100% d’énergie renouvelable en France en 2050 ?

Pour construire un mix électrique entièrement constitué d’énergies renouvelables et “qui puisse satisfaire la consommation” d’ici 35 ans, un rapport de l’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie mise sur la “complémentarité" du tandem éolien-photovoltaïque, sur de nouvelles éoliennes à plus grandes pales, sur la multiplication des solutions de stockage ainsi que sur de nouvelles technologies restant à développer...

Alors que les énergies éolienne et photovoltaïque représentent à ce jour à elles deux moins de 4% de la production d’électricité en France, comment pourraient-elles voir cette part atteindre 80 % en 2050 et donc devenir les piliers du mix énergétique hexagonale ? C’est l’une des questions que l’on peut se poser à la lecture de l’étude que l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) a publiée en avril sur son site internet. Titre: “Vers un mix électrique 100% renouvelable en 2050”.

Des gisements d'énergies renouvelables estimés à 700 GW et un scénario de référence de 200 GW de puissance installée pour une production approchant 500 TWh

Première étape du rapport: les gisements des différentes sources d’énergies prises en compte, le terme “gisement” désignant “le potentiel maximum installable”, ce qui diffère bien sûr de la puissance effectivement installée. C’est le photovoltaïque sur toiture qui arrive en tête avec un “gisement” de 364,3 gigawatts (GW), devant l’éolien terrestre 174,2 GW. Suivent le photovoltaïque au sol 47,2 GW, l’éolien en mer flottant 46,2 GW, l’éolien posé en mer 20,1 GW, les lacs et éclusées 13,2 GW, l’énergie des vagues 9,9 GW, les centrales au fils de l’eau 7,6 GW, l’énergie hydrolienne 3 GW, la cogénération bois 3 GW l’énergie solaire thermique à concentration 0,4 GW, la combustion des ordures ménagères 0,4 GW, l’énergie marée-motrice 0,2 GW et la géothermie 0,1 GW.

Total: environ 700 GW pour une production théorique maximale de 1 268 TWh dont près de 90% pour l’éolien et le photovoltaïque. Bien sûr, ces gisements ne sont pas uniformes à travers le territoire. Les régions Aquitaine, Bretagne et Rhône-Alpes ont chacune un gisement de l’ordre de 60 GW, précisent les données de l’ADEME, devant, avec plus ou moins 40-50 GW, les régions Pays de la Loire, Midi-Pyrénées, Normandie, PACA, Centre, Poitou-Charente, Ile-de-France...

A partir de ces gisements, l’ADEME a mis en place un scénario de référence pour satisfaire la consommation de 2050 qu’elle prévoit en baisse de 14% par rapport à aujourd’hui. La “capacité nationale installée” serait alors de 196 GW sans le stockage (plus de 50% supérieure à la puissance installée actuelle, environ 128 GW) pour une production de 482 TWh (moins que la production actuelle, environ 550 TWh). Cette production se décomposerait en 63% d’éolien, 17% de solaire, 13% d’hydraulique et 7% de thermique renouvelable (incluant la géothermie).  On note l’absence des nouvelles énergies marines - énergie houlomotrice, énergie hydrolienne- malgré la multiplication actuelle d’appels à manifestation d’intérêt (AMI).

Selon l'ADEME, le stockage inter-saisonnier serait réalisé par l’intermédiaire d'une nouvelle technologie: la méthanation

Un tel mix énergétique s’appuierait sur une “complémentarité” de production éolien – photovoltaïque, et assurerait la régulation grâce aux réseaux “intelligents”, à la multiplication des technologies de stockage et à aux filières dites “pilotables” d’après l’ADEME: cogénération bois, méthanisation, solaire thermodynamique et centrales hydroélectriques à réservoir. Toujours selon l’Agence, on exploiterait alors 75% du gisement de l’éolien terrestre avec des éoliennes d’”ancienne” et de “nouvelle” génération (1). Cela représente, précise-t-elle, environ 50 000 éoliennes terrestres (sur 17 000 km2) contre actuellement 4 000. Quant au photovoltaïque, il exploiterait 80 % de son gisement et concernerait essentiellement de grandes centrales au sol (500 km2), au facteur de charge globalement plus important que celui des installations en toiture.

Le stockage de l’énergie serait réalisé à plus ou moins long terme: batteries et air comprimé pour le court terme, STEP (Station de transfert d’énergie par pompage) et “stockage inter-saisonnier réalisé par l’intermédiaire de filières « power to gas » (méthanation) et « gas to power »”.  Restant à venir, cette technique de stockage inter-saisonnier consiste “à transformer de l’électricité en méthane, reconverti par la suite en électricité”, et elle doit largement participer, espère l’ADEME, “au passage de l’hiver (déstockage essentiellement entre novembre et mars), et notamment de la vague de froid de février".

Au final, l’Agence estime le coût de ce mix à 50,1 milliards d’euros par an, étant entendu qu’elle part du principe que toutes les énergies prises en compte seront beaucoup moins coûteuses dans 35 ans: 65% des ces 50 milliards seraient dus aux coûts des énergies renouvelables, 8 % au stockage, 27% aux coûts liés aux réseaux. Selon l’ADEME, l’addition pourrait passer à 64 milliards avec une moindre maîtrise de la consommation. Quant au coût de l’énergie (actuellement 91 euros/MWh selon l’ADEME), il est estimé à 119 euros hors taxes pour le scénario de référence 100% renouvelable et atteindrait 151 euros dans le cas d’une consommation moins maîtrisée, précise l’étude.

En cas d'"acceptabilité sociale modérée" de l'éolien terrestre et du solaire au sol, le photovoltaïque se développerait fortement en toiture et atteindrait au total près de la moitié de la puissance installée

Bien sûr l’ADEME établit d’autres scénarios selon différentes potentielles évolutions: progrès techniques poussés, renforcement du réseau difficile, acceptabilité sociale moindre...

Dans l’hypothèse de progrès technologiques poussés à l’horizon 2050, on assisterait selon l’ADEME à une grosse percée des énergies marines. Les éoliens terrestre et marin produiraient un peu plus de la moitié de l’électricité et les énergies houlomotrice et hydrolienne environ 13 %, c’est-à-dire autant que le solaire photovoltaïque qui occuperait environ le quart de la puissance installée. Total : environ 450 Twh pour 171,5 GW installés. Dans ce scénario, on note que l’énergie des vagues atteindrait près de 10 % de la production électrique (contre 3% pour les hydroliennes) alors qu’elle est toujours au stade de la recherche.

Dans le contexte d’un renforcement difficile du réseau de transport (par exemple du fait de la construction de lignes souterraines pour des questions d’acceptabilité), « le coût de l’installation capacitaire de lignes interrégionales est supposé triplé », selon l’ADEME. Dans ce scénario, la production locale est favorisée par rapport aux "imports extra-régionaux". Total installé : 205 TWh dont 53 % pour l’éolien et 34% pour le photovoltaïque. Production: environ 492 TWh dont 62% pour l’éolien, 18% pour le photovoltaïque, 12 % pour l’hydraulique, 5% pour le bois, etc. Dans ce cas, on note que, hors éolien en mer et énergie marée-motrice, les énergies marines disparaissent.

Enfin, l’hypothèse d’une acceptabilité sociale modérée réduit la place de l’éolien terrestre et du photovoltaïque au sol. Pour satisfaire l’équilibre offre-demande, le système ferait alors appel « à de nouvelles filières moins contraignantes » : éolien en mer et énergies marines, modules photovoltaïques sur toitures. Total installé : 196 GW dont 37 % pour l’éolien (24% pour l’éolien terrestre, 13% pour l’éolien marin) et dont surtout 47% pour le photovoltaïque (35% pour le photovoltaïque en toiture, 12% pour le photovoltaïque au sol). Les nouvelles énergies marines ressortent dans ce cas à 3% de la puissance installée. Production : 474 TWh dont 49 % d’éolien (27% pour l’éolien terrestre, 22% pour l’éolien en mer), 25,5 % pour le photovoltaïque (7% pour le PV au sol, 18,5% pour le PV en toiture), 13 % pour l’hydraulique, 5% pour les nouvelles énergies marines, 5% pour le bois... Cette hypothèse serait 6% plus chère que l’hypothèse de référence.

Restent quand même bon nombre de questions en suspens. Exemples : par quel processus pourrait-on passer en trois décennies d’un mix à 75 % nucléaire à un mix à 80 % éolien et photovoltaïque ? Est-ce en la concentrant pour la transformer en électricité et en la centralisant qu’on utilise le plus judicieusement une énergie diffuse comme le solaire ? Comment recyclera-t-on les éoliennes ? Pourquoi les nouvelles énergies marines sont totalement absentes du scénario de référence alors qu’on développe dès à présent des hydroliennes ? Quelles sont les options si une technologie de stockage de l’énergie comme la méthanation ne s’avère pas aussi efficace que l’étude l’espère pour passer le pic de consommation hivernale ? Quid de l’Outre-Mer ? Quelles quantités de matières premières, d'énergie fossile, et donc de gaz à effet de serre seront nécessaires pour implanter toutes les infrastructures et technologies envisagées ?...

 (1) Eoliennes de nouvelle génération: éoliennes à venir aux pales plus grandes qui tournent avec peu de vent.

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