Dominique Meeùs
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Renouvelable complémentaire et sous-critique (taux de pénétration critique)

Actuellement, le renouvelable est toujours complémentaire, non indispensable. Dans un monde équipé pour produire de l’électricité par des moyens classiques, on introduit une certaine quantité d’électricité de source renouvelable. Les principales sources renouvelables sont aussi fluctuantes. Quand on peut en tirer de l’électricité, on réduit la production d’autres sources. Quand les sources renouvelables sont faibles ou indisponibles, ce n’est pas un problème puisque l’appareil de production ordinaire suffit. Cela pose en réalité un sérieux problème de coût puisque ça implique par définition des investissements redondants. On considère les centrales à gaz comme les meilleures alliées du renouvelable parce qu’elles sont les plus faciles à moduler et même à éteindre et à rallumer. Mais le renouvelable qui dépend d’elles est paradoxalement leur pire ennemi puisqu’il réduit, parfois à néant, leur rentabilité. C’est une symbiose contre nature, qui ne fonctionne que par acte d’autorité. En outre, tout n’est pas à gaz et, même à gaz, on ne peut pas tout arrêter. L’électricité de sources renouvelables fluctuantes ne peut pas se développer bien loin dans ce modèle où elle est marginale par principe. Elle n’a pas vraiment de perspective d’avenir si on n’attaque pas enfin la question du stockage d’énergie.

On voit se dessiner ci-dessus un autre problème avec l’électricité de sources fluctuantes, pas la pénurie, mais l’excès d’électricité.

Parce que le facteur de charge des énergies de source intermittente ou fluctuante est relativement bas, il faut installer une relativement grande puissance nominale pour avoir une production d’énergie significative (le plus souvent d’électricité). Quand on en a trop peu, il faut faire appel à des sources d’énergie plus classiques. Un problème plus sérieux, dont on a moins conscience, c’est d’en avoir trop. Si on veut produire par an une certaine quantité d’électricité de source intermittente dont le facteur de charge est de 25 %, il faut installer quatre fois la puissance nominale correspondante. Si par « une certaine quantité » on entend le quart de l’électricité d’un pays, il faut installer quatre quarts de la puissance moyenne de production électrique du pays. Mais un taux de charge de 25 %, c’est une moyenne annuelle. Il y a des moments ou la source intermittente (par exemple le vent) est pleinement disponible. À de tels moments, comme la source intermittente fournit toute la puissance moyenne de production du pays, il faudrait arrêter (ce qui n’est pas vraiment possible) tous les outils classiques de production d’électricité. Mais la demande est variable. Si la pleine disponibilité de la source intermittente a lieu à un moment de demande faible, on peut avoir une grande puissance en trop, déjà à un taux de pénétration égal au facteur de charge. On voit donc que les sources fluctuantes engendrent deux problèmes :

1. Insuffisance
La source peut être faible ou même nulle à certains moments. C’est un problème simple (dans son principe) si on a conservé un appareil de production d’électricité classique complet. La production classique prend le relais.
2. Excès
À un certain taux de pénétration d’énergie de source renouvelable fluctuante, on peut avoir à absorber rapidement de grandes puissances qui dépassent, et même plusieurs fois, la demande. Il faut donc de grandes capacités d’absorption d’énergie en dehors des usages ordinaires, par exemple des capacités de transformation de l’électricité et de stockage de l’énergie.

Le deuxième problème est infiniment plus difficile que le premier. Il me semble important de le prendre en considération, de l’étudier, d’en débattre, et pour en parler, il faut le conceptualiser et le nommer. On voit dans la brève description ci-dessus que ce deuxième problème, d’absorption de pointes de production excédentaires, parfois énormes, n’apparaît qu’à partir d’un certain taux de pénétration de l’électricité de source fluctuante, que je propose d’appeler taux de pénétration critique et qui est lié au facteur de charge. Aujourd’hui, on ne connaît la production d’électricité de source fluctuante que dans la situation relativement confortable ou seul le premier problème se pose, avec des capacités de production traditionnelles suffisantes, situation qu’on pourrait appeler sous-critique.

Ces notions sont développées ailleurs dans une page plus technique sur l’intermittence, avec la position du problème de l’absorption des pointes dans divers exemples, la définition de mon concept de taux de pénétration critique et la démonstration de ce que le taux de pénétration critique est inférieur au facteur de charge.

C’est une question fondamentale pour l’avenir de l’énergie renouvelable (et donc pour le climat et pour notre avenir en général). Comme on est aujourd’hui toujours en situation de complémentarité, marginale, sous-critique 15, rien n’a encore été fait pour répondre au deuxième problème, complètement nouveau, de l’absorption de pointes. On peut donc dire, en ce sens, que le développement actuel de l’énergie renouvelable à un nouveau sous-critique ne constitue en rien une transition vers une société recourant massivement à l’énergie renouvelable. On peut avoir 5 % de renouvelable intermittent, planifier d’en avoir 10 %, 20 % et cetera, mais on ne peut pas continuer à extrapoler ainsi la situation sous-critique que nous connaissons actuellement sans rencontrer très vite le taux de pénétration critique où le problème change complètement de nature.

On entend parfois dire que l’on dispose de toutes les technologies nécessaires pour faire face à ce problème nouveau lorsqu’il se posera16. C’est vrai et pas vrai. On dispose effectivement de nombreuses idées intéressantes sur le stockage d’énergie : hydraulique, air comprimé, sel fondu, électrolyse d’hydrogène…, mais certaines ne sont pas mûres, certaines ne sont pas réalisables raisonnablement dans les dimensions nécessaires. Bref, on ne sait pas aujourd’hui concrètement comment on va répondre au problème et on n’est même pas assuré qu’il existe une solution réaliste 17.

Notes
15
Certains pays comme le Danemark affichent sans doute des niveaux supérieurs au taux de pénétration critique, mais ils exportent alors la difficulté. Cela revient à insérer leur système dans un système plus grand dont le niveau est sous-critique. C’est le cas aussi déjà pour l’Allemagne : « Germany plagues neighbours by dumping unpredictable surges of wind and solar power. » (« Germany’s energy transformation : Energiewende », The Economist, 28 juillet 2012.)
16
C’est la thèse de Naomi Klein (Klein 2014:101). Elle dit très modestement qu’elle n’est pas elle-même compétente, mais qu’elle s’appuie, comme pour le climat, sur la littérature existante. Pour le climat, elle a raison. Des centaines d’experts du GIEC tirent pour nous des conclusions de la lecture de milliers d’articles de professionnels de l’atmosphère. Pour le stockage d’énergie, rien de tel. Naomi Klein cite deux articles sur des projets d’augmenter le taux de pénétration. C’est de l’extrapolation de la situation sous-critique, ces textes ne sont donc en rien pertinents pour le problème qu’elle soulève : le stockage au-dessus du seuil critique. Restent deux articles sur des plans de 100 % de renouvelables qui sont donc bien pertinents, mais non probants. Il y a d’une part les travaux relativement schématiques de Jacobson et Delucchi (Jacobson & Delucchi 2011a et Delucchi & Jacobson 2011a), qui se font des illusions sur la capacité de stockage dans les batteries des voitures électriques individuelles, et un plan australien intéressant, Zero Carbon Australia (Wright & Hearps 2011), sans doute un peu optimiste, et fortement lié à la géographie spécifique de l’Australie. Bref, autant sur le climat on peut s’appuyer sur une littérature énorme et probante, autant pour le stockage à l’échelle des besoins d’une société pour le renouvelable au-dessus du seuil critique, on n’a pratiquement rien (sauf quelques scénarios proposés par des lobbys verts, à un niveau d’abstraction élevé).
17
Il est indéniable qu’on réduit les problèmes tant d’insuffisance que d’excès en les étalant sur une grande étendue, de l’ordre d’un continent et en combinant des sources qui ne fluctuent pas en phase (foisonnement). Mais la littérature est pauvre là aussi. Les plans qui existent sont à un niveau d’abstraction tel qu’il est difficile de les évaluer et de savoir quels sont les besoins en stockage qui restent.
Dominique Meeùs. Date: 2012-…