AccueilPrésentationEtudes scientifiquesAnalyse du remplacement d’une capacité nucléaire par de l’éolien et du photovoltaïque

Etudes scientifiques

La production d’électricité : clé du succès climatique. Un oubli de la Convention Citoyenne

  • Publié le 25 octobre 2020
Hervé NIFFENECKER
  • Changement climatique
  • Electricité nucléaire
  • Combustibles fossiles
  • Eolien et solaire
  • CO2 et GES
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  • Réseau électrique
  • Convention citoyenne

La production d’électricité : clé du succès climatique.
Un oubli de la Convention Citoyenne

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 Hervé Nifenecker[1]

 

En utilisant des données internationalement reconnues et en comparant les mix électriques de quelques grands pays, Hervé Nifenecker montre l'importance de la stratégie de décarbonation de l'électricité dans la performance d'ensemble.



[1] L’auteur remercie Fabien Perdu pour sa relecture critique et ses suggestions

 

Voitures électriques, hydrogène, piles à combustible, toutes innovations supposées aider à relever le défi climatique. À l’évidence, la nature du Mix électrique conditionnera le caractère plus ou moins carboné de l’électricité utilisée dans ces innovations. Dans ce qui suit, nous utiliserons les données fournies par l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) pour examiner l’efficacité de la politique énergétique de pays représentatifs pour contrôler leurs émissions de CO2.[2].L’AIE fournit la valeur des émissions de CO2 par secteur et par pays [3] et les valeurs de la consommation totale d’énergie primaire (en anglais Total Primary Energy Supply, TPES) Pour alléger cet article nous ne donnerons les valeurs détaillées des Mix énergétiques ou électriques que pour quelques cas illustratifs :

  • pour comparaisons d’économies proches ayant des politiques de production d’électricité très différentes : l’Allemagne et la France, d’une part, le Danemark et la Suède, d’autre part.
  • pour les principaux émetteurs de CO2: les USA, la Chine et l’Inde,

Le Tableau 1 présente les Mix électriques de ces pays et du monde entier. Le recours aux énergies fossiles pour la production d’électricité est très variable selon les pays, entre 77 % pour la Chine et 1 % pour la Suède. L’Allemagne recourt aux énergies fossiles pour 47 % de sa production alors que la France à seulement 10 % pour la sienne.

Le recours aux combustibles fossiles implique des émissions de CO2. Les émissions de CO2 varient de façon importante selon les techniques de production de l’électricité utilisées, comme on peut le voir sur le Tableau 2.

Pays

coal

oil

gas

biofuel

nuclear

hydro

wind

PV

Electricité

Elec fossile

Part fossile

Colonne

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

%

%

%

%

%

%

%

%

TWh

TWh

%

Allemagne

31

1

16

7

12

4

21

8

605

285

47

France

3

1

7

1

70

11

6

2

575

60

10

DK

12

1

7

18

0

0

59

3

28

5

19

Suède

1

0

0

7

42

39

11

0

162

2

1

USA

26

1

37

1

20

7

7

0

4 129

2 621

63

Chine

67

0

3

1

4

17

6

2

7 266

5 054

70

Inde

71

0

5

3

3

11

4

3

1 584

1 214

77

Monde

38,5

3,0

23,3

1,6

10,3

16,4

4,8

2

26 383

17 084

65

Tableau 1 : Mix électrique du monde et de pays représentatifs. Les parts des sources d’électricité sont exprimées en %. La colonne 8 donne la production totale d’électricité. La colonne 9 donne la production d’électricité faisant appel à des combustibles fossiles et la colonne 10 la part d’électricité d’origine fossile, et, donc génératrice d’émissions de CO2.

Technique

Charbon

Gaz

biomasse

Hydro

Eolien

Solaire

Nucléaire

gCO2/kWh

910

650

230

24

11

48

12

Tableau 2 : Émissions de CO2 selon la technologie de production d’électricité (Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_greenhouse_gas_emissions_of_energy_sources )

En combinant les Tableaux 1 et 2 il est possible de calculer les émissions de CO2 liées au secteur de la production d’électricité

PIB

CO2 Total

CO2

Elec

CO2

Trans

CO2

Trans/Tot

CO2

Elec/Tot

CO2/PIB

colonne

1

2

3

4

5

6

7

G$

Mtonne

Mtonne

Mtonne

Fraction

 Fraction

t/k$

Allemagne

3 624

719

304

158

0,22

0,42

0,198

France

2 729

308

46

125

0,41

0,15

0,113

DK

327

29

10

13

0,45

0,34

0,089

Suède

569

32

7

16

0,50

0,22

0,056

USA

19 261

5 309

1 917

1 762

0,33

0,36

0,276

Chine

10 461

9 258

4 591

925

0,10

0,50

0,885

Inde

2 830

2 162

1 100

305

0,14

0,51

0,764

Monde

80 077

33 000

13 978

8 258

0,25

0,42

0,412

Tableau 3 : Émissions de CO2 par secteur (colonnes 2, 3 et 4). La colonne 5 la fraction des émissions liées aux transports. La colonne 6 donne la fraction des émissions liées à la production d’électricité. La colonne 7 donne la valeur des émissions totales (colonne 2) rapportées au PIB (colonne 1).

 

Le Tableau 3 montre que le secteur de la production électrique est le premier contributeur aux émissions de CO2 avec 42 % des émissions mondiales alors que le secteur des transports ne contribue qu’à 25 % du total et l’industrie à 18 %. En fait, comme le montre la Figure 1, les émissions de CO2 par le secteur électrique sont fortement corrélées aux émissions totales de CO2. Approximativement, les émissions totales sont le double des émissions du secteur électrique.  Une explication possible de ce facteur d’amplification pourrait être que l’électricité décarbonée est plus chère que l’électricité d’origine fossile. Ce surcoût encouragerait les économies d’électricité. Ainsi, lors du développement du chauffage électrique associé à la mise en fonction des centrales nucléaires, un gros effort d’isolation des logements, encouragé, d’ailleurs, par EDF, fut réalisé, bénéficiant également aux chauffages traditionnels.

fig 1 note Niffenecker 

Figure 1  Corrélation des émissions CO2 du secteur électrique avec les émissions totales.

La comparaison entre l’Allemagne et la France est particulièrement instructive.  Alors que les émissions dues aux transports sont comparables pour les deux pays (125 et 158 millions de tonnes pour la France et l’Allemagne respectivement), L’Allemagne émet près de 7 fois plus que la France pour produire son électricité. Dans ces conditions, l’intérêt de l’électrification du secteur de la mobilité en Allemagne est discutable, au contraire du cas de la France.

La colonne 7 du Tableau 3 correspond à l’intensité CO2 des économies des pays pris en considération.  Son PIB  (Produit Intérieur Brut)  est supposé représenter l’activité économique d’un pays. La performance CO2 d’un pays est d’autant meilleure que son intensité CO2 est faible. De ce point de vue, la France et les pays scandinaves ont les meilleures performances.

En s’inspirant de l’équation de Kaya : fig 2 note Niffenecker


 

Pop

PIB

PIB/Pop

CO2 total

TPES

TPES/PIB

CO2/TPES

colonne

1

2

3

4

5

6

7

 

Million

G$

K$

Mtonne

Mtep

   

Allemagne

82

3 624

44,2

719

306

0,084

2,350

France

67

2 729

40,7

308

242

0,0887

1,273

Suède

10

569

56,9

32

49

0,0861

0,653

USA

362

19 261

53,2

5309

2 951

0,153

1,799

Chine

1 288

10 461

8,1

9258

3 303

0,316

2,803

Inde

1 339

2 830

2,1

2162

882

0,312

2,451

Monde

7 800

80 077

10,3

33 000

13 847

0,173

2,383

Tableau 4 : Ingrédients pour appliquer la relation de Kaya à des pays représentatifs et au monde

On peut ainsi calculer les émissions de CO2 de la France :

CO2=67x40,7x0,088x1,27=308 Mt

Ou du monde : 7800x10,3x0,17x2,38=325005 Mt

Les choix stratégiques possibles

En gardant la population mondiale actuelle on peut calculer les émissions de CO2 qui seraient obtenues en optimisant les facteurs de l’équation de Kaya. Pour le PNB/ha nous choisissons une valeur de 3 fois la valeur mondiale actuelle, soit 30 k$.  Pour TPES/PIB on retient une valeur « européenne » de 0,088, pour l’intensité CO2 la valeur suédoise de 0,65. Le résultat est de 13 Gt de CO2. Il serait donc possible de tripler la « richesse » moyenne tout en réduisant les émissions annuelles de CO2 de 33 à 13 Gt en adoptant les efficacités énergétiques et les intensités Carbone des pays scandinaves.  Pour cela il est impérieux de renoncer aux combustibles fossiles pour produire de l’électricité. Pour remplacer les combustibles fossiles on dispose du nucléaire et des énergies renouvelables, comme on peut le voir sur le tableau 1. Les énergies renouvelables ne seront la solution unique que si l’on apprend un jour à stocker en quantité et économiquement l’électricité qu’elles produisent pour pallier les périodes sans vent et sans soleil.

 


[2]   Voir par exemple, l'Allemagne : https://www.iea.org/data-and-statistics?country=GERMANY&fuel=Energy%20supply&indicator=ElecGenByFuel

[3] La quantité totale de CO2 dans l’atmosphère contrôle le Climat de Terre. C’est pourquoi nous retenons, pour les pays, la quantité de CO2 produite par pays et ne tenons pas compte du CO2 « importé ». Par exemple, pour la France nous retenons la quantité de CO2 produite par la combustion de charbon, pétrole ou gaz sur le sol français. La France importe, par ailleurs, de fortes quantités de d’objets fabriqués en Allemagne ou en Chine, pays fortement émetteurs de CO2. Ajouter la quantité de CO2 émises en Allemagne ou Chine pour la fabrication de ces objets conduirait à un double comptage et surestimerait la quantité de CO2 injectée dans l’atmosphère.

 

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