Les évolutions

Face à l’urgence climatique et aux risques pesant sur nos approvisionnements pétroliers et gaziers, il est primordial de décarboner au plus vite notre mix énergétique. Les quantités de carburants liquides et gazeux bas-carbone étant fortement contraintes, l’électrification des usages (transports, chauffage, industrie) jouera un rôle central. Cela implique de déployer rapidement et massivement des moyens de productions électriques bas-carbone, renouvelables et nucléaires. De plus, les renouvelables thermiques contribueront fortement à décarboner la chaleur. Cependant, même en activant l’ensemble de ces leviers, les quantités d’énergie décarbonée dont nous disposerons seront limitées, ce qui nécessitera une forte réduction de notre consommation énergétique globale, via l’efficacité et la sobriété.

La double contrainte carbone

La consommation d’énergie finale française repose aujourd’hui à 60 % sur les énergies fossiles, essentiellement pétrole et gaz. Cela est doublement problématique, sur le plan climatique d’une part et sur le plan de la pérennité de notre approvisionnement énergétique d’autre part : c’est ce que nous appelons la double contrainte carbone.

Côté climat, la combustion des énergies fossiles est responsable de 70 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) au niveau mondial – le reste provenant de la déforestation, de l’agriculture et de certains procédés industriels. A ce titre, il est impératif de sortir des énergies fossiles pour tendre vers la neutralité carbone en 2050. Il faut le faire aussi vite que possible, afin que le cumul de nos émissions entre aujourd’hui et 2050 reste compatible avec un réchauffement limité à +2°C par rapport au niveau préindustriel. Nécessaire, cette sortie des énergies fossiles ne sera toutefois pas suffisante sur le plan climatique. Il faudra aussi mettre sous contrôle les émissions qui ne proviennent pas de la combustion fossile : émissions agricoles de méthane et de protoxyde d’azote, émissions industrielles issues de la production de ciment et de la réduction de minerai de fer, ou encore émissions provenant de la déforestation et de l’artificialisation des sols.

70%

des émissions mondiales de gaz à effet de serre proviennent de la combustion des énergies fossiles, le reste provenant de la déforestation, de l’agriculture et de certains procédés industriels.

Côté approvisionnement d’énergie, dépendre du pétrole et du gaz, c’est dépendre d’énergies dont les stocks sont finis et non renouvelables (aux échelles de temps humaines) et sont ainsi mécaniquement voués à la déplétion géologique, avec de probables pics pétroliers et gaziers pour la décennie à venir. Un pic désigne le moment où la production d’une ressource amorce sa décrue subie, pour des raisons de contraintes géologiques. Ce risque géologique est aussi un risque géostratégique pour la France et l’Union européenne qui n’ont presque plus d’énergies fossiles dans leurs sous-sols, et sont donc intégralement dépendant des importations. Nous sommes aujourd’hui vulnérables en cas de tension géopolitique avec les pays exportateurs, de difficultés internes à ces pays, de problème logistique sur les chaînes d’approvisionnement mondiales, ou encore de flambée des cours sur les marchés internationaux.

Face à cette double contrainte carbone, la sortie des énergies fossiles est une urgence écologique et stratégique, elle doit être mise en œuvre aussi rapidement et amplement que possible. Comment faire ?

Les carburants liquides et gazeux seront fortement limités en volume

Il existe en théorie un moyen de conserver nos machines actuelles – voitures, camions, avions, chaudières, centrales à gaz, procédés industriels, etc. – tout en les décarbonant : continuer à les alimenter avec le même vecteur énergétique, mais qu’on produirait de manière décarbonée. Deux possibilités existent : les bioénergies et les hydrocarbures de synthèse. Problème : en pratique nous n’en aurons pas assez, et de loin.

Les bioénergies sont issues de la biomasse agricole et forestière : biocarburants liquides, biogaz ou encore bois-énergie. Ces énergies sont renouvelables, puisque le stock de biomasse se reconstitue naturellement, et elles sont décarbonées à condition de les prélever suffisamment lentement par rapport à leur renouvellement : la combustion de la biomasse émet alors du CO2 mais sa production par photosynthèse en aura absorbé autant. Malheureusement, les bioénergies requièrent des surfaces importantes, si bien que les substituer intégralement aux hydrocarbures fossiles dans notre économie demanderait une surface du même ordre de grandeur que la superficie totale du territoire français.

Les hydrocarbures de synthèse sont quant à eux produits à partir de CO2, capturé en sortie d’installation de combustion ou dans l’air ambiant, et d’hydrogène fabriqué par électrolyse de l’eau, via de l’électricité bas-carbone. Or la quantité d’électricité bas-carbone disponible en 2050 étant limitée, la quantité de carburants de synthèse sur laquelle on peut raisonnablement compter l’est aussi. Ainsi, les substituer intégralement aux hydrocarbures fossiles dans l’économie française demanderait d’y consacrer une quantité d’électricité (bas-carbone) représentant 5 fois la production électrique française actuelle – volume hors d’atteinte, et de loin, d’ici 2050.

Compte tenu de tout cela, nous estimons que la quantité de carburants liquides et gazeux sur laquelle il est raisonnable de compter à l’horizon 2050 serait environ 6 fois moindre que la quantité annuelle actuellement consommée.

Le rôle majeur de l’électrification

Cette faible disponibilité en carburants liquides et gazeux bas-carbone nous amène à nous tourner vers un vecteur énergétique qu’il est plus facile de produire en abondance et de façon décarbonée : l’électricité. Mais il n’est alors plus possible d’utiliser nos machines thermiques actuelles, en se contentant de les alimenter avec des hydrocarbures bas-carbone en lieu et place des hydrocarbures fossiles ; les machines thermiques doivent céder la place à des machines électriques. Une large part de la décarbonation reposera ainsi sur l’électrification des usages.

Dans les transports, il s’agira d’abord d’œuvrer à un report modal massif : report de la voiture vers les transports en commun (souvent électriques) et vers les mobilités actives (vélo et marche), pour la mobilité quotidienne ; report de la voiture et de l’avion vers le train (principalement électrique), pour la mobilité longue distance ; report du camion vers le train (et le fluvial), pour le transport de marchandises. Il s’agira aussi d’électrifier les moyens de transports qui sont actuellement majoritairement thermiques : électrification du parc automobile résiduel et électrification des camions résiduels. Les carburants liquides résiduels seront principalement réservés aux moyens de transports difficiles à électrifier, l’aérien et le maritime typiquement. Notons que, pour des raisons physiques, l’électrification des transports permet une efficacité énergétique fortement accrue : le moteur électrique est plus efficace que le moteur thermique (voir plus bas).

Dans le bâtiment, logement et tertiaire, il s’agira d’électrifier largement le chauffage, en généralisant l’usage de pompes à chaleur, des moyens de chauffage électriques qui vont prélever des calories dans l’environnement extérieur. En complément des chauffages électriques « classiques » (dits « à effet joule »), voilà qui permettra de se passer largement des chaudières au fioul et au gaz (fossile), fortement carbonées. De même, dans l’industrie, de nombreux procédés industriels carbonés pourront être remplacés par leurs équivalents électriques bas-carbone.

Notons par ailleurs le rôle déterminant que jouera la chaleur renouvelable, en complément de l’électricité, qu’il s’agisse de chauffage des bâtiments ou d’usages industriels. Il peut s’agir de chaleur renouvelable avec combustion, via le biogaz ou le bois énergie : nous sommes alors limités par les gisements de biomasse, comme expliqué plus haut. Mais il peut aussi s’agir de chaleur renouvelable sans combustion : solaire thermique, géothermie ou encore chaleur de récupération. Les pompes à chaleur, certes alimentées par de l’électricité, sont également classées dans la chaleur renouvelable (sans combustion), les calories étant extraites de l’environnement extérieur. Cette chaleur renouvelable sans combustion convient notamment à la décarbonation des usages basse température, qui représentent environ les trois quart de l’énergie consommée sous forme de chaleur en France. La chaleur avec combustion est quant à elle généralement requise pour les usages haute température, même si certaines pompes à chaleur spécialisées permettent désormais d’atteindre des températures plus hautes. Chaleur renouvelable (avec et sans combustion) et électrification seront complémentaires. Dans l’ensemble, une telle évolution amènerait l’électricité à jouer un rôle bien plus conséquent qu’aujourd’hui : elle représenterait plus de la moitié de l’énergie finale consommée en France en 2050, contre environ un quart aujourd’hui. Même si la quantité totale d’énergie consommée doit être fortement réduite (voir plus bas), cela revient néanmoins à augmenter notre production électrique, ce qui constitue un défi de taille dans le contexte actuel.

Un mix électrique bas-carbone à relancer

Aujourd’hui, le mix électrique français repose principalement sur le nucléaire, avec 65 % de la production électrique annuelle. Viennent ensuite l’hydroélectrique (12 %), l’éolien (10 %), le thermique fossile (6 %), le photovoltaïque (4 %) et le thermique biomasse (2 %). Notre parc nucléaire assure ainsi les deux tiers du mix électrique mais, problème, il est vieillissant.

Construits dans les années 1980 et 1990, en réaction aux chocs pétroliers de 1973 et 1979, nos 57 (en ajoutant Flamanville 3) réacteurs nucléaires sont âgés : 47 d’entre eux atteindront les 60 ans avant 2050. La part du nucléaire historique qui restera disponible à cet horizon est donc hautement incertaine. Dans l’hypothèse (optimiste) selon laquelle l’Autorité de Sureté Nucléaire (ASN) autoriserait une prolongation des réacteurs jusqu’à 60 ans et demanderait une fermeture à cet âge, il ne resterait que 20 % de la capacité actuelle en service en 2050. Ce vieillissement d’une large partie du parc d’ici 2050 est un enjeu de taille pour la transition énergétique française. On l’appelle parfois « effet falaise », en référence à la courbe de capacité installée qui dégringole dans la décennie 2040.

Devant cette évolution naturelle du parc existant, il est certes impératif de prolonger autant que possible le nucléaire historique, mais il est aussi urgent de lancer la construction de nouveaux moyens de production électrique bas-carbone, nucléaires et renouvelables, afin qu’ils soient en mesure de prendre le relais au plus vite.

Le nouveau nucléaire reposera principalement sur des centrales de type EPR2 – un modèle ressemblant à l’EPR de Flamanville, avec quelques simplifications. Suite à la relance du nucléaire, décidée en 2022, trois paires d’EPR2 sont prévues pour 2035. Une date qui n’est toutefois pas garantie, les retards étant courants sur les gros chantiers industriels de ce type – celui de Flamanville aura eu 12 ans de retard, certes en pâtissant de l’effet « tête de série ». Selon RTE, la filière nucléaire pourrait, dans le meilleur des cas, mettre en service 14 EPR2 à l’horizon 2050. Cela correspond à son scénario dit « N03 ». Même de la sorte, et moyennant des hypothèses très optimistes sur le nucléaire historique et les SMR (« Small Modular Reactor »), ce scénario ne parvient qu’à 50 % de nucléaire dans le mix électrique de 2050. Par ailleurs, la question de la part du nucléaire et du type de réacteurs après 2050 dépend de choix à réaliser avant 2040.

Cela signifie que, sauf à faire des paris déraisonnables sur la production nucléaire à venir, il faut simultanément continuer d’œuvrer au déploiement rapide et massif des énergies renouvelables. L’hydroélectrique, renouvelable et pilotable, devra être maintenu, mais il ne pourra malheureusement pas augmenter significativement sa production : l’essentiel des sites propices sont déjà occupés. Les centrales thermiques à gaz renouvelable (biogaz, hydrogène vert ou méthane de synthèse) ne pourront pas non plus se généraliser, la quantité de gaz bas-carbone disponible étant fortement contrainte (voir plus haut). C’est donc bien sur l’éolien (terrestre et en mer), ainsi que sur le photovoltaïque (centrales au sol, toitures, agrivoltaïsme), qu’il faudra principalement compter. Il s’agira de poursuivre et d’accélérer les efforts en la matière, afin d’œuvrer au déploiement aussi large et rapide que possible de ces énergies renouvelables (EnR). L’entrée en service des premiers EPR2 n’étant pas prévue avant 2035, dans le meilleur des cas, cela signifie que toute l’électrification des usages qui aura lieu d’ici là (et tout le remplacement du nucléaire historique qui viendrait à fermer sur cette période), ne pourra provenir que de l’installation de nouvelles capacités EnR.

A l’inverse, miser uniquement sur les EnR reviendrait à dépendre fortement des rythmes de déploiement de l’éolien et du photovoltaïque. Or ces rythmes ne sont pas non plus garantis, ils dépendent de nombreux facteurs : cadre réglementaire, environnement économique, main-d’œuvre qualifiée, etc. De manière générale, parier exclusivement sur l’une des deux filières, nucléaire ou EnR, est plus risqué que de parier sur les deux simultanément : nous sommes davantage robustes lorsque nos modes de production sont diversifiés, car il est moins probable que des problèmes surviennent simultanément sur toutes les filières.

De plus, les EnR présentent une densité énergétique nettement inférieure à celle des centrales nucléaires, à la fois en termes surfacique et matériel ; elles nécessitent davantage d’espace et de matériaux. Au-delà d’une certaine part dans le mix électrique, éolien et solaire requièrent également des moyens de flexibilité, afin d’assurer l’équilibre offre-demande sur le réseau à tout moment, malgré la variabilité du vent et du soleil. Voilà qui plaide, là encore, pour la conservation d’une forte part de nucléaire dans le mix électrique.

Il convient toutefois de ne pas exagérer ces inconvénients. Côté matériaux, le sujet est davantage du côté des véhicules électriques que des EnR. Leurs batteries sont en effet encore gourmandes en cuivre, lithium et cobalt (pour certaines d’entre elles), et c’est une des raisons pour lesquelles il nous faut privilégier les transports en commun, les mobilités actives, et les voitures petites et efficaces, autant que possible. Côté surface, avec une base de nucléaire comparable à celle du scénario N03 de RTE (330 TWh/an), nous considérons que le photovoltaïque n’occuperait que 0,1 % du territoire, tandis que seules 2 % des communes seraient confrontées à l’installation d’un nouveau parc éolien. Enfin, côté flexibilité, les moyens de gestion de la variabilité des EnR ne manquent pas : batteries, STEP (Stations de Transfert d’Energie par Pompage), interconnexions avec les pays voisins, renforcement du réseau inter-régional, flexibilité de la demande ou encore centrales thermiques bas-carbone (biogaz, hydrogène ou méthane de synthèse) utilisées en pointe (c’est-à-dire en dernier recours, à de rares moments dans l’année). Comme l’ont démontré les importants travaux de modélisation de RTE, ces éléments complémentaires permettent, ensemble, de garantir l’équilibre offre-demande à tout instant, malgré un mix électrique comportant une forte proportion d’EnR (Futurs énergétiques 2050, 2021).

Enfin, même en misant simultanément sur le nucléaire et les EnR, il est possible que la quantité d’électricité à disposition en 2050 soit plus faible qu’espérée, parce que des difficultés auront touché l’une des deux filières, ou les deux. L’électricité bas-carbone, si elle constitue un pilier de la décarbonation, n’en restera pas moins une ressource limitée. Même en supposant une mobilisation forte et rapide pour la relance d’un système électrique bas-carbone, compte tenu du vieillissement du nucléaire actuel et des inerties industrielles sur l’installation de nouvelles capacités (nucléaire, éolien terrestre, en mer et photovoltaïque), parier sur une disponibilité en électricité de 650 TWh/an en 2050 (soit une augmentation de 15% environ par rapport à aujourd’hui) nous paraît être raisonnable et prudent.

Nécessaire efficacité, nécessaire sobriété

Contrainte en électricité bas-carbone et (fortement) contrainte en carburants liquides et gazeux décarbonés, force est de constater que notre consommation énergétique globale ne pourra pas être arbitrairement élevée. La décarbonation de notre mix énergétique ira donc de pair avec une réduction des volumes d’énergie consommés, de l’ordre d’une division par 2. Celle-ci peut s’opérer de deux façons, complémentaires : l’efficacité et la sobriété. L’efficacité est une réduction de consommation énergétique à services constants, tandis que la sobriété est une réduction du volume de biens et de services consommés.

L’efficacité doit jouer à tous les niveaux : dans les procédés industriels ; dans les transports, via la baisse de consommation unitaire des véhicules ; ou encore dans le bâtiment (logement et tertiaire), via la rénovation thermique. Cette dernière est une des pierres angulaires de la transition : la rénovation thermique du parc immobilier privé et public doit être aussi rapide et ample que possible, cibler en priorité les passoires thermiques, et se focaliser sur des rénovations globales de qualité.

Au-delà de ces évolutions, l’efficacité bénéficiera également de l’électrification. En effet, l’électricité n’est pas uniquement un vecteur bas-carbone, c’est aussi un vecteur plus efficace, car les machines électriques ont des rendements bien meilleurs que les machines thermiques. Un moteur de véhicule thermique a un rendement d’environ 30 ou 40 %, tandis qu’un moteur de véhicule électrique a un rendement supérieur à 90 %. Un véhicule électrique consomme donc beaucoup moins d’énergie pour un même service rendu. Il en va de même en matière de chauffage, les pompes à chaleur sont très efficaces.

En revanche, le développement du vecteur hydrogène et des carburants de synthèse impliquera une réduction de l’efficacité énergétique pour les usages concernés, en raison des différentes conversions en jeu et des pertes associées. L’opération d’électrolyse, permettant de produire de l’hydrogène à partir d’eau et d’électricité bas-carbone, a un rendement typique de 70 % environ : 30 % de l’énergie est donc perdue. Si on doit stocker cet hydrogène, une perte supplémentaire d’environ 20 % est à déplorer du fait de la compression. Quant à la production de méthane de synthèse à partir d’électricité décarbonée, elle ne possède qu’un rendement énergétique d’environ 50 %.

En outre, l’efficacité peut voir ses effets réduits, voire annulés, par ce qu’on appelle « l’effet rebond » : une moindre consommation unitaire due à une meilleure efficacité encourage la généralisation de l’usage en question, et la réduction de consommation totale peut alors être limitée voire nulle. En pareille situation, il est indispensable d’œuvrer simultanément à maintenir les volumes consommés sous contrôle, ce qui est du ressort de la sobriété.

La sobriété a aussi tout son rôle à jouer dans les secteurs les plus difficiles à décarboner. Dans le domaine de l’aviation, il n’est par exemple pas raisonnable de compter à court terme sur un avion à hydrogène, la baisse de consommation unitaire est lente, et les quantités de carburants durables sont limitées. Il est alors indispensable de réduire le trafic, typiquement via un report modal vers le train pour les trajets européens, ou en privilégiant des séjours moins fréquents mais plus longs.

Vision d’ensemble

Le mix énergétique que nous proposons est donc un mix presque totalement décarboné, par un recours massif à l’électricité, qui occupe une place bien plus importante qu’aujourd’hui. Cela passe par une large électrification des usages – transports, chauffage, industrie – et par la maximisation de notre production électrique, en visant à la fois une prolongation du nucléaire historique, le lancement du nouveau nucléaire, et l’accélération des rythmes de déploiement du renouvelable, éolien et photovoltaïque. Les carburants liquides et gazeux sont largement décarbonés, via le recours aux biocarburants et aux carburants de synthèse, mais ils ne sont disponibles qu’en faible quantité, il convient donc de les réserver aux usages les plus difficiles à électrifier. La chaleur renouvelable de type géothermie, solaire thermique ou encore chaleur de récupération, est également amenée à jouer un rôle important, en limitant le recours à l’électricité bas-carbone et à la biomasse. La quantité d’énergie qu’un tel mix est en mesure de fournir est toutefois limitée : les volumes d’énergie consommés doivent donc être significativement réduits par rapport à aujourd’hui, grâce à l’efficacité et à la sobriété.

Il s’agit finalement de viser la robustesse de notre plan par la diversification de notre mix énergétique. On ne garantira une trajectoire climatique responsable, malgré toutes les incertitudes et les aléas à venir, qu’en utilisant de conserve tous les moyens à notre disposition : électrification, nucléaire, renouvelable électrique et thermique ainsi qu’efficacité énergétique autant que possible, et sobriété autant que nécessaire. On ne s’extraira de la dépendance aux hydrocarbures, au plus vite, qu’en faisant tout cela à la fois. Faute de quoi nous resterons vulnérables, encore longtemps, à un choc sur nos approvisionnements fossiles, tandis que nous n’aurons pas d’assurance quant à l’atteinte réelle de nos objectifs climatiques.

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