Vers un nouveau paradigme énergétique

Actuellement nous consommons des réserves finies de combustibles fossiles (le minerai d’uranium inclus) réparties de façon inéquitable sur le globe et possédées par des états qui disposent parfois de réserves sans rapport avec leur consommation.

Nous ignorons l’état de nos réserves (estimations), leur exploitation et vente fait l’objet de tous les chantages et compromissions, les possibilités de cartellisation, thésaurisation, spéculations sont bien connues, le coût réel de leur utilisation est très sous-estimé (externalisation des coûts environnementaux, de santé, de la sécurisation et pérennisation des flux (militaire)) et les prix sont souvent joués au casino. On se souvient que l’essentiel des transports dans le monde utilise le moteur à explosion et que les prix ont connu en l’espace de 6 mois un pic à 140$ et un creux à 40$.

Comment à toute échelle (états, entreprises, particuliers) peut-on faire des investissements, des prévisions de coûts et dépenses, dans un tel environnement ?...

La multiplication des avertissements sur l’imminence d’un « peak oil » (récemment l’AIE s’est convertie à cette idée) qui provoquerait une crise d’ampleur supérieure à celle que nous vivons actuellement et un ensemble de facteurs (dont l’avancée des technologies et l’exemple démontrée par des pays volontaristes dans le domaine, les craintes pour le climat, etc) mettent en place tous les éléments pour changer radicalement la donne en matière d’énergies.

Les renouvelables invitent à un changement complet de perspectives.

La ressource globale (soleil, vent, biomasse, géothermie) est accessible partout sur le globe et chaque pays dispose d’un potentiel très supérieur à ses besoins dans tout futur impensable.

L’indépendance énergétique pour tous et pour l’ »éternité », ce n’est pas une éventualité triviale (on en imagine les conséquences).

Les questions qui se posent à l’heure actuelle relèvent essentiellement du choix des filières à développer, des technologies à mettre en oeuvre, de l’intégration de ces nouvelles sources dans un réseau préexistant et la myriade de choix à faire pour tenir compte de leur altérité singulière.On envisage par exemple facilement que de nombreux particuliers deviennent producteurs voire totalement autonomes (un statut difficile dans le schéma actuel sauf à rouler à vélo).

Non seulement les développements récents montrent que leur développement est possible à coût raisonnable, à toute échelle et souvent à bref délai, connectées ou non au réseau, mais on met en place toutes les solutions pour gérer leur caractère souvent diffus et leur intermittence.

On envisage déjà un réseau substantiellement différent de celui qui existe et relie en gros une poignée de très grosses installations (les producteurs) à une myriades de consommateurs passifs, un réseau « intelligent ».

On sait déjà que la première étape pour accélérer le taux de pénétration des renouvelables est d’investir pour mettre un terme aux gaspillages les plus flagrants. Quand la commission européenne estime que nous gaspillons (a minima) 20% de la totalité de notre consommation énergétique, il est clair que cet investissement est le meilleur, bien plus rentable que de nouveaux équipements. On sait qu’on pourrait diviser par 4 la consommation des logements et d’un facteur similaire la consommation dans les transports, même si ce chiffre semble ahurissant. Notre potentiel en négawatts est sans doute bien supérieur à 20% et donc nous épargnera les infrastructures nécessaires et/ou les importations pour satisfaire ces besoins inexistants.

Il ne faut pas oublier par exemple que notre civilisation est entièrement dépendante du mariage obscène du pétrole et du moteur à explosion. 60% du pétrole mondial est brûlé dans les transports dans un dispositif qui ne convertit pas en moyenne 20% de l’énergie en travail utile. Dit autrement 50% du pétrole mondial est directement converti en chaleur évacuée dans l’atmosphère et en CO2 et pollutions diverses... Nous brûlons la chandelle (finie) par les deux bouts en parlant de développement durable...

Qu’il faille 100 unités énergétiques pour rendre un service ou 30, l’essentiel est le service rendu...Amory lovins le dit depuis des décennies.

Le problème du coût de ces nouvelles sources n’est pas crucial, d’abord parce qu’ils s’intègrent progressivement dans le mix, ne peuvent que connaître une évolution à la baisse via l’amélioration constatée et prévisible des rendements et les conséquences connues de l’effet d’échelle avec la production en série à l’échelle mondiale. Les besoins en équipements énergétiques sont immenses et ils sont peu émetteurs de CO2, donc ils ont un boulevard devant eux. Ils ont aussi le mérite de créer beaucoup d’emplois dans leur cycle complet d’utilisation peu délocalisables...

Leur principal inconvénient mis en avant est leur intermittence. Une panoplie de moyens promet d’y répondre de façon satisfaisante. Les allemands ont déjà démontré que la gestion fine du réseau pourrait permettre de la gérer de meilleure façon.

On pense aller plus loin.

Le projet « nightwind » par exemple vise à utiliser un grand parc d’entrepôts frigorifiques pour les transformer en une énorme batterie (thermique) ou une centrale virtuelle de grande taille. On sait déjà que le parc européen de grands entrepôts est capable actuellement de stocker 50GWh par degré (sous les -24°) sous forme thermique. Sa capacité étant égale à la quantité d’eau gelée et à sa température on pourrait augmenter leur capacité en y stockant de façon durable une réserve de glace d’eau (ou un matériau à changement de phase plus performant) et /ou en diminuant la température de quelques degrés.Quand il y a excès de la production (typique de l’éolien) le réseau leur demande de surconsommer en diminuant la température des chambres de -24° à -25° par ex. Des Gwh vont être absorbés. Quand le vent ne souffle plus, la production baisse mais (dès que c’est nécessaire) on va demander à tout ou partie de ce parc de se mettre en « roue libre » jusqu’à ce qu’il atteigne à nouveau -24°. Le dispositif de stockage est d’un coût dérisoire (les outils existent) et le rendement global de 99% (différence entre la consommation électrique pour assurer un plateau à -24° et la surconsommation temporaire pour descendre en température plus la période en plateau à -25° plus la période d’arrêt de consommation). Aucun dispositif de stockage physique n’atteint actuellement ce « rendement ». On songe déjà à équiper des appareils qui eux aussi peuvent surconsommer à un moment précis et ont l’inertie nécessaire pour se retirer de la demande énergétique globale quand le réseau le sollicite (chauffe-eau électrique et congélateurs très bien isolés par ex). A noter qu’on peut grandement augmenter l’inertie thermique de nos chauffe-eau et donc choisir le moment où ils consomment et le moment où ils disparaissent comme consommateurs. Il pourrait en être de même avec nos congélateurs domestiques (même principe que pour les entrepôts). A terme le consommateur pourrait être intéressé aux gains potentiels s’il joue le rôle passif de régulateur de la demande d’une manière plus fine que via les tranches horaires actuelles.

Pour des durées supérieures à quelques heures ou plusieurs jours, on songe à des dispositifs de stockage à travers des parcs de batteries (type automobile ou supercondensateurs), du stockage d’air comprimé (évolution significative des rendements qui doivent pouvoir approcher 60 à 70% et divers moyens déjà utilisés (tous sollicités par le réseau pour stocker localement, régionalement et nationalement pour réduire les transports et les pertes en ligne par ex et relarguer à la demande si possible (sur le grand nombre de dispositifs on pourra toujours compter sur une fraction significative) et pour des durées de plusieurs mois à du stockage chimique (la biomasse et le biogaz par ex s’y prêtent remarquablement).

En lissant au maximum les pics et creux de consommation on s’épargne des infrastructures nécessaires pour les assurer (régionalement le jour et l’hiver surviennent à peu près au même moment...) ou l’obligation de vidanger ses excédents via l’export avec les pertes en lignes s’additionnant aux rendements moyens sur ressources finies.

Un réseau avec un très grand nombre d’unités de production et/ou de stockage aurait une souplesse intrinsèque très grande et serait extrêmement peu vulnérable à tous les agents connus aujourd’hui (de l’embargo à l’attaque terroriste en passant par le « pic de production » et l’accident majeur).

L’efficacité énergétique pourrait grandement bénéficier soit de la situation de producteur et consommateur (moins de pertes en lignes) soit de la production locale. En allemagne par exemple on envisage une production locale de biogaz valorisé (le moment venu) à travers une pile à combustible fournissant électricité et chaleur (rendement global de 70% (à comparer au rendement moyen réel de nos centrales) soit chez l’habitant (le gaz étant envoyé dans le réseau classique) soit localement par ville ou quartier par exemple avec réseau de chaleur. Comparativement une centrale classique (y compris nucléaire) envoie l’essentiel de son énergie sous forme de chaleur dans l’atmosphère et dans l’eau et il s’agit pour elle d’un gaspillage de ressources finies.

Pour le dire autrement les renouvelables ne sont nullement condamnés à produire l’énergie que nous gaspillons actuellement pour nous rendre tous les services (souvent aberrants) que nous consommons et donc l’idée qu’ils ne seraient pas à la hauteur si elle peut être exacte à court terme dans le schéma actuel, ne l’est plus du tout à échéance inférieure à 20 ans par ex et avec une autre approche, celle décrite plus haut.

Nous sommes encore fort peu conscients de la direction vers laquelle nous mènent les évolutions récentes dans le domaine énergétique.

Non seulement de nombreux pays peuvent viser à terme l’indépendance énergétique mais aussi une diminution dramatique de leurs émissions de CO2 et une augmentation importante de leur efficacité énergétique. De nombreux particuliers pourraient aussi être largement autonomes sur le plan énergétique, en combinant l’isolation thermique, l’autoproduction électrique et le stockage sur place en batterie (stockage fixe pour alimenter la maison et la batterie de voiture) ou sous une autre forme.

A quand une collecte locale des fermentescibles (le tiers de nos déchets) pour les mélanger à nos tontes de gazon et autres, les méthaniser et les transformer en chaleur et électricité via piles à haut rendements ? Nos déchets organiques pourraient assurer une part de nos besoins énergétiques en fabriquant des engrais à haute valeur ajoutée. En allemagne le potentiel a été estimé à 4% environ de leurs besoins énergétiques actuels (donc avant réduction de la consommation, amélioration de l’efficacité énergétique et des rendements de conversion). Mais le potentiel via une filière énergétique est bien supérieur. Déjà en remplaçant les végétaux alimentaires à fort intrants énergétiques et d’engrais par des végétaux plus sobres et produisant leurs propres engrais (le miscanthus a montré un rendement double de celui du maïs par ex) et surtout en valorisant ces agrocarburants via une filière bioélectricité optimale (j’ai dit plus haut la perspective d’en tirer 70% contre moins de 20% avec le moteur thermique) qui pourrait s’accoler à la capture et au stockage du CO2 (sur grosses unités), offrant des centrales à contre-émissions (ce qu’aucune autre filière ne peut faire, on prend le CO2 dans l’air via les végétaux , on les transforme en énergie et on stocke le CO2 dans le sous-sol ( aquifères salins profonds par ex)).

Eolien, solaire, géothermie et biomasse peuvent d’ici 20 ans représenter une composante importante du bouquet énergétique global des pays qui le choisiront. On sait que ce n’est pas la voie emprunté par notre pays. Certes cela demandera des investissements importants pour une meilleure efficacité énergétique, un réseau « intelligent », des moyens de stockage et la diminution du coût actuel des techniques de production, mais cela se fait en ce moment sous nos yeux. Et ce sont des investissements pour le très long terme, car le soleil, le vent, la biomasse et les consommateurs d’énergies ne vont pas disparaître à horizon de 50 ans ou un siècle...

Nous sommes seulement essentiellement aveugle à cette évolution majeure.

En 2010, la production éolienne mondiale dépassera la production d’électricité nucléaire en France et elle sera 50% plus élevée en 2013. En 4 ans la filière photovoltaïque a multiplié par six ses capacités pour atteindre 16 GW (un taux de croissance supérieur à 50% sur plus d’une décennie) et ce rythme semble soutenable durablement vu la perspectives de débouchés mondiaux et les évolutions récentes du coût du Wc et des capacités annuelles de production de l’industrie du secteur (7 GW/an en 2008) . 100 GW en 2013 semblent du domaine du probable et dès lors solaire et éolien produiraient dans le monde le double de la production de notre parc nucléaire.

On est encore loin d’assurer l’approvisionnement énergétique mondial mais nous assistons à un décollage simultané de plusieurs sources avec des taux de croissance importants, soutenables dans la durée. Pour mémoire un taux de croissance de 25% soutenu pendant 25 ans donne un facteur multiplicateur de 95. Or, on est déjà dans les GW de capacité pour la plupart des sources et les ressources ne semblent pas devoir être un frein. On peut produire autant de kwh solaire avec 100 à 1000 fois moins de silicium par ex qu’il y a 10 ans et par kwh éolien produit on utilise de moins en moins de matériaux (au demeurant recyclables).

Des milliers de km2 de toitures et d’espaces équipables (parkings par ex) et des millions de km2 de déserts attendent. Ils ne devraient plus attendre très longtemps.

Deux vidéos à savourer sur le solaire industriel :

1/ Solyndra avec son concept original de panneaux.

2/ Nanosolar avec sa technique d’impression par encre pour le film mince (1$/Wc)