Académie des technologies

Présentation résumée du rapport "vecteurs d'énergie"[1]

Le groupe de travail "vecteurs d'énergie" de la commission "énergie et changement climatique" de l'Académie des technologies a conduit entre 2008 et 2010 une étude des vecteurs d'énergie qui se sont progressivement introduits entre les sources et les usages depuis le début de l'ère industrielle en établissant une certaines coupure entre les deux, et de multiples concurrences possibles résumées ci-après. Un objectif de cette étude était de mettre sur pied une méthodologie pérenne, qui puisse aider, dans toutes les situations survenant aux passages des transitions énergétiques actuelles et à venir, à faire les choix les plus judicieux sur les deux plans économique et écologique.

Un vecteur d'énergie est le support d'une énergie finale distribuée au consommateur pour satisfaire un besoin; c'est par exemple le carburant dont il remplit le réservoir de sa voiture, c'est  l'électricité qu'il prélève à la prise de courant, c’est le gaz qu’il consomme pour son chauffage, ou la chaleur ou le froid provenant d’un éventuel réseau urbain. C'est toujours la forme d'énergie finale qui est payée par l'usager final.

Cet étage des vecteurs d'énergie, s'intercale aujourd'hui entre l'étage de l'offre constitué par les sources d'énergie (charbon, pétrole, gaz naturel, uranium, hydraulique, vent, soleil, biomasse, géothermie) et l'étage de la demande constitué par les besoins à satisfaire (transports, chauffage-climatisation, multiples usages électriques spécifiques dans les divers secteurs d'activité économique).

Figure 2 l'étage des vecteurs d'énergie

Les vecteurs n'ont pas toujours existé, ce sont des supports d'énergie qui sont apparus avec le développement technique et industriel. Avant l'ère industrielle, les sources mettaient directement leur énergie à disposition d'utilisateurs locaux (ou plutôt les utilisateurs s'installaient là où il y avait des sources d'énergie), le bois était utilisé localement comme source pour le chauffage et la forge, la force motrice de l’eau ou du vent pour moudre du grain et écraser des olives. On pouvait dire que le charbon était à la fois source et vecteur, pour le transport par locomotive à vapeur, pour le chauffage par les foyers domestiques, pour  fournir la force motrice des usines par les machines à vapeur. Ce charbon n'alimente plus guère aujourd'hui que les centrales thermiques, qui alimentent elles-mêmes le vecteur électricité qui dessert le plus grand nombre d'usages diversifiés à travers un réseau qui va porter l'énergie là où est la demande, et libère l'utilisateur de son asservissement à une seule source. Le charbon a disparu en tant que vecteur et n'a plus qu'un statut de source.

Figure 3 liens directs entre sources et usages avant le développement des vecteurs

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Le caractère essentiel et nouveau des vecteurs est d'avoir introduit une coupure entre les sources et les besoins : si un usager fait appel au vecteur électricité, il peut ignorer de quoi est faite cette électricité: charbon,  gaz, renouvelables ou nucléaire?

Cette coupure permet des concurrences économiques et écologiques (lorsque les émissions de CO2 sont valorisées) : concurrences descendantes entre les sources pour alimenter les vecteurs, entre les vecteurs pour alimenter les usages; concurrences ascendantes entre les usages pour s'approvisionner en vecteurs, et entre les vecteurs pour s'approvisionner aux sources.

C'est l'analyse technico-économico-écologique de ces concurrences que propose cette étude, dans une hypothèse bien précise, qui est celle de la loi d’orientation sur l’énergie de 2005 (hypothèse réitérée dans la loi Grenelle 1) : réduire d’un facteur 4 les émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050 (hypothèse complétée par celle d’une réduction d’un facteur 2 à l’horizon 2030). En rapprochant les aspects techniques, économiques et climatiques, cette étude apporte un éclairage original aux choix politiques qui doivent être faits.

Ce rapport « vecteurs d’énergie » constitue une sorte de guide de bonne conduiteéconomique et écologique. 

Le chapitre 1 expose la méthodologie utilisée au cours de cette analyse des concurrences économique et écologique entre sources et vecteurs.

Pour ne pas se perdre dans trop de détails, le GT a sélectionné comme exemples les deux secteurs à la fois gros émetteurs de CO2 et pour lesquels les substitutions d’énergies rencontrent des difficultés : les transports et les grands émetteurs concentrés.

Le chapitre 2 est consacré aux vecteurs pour les transports : combustibles liquides, électricité et hydrogène 

Le chapitre 3 est consacré aux vecteurs pour usages fixes et concentrés, principalement les centrales électriques à combustibles fossiles et quelques industries comme la sidérurgie, les cimenteries et la pétrochimie.

L'analyse du développement du captage/stockage du CO2 figure dans ce chapitre,

Le chapitre 4 examine les contraintes que l'on peut prévoir sur les vecteurs électricité, gaz, chaleur et hydrogène,

Les applications numériques de la méthodologie figurent dans les annexes, et présentent dans chaque chapitre des figures explicitant en fonction des prix de marché respectifs de chaque source et du prix attribué au CO2, où se situent les choix les plus judicieux sur les deux plans économique et écologique.

Les conclusionsde chacune de ces applications numériques figurent dans ces annexes sous forme de discussion, ainsi que des analyses de sensibilité.

Cet outil permet par exemple, à partir des prix de marché des sources d'énergie primaire, d'évaluer l'intérêt économique et écologique global (incluant le coût externe des émissions de CO2) de telle ou telle action envisagée, par exemple:

-       Produire de l'électricité à partir de charbon ou de gaz?

-       Produire de l'électricité ou de l'hydrogène  à partir de charbon?

-       Produire du carburant liquide à partir de charbon ou de pétrole brut ou de gaz?

-       Motoriser un véhicule à partir de carburant liquide, d'électricité ou d'hydrogène?

-       …etc

La structure  paramétrique de l'étude permet de l'appliquer à chaque cas particulier, en prenant en compte les hypothèses faites sur l'évolution future des prix de marché des diverses sources d'énergie pour une époque et un pays donnés, et la valeur attribuée au CO2, ce qui en fait un guide pérenne des choix énergétiques.