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A quoi ressemble le marché de l’électricité aujourd’hui ?

Grégory Launay - 29 décembre 2009 - Dernière mise à jour : 27 février 2011

 

Avant de parler du véhicule électrique, commençons par rappeler quelques réalités sur l’électricité en elle-même en tant que vecteur énergétique indispensable à notre vie d’homme moderne.

 

Combien pèse l’électricité dans le bilan énergétique mondial ?

La production d’électricité dans le monde s’est élevée en 2008 à un peu plus de 20.000 TWh (lire tera, soit 1012 watts pendant une heure, en énergie finale) ce qui équivaut environ à 1,74 gigatonnes équivalent pétrole (Gtep). Si l’on compte l’électricité consommée on tombe plutôt autour des 1,45 Gtep soit encore 17% des 8,4 Gtep d’énergie finales consommées par l’humanité. Par comparaison, la consommation de pétrole s’élève elle à 3,5 Gtep (soit plus de 40% du total).

Donc en gros on consomme directement trois fois moins d’électricité que de pétrole.


Consommation énergétique dans le monde par type d’énergie (énergie finale) - Source : AIE, chiffres 2008

Pour remarque le passage du chiffre de la production à celui de la consommation fait disparaitre 0,3 Gtep (ce qui équivaut à un mois de consommation mondiale de pétrole !). Cette énergie disparue correspond à la perte générée lors du transport et du stockage de l’électricité (pas loin de 20% de pertes). On voit ici apparaître l’un des gros problèmes de l’électricité : elle se stocke et se transporte très mal ! Les moyens de l’utiliser ont certes de très bons rendements (les moteurs électriques notamment) mais lorsque l’on parle de ces avantages il ne faut pas oublier les contraintes qui vont avec. Mais revenons à nos généralités …

 

Comment est faite cette électricité ?

Sur ces 20.000 TWh d’électricité produite, environ 68% le sont à partir de combustibles fossiles (13700 TWh soit 1,18 Gtep), 13.5% à partir de réacteurs nucléaires (2700 TWh soit 0,23 Gtep) et 16% à partir d’énergie hydraulique (3200 TWh soit 0,28 Gtep). Reste environ 3% de la production qui est réalisée à partir de sources renouvelables autres : géothermie, solaire, éolien, combustible renouvelable, déchets, etc.


Mix électrique dans le monde - Source : AIE, 2010

Au regard de la proportion de combustible fossile utilisée on ne peut pas dire que l’électricité soit une énergie sans CO2, loin de là !! D’où l’intérêt lorsque l’on compare différentes solutions de transport de compter « du puits à la roue ». Par contre ce qui est indiscutable c’est que l’électricité est une énergie quasiment sans pétrole.

 

Quelle est le contenu en carbone de l’électricité ?

Ce mix-électrique mondial permet d’évaluer le contenu en CO2 moyen de chaque kilowattheure produit. Les émissions de CO2 relatives à chaque type de combustibles et à chaque technologie sont à peu près connues (des bases de données statistiques existent). La valeur moyenne mondiale est environ de 600 grammes de CO2 par kWh.

Cette valeur cache de nombreuses disparités. Certains pays ont une moyenne beaucoup plus basse par l’utilisation très importante du nucléaire (comme la France) ou de l’hydraulique (comme la Suisse). Pour la grande majorité des pays l’utilisation massive des énergies fossiles reste la règle.


Emissions de carbones liées à la production électrique dans différentes zones géographiques - Source : Carbon Monitoring for Action, 09/2009

 

De la production moyenne à la production réelle, l’importance du flux !

Derrière la vision moyenne du mix électrique se cache également des variations journalières très fortes. L’électricité étant très difficile à stocker il est nécessaire d’adapter en continu la production à la demande.

Exemple d’un profil de demande électrique sur une journée aux Etats-Unis - Source : Argone national laboratory, 02/2009

Ce graphique fait apparaitre les deux pics caractéristiques de la consommation journalière d’électricité. Le premier se situe à l’heure du réveil (au moment d’allumer la machine à café), le second à la fermeture des bureaux (en rentrant chez soi on allume la lumière, la télévision, on met en route la machine à laver ….).

L’adaptation de la production à la demande en temps réel se fait par l’allumage et l’extinction de capacités de production. La structure des moyens de production au cours du temps va dépendre du « temps de mise en route » caractéristiques de chacun des moyens mais pas uniquement. Le rapport entre les investissements et les coûts de fonctionnement spécifiques à chaque type de technologie est également très important. Ainsi :

  • plus un moyen de production est utilisé (le socle de la production), plus on tolère des investissements lourds et plus l’on souhaite des coûts d’exploitation faibles (on retrouve dans cette catégories les capacités non fossiles : nucléaire et renouvelable mais aussi centrale thermique à hauts rendements)
  • moins le moyen de production est utilisé (les pointes de la production), plus on tolère des coûts d’exploitation lourds et plus l’on souhaite des investissements faibles (centrales thermiques les plus simples)

Une conséquence directe de cette logique économique fait qu’en général plus on augmente la puissance instantanée délivrée sur un réseau, plus on dégrade de contenu en CO2 par kWh produit. Les pointes de production sont en général plus carbonées que le socle. Ceci n’est pas une règle absolue, dans certains pays (comme la France) les barrages hydrauliques (qui produisent une électricité peu carbonée) sont aussi utilisés pour faire face aux pointes de consommation.

Profil de production électrique sur 7 jours en France – Source : malheureusement je ne sais plus trot …. mais ce n’est pas trop grave c’est pour l’exemple

Une autre conséquence de ces fortes variations journalières est que la capacité de production électrique totale installée (la puissance électrique maximale réalisable par le parc de production) n’est pas en rapport direct avec la puissance moyenne nécessaire. Elle est dimensionnée pour répondre aux pics de consommation. Cette capacité totale installée est d’environ 4000 GW dans le monde (chiffres 2005). En France elle est de presque 100 GW.

 

Comment ce marché va-il évoluer ?

Tout d’abord la production annuelle mondiale devrait continuer à fortement progresser comme ce fut le cas sur lors des 30 dernière années. La Chine est actuellement par exemple sur un rythme d’augmentation de sa production de l’ordre de 15% par an !


Evolution de la production électrique monde - Source : Agence Internationale de l’Energie, 2010

Pour ce qui est de l’évolution du contenu en carbone du mix électrique, difficile de répondre.

D’un coté on constate des engagements de plus en plus affirmés des états à augmenter la part des énergies renouvelables dans les mix électriques. L’Union Européenne (qui est probablement l’ensemble politique le plus volontariste en la matière) a par exemple adopté en janvier 2008 un paquet énergie-climat incluant un objectif de 20% d’énergies renouvelables dans la consommation finale d’énergie en 2020 (contre 7% en 2008).

Les pays émergents, grands acteurs de l’augmentation de la consommation énergétique mondiale, se montrent aussi sensibles aux énergies renouvelables et affichent une volonté sérieuse (probablement plus par souci d’indépendance énergétique d’ailleurs ….).  De fait des programmes de développement d’électricité non carbonée (hydraulique et nucléaire, seules 20% des capacités hydrauliques sont aujourd’hui exploités en Chine) sont sur les rails.

On voit également apparaitre quelques projets de très grande envergure (voir notamment le projet DESERTEC, d’initiative privée) avec énormément d’ambitions.

Tout ces éléments pourraient laisser croire que le contenu en carbone de l’électricité est appelé à baisser inexorablement … Ce n’est tout de même pas si certain.

Rappelons quelques cruelles réalités. Tout d’abord la part des renouvelables hors hydrauliques est aujourd’hui quasi inexistante (moins de 3%, c’est la catégorie « Other » du graphique précédent) malgré un volontarisme appuyé de certains états depuis une vingtaine d’années (citons le Danemark mais aussi l’Allemagne). La volonté ne suffit donc pas toujours lorsque les contraintes physiques ou technologiques sont de taille !

Ensuite les considérations pratiques (coût économiques, indépendance énergétique) ont souvent raison des meilleures intentions. Ainsi aujourd’hui c’est bien l’utilisation du charbon qui tire l’augmentation de la puissance électrique installée dans le monde (graphique ci-dessous). L'observation des types de centrales en cours de construction ne laisse donc pas présager de rupture forte dans le contenue en CO2 du kWh produit sur les 10 à 15 prochaines années.


Capacités de production électriques en cours de construction par type - Source : Agence Internationale de l'Energie, WEO 2008

Enfin il ne faut pas oublier l'organisation économique. De nombreux marchés de l’électricité sont libéralisés ou en cours de l’être … ce qui enlève une partie du pouvoir aux états dans le choix des installations à remplacer ou à développer. Ainsi un marché dérégulé alloue une partie des décisions à des acteurs privés sous la contrainte de meilleure rentabilité économique.

La vérité d’aujourd’hui n’est pas celle de demain et les gouvernements sont capables d’influencer des virages très importants s’ils le souhaitent (voir le virage du nucléaire réalisé en France dans les années 70). La volonté des états par la réglementation ou l’investissement direct reste LA clé de l’évolution de ce secteur qui nécessite de très grands investissements … d’autant plus grand que l’on souhaite une électricité sans carbone !