est pourtant indispensable car l’histoire et la géographie font que les utilisateurs sont loin des centres de production d’électricité renouvelable. Il est par exemple impossible de transporter l’électricité des parcs éoliens du nord de l’Allemagne jusqu’aux régions industrielles du sud.

Le problème est en partie technique (de 2 à 10 % de l’énergie est perdue pendant le transport) mais il est surtout économique (200 milliards d’euros d’investissement pour un réseau européen) et politique (les réseaux restent centrés sur les Etats). La figure ci-dessous illustre l’insuffisance des lignes à très haute tension entre pays voisins. Elle montre aussi les réseaux qu’il faudra construire pour réunir les nouveaux centres de production d’électricité renouvelable aux grandes zones de consommation.



Carte des investissements à long termes nécessaires pour le réseau électrique au sud-ouest de l’Union européenne ([47] p. 72). Demand growth : zones où la consommation d’électricité augmentera rapidement ; Future generation evacuation : futurs grands centres de production d’électricité renouvelable ; Isolated systemes to be connected : zone quasi isolée du réseau électrique européen ; Insufficient transmission capacity : le débit des lignes à très haute tension est insuffisant entre les deux pays ; Major power flow : principaux flux.

Une approche complémentaire est de moduler la demande en fonction de l’énergie disponible. Idéalement, il faudrait que le gestionnaire connaisse constamment la production et la consommation de toutes les entités connectées au réseau (c’est le réseau intelligent). Une version simplifiée est utilisée actuellement pour les très gros consommateurs. Ils acceptent moyennant une contrepartie financière d’être partiellement déconnectés lorsque la demande est trop forte. Une variante consiste à organiser un réseau intelligent local (smart grid ou smart urbanisation).

Là encore les obstacles sont plus politiques et économiques que techniques.

(Energie : production, consommation, où en est-on ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008. pp. 12-13, pp. 18-19,

Les énergies renouvelables : pourquoi et à quel prix ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008. pp. 12-13, pp. 24-25,

Ten-Year Network Development Plan 2010. European Network of Transmission System Operators for Electricity. 30 June 2010. p. 72, p. 160,

Priorités en matière d’infrastructures énergétiques pour 2020 et au-delà – Schéma directeur pour un réseau énergétique européen intégré. COM(2010) 677 final. Communication de la Commission au Parlement européen, au Conseil, au Comité économique et social européen et au Comité des régions. 17 novembre 2010. p. 8, p. 12, p. 31, pp. 37-40,

Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. p. 23, pp. 82-89, p. 110, p. 148,

A technological roadmap for low-carbon electricity production. Equinox Blueprint : energy 2030. February 2012. pp. 90-101,

Le baromètre 2011 des énergies renouvelables électriques en France. 2e édition. Observ’ER. Février 2012. pp. 92-94)

Le stockage de l’électricité est-il une solution pour pallier l’intermittence de l’éolien ?

Actuellement, la seule solution pour stocker de grandes quantités d’énergie électrique est de remplir des barrages hydroélectriques aux heures où l’électricité est abondante et bon marché. Une solution apparentée, qui est utilisée en Allemagne, consiste à comprimer de l’air stocké dans des cavités souterraines.

Une autre approche serait d’utiliser l’électricité pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau ou du méthane à partir du CO2. L’hydrogène et le méthane seraient ensuite utilisés dans des centrales à gaz à cycle combiné pour produire de l’électricité au moment des pics de consommation. La filière hydrogène est handicapée par son très faible rendement. La filière méthane se heurte au problème de la disponibilité du CO2. Elle ne peut être opérationnelle que si le captage du CO2 est organisé à une échelle industrielle.

L’idée est intéressante, mais on est encore très loin d’avoir une solution économiquement viable. En effet, ces dispositifs serviraient à stocker la surproduction d’énergie éolienne ou photovoltaïque et ils ne fonctionneraient donc que quelques centaines d’heures par an.

(Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. pp. 124-126)

Un recours massif aux énergies renouvelables est-il envisageable dans un pays industrialisé ?

Oui. A la fin des années 1990, l’Allemagne a donné la priorité aux énergies renouvelables et à l’efficacité énergétique et elle a programmé un abandon du nucléaire vers 2030-2035 (la fin du nucléaire a été avancée de dix ans depuis l’accident de Fukushima).

L’Allemagne a fixé en septembre 2010 les objectifs pour 2050. La mise en œuvre de ce programme nécessitera entre 250 et 270 milliards d’euros d’investissement d’ici 2020.

2020203020402050
Objectif efficacité énergétique
Consommation d’énergie primaire (par rapport à 2008)-20 %-50 %
Consommation d’électricité (par rapport à 2008)-10 %-25 %
Objectif climat
Emissions de gaz à effet de serre (par rapport à 1990)-40 %-55 %-70 %-80-95 %
Objectif renouvelable
Part dans l’électricité35 %50 %65 %80 %
Part dans les énergies primaires18 %30 %45 %60 %

Objectifs de l’Allemagne à l’horizon 2050 publiés par l’Office fédéral de l’environnement (L’énergie en Allemagne et en France : une comparaison instructive. Les cahiers de Global Chance n°30 et Institut du Développement Durable et des Relations Internationales. 30 septembre 2011. p. 89, Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. p. 40).

Le programme garantit un marché très actif pour l’industrie des énergies renouvelables. L’industrie allemande en profite sans pour autant être à l’abri de la concurrence internationale. Elle a notamment beaucoup de mal à résister à la Chine pour le photovoltaïque.

La diminution de la consommation résultera de l’effet conjoint de la baisse de la population (82 millions d’habitants en 2010, environ 72 millions en 2050) et de l’augmentation de l’efficacité énergétique. Il est prévu que l’efficacité énergétique augmente de 2,1 % par an et que la rénovation des bâtiments touche 2 % du parc par an en 2020 (le rythme est actuellement de 1 %). Les besoins de chauffage devraient baisser de 80 % d’ici 2050.

Les Allemands misent sur le captage et le stockage du CO2 pour atteindre leurs objectifs pour les émissions de gaz à effet de serre.
L’objectif de 80 % de renouvelable dans la production d’électricité ne peut être atteint qu’avec la construction de 4 300 km de lignes à très haute tension pour connecter les zones de production aux zones de consommation. Cet objectif de 80 % fait aussi le pari que le stockage de l’électricité aura trouvé une solution satisfaisante.

(L’énergie en Allemagne et en France : une comparaison instructive. Les cahiers de Global Chance n°30 et Institut du Développement Durable et des Relations Internationales. 30 septembre 2011. pp. 89-94,

Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. pp. 39-45)

Les énergies renouvelables sont-elles une solution pour les pays en développement ?

Oui. Les énergies renouvelables sont des solutions économiquement raisonnables à partir du moment où les coûts de transport de l’énergie sont très élevés. C’est le cas dans la plupart des pays en développement.

Il faut cependant compléter le dispositif par des batteries d’accumulateur et des groupes électrogènes pour pallier les interruptions de la production d’électricité. La sécurité énergétique n’est totalement assurée que si les groupes électrogènes sont assez puissants pour assurer la totalité de l’approvisionnement en électricité.

Dans le cas où les éoliennes assurent la majeure partie de la production, il faut des batteries d’accumulateur permettant une autonomie de six heures et des groupes électrogènes pour les périodes sans vent plus longues. Lorsque les vents sont stables (vents alizés des zones tropicales) et la population pas trop nombreuse (un millier d’habitants), on peut obtenir des systèmes viables où les éoliennes fournissent 70 % de l’électricité annuelle et les groupes électrogènes 30 %.

Malgré son coût de production élevé, l’électricité photovoltaïque peut devenir une bonne solution si la consommation d’énergie est faible (ex : éclairage, communication, réfrigérateur, pompe à eau).
La maintenance des batteries d’accumulateurs pose un réel problème de logistique. Il s’agit en effet d’équipements à faible durée de vie produisant des déchets très polluants.

(Les énergies renouvelables : pourquoi et à quel prix ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008. p. 12,

Les énergies renouvelables : pourquoi et à quel prix ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008. p. 24,

Jean-Michel CHARPIN, Claude TRINK. Rapport de la concertation avec les acteurs concernés par le développement de la filière photovoltaïque. Ministère de l’économie, des finances et de l’industrie. 17 février 2011. p. 12,

Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. p. 84,

A technological roadmap for low-carbon electricity production. Equinox Blueprint : energy 2030. February 2012. pp. 80-89)

Les énergies renouvelables posent-elles des problèmes d’acceptabilité par la société ?

Oui. On invoque généralement le syndrome NIMBY (not in my back yard ou « oui, mais pas chez moi »). Il explique probablement que les délais entre le début des études et la mise en service de lignes à très haute tension dépassent parfois la décennie et qu’ils continuent de s’allonger. Ce phénomène est observé dans toute l’Europe alors que ces infrastructures sont indispensables au développement des énergies renouvelables.

Mais ce n’est pas la seule explication. Il existe aussi un divorce entre l’attente des personnes ayant une sensibilité écologique et l’économie des énergies renouvelables. Il s’agit pour les premiers d’une volonté de réappropriation par des usagers-citoyens de la production des biens vitaux. Alors que la construction des grandes fermes éoliennes ou photovoltaïques est une opération qui mobilise des financements très importants dans une logique purement capitaliste.

La pertinence de la seconde explication est particulièrement nette dans le cas des éoliennes. Il y a peu de problèmes d’acceptabilité lorsque les éoliennes appartiennent à des coopératives ou des municipalités. En revanche, les projets des grands groupes industriels se heurtent souvent à une forte opposition locale. Et le phénomène est aggravé par le comportement des industriels qui se sont habitués depuis longtemps à faire aboutir leurs projets en dépit des objections des populations locales.

([Paul GIPE. Le grand livre de l’éolien. Edition Le Moniteur. Janvier 2007. ISBN 2-913620-39-6.] p. 185, pp. 394-397, pp. 401-406,

Jacques PERCEBOIS, Claude MANDIL. Rapport Energies 2050. Centre d’analyse stratégique. Février 2012. p. 148,

[Daniel DAUGERON. Mise en œuvre des zones de développement éolien dans l’Allier : le cas de la Ferme éolienne de Chazemais. Communication personnelle. 22 mai 2012.])

jeudi 20 décembre 2012, par HUCHERY Mélissa


Thèmes : Grands défis
Mots clés : Energie