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Est-ce facile de transporter l’électricité ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 12 avril 2010

 

Si l’électricité présente bien des atouts pour faire avancer des voitures, elle possède aussi de sérieux inconvénients. Son mauvais rendement de fabrication bien sûr mais aussi les difficultés liées au stockage et au transport. Penchons nous un instant sur ce dernier point : le transport.


Comment transporte-t-on l’électricité ?

Comme chacun le sait le transport se fait via un réseau électrique. En pratique on distingue le réseau de transport (qui à pour rôle d’acheminer l’électricité sur de grandes distances) et le réseau de distribution (dont le rôle est de raccorder tous les consommateurs).

Structure d’un réseau électrique – Source : Luc LASNE, Université de Bordeaux Février 2008

Ces deux réseaux (transport et distribution) se distinguent par leurs niveaux de tensions. En France le réseau de transport comprend des lignes à 400 kV et 225 kV (ce qu’on appelle le grand transport, les autoroutes de l’électricité) puis du 125, 90 et 63 kV pour la répartition régionale. Il y en a en tout pour plus de 100.000 km de lignes.

Les 100.000 km du réseau de transport électrique en France – Source : RTE, 2008

Le réseau de distribution, ensuite, est composé de lignes allant de 20 kV jusqu’aux 220 V qui arrivent chez nous. En France cela représente presque 1,3 millions de km de lignes, résultat de près d’un siècle d’histoire.


Quelles sont les pertes générées ?

Les pertes générées pour le transport ont d’abord une définition comptable.  C’est la différence entre les niveaux de production et de consommation déclarés. Cette définition englobe les pertes physiques (le rendement énergétique du transport) mais aussi les pertes dites « non techniques » qui sont en gros les erreurs de comptage et les vols éventuels sur le réseau (si si ça arrive !). Les deux principales causes physiques sont l’effet Joule et l’effet couronne.

Les pertes par effet Joule sont dues à des chocs de particules internes à la matière. Les charges électriques en mouvement heurtent les particules fixes dont l’agitation augmente (d’où une augmentation de la température du câble). Pour un niveau d’intensité donné du courant électrique (mesuré en ampères), ces pertes sont directement proportionnelles à la résistance électrique du câble (Pjoule = R * I^2), résistance qui dépend elle-même de la conception du câble et de sa longueur. Pour un réseau existant, avec des caractéristiques techniques connues, les pertes Joules sont donc directement proportionnelles à la distance parcourue par le courant. Elles représentent environ 80% des pertes totales.

Les pertes par effet couronne, ensuite, correspondent à une énergie dissipée dans l’air qui entoure le câble électrique. Au voisinage des fortes charges électriques qui se déplacent dans le câble, des charges sont arrachées aux particules de l’air ambiant (on parle d’ionisation du gaz) et un courant électrique se crée entre l’air et le câble. C’est généralement à cet effet que l’on doit le bourdonnement généré par les lignes à haute tension. Ces pertes sont aussi proportionnelles à la distance parcourue. Elles pèsent pour près de 10% des pertes totales.

Les derniers 10% agrègent les pertes physiques résiduelles (les pertes à vide, l’effet Joule dans les transformateurs …) et les pertes non techniques.


Répartition des pertes sur le réseau de transport électrique au Québec – Source : Hydro-Québec, 2000

 

Quelle quantité d’énergie représentent les pertes ?

Pour l’année 2009 les pertes déclarées sur le réseau électrique français se sont montées à 33,6 TWh (lire Terra Watts heure soit 1012 Watts heure) sur une production totale de 518,8 TWh soit prés de 6,5%. Un tiers de ces pertes est lié au transport, les deux autres tiers à la distribution.


Bilan énergétique sur le réseau électrique français pour l’année 2009 en Twh, la production électrique totale est de 518,8 TWh – Source RTE, 2009

Un coup d’œil vers le passé récent nous montre que le niveau de ces pertes a baissé continuellement pour se stabiliser autour des 5 à 6%.

Pertes de transport et distribution sur le réseau électrique français de 1960 à 2004, en pourcentage de la production totale – Source : Nationmaster, mars 2010

Mais au-delà de la France on constate de grandes différences entres les pays de l’OCDE et le reste du monde, certains gros pays producteurs affichant des pertes très importantes.


Production électrique et pertes sur le réseau pour les principaux pays producteurs – Source : Nationmaster, mars 2010

Ce graphique présente les principaux pays producteurs d’électricité sur la planète par ordre d’importance (les barres bleues, de gauche à droite) ainsi que le niveau de perte sur le réseau (points rouges, en pourcentage de la production).

Si la plupart des pays développés ont des pertes inférieures à 10%, la Russie, l’Inde et le Brésil affichent des résultats bien plus mauvais. La plupart des PMA (Pays les Moins Avancés, façon pudique d’appeler les pays pauvres) affichent également des pertes très importantes. On peut en revanche noter le très bon score de la Chine.

Difficile alors de se faire une idée de la moyenne mondiale. La base de données Nationmaster donne une moyenne de 7% pour les pays l’OCDE et de 14% en moyenne mondiale.

L’agence internationale de l’énergie, dans son « Key World Energy Statistics », donne une production mondiale déclarée de 1,7 Gtep contre une consommation mondiale déclarée de 1,41 Gtep.


Production et consommation électrique mondiale en 2007 – Source : Agence internationale de l’énergie, 2009

Ces valeurs de production et de consommation annuelles laissent entendre un niveau de pertes proche des 0,3 Gtep soit un bon 17% de la production.

Au niveau mondiale il semble donc bien que les pertes liées au transport soient largement supérieurs à 10% de la production et peut être proche des 20%. Ramenées en énergie primaire ces pertes représentent donc entre 4 et 8% de la consommation totale … ce qui loin d’être négligeable.


La libéralisation économique des marchés de l’électricité change-telle la donne ?

La libéralisation du marché électrique dans l’Union Européenne permet en théorie de fabriquer de l’électricité d’un côté de l’Europe (en Pologne par exemple) pour la vendre à l’autre bout (en France par exemple, pour faire rouler une voiture électrique !).

Dans la mesure où les pertes dépendent en grande partie de la distance parcourue par l’énergie électrique il est légitime de se demander si ce processus d’organisation économique impact le niveau des pertes sur le réseau ?

Il faut en fait bien différencier les flux contractuels et les flux physiques qui ne sont en général pas les mêmes. Si les premiers peuvent être impactés par l’ouverture du marché, les seconds restent déterminés par la localisation géographique des moyens de production et des zones de consommation.


Evolution des échanges physiques et contractuels entre la France et l’étranger entre 2001 et 2007 – Source : RTE statistiques annuelles 2008

Ce graphique montre un bref historique de l’évolution des flux contractuels et réels aux frontières de la France. Ils ne sont pas du même niveau et ne sembles pas êtres corrélés.

Si l’on se concentre sur les variations des flux physique, le lien avec le niveau des pertes ne semble pas évident.


Energie électrique échangée aux frontières de l’Espagne et pertes sur le réseau de 1990 à 2004 - Source : Nationmatser, mars 2010

Pour l’Espagne par exemple, la multiplication par 3 des échanges aux frontières entre 1990 et 2000 ne semble pas avoir eu d’impact significatif sur les pertes. L’amélioration continue des réseaux et de leur pilotage semble être le facteur le plus important.


Et l’automobile dans tout ça ?

Si l’intérêt énergétique des véhicules électriques est déjà discutable pour un pays comme la France, il devient très défavorable au Brésil ou en Inde ! Le rêve d’une solution technologique unique (le tout électrique !) s’arrête ici. En matière de transport, chaque situation semble appeler une solution particulière.

Dans les pays de l’OCDE, pour lesquels la moyenne des pertes semble faible (7%) et bien maitrisée, un déploiement significatif de véhicules électrifiés (véhicules électriques ou hybrides rechargeables) pourrait en retour impacter le niveau des pertes.

Un parc de véhicules électriques offre un levier supplémentaire d’optimisation du réseau par les moyens de stockage (les batteries) ainsi offerts. Les batteries pourraient être utilisées pour stocker l’énergie générée pas les sources renouvelables intermittentes (solaire et éolien) de plus en plus nombreuses. Cette énergie ainsi stockée pourrait alors être relâchée sur le réseau pour passer les pics de demande très couteux en CO2.

Si cette utilisation des batteries présente un intérêt certain pour faire baisser le contenu en CO2 de l’électricité, il plombe les pertes en introduisant des conversions supplémentaires (charge / décharge des batteries).