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Les sources d'énergie alternatives
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Il est nécessaire de faire appel à des énergies alternatives pour réduire la production de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbon est un des principaux gaz à effet de serre. L'effet de serre produit non seulement un récvhauffement généralisé de la planète, mais également une augmentation des catastrophes naturelles: tempètes, inondations dans certaines régions et sécheresse dans d'autres régions.

Cet article est basé en grande partie sur cette source.

Il faut absolument réduire la production de CO2, et donc passer des énergies fossiles aux énergies renouvelables. Dans la plupart des états européens, il s'agit d'énergie produite par les panneaux solaires et les éoliennes. Dans certains pays on produit également de l'électricité à partir des marées (usines marémotrices), de l'énergie des vagues,... L'énergie géothermique est la seule source d'énergie qui reste assez constante dans le temps. La plus grande quantité d'énergie renouvelable est produiite par les éoliennes et les panneaux solaires.

C'est surtout la combustion de charbon dans les centrales électriques qui produit beaucoup de CO2 (le charbon est du carbone presque pur). Une concentration accrue de gaz carbonique dans l'atmosphère produit des dérèglements climatiques: le risque de tempètes violentes augmente, il y a plus de cyclones (et leur intensité augmente également). les pluies sont plus intenses dans certaines régions (avec plus d'inondations) tandis que d'autres régions sont encore plus touchées par la sécheresse.

L'augmentation du taux de gaz carbonique dans l'air produit une augmentation de la température moyenne par effet de serre. Cela produit à son tour une fonte des glaces et une augmentation du niveau de la mer. Mais le résultat le plus catastrophique de la fonte des glaces n'est pas l'augmentation du niveau de la mer, mais un effet accélérateur du réchauffement: la glace réfléchit en effet les rayons solaires, tandis que l'eau absorbe le rayonnement solaire. L'eau s'échauffe plus rapidement que la glace.

Le cercle vicieux qui est mis en place est de plus en plus difficile à controler: les efforts à réaliser deviennent chaque année de plus en plus importants. On est actuellement sûr qu'il y aura une augmentation d ela température de 2°C dans les années à venir. Les tempères seront plus violentes, les inondations plus mortelles et d'un autre coté les déserts deviendront plus étendus.

Nous devons donc réduire les émissions de gaz à effet de serre, et le gaz le plus souvent mis en cause est le dioxyde de carbone (gaz carbonique ou CO2). Ce gaz est produit quand il y a combustion. Il y a des secteurs où il est difficile de réduire la production de gaz à effet de serre: le chauffage et les stransports. On se concentre donc sur la production d'énergie électrique (qui est en augmentation constante). Mais quelles sont les possibilités pour réduire la production de dioxyde de carbone lors de la production d'électricité? Nous avaons fait une liste des possibilités:

  • Plus de panneaux solaires et d'éoliennes pour que nous n'ayons plus besoin de centrales thermiques classiques
  • Interconnection de toutes les centrales pour qu'un exces de production dans un pays puisse être utilisé dans un autre pays.
  • Stockage de l'énergie quand il y a surproduction pour l'utiliser lors des pics de consommation
  • Utilisation de centrales nucléaires à la place de centrales thermiques traditionelles
  • Adapter la demande à l'offre (et non plus l'inverse, comme c'est le cas actuellement)
En Belgique, certaines solutions ont été éliminées, comme par exemple la biomasse (utilisation de déchets de l'agriculture, de bois et d'une partie des déchets ménagers combustibles). Le coût d'une telle centrale est trop élevé pour le bilan écologique qu'on veut atteindre: la centrale brûle toujours des carburants, et ceux-ci produisent des gaz à effet de serre. Le bilan n'est donc pas positif.


Jaune: production des panneaux solaires
Bleu: production des éoliennes
Rouge: demande en électricité

Il s'agit de valeurs normalisées où la production ou la consommantion maximale = 100%

Evolution durant un mois (une ligne par jour)

1- Plus de panneaux solaires et d'éoliennes

Cela semble couler de source: pour être sûr d'avoir suffisamment d'électricité, il faut augmenter le parc d'éoliennes et d epanneux solaires. Sur une base annuelle, l'énergie qui peut être obtenue à partir d'éoliennes dépasse les besoins énergétiques. Il en va de même des panneaux solaires.

Mais la production d'électricité est très variable. La seuile chose qui est sûre, c'est que la production d'une unité peut varier entre 0 et 100% de sa puissance nominale.

  • Sur la durée de vie d'une éolienne, celle ci aura produit entre 10 et 45% de sa puissance nominale
  • Un panneau solaire aura produit entre 5 et 30% de sa puissance nominale.
Ces chiffres ne sont valables que si l'énergie produite est effectivement utilisée. On va voir que ce n'est pas nécessairement le cas.

Si on construisait plus de panneaux solaires et plus d'éoliennes pour être sûr que le production soit suffisante? Nous avons vu que sur base annuelle il y a assez de soleil et de vent pour subvenir à nos besoins. Mais les calculs ont également démontrés qu'il faudrait avoir une capacité de production qui soit dix fois supérieure à la demande. Grosso modo, il faudrait donc installer cent fois plus d'éoliennes et de panneaux solaires qu'il n'y en a à présent.

Un inconvénient de cette méthode est qu'il y aura souvent une surcapacité. Certaines éoliennes doivent être mises en drapeau pour réduire la production.

Et alors? Quel est le problème? le problème, c'est que le coût d'une éolienne ou d'un panneau solaire reste le même, que celui-ci soit utilisé au mieux, ou que son énergie soit neutralisée. Il faut fabriquer de l'acier pour les poutrelles, du béton pour la base, il faut transporter les matières premières, etc. La production de panneaux solaires produit des résidus dangereux. la fabrication d'un panneau solaire ou d'une éolienne coute donc, que ce soit en terme d'argent ou de resources naturelles. Si l'énergie que les installations produisent doit en plus être neutralisée, le bilan écologique de l'installation devient très négatif.

Le bilan écologique d'une centrale à énergie renouvelable devient de plus en plus mauvais, plus on construit de telles centrales! Evidemment on n'en est pas encore là, mais on arrivera à une telle situation si on veut fortement augmenter la part des énergies renouvelables.

Ne serait-il pas possible de continuer à utiliser les centrales thermiques classiques pour absorber les pics de consommation? C'est ce qu'on fait actuellement, mais cela veut également dire qu'on paie son électricité deux fois: on paie une fois les panneaux solaires et les éoliennes, et on paie également les centrales qui doivent faire l'appoint quand il n'y a pas de vent et de soleil.

Les centrales doivent être prévues pour fournir de l'électricité pendant les pics de consommation, alors qu'il n'y a pas de vent et qu'il fait encore noir. La capacité nécessaire des centrales n'est donc pas diminuée par la présence de panneaux solaires et d'éoliennes. Il faut donc toujours construire (et financer) autant de centrales classiques, qu'on dispose d'énergie alternative ou non.


Production d'électricité d'un parc à éoliennes
La production moyenne au cours du mois est bien quilibrée,
mais chaque jour la production peut varier dans de très grandes limites.

2- Plus d'infrastructure (réseau haute tension)

Et si nous connections ensemble toutes les éoliennes, les panneaux solaires, les centrales géothermiques, les usines marémotrices? Il ne fait pas calme plat partout en Europe et puis nous avons toujours l'énergie des vagues, l'énergie géothermique, etc pour combler les trous.

Un tel scénario n'est possible qu'à l'échelle européenne. Quand il drache à Bruxelles, il pleut à Paris. Cela veut dire qu'il faut des cables qui relient non pas le Belqique à la France, mais la Norvège à l'Espagne. Ce sont des coûts qui sont exorbitants, aussi bien sur le plan pécuniaire que sur le plan écologique.

Les cables sont fabriqués en cuivre, un métal qui a une faible résistance électrique et qui ne se corride pas trop rapidement. Pour purifier le cuivre, il faut utiliser des produits chimiques dangereux qui se retrouvent dans le milieu naturel (le cuivre est extrait dans certains pays de l'Afrique qui n'ont pas les moyens de recycler les déchets de la production). L'utilisation de l'aluminium n'est qu'un pis-aller: pour fabriquer de l'aluminium, il faut de l'électricité, beaucoup d'électricité. C'est pour cela que les usines de raffinage de l'aluminium sont situées à proximité d'une centrale nucléaire ou d'une centrale hydro-électrique, là où il y a assez d'électricité.

Pour être sûr qu'un pays ne manque pas d'électricité, il faut qu'un pays puisse importer toute son énergie. Non pas d'un pays limitrophe (qui a le même climat), mais d'un pays situé de l'autre coté de l'Europe.

Plus on tire de cables, et moins ils sont rentables, puisqu'ils ne seront utilisés que pour distribuer la surproduction d'un endroit vers un autre. Comme il n'y a pas toujours surproduction, ces cables ne sont pas toujours nécessaires.

Le coût de la distribution de l'électricité est déjà fort important sur la facture du consommateur (surtout pour les petits consommateurs). Certains ménages paient plus de frais de distribution que de frais d'électricité. Et cela ne va pas s'améliorer si on ajoute des cables.

Il ne faut pas oublier que même si on décuple le nombre de cables reliant les différents pays, il faut compter sur 60 jours par an avec une production insuffisante (et donc des coupures de courant).

3- Stockage de l'énergie

Nous avons vu que le plus grand problème, ce n'est pas le manque de soleil ou de vent, mais son caractère alléatoire. Ne serait-il pas possible de stocker l'énergie pour quand on en a besoin? Nous savons déjà qu'il est possible de couvrir totalement les besoins d'un pays avec de l'énergie éolienne ou solaire.

Pour le stockage de l'énergie on utilise traditionellement des batteries. Mais la fabrication de batteries coûte de l'énergie. De plus, il n'y a pas assez de matières premières sur terre pour fabriquer assez de batteries (nous parlons ici de la technologie lithium qui semble la plus prometteuse). A un moment donné, il faudra se rabattre sur des matières premières moins riches, mais cela veut dire qu'il faut plus d'énergie pour extraire le lithium, et qu'il y a donc également plus de produits toxiques qui se retrouve dans la nature.

De plus, la durée de vie d'un accu au lithium est limité à environ 10 ans (les accus des smartphones ne tiennet que deux ans au plus). Il faut donc recycler les accus au bout de 10 ans. Il existe évidemment d'autres technologies qu'on dit "prometteuses" mais dont il ne faut rien espérer dans les années à venir (remplacement du lithium par du sodium ou du potassium).

Le stockage de l'énergie ne se fait pas sans pertes. Il y a d'abord les pertes à la conversion: les accus travaillent avec du continu, tandis que le réseau est alternatif (merci, Tesla!). Mais au niveau des accus mêmes, le rendement n'est pas de 100%. Il y a des pertes coulombiques et des pertes ohmiques (tout comme il y a des pertes par le fer et par le cuivre dans les transformateurs).

En plus du coût économique et financier pour fabriquer les accus, il faut y ajouter les pertes électriques. Est ce que c'est important? L'énergie du vent est gratuite, non? Pour compenser les pertes dans les accus, il faut 10% d'éoliennes en plus, des cables plus gros, des convertisseurs plus puissants. Et on sait également que si le vent est gratuit, l'énergie éolienne elle n'est pas gratuite.

Pour fournir du courant pendant une journée pluvieuse d'hiver (presque pas de vent et pas de soleil), il faut tellement d'accus que cela n'est pas réalisable.

Et si on utiliserait les batteries des voitures életriques pour le stockage de l'électricité? Ne me parlez pas de voitures électriques! Si le parc de voitures életriques augmente, il faudra doubler la capacité du réseau électrique! L'essence et le diésel sont des sources d'énergies très concentrées, avec un litre of fait aisément 10km, tandis qu'avec 1kW on fait au mieux 5km.

Le seul avantage des voitures électriques est qu'elles sont rechargées la nuit, quand la demande en électricité est moindre. Mais c'est également à ce moment que les panneaux solaires ne produisent rien, ce qui transforme un avantage en inconvénient si on augmente le nombre de panneaux solaires!

Un autre moyen de stocker l'énergie électrique est d'utiliser les grands réservoirs d'eau: cela se fait par exemple à la cascade de Coo. On pompe l'eau en cas de surproduction et on turbine lors des pics de consommation. La centrale de Coo peut produire 1.164MW pendant 6 heures (cela correspond à la production d'une tranche de centrale nucléaire). Après cela, le bassin est vide et il faut repomper l'eau vers les bassins supérieurs. Le rendement est de 75%.

Ce système semble idéal, mais on oublie le coût: les installations de Coo ont couté plus d'un milliard d'euros.

Des plans ont été établis pour réaliser un atoll énergétique: un réservoir situé en mer, d'une superficie de plusieurs kilomètres carrés et d'une profondeur de 30m, qui est vidé et rempli selon la demande. L'emplacement était prévu devant la cote au Coq suer Mer, puis à Blankenberge, puis on a évacué le projet, aucun bourgemestre ne voulant un tel atoll devant sa plage. De plus, l'atoll aurait coté bien trop cher.

C'est assez rare que tous les politiciens soient d'accord sur une chose. Et ici ils sont tous d'accord: pas d'atoll énergétique devant la côte belge.

De tels systèmes peuvent absorber les pics de consommation journaliers, mais ne seront jamais en mesure de fournir de l'électricité pendant toute une journée parce qu'il n'y a pas de vent et qu'il pleut.

4- Plus de centrales nucléaires

Les centrales nucléaires fonctionnent au mieux quand elles peuvent produire constamment. Une centrale nucléaire peut être mise à l'arrêt, mais alors il faut des jours pour la remettre en route si on suit toutes les consignes de sécurité. Les centrales sont donc idéales pour absorber la consomation basale: la consommation des modems, des mats de télécom, des parcs d'ordinateurs, de tous les appareils qui sont constamment connectés au réseau et qui consomment du corant.

Les centrales nucléaires ne peuvent pas être utilisées pour absorber les pics de consommation. Dans un système avec beaucoup d'énergies alternatives, les centrales nucléaires sont trop lentes à prendre la relève.

Le rendement écologique d'une centrale nucléaire est très bon, quand elles sont bien utilisées: donc pour produire constamment une quantité d'énergie stable. Une centrale nucléaire ne produit pas de gaz à effet de serre, le carburant est très concentré et son transport est donc peu polluant. Les barres de carburant usées peuvent être recyclées car elles contiennent encore environ 95% de carburant nucléaire (elles sont simplement "polluées" par des déchets nucléaires instables, ce qui rend le fonctionnement de la centrale moins fiable).

Les centrales nucléaires sont idéales quand elles travaillent simultanément avec des centrales thermiques classiques: les centrales nucléaires produisent l'électricité de base et les centrales thermiques servent à absorber les pics de consommation. Ce sont les centrales à gaz qui sont le plus adaptées car elles peuvent rapidement êtres mises en route. Mais notre but n'était-il pas de réduire le nombre de centrales thermiques classiques?

5- Adapter la demande à l'offre

On peut aussi partir du principe qu'il peut y avoir des moments où la demande est plus importante que l'offre et que des parties du réseau sont donc déconnectées. Mais notre façon de vivre n'est pas adaptée à ce modèle. Je ne parle pas nécessairement des hopitaux qui ont des groupes électrogènes, mais toute la vie économique du pays dépend de l'électricité: les transports en commun, la signalisation routière, l'internet, la commande du chauffage, etc.

Sans électricité, toute la vie économique d'un pays est à l'arrêt: les usines ne peuvent plus produire, les bureaux n'ont plus de connection au "cloud " là où se trouvent actuellement toutes les données des entreprises), les caisses des magasins ne fonctionnent plus, ect. Mais des situations dangereuses peuvent également se produire: les maisons de repos ne sont plus chauffées, la police ne peut plus collaborer ensemble et les bandes armées ont champ libre, il peut se produire des explosions dans certaines usines chimiques parce que certains produits dangereux ne sont plus refroidis,...

Et puis quand le courant revient, il faut faire le décompte des dégats: les fournaux qui ont refroidi avec des matières premières à l'intérieur et qui sont donc perdus, les restaurants et la magasins qui doivent jeter toutes les marchandises perisables, etc.

On peut penser à mettre à l'arrêt certains grands consommateurs industriels quand la demande est trop élevée. mais ce ne sont pas nécessairement les grands groupes industriels qui produisent les pics de consommation, au contraire: dans nombre de cas, les grands groupes industriels ont un effet régulateur car les usines fonctionnent 24h/24. D'autres usines ont déjà fait des investissements pour réduire la consommation pendant les pics de consommation (quand l'électricité est la plus chère pour les grands consommateurs). La sidérurgie wallone (ou ce qu'il en reste) est maintenant centrée sur la récupération et les fours électriques fonctionnent surtout le week end, quand la consommation générale est moindre. Il n'est pas possible d'aller plus loin sur cette voie.

On peut aussi faire appel au ménages: faites une lessive ou la vaiselle la nuit. Il est également possible de programmer les machines pour commencer leur cycle quand la consommation est moindre. Avec l'IoT (Internet of Things), les trucs connectés, il est possible de commander à distance l'enclenchement d'appareils gros consommateurs. Le hardware est déjà là: il suffit de tout connecter. Mais certains pics de consommation ne pourront pas être éliminés: la production d'eau chaude sanitaire le matin, la cuisine, etc.

Conclusion

Cela doit être clair maintenant: miser uniquement sur les panneaux solaires et les éoliennes est moins écologique qu'une solution équilibrée: il nous faut plus d'éoliennes et quelques panneaux solaires pour augmenter le pourcentage d'énergies renouvelables dans le mix, mais il faut également plus de cables pour relier les différents pays.

Pour compenser le passage à la voiture électrique, il faudra nécessairement plus de centrales thermiques. Mais également plus de centrales nucléaires, car c'est uniquement avec les centrales nucléaires qu'il est possible de réduire de manière significative la production de gaz à effet de serre.

Le calcul du mix idéal doit être réalisé par des études scientifiques, par des politiciens qui sont payés soit par les grands groupes de constructions marine (DEME, ElectraWinds, etc), soit par les producteurs d'électricité (Electrabel, etc). Mais un fait est s: ce n'est pas en augmentant uniquement le nombre de panneaux solaires qu'on peut résoudre le problème, au contraire.

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