Dans ma précédente rubrique (ici), j’ai planté le décor de notre consommation d’électricité en France : 485 milliards de KWh à injecter dans notre réseau par an. C’est évidemment une petite goutte face au 22 000 milliards nécessaires à l’échelle du globe, mais il nous faut, malgré tout, les produire.
Le nucléaire au cœur du système
Pour illustrer la part des différents modes de production, je pourrais me contenter de vous dire que selon les chiffres du Réseau de Transport d’Electricité (RTE), le nucléaire produit 75% de l’électricité, l’hydraulique 11%, le thermique 9% et les renouvelables (solaire, éolien, biomasse) 5%. Je pourrais aussi, vous dire que chaque petite centrale hydroélectrique est capable de fournir 200 à 300 foyers, une éolienne 500 à 1000 et une centrale nucléaire 500 000.
Mais, pour coller au plus près à notre vie de tous les jours, j’ai plutôt choisi de vous emmener dans une maison construite dans les années 2000 :
Le chauffage électrique, l’eau chaude et la ventilation sont assurés par la production nucléaire, les centrales thermiques (fioul et gaz) fournissent frigo, congélateur et ordinateur, les énergies renouvelables autres qu’hydroélectricité s’occupent de l’éclairage, les centrales hydroélectriques d’EDF assurent la cuisson des aliments, celles d’ENGIE tout le nécessaire pour laver et sécher linge et vaisselle et enfin les petites centrales hydroélectriques alimentent la TV LED. Si notre maison est accompagnée d’une belle piscine, il faut mobiliser toute la production des centrales hydroélectriques EDF ainsi que toutes les centrales thermiques pour l’alimenter.
Une centrale électrique, comment ça marche ?
A l’exception des panneaux solaires, le principe de fabrication de l’électricité reste le même quelque soit le type d’installation. Il s’agit en effet de transformer une énergie mécanique créée par la rotation d’une turbine en une énergie électrique produite par un alternateur qui utilise l’effet électromagnétique. Ce qui change donc c’est l’énergie utilisée pour entraîner la turbine. Les centrales hydroélectriques (ou hydrauliques) vont utiliser la force de l’eau, les éoliennes celle du vent et les centrales thermiques ou nucléaires celles de la vapeur d’eau. Cette vapeur d’eau sera générée soit par la chaleur produite par la réaction nucléaire, soit par la combustion de fioul, de charbon ou de gaz pour les centrales thermiques.
A besoins variables, productions variables, selon la saison...
En fait, si les choses étaient aussi simples pour alimenter nos foyers, commerces et industries en électricité, les anti-nucléaires ne se chaufferaient plus et se laveraient à l’eau froide, les climato-inquiets reprendraient la salaison pour garder leurs aliments et les anti-hydroélectricité ne regarderaient plus la télé.
Dans la réalité, comme toujours, les choses sont plus complexes, car nos modes de vie et de travail sont complexes. Nos consommations électriques varient que ce soit à l’échelle des saisons mais surtout au cours d’une même journée.
Au maximum de l’hiver, la consommation électrique journalière augmente de l’ordre de 60% par rapport au printemps (plus 800 millions de KWh par jour). La grande majorité de cette augmentation est liée au chauffage. Elle correspond à la production journalière de 35 réacteurs nucléaires et 3.5 fois notre capacité de production hydraulique. En cas de vague de froid susceptible de revenir tous les 10 ans, il faut ajouter 100 millions de KWh par jour.
Cette augmentation hivernale, surtout liée à nos choix en termes de type de chauffage et à la faiblesse d’isolation de tous nos bâtiments, n’avantage pas les modes de production dont la ressource faiblit en hiver. Dans ce registre évidemment chacun pense à l’énergie solaire avec une capacité de production divisée par 4 en hiver du fait de la baisse de l’ensoleillement. Mais l’hydroélectricité est également concernée. En effet, les cours d’eau a plus forte potentialité sont en montagne. Hors dans les rivières des Alpes ou des Pyrénées, cette saison correspond aux étiages avec des volumes d’eau disponibles qui sont environ 40% à 60% inférieurs à la moyenne annuelle. Il faut donc être capable de mobiliser quasiment le double de ressources de production en hiver par rapport à l’été.
... et selon l'heure de la journée
Notre consommation évolue également au cours de la journée et ces variations sont surtout très fortes en hiver :
Entre 18 et 20h, nous consommons 15% de plus qu’en journée et 50% de plus que la nuit. Il faut donc que nos moyens de production soient capables de répondre à ces augmentations. Pour cela, il faut des outils disposant d’une source d’énergie facilement et rapidement mobilisables (en quelques minutes). Il est dès lors impossible de faire appel aux éoliennes, au solaire où à l’hydraulique de fil d’eau qui dépendent directement de la ressource disponible (le débit naturel des rivières ou le vent augmentent rarement de 18 à 20h à notre simple demande). Pour le nucléaire, contrairement au discours fréquemment entendu sur la forte inertie des outils, il est possible de faire varier la puissance des centrales sur des durées de quelques heures mais dès que les variations sont fortes, les coûts augmentent vite de même que lorsque l’on ne fait pas fonctionner les réacteurs à pleine puissance. C’est pourquoi les outils de production mobilisables facilement et à moindre coût sont les centrales thermiques et hydrauliques fonctionnant par éclusée avec des réserves d’eau accumulées dans les lacs.
Le dernier point sur les variations de production concernent l’ajustement de la fréquence du réseau. Notre réseau transporte l’électricité avec une fréquence de 50 Hertz. Hors, cette fréquence peut varier selon l’offre et la demande. Le « transporteur « d’électricité » (RTE) doit donc en permanence ajuster cette fréquence en mobilisant des outils de production qui sont souvent des centrales hydroélectriques ou des centrales au gaz.
Donc, lorsque nous retournons dans notre maison, il serait plus juste de dire que les centrales nucléaires nous chauffent et ventilent notre maison, mais qu’à 18h00 lorsque l’on augmente les thermostats des radiateurs, lorsque l’on met notre gratin au four, qu’on allume 10 ampoules et 2 téléviseurs et qu’on recharge 4 portables, ce sont les quelques 250 centrales hydrauliques de lac d’EDF et d’ENGIE qui sont mobilisées ainsi, évidemment, que toutes les centrales thermiques.
Pour faire face à ces demandes, 7 milliards de m3 d’eau (4% de la ressource totale en eau) sont stockés dans 300 grands barrages au moment où les débits sont soutenus (printemps et automne) et restitués par éclusée lors des pics de consommation. Ainsi, si l’hydroélectricité ne représente en moyenne annuelle que 11% de la production, au moment des pics, les centrales de lacs fourniront plus de la moitié de l’augmentation de consommation. Les 250 centrales qui turbinent les eaux de lacs fournissent environ 35 milliards de Kwh par an (7% de notre consommation) tandis que les 2500 petites centrales ne produisent que 7 milliards de Kwh (1,4% de nos besoins) et ne sont pas adaptables aux variations de la demande.
Quand le débit fait l’électricité
En analysant la production hydroélectrique nationale au cours des 10 dernières années, on constate clairement que les variations de production de l’ordre de ± 25 Twh sont directement liées aux quantités d’eau écoulées dans les fleuves Français. L’année 2011 qui présente la plus faible hydraulicité avec 38 milliards de m3 correspond à l’année de plus faible production hydraulique avec 50 Twh. En revanche, l’année 2013 avec 165 milliards de m3 écoulés a enregistré la plus forte production hydraulique avec 75 Twh. Au sein de ces variations, l’évolution de la réglementation en 2014 avec le passage des débits minimums en aval des barrages à 10% du débit moyen inter-annuel ne génère pas des variations du même ordre que l’hydraulicité des cours d’eau. L’évolution des débits des cours d’eau avec le changement climatique et la concurrence des autres usages (irrigation, voir encart "Maïs ou Kwh") peuvent peser lourd dans l’avenir de cette production, bien plus que les contraintes environnementales.
Des contraintes de production toujours plus nombreuses
La production d’électricité doit donc actuellement faire face à plusieurs défis. Produire à toute heure et en tout temps, une quantité importante de kw et donc avoir accès à des ressources plus ou moins renouvelables pour les produire (de l’uranium, du gaz, du fioul, de l’eau, du vent, du soleil, du bois). Disposer d’installations en bon état ce qui nécessite des coûts plus ou moins élevés pour les construire, les entretenir et le cas échéant les détruire en fin de vie. Réaliser des profits financiers (les philantropes étant rares sur le marché de l’électricité, la maximisation du profit est de plus en plus au cœur des motivations des producteurs et des vendeurs). Limiter les risques pour la santé dans le cas d’installations utilisant des procédés dangereux (on pense évidemment au nucléaire en priorité avec les radiations, mais il y a aussi les grands barrages avec les risques de rupture). Essayer d’avoir des impacts pas trop catastrophiques sur la biodiversité et le climat bien évidemment au niveau des sites de production mais aussi au niveau des zones de fourniture de la ressource lorsque celles-ci sont éloignées (mine d’uranium, champ gaziers et pétroliers).
Et du côté des consommateurs, les mêmes contradictions nous habitent. Nous voulons avoir de l’électricité partout, par tous les temps et pas trop chère. Mais, nous préférons être loin des cheminées des centrales nucléaires voire des mats des éoliennes. Les pêcheurs de truites dont je fais parti ne veulent pas trop de barrages (dont raffolent nos amis les pêcheurs de carnassiers). Nos élus tentent de s’emparer de la question, mais force est de constater qu’ils ont bien du mal. Les injonctions climatiques semblent nous amener à privilégier les modes de production dîts "renouvelables", les risques pour la santé conduisent à limiter voire abandonner le nucléaire. Alors face à toutes ces contradictions, quelles pistes pour la production d’électricité demain ?
Préserver le climat et la santé, utopie ou réalité ?
Dans le domaine des rejets de CO2, la production d’électricité est responsable de 10% de nos émissions soit 48 millions de tonnes par an. Les centrales thermiques rejettent 10 fois plus que le nucléaire, 50 fois plus que le solaire et 150 fois plus que l’éolien et l’hydraulique. Il paraîtrait tout à fait logique que la progression des renouvelables au cours des 10 dernières années (+30 Twh) ait permis de remplacer le thermique et donc de limiter les rejets de CO2. Hors, que constate-t-on au cours de ces 10 mêmes années ? La production thermique n’a baissé que de 10 Twh. Force est donc de constater que le développement du renouvelable ne se traduit pas, actuellement, par une réduction significative des rejets de CO2 et ceci pour une raison simple, le thermique sert à la pointe de production alors que l’éolien et le solaire font une production de base.
Dans le domaine des risques pour la santé, l’avenir voudrait que le nucléaire qui présente le risque le plus élevé soit peu à peu remplacé par des modes de production nettement moins risqués. Pour cela, il nous faudrait multiplier par 10 nos capacités en éolien, solaire et hydraulique. Est-ce possible à court terme ?
Pour l’hydraulique, la réponse est clairement non. La ressource est déjà très utilisée et les perspectives laissent apparaître un potentiel de 12 Twh si l’on pouvait utiliser toutes les rivières soit 3% de ce qu’il nous faudrait pour remplacer le nucléaire. Reste donc encore 393 milliards de Kwh à trouver. Il nous faudrait environ 100 000 éoliennes occupant 20 000 km² (4% de notre territoire) ou 4000 km² (1% de notre territoire) de panneaux solaires. Ces perspectives ne paraissent pas totalement surréalistes mais posent malgré tout des questions d’occupation du territoire, d’impacts paysagers et de pertes de territoires pour la biodiversité. Ce développement s’accompagne inévitablement du développement de capacités de stockage qui n’existent pas encore actuellement mais également de capacité à beaucoup mieux gérer nos consommations dans une journée pour lisser aux maximums nos usages. Si nous persistons dans une consommation par pic et en hiver, le 100% renouvelable sera très très compliqué.
Production d’électricité en France : sommes-nous vraiment indépendants ?
La France s’est longtemps enorgueillie, grâce au nucléaire, d’être indépendante en termes de production d’électricité. Nos ingénieurs des mines avaient organisé un ensemble franco-français : des centrales fabriquées par AREVA qui fournissait aussi le combustible, un producteur EDF qui faisait fonctionner les dîtes centrales et un fabriquant de turbines et d’alternateurs (Alstom) qui équipait et entretenait ces parties essentielles des installations. Modulo l’accès au combustible qui réclamait quelques « arrangements » pas toujours clairs avec des pays africains, nous maîtrisions la chaîne de production. Mais, tout ce système c’est largement effondré lorsque nos gouvernants ont accepté de céder notre fabriquant de turbines Alstom à l’américain Général Electric. Aujourd’hui, Donald peut, d’un coup de tête, décider de nous priver d’entretien voire de renouvellement de nos turbines de centrales nucléaires… Vous avez dit indépendant ?
Bilan
Face à toutes ces difficultés, la 1ère des mesures qui devrait nous paraître incontournable, c’est la réduction de nos consommations. Est-il aujourd’hui possible de diviser par deux nos consommations sans revenir comme le disent les mauvais coucheurs de l’écologie à l’"éclairage à la bougie" ? Nous avons les cartes en mains. Privilégier l’isolation de nos habitations plutôt les gadgets et la déco, être capables d’exiger que nos impôts servent à isoler tous les bâtiments publics plutôt qu’accueillir les jeux olympiques, oublier nos piscines individuelles, ne plus faire nos emplettes dans des passoires thermiques… Sommes-nous prêts à cela ? Pas si facile…
A lire : la première partie du dossier Tous « électrivores »
Du producteur au consommateur : qui sont les vrais gagnants ?
En 2018, en moyenne, nous payons 0.15 €/kwh consommé. Ce prix comprend l’abonnement et les taxes qui, aujourd’hui, représentent 40% du prix. En 18 années, le prix du kwh a doublé. L’électricité est donc aujourd’hui un marché de près de 70 milliards de chiffres d’affaire, de quoi aiguiser les appétits ! Côté producteurs, il y a plusieurs mode de transaction et donc de tarifications. Les grands groupes peuvent mettre leur production dans un système de bourse qui est géré soit du jour pour le lendemain (bourse de l’électricité EPEX SPOT), soit dans un système fonctionnant 1 mois ou 1 an en avance. Ces systèmes boursiers fonctionnent à la fois sur le principe de l’offre et de la demande mais également sous l’effet de la spéculation en faisant la part belle à des intermédiaires en l’occurrence des traders dont la philantropie et le respect des enjeux sociaux et environnementaux est bien connus de tous… Les producteurs peuvent choisir une vente directe aux fournisseurs sans passer par un système boursier. Dans l’ensemble de ces systèmes, les prix du kwh varient entre 0.035 et 0.06 €. En parallèle, il existe un système de tarifications d’achat totalement réglementé par des dispositifs de contrats. Ils concernent les énergies renouvelables (éolien, solaire et petite hydroélectricité). Ces contrats assurent des prix d’achat 2 à 3 fois supérieurs au prix du marché (0.08 €/kwh pour l’éolien, 0.18 €/kwh pour le solaire, de 0.065 à 0.11 €/kwh pour la petite hydroélectricité). Mais alors, qui paie ce différentiel de prix ? Et bien, tous les foyers consommateurs d’électricité au travers d’une taxe (la Contribution au Service Public de l’Électricité (CSPE)) qui s’élève, en 2018, à 0.022 €/kwh soit 8 milliards € collectés. Ce montant a été multiplié par 5 en 14 ans. Vous me direz que c’est pour la bonne cause puisqu’il s’agit d’une forme de subventions à des modes de production plus respectueux du climat et qu’il faut encourager. Je leur répondrai que le développement de ces modes de production n’a que très modérément fait baisser les rejets de CO2 et que la démonstration que ces subventions couvrent les surcoûts de production et ne constituent pas, en fait, une très belle rente financière bien supérieure à tous les placements disponibles n’a pas été faîte. Présentez-vous à votre banque avec un petit pactole financier et demandez ce que votre conseiller pense des investissements dans les énergies renouvelables ? Vous verrez que cela va bien au-delà des performances de votre livret A. Maintenant, si nous trouvons normal de subventionner des rentes financières à plus de 8-12% d’intérêts par an je n’ai pas grand chose à ajouter…
Maïs ou kwh : nous avons choisi ?
Il y a une trentaine d’années, de brillants agronomes accompagnés de conseillers agricoles avisés et d’agriculteurs ayant oublié leur métier ont décidé qu’alimenter des vaches avec de l’herbe c’était « has been ». Il y avait mieux à faire en substituant aux vertes pâtures, des aliments à base de soja et de maïs (quand ce n’était pas de la poudre de cadavres…). Et voilà qu’en 30 ans, le sud-ouest, entre autre, s’est transformé en un immense champ de maïs dans lesquels tournent 24h sur 24 de superbes canons d’irrigation. Et comme l’eau des nappes et rivières n’y suffisait pas, on a décidé de réquisitionner l’eau des barrages hydroélectriques pour alimenter le système. Ainsi, aujourd’hui, dans le sud-ouest, EDF ou ENGIE doivent réserver plus de 100 millions de m3 d’eau accumulés dans les lacs et normalement destinés à faire de l’électricité de pointe en hiver à l’irrigation du maïs, tout cela caché sous le mot de « soutien d’étiage ». Et devinez qui paie la note ? Et bien ce sont les buveurs d’eau qui au travers de l’Agence de l’Eau paient les kwh perdus. Et la facture s’élève à plusieurs millions d’euros par an. Dans le même temps, si l’hydraulique, privée d’une partie de son eau est en difficulté l’hiver pour couvrir les pointes, ce n’est pas grave, on met en route des centrales fioul et gaz pour suppléer. Vous avez dit « priorité à la lutte contre le changement climatique » ?
