Cinq fois plus d’énergie et moins d’effet de serre

Dossier : ExpressionsMagazine N°635 Mai 2008Par François LEMPÉRIÈRE (45)

La majeure partie de l’utilisation mondiale d’énergie concerne un milliard d’habitants des pays industrialisés. Il est probable que, dans la deuxième moitié du siècle, dix milliards d’utilisateurs mondiaux auront en moyenne atteint le revenu actuel des pays industrialisés, avec une consommation d’énergie par habitant plus faible, mais du même ordre.
 

En estimant à 50 000 TWh par an les besoins mondiaux en énergie électrique en 2050, la répartition vraisemblable, sans stockage d’énergie, peut être estimée à environ un tiers pour chaque source d’énergie (nucléaire, fossile et renouvelable).
Avec stockage d’énergie selon la technique des lacs Émeraudes, la répartition tombe à environ 25 % pour le nucléaire, 25 % pour les énergies fossiles et 50 % pour les énergies renouvelables.
En estimant à 80 000 TWh par an les besoins mondiaux en énergie électrique en 2070, la répartition vraisemblable, sans stockage d’énergie, peut être estimée à environ 50 % pour l’énergie nucléaire, 25 % pour les énergies fossiles et 25 % pour les énergies renouvelables.
Avec stockage d’énergie, la répartition devient environ 20 % pour le nucléaire, 10 % pour les énergies fossiles et 70 % pour les énergies renouvelables

On peut tabler sur une consommation mondiale d’énergie cinq fois plus forte qu’actuellement, équivalente par an à cinquante milliards de tonnes de combustible fossile, utilisée en grand partie sous forme de 80 à 100 000 TWh d’énergie électrique (au lieu de 15 000 TWh actuellement). L’électricité sera utilisée sur de très vastes réseaux facilitant le choix des emplacements de génération d’énergie, et éventuellement de son stockage ; l’électricité sera probablement utilisée aussi pour l’essentiel des transports, route comprise (véhicules électriques ou à hydrogène) et pour l’habitat en complément du solaire thermique.

Trois types d’énergies renouvelables

Une production d’électricité basée, comme actuellement, à 80 % sur des énergies fossiles conduirait à un réchauffement climatique peu acceptable et à l’épuisement, vers 2100, de toutes les réserves connues de combustibles fossiles (2 000 milliards de tonnes de charbon, pétrole ou gaz) et de toutes les réserves d’uranium 235. C’est donc l’essentiel de la production qui doit être assuré, dès que possible, par des énergies renouvelables. Celles-ci  sont de trois sortes : les surgénérateurs nucléaires qu’on peut assimiler à de l’énergie renouvelable vu leur très faible consommation de combustible ; c’est une option plausible mais discutée qui présente encore beaucoup d’incertitudes : il serait hasardeux de baser l’avenir de l’humanité sur cette seule option, qui peut cependant à terme avoir un rôle important lié à un coût compétitif ; les énergies totalement renouvelables autres que le soleil ou le vent et notamment l’hydraulique, la géothermie et la biomasse : malheureusement leur potentiel réaliste total, à un coût acceptable, paraît limité à 15 000 TWh/an ; l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie éolienne, complémentaires géographiquement : les régions les moins ensoleillées (notamment les plus industrialisées) ont généralement beaucoup de potentiel éolien. L’intérêt capital de ces énergies est leur potentiel utilisable, très supérieur à tous les besoins à long terme. Le coût de l’éolien est déjà compétitif ; le coût du solaire photovoltaïque, encore élevé actuellement, sera probablement très acceptable dans une dizaine d’années dans les pays ensoleillés à faible coût de main d’œuvre, c’est-à-dire pour la grande majorité de la population mondiale. L’impact environnemental est très acceptable pour l’énergie solaire ; le développement éolien allemand ou espagnol et les possibilités éoliennes offshores montrent que cette solution peut également vaincre les réticences actuelles qui ne paraissent pas à la hauteur de l’enjeu.

Une fourniture intermittente

Le seul obstacle réel à une utilisation majeure de ces énergies est l’intermittence de la fourniture limitée au tiers du temps ; elles paraissent ainsi devoir être associées à une énergie fossile pour les deux tiers du temps, c’est-à-dire d’importance double ; comme on veut justement réduire l’emploi de ces énergies fossiles à 20 % des besoins, la part de l’énergie électrique solaire et éolienne serait limitée à dix pour cent.
Cette limitation est basée sur l’hypothèse généralement admise qu’on ne peut stocker l’énergie à un prix acceptable ; or cette hypothèse est inexacte pour les quantités en jeu.

L’hypothèse généralement admise qu’on ne peut stocker l’énergie à un prix acceptable est inexacte

En stockant ces énergies un ou deux jours, le besoin d’énergie fossile est limité aux absences longues de vent ou de soleil, c’est-à-dire à 10 ou 20 % de l’énergie annuelle. L’énergie solaire et éolienne peut alors être cinq fois l’énergie fossile au lieu de la moitié de cette énergie fossile en l’absence de stockage.
Le stockage d’énergie nécessaire sera en fin de siècle de l’ordre de 200 TWh. Les 100 stations de pompage entre deux lacs existant actuellement dans le monde ne stockent que quelques térawattheures mais la technique en est totalement maîtrisée et le coût acceptable.
La difficulté de créer deux très grands lacs proches avec forte dénivelée limitera probablement à 10 ou 20 % des besoins ce stockage sous cette forme usuelle mais il est possible d’obtenir le stockage nécessaire soit en pompant entre la mer et des bassins hauts terrestres, soit entre la mer et des bassins hauts (de l’ordre de 50 mètres au-dessus de la mer) créés à l’intérieur d’atolls artificiels.


Barrage de Grand’Maison (bassin amont).

L’Eau d’Olle

Mis en service en 1995, le barrage de Grand’Maison est situé entre les massifs de Belledonne et des Grandes Rousses à une altitude de 1 700 m.
Sa puissance est de 1 800 MW. Associé au barrage du Verney, situé en aval, il constitue l’ensemble hydroélectrique du vallon de l’Eau d’Olle, station de transfert d’énergie par pompage.

L’usine, située sur les rives du lac du Verney, peut être utilisée selon la production et la demande sur le réseau électrique, soit pour produire de l’électricité (en turbinant l’eau comme une usine hydroélectrique classique), soit pour stocker de l’énergie en inversant le fonctionnement des turbines, l’eau de la retenue inférieure étant alors pompée vers la retenue supérieure.

L’énergie utilisée pour monter l’eau dans la retenue de Grand’Maison correspondant à la surproduction d’électricité en période de basse consommation est essentiellement d’origine nucléaire.


Le lac Verney (bassin aval).

Les lacs Émeraudes

Cette dernière solution (les lacs Émeraudes) évite les impacts terrestres de l’hydroélectricité classique et ne fait appel qu’à des techniques maîtrisées : brise-lames classiques, barrages, centrales de pompage. Et il existe en mer mondialement de très nombreuses vastes zones planes peu profondes avec un sol favorable de sable, gravier ou rocher. Quelques centaines d’atolls seront nécessaires (par exemple, cinq atolls de 10 à 15 kilomètres de diamètre suffiront en fin de siècle pour 100 millions d’usagers). Cet investissement, nécessitant pendant cinquante ans un pour mille du revenu mondial, pourra être utilisé ensuite pendant des siècles. L’importance et la souplesse de ces stockages permettront également une adaptation facile à la grande variabilité de la demande d’énergie et une optimisation de l’utilisation de toutes les sources d’énergie. Ces stockages pourront aussi être utilisés pour d’autres ressources intermittentes : marémotrices, vagues.

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