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Peut-on produire notre énergie sans gaz à effet de serre ?

Dans la catégorie « Quelques sujets à suivre autour du climat », je partage avec vous ma compréhension des enjeux climatiques.

Peut-on produire notre énergie sans gaz à effet de serre?

L'énergie fossile envoie une quantité gigantesque de CO2 dans l'atmosphère.

Mais aujourd'hui, dans le monde, 80% de l'énergie consommée est d'origine fossile : pétrole, gaz, charbon.

Tout l'enjeu, pour éviter un désastre climatique, est de réussir à faire en sorte que les ressources fossiles restent au maximum dans le sol.

Il faut donc trouver le moyen de substituer, en quelques années, cette proportion d'énergie fossile en énergie sans émissions carbone.

Pour ça, j'entends souvent parler de plusieurs solutions :

  • Construire des barrages
  • Construire des centrales nucléaires
  • Construire des éoliennes
  • Construire des centrales photovoltaïques

Je parle ici de solutions susceptibles de remplacer l'actuel mix énergétique aux 80% de fossiles, dans l'hypothèse où nous consommerons à l'avenir une quantité d'énergie comparable à celle d'aujourd'hui. Bien sûr, il y aura des progrès en termes de performance énergétique. Et (je l'espère tellement) des réductions volontaires de nos besoins énergétiques dans les sociétés de consommation à l'occidentale.

Mais il y aura des besoins supplémentaires justifiés dans les pays en développement. Si bien que la consommation mondiale d'énergie ne devrait pas changer d'échelle, même si elle peut diminuer.

Examinons maintenant ces solutions de production d'énergie sans émissions, une par une, pour voir si ce sont bien des solutions.

L'avenir est dans l'électricité

On nous le dit assez souvent : l'électricité est une énergie propre. Au risque de décevoir tout ceux qui le croient, ce n'est pas toujours exact.

Car il faut bien comprendre que l'électricité est un moyen, et non une source énergétique.

L'électricité peut être produite avec des énergies fossiles

L'électricité peut, très facilement et de façon peu coûteuse, être fabriquée avec du charbon, du gaz ou du pétrole.

Auxquels cas, elle n'est pas plus propre, en termes d'émission carbone, que les carburants fossiles.

Si je charge ma voiture électrique en Pologne, en Bulgarie, ou même en Allemagne, je ne roule pas vraiment "propre". Certes, aucune particule fine ne sort de ma voiture. Mais mes déplacements ont émis du carbone dans l'atmosphère. Pour le climat, c'est raté.

C'est la même chose pour l'hydrogène

C'est la même chose pour l'hydrogène, que l'on cite souvent comme l'énergie de l'avenir.

L'hydrogène est un gaz qu'il faut "fabriquer", car à l'état naturel, il est attaché à d'autres éléments, principalement le carbone et l'oxygène. Il faut donc le séparer d'eux, pour avoir de l'hydrogène utilisable. Aujourd'hui, cette fabrication se fait à base d'énergie fossile, dans 95% des cas. Ce n'est donc pas une énergie propre non plus.

Il existe un autre procédé : l'électrolyse de l'eau. Procédé génial, car le seul déchet, c'est de l'eau.

Mais pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse, il faut de l'électricité.

On est donc ramené au problème précédent. Si l'électricité utilisée pour produire l'hydrogène n'émet pas de CO2, l'hydrogène est propre. Sinon, il ne l'est pas, et n'offre pas de solution pertinente pour le climat.

Pour produire une énergie sans gaz à effet de serre, il faut fabriquer de l'électricité sans émission de gaz à effet de serre.

C'est une tautologie, mais elle n'est pas claire dans le discours ambiant.

Soyons précis : le zéro émission n'existe pas. Mais...

J'entends régulièrement dire que les énergies alternatives aux fossiles ne sont pas si écologiques que ça. Je suis d'accord.

J'entends dire notamment qu'elle émettent aussi leur lot de gaz à effet de serre, pour produire les infrastructures et les installer. C'est vrai.

Serait-ce la fin de l'espoir ?

Mais non ! Examinons rapidement les émissions moyennes de CO2 ou équivalent des différentes sources d'énergie, par kilowatt/heure produit :

  • éolien : 9.5 g
  • hydraulique : 11.5 g
  • solaire : 22.5 g
  • nucléaire : 66 g
  • gaz naturel : 443 g
  • pétrole : 740 g
  • charbon : 2010 g

(source : Energy Policy, 2008, cité dans les Bilans GES de l'Ademe)

Il n'y a pas de commune mesure entre les émissions carbone des énergies fossiles et leurs alternatives possibles.

Je les mets donc toutes sur la table, en les traitant comme des énergies décarbonées, indépendamment de leur participation (bien minime) au réchauffement climatique.

1 : L'électricité hydraulique

La production d'électricité hydraulique se fait grâce aux barrages. C'est une technologie qui n'entraîne aucune émission carbone en produisant l'électricité.

Elle représente environ 2.5% de la production d'énergie dans le monde.

En France, nous sommes déjà bien équipé en barrages, car il y a de nombreuses rivières et fleuves exploités depuis longtemps. C'est la première source d'énergie renouvelable dans notre pays. Il n'existe pas de perspectives de nouvelles zones de production, qui soient suffisamment importantes pour remplacer, au moins en partie, notre consommation d'énergie fossile.

Ces perspectives existent, en revanche, dans de nombreux endroits du globe, notamment en Asie, en Afrique et en Amérique Latine.

Mais il y a des freins.

Le coût humain

D'abord, n'oublions pas que le coût humain de la construction d'un barrage est extrêmement lourd.

En France, nous avons presque oublié les dizaines de villages détruits par immersion au cours du XXe siècle. On imagine aisément le traumatisme des habitants.

Il faut déloger des milliers de personnes dont le territoire va être inondé par la retenue d'eau.

Un nouveau barrage entraîne des émissions de méthane

Si j'avais écarté, au début de cet article, l'importance des émissions carbone provoquées par les énergies alternatives aux fossiles, je dois ici préciser un détail important qui concerne la construction de nouveaux barrages.

Une nouvelle retenue d'eau va immerger toute la végétation en place. Or le couvert végétal contient du carbone. Sa décomposition va produire beaucoup de méthane, qui finira par s'échapper dans l'atmosphère, notamment quand le soleil tape sur le lac. On estime qu'un nouveau barrage peut être pire qu'une centrale à charbon durant quelques dizaines d'années. C'est un problème qui annule à court terme le bénéfice des nouvelles installations gigantesques.

Des progrès significatifs sont cependant réalisés sur les turbines hydrauliques dites "au fil de l'eau", qui sont bien moins impactantes sur l'environnement..

En conclusion :

La construction de nouveaux barrages pour produire de l'énergie hydraulique n'offre pas une solution pertinente contre le réchauffement, compte tenu des délais dont nous disposons.

Nous pourrons cependant compter sur le développement d'installations de taille plus modeste, qui peuvent compléter la production d'énergie décarbonée.

L'électricité nucléaire

L'énergie nucléaire produit une électricité sans émission de gaz à effet de serre. Elle a également pour avantage de produire de l'énergie facilement, régulièrement, et presque partout.

Le nucléaire produit 70% de l'électricité française, mais représente seulement 4.5% de la production d'énergie dans le monde.

Source de dangers importants

On l'accuse, à juste titre, d'être la source de dangers importants :

  • l'accident, qui est toujours une catastrophe,
  • les déchets radioactifs : aucune solution ne permet de les désactiver, et ils restent dangereux durant des centaines de milliers d'années,
  • l'exploitation militaire de cette technologie : en période d'instabilité politique, c'est un danger réel.

l'uranium

Autre problème pour le nucléaire : le combustible. L'uranium est un minerai, donc une ressource non renouvelable.

Aujourd'hui, les réserves mondiales d'uranium assurent une production pour la centaine d'années à venir, compte tenu de la demande.

Si les centrales nucléaires se multiplient pour remplacer les énergies fossiles, il y en aura pour moins longtemps encore.

Des investissements colossaux

L'électricité nucléaire coûte cher, très cher. Surtout si l'on considère les centrales sur l'intégralité de leur cycle de vie. La question du démantèlement pose des problèmes très complexes de stockage des déchets.

Les difficultés de l’approvisionnement en combustible, les dangers à prévenir, et l'opposition de l'opinion publique, sont des freins à l'investissement. Les pays qui investissent dans de nouveaux programmes nucléaires civils ne sont pas nombreux.

Des promesses de progrès... à un stade expérimental

Néanmoins, des progrès sont en cours dans le secteur. Les réacteurs modernes sont plus performants (ils consomment moins d'uranium), et la quantité de déchets radioactifs à traiter est plus réduite.

La technologie de la fusion nucléaire est prometteuse. Elle pourrait permettre de produire une énergie sans émission carbone, à base d'hydrogène décarboné extrait de l'eau de mer. Ses déchets seraient toujours radioactifs, mais moins longtemps (des siècles, quand même), en quantité plus réduite, et moins dangereux. Le risque d'accident serait, a priori, bien moins élevé que pour la technique de la fission nucléaire, que l'on utilise actuellement.

Mais pour toutes ces perspectives, nous n'en sommes qu'au stade de la recherche expérimentale.

En conclusion :

Compte tenu des délais pour agir contre le réchauffement climatique, il semble peu probable que l'électricité nucléaire se développe suffisamment à très court terme pour remplacer une part importante de l'énergie carbonée. Les centrales nucléaires sont des projets de long terme.

L'électricité éolienne

L'électricité produite grâce au vent n'émet pas de CO2 ni d'autres gaz à effet de serre.

Elle a aussi l'avantage d'être 100% renouvelable, car il y aura toujours du vent.

Aujourd'hui, la production éolienne ne représente qu'1% de l'énergie mondiale. C'est très peu. Les perspectives de développement sont très importantes, d'autant que le coût des éoliennes se réduit, et qu'elles deviennent plus performantes. C'est d'ailleurs la technologie de production d'énergie qui augmente le plus rapidement dans le monde.

Une perspective intéressante pour augmenter la part de l'énergie sans émissions.

Mais l'électricité éolienne a des limites.

L'éolien est une énergie intermittente

Première limite : c'est une énergie intermittente. L'électricité n'est produite que lorsque le vent souffle, et on n'aura jamais le moyen d'en contrôler le débit (ce qui est une très bonne chose).

Il n'est pas intéressant d'installer des éoliennes là où le vent est globalement faible. En revanche, il est nécessaire d'y apporter l'électricité. La gestion d'un réseau intermittent avec des sources de production réparties de façon non homogène sur le territoire, c'est compliqué, et coûteux.

L'éolien exige de l'espace

Seconde limite : une éolienne prend beaucoup de place au sol, pour des raisons bien logiques.

Il ne doit pas y avoir d'obstacle au vent, ce qui signifie que l'espace doit être dégagé loin devant (pas de montagne ni de colline).

Une éolienne peut elle-même créer des turbulences néfastes pour les autres, dans un parc éolien. Ce qui explique qu'elles doivent être bien éloignées les unes des autres.

En dehors des lignes de crêtes, les éoliennes peuvent être installées sur des terres agricoles. Bien qu'elles contribuent à réchauffer (un peu) le sol, tout autour des mâts, les cultures restent tout à fait possibles. (Notons entre parenthèses que ce réchauffement induit est très largement compensé par les économies réalisées en terme d'émissions de gaz à effet de serre, qui ralentissent le réchauffement global de la planète. Ce n'est donc pas un argument valable contre l'éolien).

Performance énergétique

Troisième limite, qui découle des précédentes : la performance énergétique de l'éolien n'est pas très élevée.

Actuellement, le rendement énergétique est optimal par vent moyen et régulier. La plupart des éoliennes ne peuvent pas fonctionner avec un vent supérieur à 90 km/h, et doivent être arrêtées dans ce cas.

Mais surtout, la construction d'une éolienne demande une quantité importante de matériaux et beaucoup d'aménagements. Construire des éoliennes et les installer n'est pas neutre. Le métal, les aimants des générateurs, le ciment, etc. entraînent beaucoup d'émissions de CO2. Or la durée de vie d'une éolienne est assez courte (20 ans).

Si on tient compte de tous ces paramètres, une éolienne pourrait produire seulement 20% à 25% d'énergie de plus qu'elle n'en a consommé durant tout son cycle de vie (fabrication, installation, démantèlement et recyclage). C'est peu. Je mets cependant cette info au conditionnel, car ces calculs sont très complexes, et certains experts estiment que ce rapport est bien plus bénéfique.

Toutefois, les innovations dans le secteur éolien sont rapides. En particulier dans l'éolien urbain (de petites éoliennes qui s'adaptent à des vents variés) et dans l'éolien offshore (grandes éoliennes en mer). Il est permis d'espérer que le bilan énergétique s'améliore dans les années à venir.

Les réticences des riverains et de l'opinion publique

Quatrième limite : les réticences des riverains, et la gronde de l'opinion publique. Ce critère n'est pas pertinent pour tous les pays, mais en Europe, les élus locaux, décisionnaires, y sont sensibles. C'est susceptible de freiner le développement des parcs éoliens terrestres et maritimes.

Concernant la question du bruit, j'ai voulu me faire mon idée personnelle. Je me suis rendue au pied d'une éolienne, et la nuisance ne m'a pas frappée. Peut-être n'était-elle pas à son intensité maximale ? Ou peut-être que la perception du bruit est plus nette à une certaine distance de l'éolienne ?

La réglementation veille à ce que les éoliennes ne soient pas implantées trop près des habitations. Et des changements dans le dessin des pales ont progressivement réduit le son produit par les éoliennes. Les acousticiens parlent plutôt de "sons non désirés", qui induisent une exacerbation de la sensibilité des riverains en lutte contre l'installation d'éoliennes à proximité de leur domicile.

Quant à la pollution visuelle, j'imagine aisément qu'on puisse décider de s'y habituer, compte tenu des avantages que cette technologie présente pour le climat. Je trouve qu'il y a beaucoup plus vilain, en design industriel, qu'une éolienne. C'est une question de goût.

En conclusion :

L'éolien peut contribuer à produire une énergie qui ne nuise pas au climat.

Les possibilités sont immenses, et pourraient couvrir une part importante de l'électricité décarbonée, dans l'avenir. A condition que le coût de l'éolien continue à baisser (notamment par rapport aux énergies fossiles), pour que des investissements importants soient décidés dans un avenir proche, et notamment en mer. Un aménagement du réseau de distribution sera également nécessaire dans de nombreuses régions du monde.

Mais on part de très bas, donc la proportion d'énergie éolienne dans le mix énergétique restera modeste durant encore quelques années, voire dizaines d'années.

L'électricité solaire (centrales photovoltaïques)

L'électricité produite à partir du soleil n'émet pas de gaz à effet de serre.

Il y aura toujours du soleil, donc, c'est une énergie 100% renouvelable.

Malgré un développement très rapide, elle représente moins d'1% de l'énergie mondiale.

Elle a aussi ses limites, dont certaines ressemblent à celles de l'éolien.

L'intermittence de l'énergie solaire

Première limite : l'énergie solaire n'est pas présente partout ni tout le temps. Les nuages la dispersent. Et, même dans les pays chauds, il fait nuit...

La variabilité saisonnière du rayonnement solaire a une incidence directe sur la production. Il y a surproduction d'électricité l'été, et sous-production l'hiver, quand les besoins sont plus importants.

Or nous ne savons pas encore stocker l'électricité sans augmenter considérablement son coût (et créer de nouveaux problèmes environnementaux...).

Il n'est donc pas pertinent de mettre des centrales solaires partout.

Impact environnemental du silicium

Les panneaux solaires sont faits d'aluminium, de verre, de plastique et de silicium.

Le silicium, composant principal des cellules photovoltaïques, est particulièrement problématique. Il est fabriqué à base de silice, dont l'extraction est terriblement polluante.

Outre la pollution, il faut aussi tenir compte de l'érosion artificielle des sols dans les carrières, des conséquences sur la végétation et les paysages.

Or il faut extraire beaucoup de silice (c'est du quartz, en gros), pour obtenir un peu de silicium de qualité.

Ce n'est pas un matériau rare, mais il est surexploité. A moyen terme, l'approvisionnement causera certainement des problèmes.

Développer le réseau de distribution

Troisième limite : si les futures centrales solaires sont installées là où le rayonnement solaire est optimal (disons au mieux : le désert), il faut trouver le moyen de transporter l'électricité produite là où on en a besoin (c'est à dire surtout dans les villes).

Le développement de l'électricité solaire doit donc s'accompagner du développement d'un réseau électrique performant. Ce sont des coûts supplémentaires non négligeables.

En conclusion :

Durant des années, la production d'électricité solaire a été beaucoup plus coûteuse que d'autres technologies. Aujourd'hui, ce n'est plus le cas, et les investissements se multiplient.

La production d'électricité solaire a été 5 fois plus élevée en 2020 qu'en 2012. C'est une croissance très rapide, mais, comme pour l'éolien, elle part de très bas.

Il faudrait poursuivre sur ce rythme, voire l'accroître, pour que le solaire commence à devenir une alternative efficace dans la production mondiale d'énergie.

Ce qui implique de développer des méthodes rentables de recyclage du silicium, pour réduire la pression sur l'extraction des matières premières.

"C'est pas gagné", mais les perspectives existent

Alors, peut-on produire notre énergie sans gaz à effet de serre ? On l'a vu dès le début, l'énergie produit toujours au moins un peu de CO2 ou de méthane, donc ma question était mal posée.

Par contre, on sait produire une l'électricité presque décarbonée, qui peut se substituer aux énergies fossiles.

A deux conditions majeures, à mon avis.

  1. Qu'on accepte de payer l'énergie plus chère : les sources fossiles restent très économiques par rapport aux énergies décarbonées. La 1ère conséquence, c'est que la grande majorité d'entre nous les privilégions (elles sont moins chères). La 2nde conséquence, c'est que les investisseurs hésitent à placer leur argent dans des projets qui seront moins rentables. Si nous acceptons de payer l'énergie plus chère parce que c'est la seule solution pour sauver le climat, l’État aura plus de facilités à placer une taxe carbone efficace. Les fonds ainsi dégagés pourront aider ceux qui en ont le plus besoin à payer la facture, et accompagner une politique d'investissements massifs dans les énergies décarbonées.
  2. Qu'on accepte de réduire nos besoins énergétiques : si l'énergie est plus chère, elle sera plus précieuse. Nous pourrons donc mieux la gérer, la réserver à nos besoins les plus nécessaires (en termes de déplacements, d'alimentation ou de consommation), et investir dans des dispositifs énergétiques efficaces (pour le chauffage, par exemple). Cela implique de faire évoluer nos modes de vie.

C'est le choix que j'ai fait. Est-ce aussi le vôtre ? L'acceptez-vous facilement ? J'ai hâte de lire vos commentaires...

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