100% d'énergies renouvelables : le climat dans le prétoire

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Stefan Ambec et Claude Crampes, Toulouse School of Economics.
Stefan Ambec et Claude Crampes, Toulouse School of Economics. (Crédits : DR)
Un débat scientifique entre tenants d'une production d'électricité 100% renouvelables et ceux qui en contestaient le bien-fondé a débouché sur une plainte devant les tribunaux aux Etats-Unis, montrant le rôle des lobbies dans les controverses scientifiques. Il serait de loin plus préférable et instructif que de tels débats sur le mix énergétique se fassent d'abord au sein de la communauté académique, loin des a priori idéologiques et économiques, et des tribunaux. Par Stefan Ambec et Claude Crampes, Toulouse School of Economics.

Est-il possible de produire notre électricité exclusivement à partir d'énergies renouvelables ? Cette question fait l'objet de débats plus ou moins policés dans la plupart des pays mais, aux Etats-Unis, elle peut conduire devant les tribunaux. Si c'est ainsi que doivent se conclure les controverses scientifiques dans l'avenir, les cabinets de juristes ont de beaux jours devant eux.

L'huitre et les plaideurs

Soit un groupe de scientifiques menés par Mark Jacobson, Professeur de sciences de l'ingénieur à l'Université de Stanford, qui considèrent que la production d'une électricité 100% verte est possible techniquement, économiquement viable et socialement désirable à l'horizon 2050. Dans un rapport de l'Académie des Sciences américaine[1], les auteurs imaginent un monde où l'énergie que nous consommons pour ses différents usages (chauffage et transport compris) serait exclusivement de l'électricité produite à partir du vent, de l'eau et du soleil et acheminée par le réseau. Ils se basent sur des données et des estimations de coûts et de disponibilité des trois sources d'énergies primaires dans la partie continentale des Etats-Unis.

Aux objections habituelles présentées à l'encontre de l'électricité (non-stockable à grande échelle à un coût raisonnable) et des énergies renouvelables (cyclicité et incertitude), les auteurs répondent en termes de stockage par résilience thermique des matériaux (chauffage et refroidissement), de pompage hydraulique et de transformation en hydrogène. Ils obtiennent ainsi un mix énergétique sans gaz naturel, ni pétrole, ni nucléaire, ni biocarburant, ni batteries. En complétant leur scénario par un comportement vertueux des consommateurs en matière environnementale, ils concluent que leur solution présente des coûts économiques plus que compensés par les gains liés à la réduction de la pollution atmosphérique.

Soit maintenant un second groupe de scientifiques, conduits par Christopher Clack de l'Université du Colorado, qui pensent que l'étude de l'équipe Jacobson contient de grossières erreurs de modélisation et d'estimation. Ce second groupe publie dans le même support, un rapport[2] concluant que l'étude sur la performance et le coût d'un système de pénétration à 100% du vent, de l'eau et du soleil pour répondre à l'ensemble des besoins énergétiques n'est pas soutenue par une analyse réaliste et ne fournit pas un guide fiable pour savoir si une telle transition est réalisable ni à quel coût.

La suite aurait pu être constituée d'échanges d'arguments, voire d'invectives, dans des revues scientifiques et lors de colloques. Mais Jacobson (sans ses co-auteurs) a préféré porter plainte contre l'Académie des Sciences américaine et contre Clack (mais pas ses coauteurs), demandant 10 millions de dollars en compensation du préjudice subi.[3] Il faut dire que Jacobson est devenu une vedette des medias et qu'il est soutenu par des personnalités politiques et du monde du spectacle, dont Leonardo DiCaprio. [4] La crédibilité de son rapport n'est donc pas seulement un problème de rigueur scientifique. Elle engage aussi en partie une mouvance (et une industrie) pro énergies vertes. Les enjeux financiers sont tels qu'il n'a pas été difficile de trouver des avocats pour lancer la procédure. La suite s'est donc en partie jouée devant les tribunaux. C'est un précédent qui pourrait impacter la manière dont se conduit une recherche scientifique.[5] Pour ce qui est des gains, comme dans la fable, il y a fort à parier que l'huitre n'aurait été gobée par aucun des deux plaideurs. En fait, on apprenait le 22 février 2018 que, suite à une audience tenue à Washington, Jacobson avait retiré sa plainte en diffamation,[6] considérant que le débat public qui en avait découlé lui donnait satisfaction. La raison est aussi, comme il le reconnaît, que les procédures judiciaires bien plus longues et plus coûteuses que les débats académiques risquaient de le marginaliser jusque dans son institution.

Encombrement

Si l'on se concentre sur le fond, quelles leçons tirer de cette polémique sur le 100% d'énergie éolienne, solaire et hydraulique ?

Un premier enseignement est le rappel des coûts spatiaux des énergies naturelles. Les énergies éolienne et solaire ont une densité d'énergie au mètre carré relativement faible. La meilleure estimation actuelle pour l'utilisation des terres par les parcs éoliens on-shore est de 0,33 km2/MW, en incluant l'espacement. D'après Clack, le projet de Jacobson se traduit par un demi-million de kilomètres carrés, soit plus du double de la superficie totale de toutes les zones urbaines aux États-Unis. Il faut y ajouter 100.000 kilomètres carrés de terres pour les centrales solaires photovoltaïques et les centrales solaires à concentration, une superficie équivalente à celle du Kentucky. Pour arriver à la cible de 2050, chaque jour plus de 60 km2 de nouvelles terres devraient être affectés aux installations de production d'énergie. C'est techniquement possible (une grande partie du terrain occupé par les éoliennes peut rester à usage agricole), mais le coût est gigantesque. Plus généralement, on peut reprocher au travail de l'équipe Jacobson d'extrapoler à l'échelle d'un continent les résultats obtenus dans quelques installations de petite taille avec des technologies relativement immatures.

Les besoins en stockage

En deuxième lieu, l'affaire nous rappelle que les technologies de stockage de l'énergie sont aussi importantes que la production des énergies éoliennes ou solaires. En effet, la production d'énergie 100% renouvelable est tributaire des conditions météorologiques. On aura beau multiplier les capacités de production, investir massivement dans les éoliennes et les panneaux solaires, sans une adaptation en temps réel de la consommation, il restera un déficit d'énergie solaire (bien sûr après le coucher du soleil mais aussi par temps couvert), et d'énergie éolienne par temps calme ou très perturbé. A titre d'exemple, le parc éolien français d'une capacité de 13.541 MW n'a produit que 671 MW le 19 février dernier à 11h30, soit moins de 5% de la capacité installée.[7] La consommation était alors de 76.780 MW et donc le vent a fourni moins de 1% de la demande alors que les éoliennes constituent environ 11% de la capacité de production d'électricité. Si on enlève les 14.256 MW d'énergie hydraulique et les 2.347 MW d'énergie solaire produite à ce moment, il reste 63.130 MW à trouver soit 100 fois plus d'énergie éolienne ! Une autre solution est évidemment de puiser dans des réserves d'électricité accumulées à des périodes où la production d'origine renouvelable est excédentaire.

Ce constat plaide pour une réorientation des aides publiques des énergies éoliennes et solaires vers les technologies de stockage de l'énergie. Si les pouvoirs publics veulent de l'électricité exclusivement verte, ils doivent encourager l'innovation et l'investissement dans des équipements de stockage afin d'accompagner la montée en puissance des énergies intermittentes. Les tarifs d'achats subventionnés des énergies éolienne et solaire ont largement contribué à faire baisser les coûts de production des éoliennes et des panneaux solaires, à améliorer leur productivité, et ainsi à accroître la capacité installée. Une évolution similaire est souhaitable pour le stockage de l'énergie.

La réduction des émissions de CO2

La troisième leçon est que l'objectif des 100% d'énergies renouvelables, bien que très accrocheur et particulièrement médiatique, est trompeur. Il suggère que les énergies vertes sont une nécessité sui generis en raison de la rareté des énergies fossiles qui sont, par nature, non-renouvelables et qu'il faudra donc remplacer. En réalité, il apparaît maintenant clairement que nous ne pourrons pas extraire tout le charbon présent dans le sol sans fortement perturber le climat et mettre en péril l'espèce humaine. La contrainte porte en fait sur le stock de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et non sur le stock limité d'énergies fossiles. L'objectif devrait être exprimé en termes de réduction des émissions de gaz à effet de serre plutôt que de la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique. On ne devrait pas contraindre le choix de technologies aux seules ressources renouvelables mais plutôt utiliser toutes les ressources disponibles pour réduire les émissions à moindre coût. Pourquoi s'interdire d'utiliser des ressources naturelles épuisables pour produire ou stocker l'électricité si le bilan économique et environnemental est meilleur? Idéalement, on devrait prendre en compte tous les coûts environnementaux des différents modes de production d'électricité y compris la pollution atmosphérique (particules fines, oxyde d'azote, dioxyde de soufre), la production de déchets (notamment nucléaire) et le risque de radiation. La constitution du mix énergétique décarboné, stockage compris, devrait être le résultat d'un calcul d'optimisation basé sur le coût des ressources et des émissions polluantes et non sur un a priori technologique.

L'abandon de la plainte par Jacobson est une bonne nouvelle pour la recherche. A une époque reculée, c'est l'Inquisition qui aurait tranché la question et, plus récemment, l'affaire aurait pu se conclure par un duel. Le passage devant un juge non ecclésiastique est une forme douce de règlement des conflits. Mais le débat académique reste une meilleure solution.

[1] http://www.pnas.org/content/112/49/15060

[2] http://www.pnas.org/content/114/26/6722

[3] http://www.sciencemag.org/news/2017/11/10-million-lawsuit-over-disputed-energy-study-sparks-twitter-war

[4] https://cee.stanford.edu/news/what-do-mark-z-jacobson-leonardo-dicaprio-and-united-nations-have-common

[5] Voir cet article du Washington Post : https://www.washingtonpost.com/news/volokh-conspiracy/wp/2017/11/03/when-scientists-sue-scientists/?utm_term=.7343c1d2d8ac

[6] http://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/CombiningRenew/18-02-FAQs.pdf

[7] Source : http://www.rte-france.com/fr/eco2mix/chiffres-cles#chcleparc

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Commentaires
a écrit le 10/03/2018 à 9:22 :
Suite. Je pense qu'il faudrait organiser un programme de formation à l'énergie et à l'économie dans le cadre de la FPC. Cela résoudrait en partie le chomage (stages) et pourrait être financé par une taxe sur l'énergie. Mais qui le comprendra?
a écrit le 10/03/2018 à 9:15 :
Dans l'état actuel de nos connaissances, l'énergie nucléaire est indispensable. Il faut améliorer nos connaissances pour réduire les réactions liées à la méconnaissance dans ce domaine (technique, économique, climat...). C'est une priorité.
a écrit le 09/03/2018 à 13:21 :
Ne penser EnR qu'avec le meme schema centralisé des centrales à flamme et nuke, c'est se tromper lourdemment, autant il faudra developper d'autre centrale hydro là ou on le peut encore, et des fermes eolienne et solaire (à concentration), autant le photovoltaique a vocation à equiper les lieux de consommation avec un appoint de batteries residentielles deja sur le marché et dont les couts ont et vont baisser.
a écrit le 09/03/2018 à 9:48 :
Tant que la Chine fera baisser le prix moyen des panneaux solaires (même si on les taxe aux frontières), l'indépendance énergétique des états dépendra de plus en plus de la présence de déserts sur leur territoire (mais aussi de littoral cf.plus bas). Or les états-unis sont extrèmement bien pourvus en zones désertiques où vont s'installer les industries (Datacenters, gigafactories, ...) pour un coût foncier très faible et un prix de revient de l'électricité solaire qui peut baisser jusqu'à 10$/MWh dans les meilleurs cas. Aucun réseau national ne pourra s'aligner sur ces coûts ce qui fait mécaniquement des déserts, les zones à plus forte croissance industrielle au monde. Il est possible que l'éolien flottant à axe vertical provoque les mêmes effets sur le littoral et les îles (qui ont aussi un avantage en terme de transport de marchandise lourdes)
a écrit le 09/03/2018 à 9:27 :
Non, le secteur académique n'est pas le mieux placé pour débattre de l'électricité. Même si celle-ci relève d'un effort collectif, elle n'est pas nécessairement "centralisée" pour autant. La question des renouvelables relève du droit foncier qui s'applique à tous les propriétaires.
D'autre part, la question de l'électricité est bien trop souvent traitée en utilisant des moyennes nationales annuelles (les plus grand chiffres publiés disponibles) alors que cette forme d'énergie se prête très mal aux calculs par prolongation tendancielle. Je suis développeur IA familier des algorithmes liés au big data. Tant qu'on abordera la question électrique via des totaux annuels, les taux d'erreur resteront abyssaux et les prévisions absurdes. Les seules valeurs prédictives "simples" sur ce marché sont celles de l'investissement.
Désormais débarrassées des subventions, les renouvelables peuvent croître en ignorant totalement les prévisions fumeuses des milieux académiques.
a écrit le 09/03/2018 à 7:50 :
Dans le domaine de l'énergie nous commettons une erreur fondamentale en ne tenant pas compte du role de l'énergie dans le développement de l' économie. Il faut appliquer la note n°6 du CAE qui consiste à répartir les charges sociales sur le travail et sur la consommation l'énergie. Mais qui le comprendra?
a écrit le 08/03/2018 à 21:46 :
Je ris de la simplicité des arguments quand on voit ce qui se passe au niveau météo aux USA ! - 30 ° ciel bouché pendant 1 mois pas un pouce de vent rayonnement solaire proche de 0,puis l'été qui arrive et là c'est + 40° à étouffer jour et nuit et les clims qui tournent à fond j!Sur que les éoliennes et les panneaux solaires il va en falloir et pas qu'un peu !Quand à stocker dans des batteries en reserve d'utilisation on reve vu les besoins a moins de construire des km /cube de cavités souterraines ....
a écrit le 08/03/2018 à 18:39 :
Par delà la morale, les intérêts des actionnaires milliardaires et de la corruption de nos politiciens nous pouvons aussi simplement nous dire, que de fabriquer de l'énergie qui ne coute et ne pollue rien semble quand même être un but technologique a atteindre.

Avant l'humanité ne s'arrêtait pas devant les intérêts de quelques uns, aussi gros soient ils, actuellement n'importe quel multimilliardaire fait capoter toute évolution afin d'entretenir sa rente financière et c'est toute l'humanité qui le paie.
Réponse de le 08/03/2018 à 21:52 :
C'est archi faux .L'argent n'a pas d'odeur et n'a pas non plus d'activité particuliere .Si il y a des milliards à gagner dans le vert ,l'argent ira comme il va n'importe ou ou la rentabilité existe.Les actionnaires n'ont que faire de ceci ou cela ,ils vendent et achettent ailleurs .Avec 1 milliard ,que l'on soit dans la chimie ,dans l'armement ,dans le petrole ,dans l'automobile ,la banque ext ....on vend d'un clic de souris et on achette ce qu'on veut .Le vert n'a aucune rentabilité donc ils n'iront pas et ils auront mille fois raison .........
Réponse de le 09/03/2018 à 10:24 :
"C'est archi faux "

Hou la la !

"L'argent n'a pas d'odeur et n'a pas non plus d'activité particuliere"

Et ?

"Si il y a des milliards à gagner dans le vert ,l'argent ira comme il va n'importe ou ou la rentabilité existe"

Et selon vous il y a des milliards à gagner dans le vert alors ?

"Les actionnaires n'ont que faire de ceci ou cela ,ils vendent et achettent ailleurs"

De quoi ?

"Avec 1 milliard ,que l'on soit dans la chimie ,dans l'armement ,dans le petrole ,dans l'automobile ,la banque ext ....on vend d'un clic de souris et on achette ce qu'on veut "

Et donc ?

"Le vert n'a aucune rentabilité donc ils n'iront pas et ils auront mille fois raison ........"

Vous ne dites strictement rien, bavardage habituel et stérile signalé.

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