dimanche 18 octobre 2020

La trahison des clercs

 

           L’éolien et le solaire photovoltaïque en Europe

                                   La trahison des clercs

                           Bernard Durand et Jean-Pierre Riou

Remerciements :

Nous avons entrepris ce travail armés d’une solide expérience, mais le sujet demandait plus que cela. Nous avons donc appelé à l’aide des spécialistes des domaines abordés. Ils nous ont donné des avis précieux, et fourni données et documents. Il s’agit de :

 Pierre-René Bauquis, Michel Bernard, François-Marie Bréon, Patrick Castaing, Henri Chambon, Patrice Christmann, Serge Delauney, Hubert Flocard, Jean Fluchère, Dominique Grenêche, Jean-Paul Hulot, Claire Kerboul, Jacques Maillard, Jacques Marlot, Roland Masse, Daniel Monfort-Climent, Hervé Nifenecker, Jean-Pierre Pervès, François Poizat, Henri Prévôt, Jean-Marie Seiler, Georges Sapy, Daniel Steinbach, Olivier Vidal, Jean-Philippe Vuillez.

Nous les remercions chaudement. Sans eux, cet ouvrage n’aurait pu se faire. Toutefois, la synthèse que nous avons faite de leurs remarques et avis est de notre seule responsabilité.

Nous remercions également les agences suivantes, qui nous ont aimablement guidés dans notre recherche de données :

Centre interprofessionnel technique d'études de la pollution atmosphérique (CITEPA), Commissariat général au développement durable (CGDD), European Environment Agency (EEA), International Energy Agency (IEA), International Hydropower Association (IHA).

Nous rendons ici hommage à David MacKay (1967-2016), trop tôt disparu. Son ouvrage « Sustainable energy, without the Hot Air » (traduction française « L’énergie durable, pas que du vent » http://www.amides.fr/sewtha.html) est une bible pour les scientifiques, mais aussi pour les moins scientifiques, qui cherchent un chemin sûr dans le terrain miné qu’est devenu le débat sur les énergies renouvelables.

Les auteurs :

Bernard Durand est ingénieur, chercheur et naturaliste. Il a été directeur de la Division Géologie-Géochimie de l’Institut français du pétrole et des énergies nouvelles (IFPEN), puis de l’Ecole nationale supérieure de géologie. Il a aussi présidé le Comité scientifique de l’European Association of Geoscientists and Engineers (EAGE). Il est cofondateur de l’association environnementale «Nature en Pays d’Arvert». Prix Alfred-Wegener de l’EAGE. Depuis des années, il se consacre à l’étude des questions énergétiques en relation avec l’environnement. Dans ce cadre, il s’est intéressé particulièrement aux électricités dites renouvelables, éolien et solaire photovoltaïque. Il est l’auteur entre autres d’Energie et environnement : les risques et les enjeux d’une crise annoncée (2007, EDP Sciences), de Petroleum, natural gas and coal: nature, formation mechanisms, future prospects in the energy transition  (2018, EDP Sciences) et de Vent de folie : L’éolien en France, mensonge et arnaque ? (2020, Editions Saint-Léger).

Jean-Pierre Riou est chroniqueur indépendant sur l’énergie et se consacre depuis des années à l’analyse critique de la mise en œuvre en Europe des énergies renouvelables, et plus particulièrement de l’éolien et du solaire photovoltaïque. Il a créé à cet effet sur internet le site  Le Mont Champot, une des principales références françaises dans ce domaine. Au titre de cette expertise, il a été auditionné en 2019 par la « Commission d'enquête sur l'impact économique, industriel et environnemental des énergies renouvelables, sur la transparence des financements et sur l'acceptabilité sociale des politiques de transition énergétique », dite « Commission AUBERT » de l’Assemblée nationale française.

Il est l’actuel coordinateur du bureau Energie du collectif Science-Technologies-Action (STA)

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêt, tant politique que financier ou professionnel, dans les domaines traités.

Toutes les notes et références sont publiées par chapitre dans :

http://lemontchampot.blogspot.com/2020/10/la-trahison-des-clercs-notes-et.html

 

Table des matières

Avant-propos : la trahison des clercs

Introduction

1- Quelques notions essentielles à bien connaître.

2- L’intermittence, source de tous les maux.

3- L’éolien et le solaire photovoltaïque ne permettent pas à l’Europe de se passer de centrales pilotables.

4- L’éolien et le solaire photovoltaïque cannibalisent les centrales pilotables qui leur sont nécessaires.

5- Le stockage massif de l’électricité sera-t-il un jour une solution à l’intermittence ?

6- Le développement de l’éolien et du solaire photovoltaïque rend inefficace le combat de l’Europe contre le réchauffement climatique.

7- L’addiction de l’Europe aux combustibles fossiles met en danger non seulement le climat, mais aussi sa sécurité énergétique.

8- Refuser de prendre en compte objectivement la mortalité associée à chaque source d’électricité, c’est accepter de laisser tuer !

9- Le vent et le soleil sont gratuits, mais l’électricité éolienne et l’électricité photovoltaïque sont chères.

10- Aussi bas que soit leur coût de production, les électricités renouvelables intermittentes (ElRi) font automatiquement grimper le prix de l’électricité

11- Les déchets de l’éolien et du solaire photovoltaïque sont bien plus abondants que ceux du nucléaire et s’y ajoutent.

12- Le cas de l'éolien en mer.

13- L’éolien et le solaire photovoltaïque détruisent en Europe plus d’emplois qu’ils n’en créent.

14- L’éolien tant terrestre que marin massacre les espaces naturels en Europe.

15- L’éolien et le solaire photovoltaïque sont-ils des énergies renouvelables ?

16- L’éolien et le solaire photovoltaïque ne peuvent pas assurer l’autonomie électrique d’un territoire, et encore moins créer des territoires à « énergie positive ».

17- Les méthodes de la désinformation.

Conclusion : l’Eolien et le solaire photovoltaïque en Europe : des Européens dupés, mais contents.

Avertissement : les références et notes citées à l’appui du texte sont signalées par un chiffre en exposant, qui renvoie à un second volume où ces références sont citées in extenso, chapitre par chapitre.

 

Avant-Propos : la trahison des clercs

« Le sommeil de la raison produit des monstres». Francisco de Goya, 1799

Cet ouvrage a été écrit par deux hommes en colère. En colère contre ceux qui par esprit de lucre provoquent un désastre environnemental en Europe en y faisant installer partout des éoliennes de 200 mètres de haut et bientôt encore plus, sans le moindre respect pour les habitants, leur santé, leur patrimoine et leur environnement. En colère contre les « écologistes » autoproclamés, et les politiques exploitant la crédulité publique pour se faire élire, ou encore les maires appâtés par les retombées financières de ces installations, qui aident ces hommes d’affaires à détruire notre environnement en s’abritant derrière l’alibi de la défense du climat. Lassés des enquêtes et débats publics sur ces questions dont les conclusions sont écrites à l’avance. Scandalisés par les mensonges permanents des médias, des élus et des gouvernements partout en Europe pour couvrir ce désastre.

L’éolien ne sert pas à grand-chose dans la plupart des pays d’Europe pour faire face à l’urgence climatique. Car l’installation d’éoliennes pour produire de l’électricité exige dans ces pays la disponibilité constante de centrales pilotables à combustibles fossiles (charbon, gaz, fuel), permettant de compenser très rapidement la chute de production des éoliennes, quand fréquemment il n’y a pas assez ou même pas du tout de vent. Or ces centrales émettent de grandes quantités de gaz carbonique (CO2), considéré entre autres par le Groupe d’experts international sur l’évolution du climat (GIEC, en anglais IPCC) comme le principal responsable du réchauffement climatique actuel.

 L’éolien ne sert même à rien du tout dans ceux des pays européens qui comme la France, la Norvège, la Suède et la Suisse produisent déjà leur électricité en quantités suffisantes sans avoir recours ou presque aux combustibles fossiles grâce à l’hydroélectricité et/ou au nucléaire. Bientôt s’y joindra la Finlande qui a choisi de développer chez elle le nucléaire.

Il en est de même du solaire photovoltaïque, peu efficace sous nos latitudes et même absent lors des pics de consommation hivernaux, rendant ainsi indispensable son soutien par des centrales pilotables.

Pratiquement inutile en Europe pour la défense du climat, et même nuisible à long terme quand il pérennise l’usage des combustibles fossiles pour la production d’électricité comme c’est le cas entre autres en Allemagne, le développement actuel à marche forcée de ces électricités renouvelables intermittentes (ElRi) s’accompagne d’un coût réel pour les citoyens, sans que l’écrasante majorité d’entre eux ne s’en rende encore compte, considérablement plus élevé que leur seul coût de production. Cela non seulement en taxes et impôts, mais en espaces rendus inhabitables et en matières premières et matériels importés. Faire payer les Européens aussi cher quelque chose qui leur sert si peu, et qui gaspille tant d’espace et de matières premières, est-ce bien équitable ?

Rarement aura-t-on vu dans l’histoire récente un tel décervelage de l’opinion publique et une exploitation aussi éhontée de l’ignorance et de la naïveté des citoyens pour faire aboutir des projets dont les principaux intérêts sont ceux de la finance internationale. Un film récent de Jeff GIBBS et Michael MOORE « Planet of the Humans »1, vient de montrer ce qu’il en était aux Etats-Unis. L’Europe n’est pas en reste.

En 1927 Julien BENDA écrivait un ouvrage lucide : « La trahison des clercs »2. Il y défendait l’idée que les « clercs », intellectuels dont la mission est de défendre la justice et la raison, avaient trahi cette mission au nom d’intérêts personnels. Dans une postface de 1946, il prétendait que cette trahison, faite au nom d’une idéologie antidémocratique, avait précipité l’arrivée de la deuxième guerre mondiale. Cet ouvrage est à nouveau d’une inquiétante actualité. En Europe, ces clercs que sont en principe les autorités publiques et les élus accumulent les lois et les décrets pour imposer au forceps le développement d’un éolien et d’un solaire photovoltaïque si peu utiles, au détriment évident des riverains, des citoyens et de l’économie.

Notre critique entraînera de la part de ces clercs, et aussi de militants qui se prétendent écologistes, comme si souvent, des attaques ad hominem. Nous préférerions une contre-critique écrite et solidement argumentée, ce qui serait beaucoup plus positif.

 Nous serons entre autres accusés d’être des suppôts du lobby pronucléaire, parce que, constatant la réalité technologique actuelle, nous défendons ici l’idée que le nucléaire civil est un des rares moyens dont l’Europe dispose pour faire face à la crise énergétique et climatique qui s’annonce. Il est, contrairement à l’opinion commune, la plus écologique et la moins risquée de nos sources possibles d’électricité, et peut être à notre service pendant des milliers d’années.

Nous ne venons pourtant ni l’un ni l’autre de la planète nucléaire. Nous écrivons en toute liberté, en l’absence de toute pression politique, financière ou professionnelle. Nous nous efforçons ici de présenter une analyse rationnelle à l’aide de faits vérifiés, en fonction de notre expérience fort longue des sujets traités.

Cet ouvrage n’a pas pour objet principal de dénoncer les dommages ainsi créés à l’environnement, aux riverains, à leur santé et à leur patrimoine, en particulier par l’éolien, ni même le coût démentiel par rapport au service rendu. Beaucoup d’autres l’ont fait, et les ouvrages se multiplient à ce sujet. Il se propose surtout de faire prendre à ses lecteurs la pleine conscience des raisons physiques et économiques incontournables pour lesquelles le développement massif des électricités «renouvelables» intermittentes (ElRi), éolien et solaire photovoltaïque, constitue en Europe une mauvaise solution pour y assurer une «transition énergétique».

Les subventions directes ou indirectes démesurées dont ces ElRi ne peuvent maintenant plus se passer pour perdurer, et les obscurs montages financiers au profit de spéculateurs «verts» internationaux qui permettent de les développer en Europe, sont injustifiables par la défense du climat, celle de l’environnement, l’intérêt des citoyens, mais tout autant par les lois de la physique.

L’ouvrage est organisé en chapitres pouvant être lus dans une large mesure indépendamment les uns des autres, et conçus pour qu’ils soient autant que possible accessibles à des lecteurs n’ayant pas de formation scientifique. Les nombreuses références associées permettront à ceux qui le désirent d’aller plus en profondeur dans la réflexion.

Nous insistons sur les ordres de grandeur des quantités et des puissances mises en jeu par les différentes sources d’électricité. C’est leur méconnaissance quasi totale aussi bien par les citoyens que par leurs élus qui est à la source de tant de malentendus, mais aussi de la multiplicité des solutions « miracles » proposées pour résoudre les problèmes considérables créés par le développement de l’éolien et du solaire photovoltaïque en Europe, et qui à l’analyse se révèlent n’être que des fantasmes et des illusions.

 

 Introduction

L’opposition au développement de l’éolien en Europe, tant à terre qu’en mer croit très rapidement. Les riverains souffrent de la défiguration de leur cadre de vie, des nuisances (bruit, flash nocturnes…), des problèmes sanitaires (troubles du sommeil, infrasons…) et de la dépréciation immobilière que leur apportent ces monstres d’acier et de béton1,2. Plus hautes que les tripodes martiens de la guerre des mondes, elles atteignent dès maintenant la hauteur de la tour Montparnasse. Les protecteurs des oiseaux dénoncent leur « massacre à l’éolienne » jusque dans les Parcs Naturels censés les protéger. Pêcheurs et conchyliculteurs en craignent les conséquences sur leur activité. Une multitude de scientifiques et ingénieurs spécialistes de ce domaine dénoncent, sans être pour l’instant semble-t-il entendus, un coût réel considérablement plus élevé que son seul coût de production pour une utilité douteuse, et les problèmes croissants que son développement crée aux réseaux électriques européens.

En face se trouvent les promoteurs de l’éolien, parmi lesquels des activistes de cette Ecologie dit « politique » bien plus motivés par leur carrière politique que par l’écologie réelle, des politiciens en mal d’électeurs, des élus qu’appâtent les redevances et les retombées fiscales, des industriels en quête de nouveaux marchés, et des spéculateurs « verts » internationaux, qui « investissent » dans l’éolien  avant tout pour récupérer les juteuses subventions sur fonds publics que les politiciens semblent toujours prêts à leur accorder.

En Europe, parlementaires dans leur majorité et gouvernements successifs sont leurs alliés. 

En France c’est le décret dit COCHET-PIERRET de juin 2001 qui a organisé la distribution des subventions.

Le Gouvernement français, plutôt que d’écouter les riverains3, a modifié sans cesse les lois pour simplifier et accélérer les procédures administratives, mais aussi multiplier les obstacles juridiques pour dissuader les associations de défense des personnes lésées de déposer des recours en justice contre les projets de parcs éoliens, préférant ainsi la coercition à l’écoute et au dialogue. Les décrets LECORNU 4 du 24 Décembre 2018 relèvent d'un régime juridique d'exception :

1-      Le Tribunal Administratif, dont l’accès est gratuit, n’est plus habilité à juger des recours des opposants aux projets éoliens. Ne reste que la Cour d’Appel, où les services payants d’un avocat sont requis.

2-      Les délais d’étude de ces projets par l’administration sont réduits à 15 jours.

3-      Les enquêtes publiques pour les installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE), et notamment les éoliennes, auront lieu sous forme d’une simple participation par voie électronique.

Les éoliennes sont construites en milieu rural. Les habitants des villes, qui forment une très grande part de la population européenne, n’en réalisent pas vraiment les nuisances parce qu’ils n’y sont pas exposés directement. Ils en sont peu et mal informés : les grands moyens d’information nationaux les passent sous silence, et les médias locaux les traitent à la rubrique des chiens écrasés. Beaucoup d’entre eux sont favorables à l’éolien, même si certains regrettent le tort fait aux oiseaux et plus généralement à la biodiversité. Car, faute d’avoir pris la peine d’une véritable réflexion à ce sujet, ils ont été convaincus par le discours de ses promoteurs que l’éolien, « c’est bon pour la planète et pour le climat » et que cela vaut bien de passer sur quelques inconvénients « mineurs » pour les ruraux.

Ces promoteurs ont aussi fait distiller en permanence par les médias trois mantras5 :

- L’éolien est gratuit, car le vent ne coûte rien.

- L’éolien va remplacer les centrales nucléaires, trop dangereuses.

- L’éolien est nécessaire pour faire face à l’«urgence climatique».

Ces trois affirmations sont fausses. L’opinion est dans ce domaine la victime d’une tromperie systématique, servie par une propagande intense et omniprésente organisée par les industriels de l’éolien et leurs alliés politiques avec les méthodes implacables du marketing moderne. Cette mise en condition s’apparente de fait à un mensonge d’Etat.

L’éolien n’a que peu d’utilité réelle en Europe, alors qu’il coûte très cher aux consommateurs, au seul profit de ce qu’on appelle maintenant le capitalisme vert dit « de connivence », qui prospère grâce à l’effet d’aubaine des subventions publiques. L’éolien va faire augmenter inéluctablement les coûts et donc les prix de l’électricité, et ainsi faire augmenter le nombre déjà considérable de ménages en situation de précarité énergétique : salariés mal payés, petits retraités, chômeurs. Il s’agit d’une « arnaque financière » ayant comme conséquence une atteinte injustifiable au pouvoir d’achat des Européens les plus pauvres.

C’est aussi une erreur de stratégie énergétique de grande ampleur : Les sommes considérables ainsi gaspillées manqueront pour des actions utiles, comme la réduction des émissions de CO2 de l’habitat et de celles des moyens de transport, pour faire face à l’urgence climatique qui préoccupe de plus en plus nos concitoyens. Elles pourraient aussi être utilisées à la revitalisation du milieu rural et des professions médicales. Le coût d’un parc éolien de taille moyenne en milieu rural, soit actuellement environ 4 à 6 éoliennes pour une puissance installée totale de 10 à 15 MW est en effet équivalent à celui de la construction de 10 à 15 maisons médicales entièrement équipées, employant au total 200 à 300 personnes hautement qualifiées !

Cet ouvrage n’a pas pour objet principal l’analyse des dommages environnementaux et humains créés par l’éolien, qui commencent enfin à être reconnus et commentés par les médias, et qui ont déjà fait l’objet d’ouvrages fort bien documentés 6,7,8,9,10, mais une démonstration de ses graves insuffisances technico-économiques. Celles-ci sont très peu connues de l’opinion publique parce qu’elles sont systématiquement passées sous silence, ou niées11.

Le solaire photovoltaïque, c’est-à-dire la production d’électricité à partir de panneaux solaires, fait l’objet des mêmes critiques. Cependant, il a plus d’arguments en sa faveur à faire valoir, à cause de la plus grande variété de ses usages possibles, de ses possibilités d’améliorations plus importantes, de ses inconvénients moindres pour ses riverains et surtout de ses possibilités non négligeables dans d’autres pays que les nôtres (chapitre 2) : Les pays semi-désertiques de la ceinture intertropicale sont les meilleurs candidats, d’une part parce que l’irradiation solaire annuelle y est bien plus importante que chez nous, et d’autre part parce qu’elle y est répartie beaucoup plus régulièrement dans l’année. En Europe l’irradiation solaire varie considérablement d’une saison à l’autre, alors qu’aucun stockage inter-saisonnier n’y est réalisable à court terme pour mettre en accord production et consommation.

En France, Islande, Norvège, Suède et Suisse, pays d’Europe dont la production électrique émet déjà très peu de CO2, le solaire photovoltaïque, tout comme l’éolien, est non seulement peu efficace, mais aussi inutile.

Le solaire photovoltaïque est associé constamment dans les médias avec l’éolien dans ce qu’on appelle les « énergies renouvelables » (EnR), mais qu'il serait plus judicieux de nommer les électricités renouvelables intermittentes (ElRi). Car il y a bien d’autres EnR, qui ont une utilité plus manifeste que les ElRi, comme par exemple l’hydroélectricité, la chaleur extractible des aquifères profonds, la chaleur solaire captée par des chauffe-eau solaires, ou encore stockée dans les sols et exploitée par géothermie de surface et pompes à chaleur (PAC).

Si le vent et le soleil sont indéniablement renouvelables, bien qu’intermittents, les électricités que l’on en tire ne peuvent pas l’être actuellement !

A cause de cette inefficacité de l’éolien et du solaire photovoltaïque, chaque réacteur nucléaire que l’on fermera en Europe devra être remplacé par des centrales à combustibles fossiles pour une puissance équivalente, malgré les « démonstrations » du contraire que disent avoir apportées diverses institutions étroitement liées à l’Ecologie politique, comme l’ADEME en France et l’Institut Fraunhofer en Allemagne.

Chapitre 1 - Quelques notions essentielles à bien connaître.

Pour bien comprendre cet ouvrage, nous recommandons vivement à ceux qui ne sont pas familiers du sujet de s’imprégner d’abord de quelques notions essentielles par une lecture attentive de ce chapitre. C’est en effet la méconnaissance de ces notions par l’opinion, mais aussi par nos élus, qui permet entre autres aux promoteurs de l’éolien et du solaire PV de les tromper aussi facilement.

Quantité d’électricité, puissance électrique, facteur de charge

Notre facture d’électricité indique la quantité d’électricité (énergie électrique) que nous avons consommée pour une période donnée, mois, trimestre ou année. Elle est exprimée en wattheures (Wh). En pratique l’unité la plus utilisée est le kilowattheure (1 kilowattheure (kWh) = mille wattheures). Cette facture est établie au prorata de notre consommation.

Sur un appareil électrique est indiquée sa puissance, en watts. C’est ce qu’on appelle sa puissance nominale. Nous payons cet appareil une fois pour toutes. Il s’agit donc d’un investissement.

Considérons par exemple un fer électrique d’une puissance nominale de 1 kW (1000 watts (W). Cette puissance nominale est celle indiquée par le fabricant. Il s’agit de la puissance maximale possible de ce fer électrique. S’il fonctionne une heure constamment à cette puissance, il consommera 1 kWh (et non un kW/h, comme on le voit si souvent écrit) 1.

Il y a 8760 heures dans l’année. Si ce fer électrique reste utilisé ainsi sans répit toute l’année, il consommera donc 8760 kWh, ou encore 8,76 MWh (1 MWh (mégawattheure) = 1 million de Wh = 1000 kWh). S’il ne fonctionne à cette puissance de 1 kW que 10 % du temps dans l’année, soit 876 heures, il ne consommera que 10 % de la quantité précédente : on dira que son facteur de charge a été en moyenne de 10 % sur l’année. Ce facteur de charge est donc le rapport entre la quantité d’électricité réellement consommée et la quantité qu’il aurait consommée si l’appareil avait fonctionné sans arrêt à sa puissance maximale (nominale), cela pour une durée donnée, ici une année. Il s’agit donc ici du facteur de charge annuel.

Ces notions s’appliquent aussi aux installations de production d’électricité, autrement dit les centrales électriques. Elles ont une puissance nominale (maximale), dite encore puissance installée ou capacité à produire. Celle-ci peut atteindre des centaines de MW (1 MW (mégawatt) = 1 million de watts) et même plusieurs GW (1 GW (gigawatt) = 1 milliard de watts). Leur production s’exprime en MWh (1 MWh (mégawattheure) = 1 million de wattheures), en GWh (1 GWh (gigawattheure) = 1 milliard de wattheures) et même en TWh (1 TWh (térawattheure) = mille milliards de wattheures, ou encore 1 milliard de kilowattheures).

Ne confondez plus puissance électrique (W, kW, MW, GW…) et quantité d’électricité (Wh, kWh, MWh, GWh…) produite ou consommée !

Il est très fréquent chez les personnes peu familières de ces questions, et chez les journalistes qui les traitent, de confondre watt et wattheure, kW et kWh, MW et MWh, etc…c’est-à-dire puissance électrique et quantité d’électricité consommée ou produite. C’est la source de nombreux malentendus, mais aussi d’une désinformation systématique non identifiée comme telle par les personnes connaissant peu ces questions. Cette désinformation consiste à ne comparer entre elles que les puissances nominales des centrales électriques. En France les puissances nominales d’éolien et de solaire photovoltaïque sont comparées avec celles des réacteurs nucléaires, sans jamais comparer leur efficacité réelle, c’est-à-dire les quantités d’électricité produites par unité de puissance, autrement dit leur facteur de charge. En omettant donc de rappeler que le nucléaire a en France un facteur de charge moyen annuel de 77 % 2, contre, selon les années, de 20 à 25 % pour l’éolien terrestre et 13 à 15 % pour le solaire photovoltaïque 3 c’est-à-dire qu’il produit par unité de puissance nominale 3 à 4 fois plus d’électricité dans l’année que l’éolien terrestre et 5 à 6 fois plus que le solaire photovoltaïque !

 La puissance, qui s’exprime en watt, d’un appareillage électrique est donc la quantité d’électricité qu’il produit ou consomme en une seconde. Sa puissance nominale est la quantité maximale d’électricité qu’il est capable de produire ou de consommer en une seconde. Sa puissance effective est la quantité d’électricité qu’il produit ou consomme réellement en une seconde quand il est en fonctionnement. Par analogie avec l’eau, la puissance nominale d’une conduite d’eau est son débit maximal possible. Sa puissance effective est son débit effectif,  c’est-à-dire le volume d’eau, en litres, en m3 ou autre unité, qui s’y écoule réellement en une seconde.  Le volume d’eau, est l’analogue de la quantité d’électricité produite ou consommée par un appareillage électrique.

Cette analogie avec l’eau est commode pour faire mieux comprendre les notions et les unités de puissance électrique nominale, puissance électrique effective, et de quantité d’électricité produite. Il existe cependant une grande différence entre eau et électricité du point de vue de leurs possibilités de stockage : l’eau se stocke aisément en très grandes quantités, l’électricité très peu en tant que telle.

Comprendre les implications de cette difficulté du stockage de l’électricité est déterminant pour aborder correctement la question énergétique.

 La puissance est un investissement : on garde l’appareillage électrique tant qu’il est encore en état de fonctionner, sauf à le remplacer par un meilleur équipement. Une centrale électrique a une puissance qui, on l’a vu, peut aller du MW au GW. L’investisseur rembourse le capital emprunté pour faire cet investissement, qui selon le type de centrale est de l’ordre de 1 à 6 ou 7 millions d’euros par MW de puissance nominale. En vendant les kWh produits, il fait du profit qui lui permettra de rembourser les emprunts souscrits pour construire, et éventuellement de réinvestir.

Une éolienne moderne a une puissance nominale d’environ 1 MW à 10 MW selon le modèle.

En Europe la puissance moyenne des éoliennes terrestres actuellement installées est d’environ 2 MW. Elle croît sans cesse et les puissances nominales des installations les plus récentes peuvent maintenant atteindre 3 à 4 MW, avec des hauteurs en bout de pales dépassant les 200 mètres.

Cette puissance est limitée par les possibilités physiques de l’alternateur entrainé par le rotor, et de son électronique associée. Elle lui permettrait, si elle fonctionnait sans arrêt à cette puissance, de produire dans l’année 8760 MWh (8,76 GWh) par MW de puissance nominale. C’est en fait loin d’être le cas, car la puissance électrique effective (réelle) qu’elle délivre varie très fortement à toutes échelles de temps, en fonction de la vitesse du vent. En France par exemple le facteur de charge annuel de l’ensemble des éoliennes terrestres a fluctué depuis 2015 entre 20 % et 25% environ, avec une moyenne de 23 %. Cela signifie qu’elles ont produit en moyenne de l’ordre de 2015 MWh par MW nominal et par an au lieu de 8760 MWh. Ce facteur de charge devrait en théorie diminuer au cours des années, car les sites les mieux ventés ont été équipés en premier. L’augmentation actuelle de la hauteur des éoliennes permet d’aller chercher en altitude des vents en moyenne plus forts, ce qui aura l’effet inverse.

Cela ne signifie pas que les éoliennes terrestres ne tournent en France que 23 % du temps, comme on l’entend dire souvent. Elles sont en fait moins de temps que cela à l’arrêt complet. Mais quand elles tournent, leur puissance électrique effective est très variable, pouvant aller parfois de 1% à 50% ou même 100% de leur puissance nominale au cours d’une même journée (figure 1, chapitre 2), mais en moyenne annuelle de 23%. Le facteur de charge moyen annuel de l’ensemble des éoliennes terrestres est d’environ 30 % au Danemark, en Norvège, au Portugal et au Royaume-Uni, 27 % en Irlande, 25 % en Espagne et en Finlande, 24 % en Suède, 20 % en Italie. Pour l'éolien marin dit "posé", c'est-à-dire implanté sur les fonds marins, ce facteur de charge est en Europe supérieur à celui de l’éolien terrestre et peut atteindre 45 % actuellement, en particulier dans les zones bordant les côtes Ouest de la Scandinavie, du Royaume-Uni et de l’Irlande, ainsi que les côtes de la Mer du Nord et de la Baltique. Ce sera moins en France pour la majorité des sites possibles, au mieux probablement de l’ordre de 30 à 35 %. Le plateau continental le long des côtes françaises est le plus souvent étroit. La profondeur d’eau augmente donc rapidement vers le large. Il n’est alors possible d’installer des éoliennes posées qu'à faible distance des côtes, moins de 15 km environ, où la vitesse moyenne du vent n'est guère supérieure à ce qu'elle est à terre.

Ces éoliennes contrarient alors de nombreuses activités : pêche, tourisme, nautisme…

 

Actuellement, la moyenne du facteur de charge annuel de l’éolien terrestre + éolien marin est d’environ 25 % en Europe en 2017 (tableau 1, chapitre 3). Il devrait un peu augmenter avec le développement de l’éolien marin.

Alors que l’on entend dire en permanence que le vent est plus régulier en mer qu’à terre, c’est le contraire qui est vrai car, le vent étant moins freiné en mer qu’à terre, ses variations de vitesse y sont plus brutales.

Le solaire PV fournit tout comme l’éolien une puissance électrique très variable, mais de façon très différente : il est évidemment absent la nuit. En cours de journée la puissance qu’il délivre varie considérablement, l’essentiel de l’électricité produite l’étant pendant les 3 à 4 heures où le soleil est près de son zénith. Il est aussi sensible au passage des nuages.

De plus, c’est un très gros handicap, d’autant plus important que l’on se rapproche du Pôle Nord, la quantité totale d’énergie solaire reçue au sol en Europe en une journée varie considérablement tout au long de l’année au cours des saisons : à Paris, en l’absence de nuage, elle est 8 fois moins importante le 21 Décembre, jour du solstice d’hiver, que le 21 Juin, jour du solstice d’été.

Le facteur de charge annuel moyen du solaire PV augmente donc du Nord au Sud de l’Europe : il est en moyenne de l’ordre de 9 % au Royaume Uni et en Suède, 11 % en Allemagne, 14 % en France, 15 % en Espagne et en Italie … On constate que ce facteur de charge est très inférieur dans tous ces pays à celui de l’éolien.

La surface des panneaux solaires est de l’ordre de 1 à 2 m2. La puissance maximale d’un de ces panneaux, appelée puissance-crête, est de quelques centaines de watts. Cette puissance-crête est l’équivalent de la puissance nominale pour une éolienne. Les centrales solaires peuvent comporter des milliers de ces panneaux, avec des puissances-crêtes totales pouvant atteindre des centaines de mégawatts (MW).

Fonctionnement d’un réseau électrique

Un réseau électrique est l’ensemble des lignes électriques faisant la liaison entre les installations de production d’électricité et les installations des consommateurs. Il comprend plusieurs types de maillages, interconnectés par des transformateurs, de lignes électriques fonctionnant en courant alternatif à des tensions électriques (voltages) différentes. En France ces maillages, d’une longueur totale de plus d’un million de kilomètres, comprennent :

-          Les lignes dites de grand transport à 400 000 volts (400 kV), et les lignes régionales de transport avec trois niveaux de tension, 225 kV, 90 kV et 63 kV. Dites encore lignes HTB, elles sont gérées par le gestionnaire du réseau de transport d’électricité (RTE)3.

-          Les lignes de distribution locales à moyenne tension (essentiellement HTA, 20 kV) et celles à basse tension (400 V et 230 V) gérées à 95 % par ENEDIS 3. Les lignes moyenne et basse tension représentent plus de 90 % de la longueur totale du réseau.

S’ajoutent à ces maillages des lignes de transport à courant continu et très haute tension (voltage) sur des grandes distances (High-Voltage Direct Current, HVDC) qui connectent entre eux des réseaux électriques européens, par exemple entre le Royaume-Uni et la France à travers la Manche.

Deux règles essentielles 4 doivent être respectées pour éviter le blackout (panne d’électricité généralisée ou à grande échelle) :

1-En tous lieux et à tout instant, la puissance électrique fournie doit être égale à la puissance consommée dans une limite de plus ou moins 1%.

2-La fréquence du courant alternatif sur le réseau doit être de plus maintenue de façon permanente autour de sa valeur de référence de 50 hertz, là aussi dans une limite de plus ou moins 1%.

Les blackouts peuvent avoir de graves conséquences économiques5. Un blackout généralisé de plusieurs jours à l’échelle de l’Europe pourrait y provoquer aussi de gigantesques désordres sociaux et des centaines de morts, étant donné l’importance actuelle de l’électricité dans toutes nos activités individuelles, mais aussi collectives. Les hôpitaux entre autres ont pour faire face à cette éventualité des groupes électrogènes de secours.

Ces blackouts sont évités dans toute la mesure du possible par les automatismes de régulation du système électrique et les actions des gestionnaires des réseaux de transport. Cette gestion devient de plus en plus compliquée avec l’insertion d’une part de plus en plus grande d’électricité éolienne et solaire PV dans l’ensemble des moyens de production d’électricité, que l’on appelle mix électrique. Plusieurs blackouts partiels impliquant un parc éolien se sont produits ces dernières années en Europe, dont un récent impliquant un parc éolien en mer le 9 Août 2019 au Royaume-Uni, qui a affecté un million de personnes et plusieurs quartiers de Londres à l’heure de pointe 6. Par malchance, les générateurs de secours de l’hôpital d’Ispwich sont alors tombés en panne !  

Si les erreurs de prévision de la production des électricités intermittentes ne sont pas seules en cause dans les perturbations de l’équilibre du réseau allemand en juin 2019, leur responsabilité a été engagée dans une situation qui n’a pu être rétablie que par les importations des pays voisins 7.

500 millions d’habitants en Europe (hors Danemark de l’Ouest, Irlande, Royaume-Uni et Norvège), en Turquie, et au Maghreb grâce une liaison électrique sous le détroit de Gibraltar, sont alimentés par un réseau coordonné de fréquence 50 hertz, qui est en quelque sorte le cœur battant de l’Europe. La coordination entre les différents gestionnaires de réseaux de transport de tous ces pays est assurée par l’European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) 8. Un incident ou une faute de gestion sur un réseau national peut donc se répercuter à tout ou partie de cet ensemble. Cela est déjà arrivé, en particulier le 4 novembre 2006, quand 15 millions de foyers en Europe ont été plongés dans le noir ! L’origine a été une coupure volontaire de deux lignes électriques à 400 KV pour laisser passer un bateau sur la rivière Ems dans le Nord-Ouest de l’Allemagne. Cette coupure a entraîné une surcharge excessive des lignes électriques de report. Celles-ci ont disjoncté à leur tour et un grand nombre d’éoliennes se sont déconnectées et reconnectées intempestivement au gré des fluctuations de fréquence du réseau, ce qui a aggravé la situation et coupé le réseau européen en deux : une partie Ouest en sous-fréquence, une partie Est en surfréquence.

Chapitre 2 - L’intermittence, source de tous les maux

L’intermittence appelée aussi variabilité de l’éolien et du solaire photovoltaïque, c’est-à-dire les fluctuations fortes et rapides de la puissance électrique qu’ils délivrent parce qu’ils sont soumis aux caprices de la météorologie et non à la volonté humaine, est un handicap majeur à leur utilisation exclusive pour la consommation d’électricité à l’échelle d’un pays. Pour l’instant, aucune solution techniquement et économiquement satisfaisante n’a été trouvée pour surmonter ce lourd handicap.

L’électricité éolienne

Maintenant qu’il y a beaucoup d’éoliennes en Europe, on entend de plus en plus la réflexion suivante : c’est quand même étonnant, je vois souvent des éoliennes qui ne tournent pas ! Eh oui, il leur arrive fréquemment d’être à l’arrêt pour absence ou excès de vent, ou encore d’être en panne ou en maintenance ! En outre une éolienne qui tourne ne produit pas forcément une quantité significative d’électricité.

Le principe d’une éolienne est de transformer en puissance électrique la puissance mécanique (cinétique) du vent qui traverse la surface balayée par son rotor, grâce à ce qu’on appelle une génératrice d’électricité (alternateur), dont le cœur est un aimant tournant dans un bobinage électrique. La puissance mécanique de ce vent, et donc la puissance électrique maximale théoriquement délivrable par la génératrice, est proportionnelle au cube de sa vitesse, soit une multiplication par 2 X 2 X 2 = 8 si cette vitesse est multipliée par 2. La puissance du vent généré par la tempête Martin les 27 et 28 Décembre 99, dont la vitesse a atteint 200 km/h sur les côtes françaises, a donc été d’environ 8 fois supérieure à celle du vent d’une tempête ordinaire, dont la vitesse atteint environ 100 km/h.

Les vitesses de vent qu’une éolienne peut exploiter sont de l’ordre de 10 à 100 km/h (voir annexe), gamme pour laquelle la puissance mécanique du vent varie donc dans des proportions de un à mille.

 Récupérer toute l’énergie du vent signifierait que le rotor arrête complètement le vent. Or le vent conserve de la vitesse et donc de l’énergie après la traversée du rotor. Le physicien allemand Albert BETZ a démontré 1 que le rendement énergétique de l’éolienne c’est-à-dire le rapport entre la quantité d’énergie électrique produite par la génératrice et celle de l’énergie mécanique du vent entrant, est maximal quand le vent sortant du rotor possède le tiers de la vitesse du vent entrant. La puissance récupérable par le rotor de l’éolienne est alors de 16/27 (un peu plus de 59 %) de celle du vent entrant. Cette limite théorique n’est jamais atteinte. Les meilleures réalisations sont d’environ 45 %, dans une gamme de vitesses de vent de l’ordre de 20 à 40 km/h. La puissance nominale (maximale) est atteinte à des vitesses de vent de l’ordre de 50 km/h. Aux vitesses de vent supérieures, l’éolienne conserve cette puissance en diminuant progressivement sa prise au vent. Elle est arrêtée pour raisons de sécurité pour des vitesses de vent de l’ordre de 90 à 100 km/h selon les modèles (voir annexe).

L’électricité éolienne a deux caractéristiques :

1-La puissance électrique fournie par une éolienne fluctue en permanence, en fonction de la vitesse du vent. C’est l’intermittence, appelée par certains variabilité, de cette puissance électrique. Ces fluctuations, parce qu’elles varient sur une large plage en fonction du cube de la vitesse du vent sont en général bien plus importantes en valeur relative que celles de cette vitesse. La puissance électrique peut varier dans des proportions de 1 à 20 au cours d’une même journée, comme le montre par exemple la figure 1, et parfois jusqu’à 50 et plus !

Ce n’est pas tant la faiblesse du facteur de charge qui en résulte mais l’importance des fluctuations de la puissance électrique fournie, elle-même due aux variations des vitesses du vent sur le site d’implantation, qui est le principal handicap technique dans l’utilisation de l’éolien. Cela entraîne en particulier que la puissance annuelle garantie par l’éolien, c’est-à-dire sa puissance effective la plus faible au cours de l’année, n’est même à l’échelle de l’ensemble des éoliennes de toute l’Europe, malgré les interconnections entre les réseaux des différents pays, que de l’ordre de quelques % de sa puissance nominale. Les conséquences de cet état de fait sont majeures.

2-L‘électricité éolienne est dite fatale, ou encore non-pilotable, car elle est produite en fonction des conditions météorologiques, sur lesquelles la volonté humaine n’a aucune prise. Il est cependant possible de faire varier la puissance électrique fournie au réseau par réduction ou augmentation de la prise au vent des pales2 ou avec des dispositifs électroniques3. Mais dans une certaine mesure seulement : Ce n’est évidemment pas possible s’il n’y a pas de vent, et la puissance maximale possible à un moment donné reste dictée par la vitesse du vent. La diminution volontaire de la puissance fournie est ce qu’on appelle l’écrêtement (en anglais curtailment). Les producteurs d’électricité éolienne ne sont cependant pas incités à pratiquer ce dernier, car ils bénéficient du fait des réglementations européennes du privilège de vendre leur électricité, non pas en fonction du prix du marché, mais à un prix fixé par avance par contrat de longue durée, le plus souvent bien supérieur. Ils sont de plus certains d’écouler leur production grâce un mécanisme d’obligation d’achat (chapitre 9) qui rend l’électricité produite par les éoliennes prioritaire sur les réseaux de distribution. Il est donc de leur intérêt de déverser au maximum leur électricité subventionnée sur le réseau, sans considération pour la stabilité de celui-ci.

Par opposition, l’électricité produite par les centrales à combustibles fossiles (charbon, gaz, fuel), par les centrales nucléaires, ou encore par les centrales hydroélectriques installées en aval des lacs de barrage est dite pilotable (ou encore contrôlable, dispatchable), car, dans les limites de leur puissance nominale on peut en faire varier rapidement la puissance afin de répondre en temps réel à la demande des consommateurs. C’est le suivi de charge.

Les mouvements écologistes préfèrent le terme « variabilité » à celui d’intermittence. En effet l’intermittence évoque plutôt dans les esprits une suite de fonctionnements et d’arrêts rapides, alors que la puissance délivrée par une éolienne n’est nulle qu’une petite partie du temps. Il a aussi été proposé le terme « chaotique » plus évocateur de la réalité du phénomène, ou encore aléatoire. Cette intermittence, cette variabilité, ce chaos peu importe comme on l’appelle, est une réalité. Elle entraîne l’impossibilité quasi totale pour l’homme de piloter la puissance délivrée par une éolienne, sauf à arrêter celle-ci. Or c’est le caractère pilotable ou non pilotable d’une électricité qui commande ses possibilités d’usage. L’électricité éolienne (tout comme l’électricité photovoltaïque) est incontestablement dans la deuxième catégorie.

Les écologistes contestent aussi le terme aléatoire, puisque stricto sensu il signifie imprévisible, alors que les données météo permettent maintenant une assez bonne estimation, mais pas toujours, de la vitesse du vent d’un jour sur l’autre.

Il n’en demeure pas moins que la puissance fournie par des éoliennes sur un réseau électrique ne peut pas faire de suivi de charge, c’est-à-dire faire coïncider la production d’électricité avec la demande des consommateurs, comme le montre la figure 1.

                 

Figure 1. Données RTE. Courtoisie Hubert Flocard

Cette figure montre, pour l’exemple du mois de janvier 2014, les profils comparés de la puissance effective éolienne totale française (en traits gras) et de la puissance de la consommation électrique totale des Français (en traits fins). Les fluctuations de la puissance consommée ont un profil caractéristique des habitudes moyennes des consommateurs français. Le minimum de consommation a lieu au milieu de la nuit. La consommation augmente ensuite très rapidement jusqu’au midi solaire et passe par un premier pic. Un deuxième pic a lieu vers 19 heures, et est suivi d’un pic secondaire vers 21 heures. Les week-ends se caractérisent par des consommations sensiblement moins élevées. On observe pour ce mois de Janvier une consommation globalement croissante, due à un refroidissement et en conséquence un usage croissant du chauffage électrique.

La production totale éolienne étant ce mois-là environ 22 fois inférieure à la consommation totale, on a fait un changement d’échelle (par environ 22) pour faire coïncider (ligne horizontale en pointillés) sa puissance moyenne du mois (environ 3000 MW) avec la puissance moyenne de la consommation d’électricité (environ 65 000 MW). Autrement dit, si la production totale éolienne avait été 22 fois supérieure à ce qu’elle a été ce mois-là, elle aurait été égale à la consommation totale de ce mois. Notons que le minimum de production correspond sur cette période à environ 3,5 % de la puissance nominale totale de l’éolien (8100 MW en Janvier 2014, ligne horizontale en traits gras), et le maximum à 76 % de cette puissance nominale.

La puissance produite par l’éolien fluctue considérablement : elle peut être en France aussi faible que 1 % de sa puissance installée (nominale) totale. Elle coïncide donc très rarement avec la puissance consommée. Même si sa production totale de ce mois avait été 22 fois plus forte, de manière à être égale à la consommation totale du mois, cette production aurait été totalement inutilisable par les Français. Pour pouvoir utiliser cette production, il faut la mixer avec celle de centrales pilotables.

Accroître le nombre des éoliennes n’est en rien une solution à l’intermittence, mais une source de difficultés croissantes dans la gestion du mix électrique.

La capacité de pouvoir produire partout l’électricité au moment exact où le consommateur en a besoin, et strictement dans les mêmes quantités, est indispensable à la stabilité du réseau électrique, pour éviter de désastreux blackouts. Il est également essentiel, parce que nous utilisons du courant alternatif, de pouvoir maintenir la fréquence de ce courant à 50 hertz : c’est le critère de l’indispensable équilibre production-consommation. Cela n’est jamais dit dans les débats publics sur ces sujets.

Le niveau de tolérance à l’échelle de l’Europe est de ± 0,5 hertz Les centrales pilotables peuvent maintenir la fréquence dans ces limites4 grâce au stockage d’énergie cinétique dans les volants d’inertie que constituent leurs puissants alternateurs, et à leur capacité de moduler largement leur puissance à la demande du consommateur. En revanche les éoliennes en sont incapables, parce que le stockage d’énergie cinétique de leur rotor n’est pas utilisable spontanément comme celui des alternateurs. Il serait cependant théoriquement possible3, de récupérer artificiellement une partie de cette énergie cinétique par un dispositif dit d’« inertie synthétique », par lequel on force l’éolienne à ralentir par un dispositif électronique, mais ce n’est guère efficace et jamais mis en pratique. D’autre part la modulation de leur puissance à la demande, qui serait à la rigueur possible dans une certaine mesure par diminution ou augmentation de leur prise au vent en modifiant l’angle d’incidence de leurs pales2, à condition toutefois qu’elle ne soit pas contrecarrée par les variations de vitesse du vent, n’est pas envisageable de manière coordonnée à grande échelle. C’est encore moins le cas bien sûr des panneaux photovoltaïques, dont l’inertie est nulle puisqu’ils n’ont pas de pièces mobiles.

Il résulte de l’impossibilité de garantir la fréquence du réseau et les besoins des consommateurs en temps réel que l’électricité n’a en sortie d’éolienne pas de valeur marchande en tant que telle, aussi bas que soit son coût de production. Qui voudrait en effet acheter une électricité dont il ne peut pas se servir ?

Cette électricité ne peut devenir «vendable» qu’associée à de l’électricité produite en contrepoint de ses fluctuations par une centrale pilotable ou  un stockage, ce qui permet alors pour le mix électrique ainsi produit d’être utilisable par un consommateur. Ce n’est donc pas le coût de production de l’électricité éolienne qu’il faut prendre en compte dans le calcul du coût de cette électricité pour le consommateur, mais bien le coût du mix éolien + centrale pilotable ou éolien + stockage associé. A l’échelle d’un pays, le stockage n’est pour l’instant possible que marginalement.

L’affirmation que la baisse des coûts de production de l’électricité éolienne la rend de plus en plus compétitive avec les électricités produites par les centrales pilotables est donc un gros mensonge par omission, puisque son association avec de l’électricité fournie par ces centrales pilotables est la seule méthode réaliste à ce jour pour l’utiliser. Pourtant cette affirmation tourne en boucle dans tous les médias européens en ce moment.

Citons aussi cette autre publicité mensongère des promoteurs : « le parc éolien que nous allons vous construire va produire l’électricité nécessaire à tant de ménages ». Un magnifique exemple de ce type de désinformation est celle qui règne en ce moment en Charente-Maritime, département français où habite l’un de nous. Il est question d’y installer une énorme centrale éolienne en mer au large de la côte Ouest de l’île d’Oléron. Selon ses promoteurs, cette électricité fournira en électricité tous les ménages de ce département, qui compte environ 650 000 habitants !

 Pourtant son profil de production, qui changera d’ailleurs d’un mois à l’autre, d’une journée à l’autre et même d’une heure à l’autre ne correspondra jamais au profil de consommation d’un seul de ces ménages (figure 1). Cette centrale ne pourra pas non plus maintenir la fréquence du courant à 50 hertz. Elle est donc parfaitement inutilisable en l’état tout aussi bien pour les ménages de Charente-Maritime que pour d’autres ménages ailleurs en France et en Europe.

Tout au plus peut-on prétendre que dans l’année, la quantité totale d’électricité produite par ce parc sera équivalente à la quantité totale d’électricité consommée par ces ménages, mais cela n’a aucun intérêt : c’est une donnée en énergie annuelle alors que les besoins réels sont en puissance instantanée et ne coïncident pas avec la présence de vent ou de soleil. Pour pouvoir l’utiliser, il faudra pouvoir la mixer avec celle de centrales pilotables qui assureront l’équilibre instantané entre production et consommation ainsi que la stabilité en fréquence.

De plus, aucun ménage de ce département n’a besoin de cette électricité, étant déjà correctement alimenté. La région à laquelle appartient ce département produit même bien plus d’électricité qu’elle n’en consomme. L’électricité de cette centrale sera parfaitement inutile à l’échelle de la consommation française, et même de la consommation européenne qui n’augmente plus depuis 10 ans déjà (figure 2) !

                         

Figure 2 : consommations d’électricité, en TWh par an, de l’EU28, de la France et de l’Allemagne de 2010 à 2019 : on observe une légère baisse tendancielle de ces consommations, et le parallélisme des trois courbes. Source : Eurostat

Les ménages de Charente-Maritime, mais plus généralement les Français et les Européens, devraient donc payer une électricité dont ils n’ont nul besoin, inutilisable telle quelle et qui reviendra très cher (chapitre 9) !

 Le calcul présenté par les promoteurs se limite aussi à la consommation d’électricité domestique de ces ménages (et même parfois à la consommation domestique hors chauffage électrique). La consommation domestique d’un ménage moyen en France (statistiquement 2,2 personnes en 2019) est actuellement, en comptant le chauffage électrique, de 4850 kWh par an. Sa consommation totale est d’environ 16 000 kWh si l’on y inclut sa consommation non-domestique, c’est-à-dire la production d’électricité nécessaire à la fabrication des biens et à la fourniture des services qu’il utilise. Elle est donc plus de trois fois sa consommation domestique !

A petite échelle, considérons maintenant un bourg typique de 500 ménages en milieu rural non industrialisé, c’est-à-dire là où sont implantés les parcs éoliens les plus courants, 5 à 6 machines pour une puissance nominale totale de 15 MW. La consommation directe de ce bourg sera de l’ordre de 2 500 MWh (2,5 GWh) dans l’année, en comptant la consommation de quelques commerces et ateliers, tandis que la production éolienne sera de l’ordre de 30 000 MWh (30 GWh), soit 12 fois plus que les besoins. Comme il faudra de toutes façons la mixer avec celle de centrales pilotables pour qu’elle soit utilisable, cette production devra pour l’essentiel être refoulée des lignes électriques de distribution vers les lignes de grand transport pour être utilisée partout en Europe 5.

Elle n’a en fait strictement aucun intérêt pour ce village : Il est déjà correctement approvisionné par le réseau, qui lui fournit l’électricité dont il a besoin indépendamment de la météo.

Les quelques gagnants de cette installation sont les propriétaires des terrains, qui touchent des loyers et la commune, qui touche des redevances. Il y aura de nombreux perdants : les riverains du fait des nuisances ainsi créées et de la perte de valeur de leur patrimoine immobilier, et tous les Français à cause de l’augmentation du prix de l’électricité et maintenant des carburants qui en résultera (chapitre 9).

Nous avons là des exemples de l’effarante désinformation qui règne autour de l’éolien.

Cette désinformation a de nombreux visages, et n’est jamais dénoncée par les instances officielles ou par les médias publics.

Cependant le 14 août 2020, le Jury de la Déontologie Publicitaire (JDP)6 dénonçait le caractère trompeur de la publicité de France Energie Eolienne qui affirmait « nous apportons de l’électricité propre, sûre et renouvelable » considérant « qu’en employant une formule qui suggère une absence totale d’effets négatifs en termes de pollution (« propre ») et de sécurité en général (« sûre »), le film publicitaire, qui n’exprime pas avec justesse les conséquences de la production d’énergie éolienne, est de nature à induire en erreur le public sur la réalité écologique des actions de l’annonceur.»

L’électricité photovoltaïque : Le principe du solaire photovoltaïque est de transformer l’énergie du rayonnement solaire en électricité grâce à des cellules photovoltaïques dont l’ensemble constitue un « panneau solaire ». Le rendement de cette transformation, c’est-à-dire le rapport entre la puissance électrique fournie par une cellule et la puissance du rayonnement solaire qu’elle reçoit, est de l’ordre de 10 % à 15 % dans la pratique industrielle actuelle. Elle sera peut-être un peu supérieure dans les années qui viennent. La puissance maximale délivrée par une cellule est appelée puissance-crête. Celle-ci, mesurée en laboratoire dans des conditions standard, est la puissance délivrée par une cellule à une température de 25°C, sous l’impact d’un rayonnement lumineux d’une puissance de 1 kW/m2 dont le spectre est celui du rayonnement solaire après la traversée de l’atmosphère sous un angle correspondant à un trajet de 1,5 fois l’épaisseur de l’atmosphère. Les panneaux solaires associant ces cellules ont couramment des puissances-crête de quelques centaines de watts pour des surfaces de 1 à 2 m2.

Les centrales solaires peuvent comporter des milliers de ces panneaux, avec des puissances totales pouvant atteindre maintenant des centaines de mégawatts-crête (MWc). La Centrale de Cestas près de Bordeaux, la plus puissante d’Europe, a par exemple près d’un million de cellules photovoltaïques et une puissance de 300 MWc. Sa production annuelle moyenne est de 350 GWh, soit un facteur de charge de 13,3 %. La surface totale occupée est de 2,6 km2, surface qui a été considérablement réduite par rapport à celle d’une centrale solaire classique grâce à une disposition des panneaux solaires beaucoup plus compacte.

La publicité faite autour de cette centrale a pour argument principal que sa puissance-crête est le tiers de celle d’un réacteur nucléaire de 900 MW, tels que les quatre réacteurs de la centrale nucléaire du Blayais non loin de là. Mais elle « oublie » de rappeler que chacun des réacteurs du Blayais produit bon an mal an 6 TWh d’électricité, soit 17 fois plus d’électricité, et non 3 fois plus. Et oublie aussi que la centrale du Blayais avec ses quatre réacteurs n’occupe que 2,2 km2.

 Malgré sa compacité exceptionnelle, la centrale de Cestas produit par unité de surface occupée 80 fois moins d’électricité annuellement que la centrale nucléaire du Blayais, et cette électricité est non-pilotable, c’est-à-dire inutilisable sans un mixage avec de l’électricité pilotable, telle qu’en produit la Centrale du Blayais.

Le solaire photovoltaïque est intermittent tout comme l’éolien, mais de façon très différente : il est bien évidemment absent la nuit : sa puissance garantie est donc nulle. En cours de journée la puissance qu’il délivre varie considérablement : l’essentiel de l’électricité produite l’est pendant les 3 à 4 heures où le soleil est près de son zénith (figure 3). Il est sensible au passage des nuages. N’ayant pas de parties en mouvement et donc pas d’inertie, il ne peut pas non plus contribuer à stabiliser la fréquence du réseau.

En outre, la quantité totale d’énergie solaire reçue au sol en Europe varie beaucoup au fil des saisons.

     

 Figure 3- Variations des puissances fournies par l’ensemble des éoliennes et des panneaux solaires français, cumulées à un pas de temps de 30 minutes, au cours du mois de Mars 2020. L’importance et le caractère aléatoire des fluctuations de l’éolien et les effets négatifs des passages nuageux sur la puissance délivrée par le solaire PV sont ici visibles, par exemple en comparant les puissances délivrées lors du midi solaire les 15 et 16 Mars. Le minimum de puissance a été d’environ 400 MW lors de la soirée du 17 Mars, et le maximum d’environ 17 000 MW au midi solaire le 30 Mars, soit 1,5 % et 64, 6 % respectivement de la puissance installée totale (26 307 MW) Données RTE. Courtoisie JP Hulot.

Pour cette production, comme pour l’éolien, il n’y a guère de compensation à espérer au niveau européen puisque le pic de production s’effectue au midi solaire, et que de Madrid à Varsovie il n’y a qu’environ deux fuseaux horaires : au milieu de la nuit, sa puissance garantie est nulle dans toute l’Europe.

Cette intermittence de l’électricité photovoltaïque rend son utilisation problématique, mais d’une façon différente de l’éolien. Il faut distinguer les pays où les variations saisonnières du profil de la puissance solaire sont faibles et les facteurs de charge importants, des pays où ces variations saisonnières sont importantes et les facteurs de charge faibles.

Le premier cas est celui des pays de la ceinture intertropicale, les plus favorisés d’entre eux étant les pays désertiques ou semi-désertiques à cause de l’absence quasi-totale de couverture nuageuse tout au long de l’année. Pour adapter la production d’électricité à sa consommation, on peut utiliser des centrales pilotables, mais aussi dans une large mesure des stockages par batteries, afin de stocker l’électricité en milieu de journée pour la restituer à la demande le reste de la journée et la nuit tout au long de l’année. C’est le cas par exemple de la Californie, du Sahel africain, des pays du Moyen-Orient. C’est le cas du désert d’Atacama au Chili7, où des centrales solaires alimentent déjà les industries et les populations du Nord du pays. Ce sont les pays où l’utilisation du solaire photovoltaïque se présente à première vue favorablement. Mais du fait des températures élevées auxquelles ils sont soumis toute l’année, le rendement des panneaux solaires peut beaucoup se dégrader8. Le sable est omniprésent et endommage les installations. Il y a peu d’eau disponible pour refroidir et nettoyer les panneaux afin qu’ils conservent leur efficacité. Dans ces pays, l’enthousiasme initial pour les grandes installations photovoltaïques s’est beaucoup calmé. Cependant les Allemands ont réactivé en 2020, par un projet de coopération entre l’Allemagne et l’Algérie, le projet Désertec9 qui consiste à faire produire au Sahara et au Moyen-Orient de l’électricité solaire photovoltaïque destinée à l’Europe.

Dans les pays situés hors de cette ceinture, la variation inter-saisonnière de la puissance solaire est telle que les quantités d’électricité photovoltaïque produites en été sont très supérieures à celles produites en hiver. Le stockage de l’été à l’hiver de ces énormes quantités d’électricité n’est pas actuellement possible (chapitre 4). Ce problème est d’autant plus important que l’on se rapproche des pôles.

Le solaire PV n’a donc guère d’intérêt en Europe sauf dans son extrême Sud. Son maximum de puissance se situe au midi solaire en été. Il peut alors être utilisé aux heures chaudes de la journée dans les régions ayant de gros besoins de climatisation, comme le Sud de la Grèce, de l’Espagne ou de l’Italie, pays où de ce fait le maximum de la puissance électrique consommée dans l’année se situe aux alentours de midi au plus fort de l’été et non au plus fort de l’hiver comme dans les pays situés plus au Nord. La quantité d’électricité demandée aux centrales pilotables à combustibles fossiles, qui sont majoritaires dans ces pays, en est alors diminuée ainsi que leur puissance maximale totale.

Dans un pays comme la France, où les besoins de climatisation en été sont beaucoup moins importants, cette électricité solaire n’est guère utile, car les puissances maximales consommées en été, d’environ deux fois plus faibles que celles demandées en hiver, peuvent être aisément fournies par de l’électricité décarbonée produite par des moyens déjà existants, nucléaire et hydroélectricité10.

Tout comme pour l’éolien, c’est le coût du mix solaire + pilotable ou solaire + stockage qu’il faut prendre en considération dans le calcul du coût véritable de l’électricité ainsi produite pour les consommateurs.

La désinformation est tout autant monnaie courante pour le solaire photovoltaïque que pour l’éolien. Il y a quelque temps la chaîne de télévision France 2 présentait l’inauguration de ce qui était alors la plus grande centrale solaire flottante d’Europe à Piolenc dans le Vaucluse. Les promoteurs, les élus et les journalistes s’y congratulaient devant la caméra, et des habitants du village soigneusement choisis exprimaient leur vive satisfaction. Alors que le soleil était pourtant peu présent le jour de l’inauguration, aucun journaliste n’a expliqué que cette centrale ne délivrerait d’électricité en quantités notables que quelques heures autour de midi par temps clair, et pratiquement pas en hiver, et qu’elle serait pour cette raison inutilisable par les habitants du village sans être mixée au préalable avec une électricité produite par des centrales pilotables, nucléaires pour l’essentiel. Il n’a pas non plus été expliqué que les panneaux solaires venaient de Chine, et que cette électricité serait mise sur le marché à un prix bien en dessous de son coût de production tandis que le producteur recevrait un complément de rémunération lui assurant de confortables profits pendant 20 ans (chapitre 8).

Un autre type de désinformation a été celle de trois ministres du gouvernement français le 18 Janvier 2017: alors que le froid régnait sur l’Europe et que l’on craignait des coupures d’électricité pour cause de consommation excessive et de retards dans la remise en route de réacteurs nucléaires en France, ces trois ministres ont annoncé à la télévision pendant les informations de 20 heures11 qu’il ne fallait pas se faire de souci, car l’éolien et le solaire avaient produit ensemble ce jour-là 8 GW soit l’équivalent de la production de 8 réacteurs nucléaires ! Outre la confusion classique entre puissance et production électriques, qu’on ne s’attendait toutefois pas à trouver chez des ministres, ceux-ci « oubliaient » de dire qu’il n’y avait aucune garantie que la même puissance serait disponible en permanence pendant toute la période de grand froid. Ironiquement d’ailleurs, comme on peut le vérifier sur le site web du gestionnaire du réseau d’électricité, RTE12, cette puissance, effectivement disponible ce jour-là au midi solaire, n’était déjà plus que de 4 GW à 20 heures lors de cette déclaration, 2 GW le lendemain à la même heure, et seulement de 0,3 GW le 21, toujours à la même heure. Mais ces faits n’ont pas été rapportés par les médias, qui n’ont d’ailleurs pas plus répercuté les réactions et rectifications des spécialistes de ces questions fusant de toutes parts.

Ce mode de désinformation est habituel dans les milieux de l’Ecologie politique : il consiste à annoncer que tel jour la production d’éolien et de solaire PV a assuré une grande partie de la consommation électrique d’un pays, sans préciser que le jour d’avant il n’en avait rien été, et que ce ne serait sans doute pas le cas le jour d’après ! Une annonce particulièrement savoureuse a été celle des écologistes du Royaume-Uni, qui ont annoncé triomphalement que la production d’électricité éolienne avait couvert 50 % de la puissance électrique consommée du pays, juste avant le blackout du 9 Août 2019 (chapitre 1), dont une des causes était la défaillance d’un parc éolien en mer.

 Ces annonces sont relayées fidèlement sans la moindre critique par les médias, ancrant ainsi dans l’opinion l’idée qu’avec l’éolien et le solaire photovoltaïque on rasera un jour gratis, pourvu que l’on en poursuive le développement.

Selon les partisans de l’éolien, le problème de l’intermittence n’existe de toutes façons plus puisque la météo a fait de tels progrès que l’on peut prévoir maintenant la vitesse du vent d’un jour sur l’autre ? De même, on peut prévoir d’un jour sur l’autre l’ensoleillement et la nébulosité.

Comment ne réalisent-ils pas que prévoir un phénomène naturel n’en change pas la nature ? En revanche, et ce n’est pas négligeable, prévoir la vitesse du vent ou l’ensoleillement du lendemain permet d’organiser mieux la mise en œuvre des centrales pilotables qui serviront à compenser les fluctuations de puissance des électricités intermittentes. Attention : une erreur de prévision peut affecter cette mise en œuvre et fausser le calcul des puissances à mobiliser ! Les erreurs de calcul sont en France pour l’éolien de l’ordre du GW dans les conditions météorologiques courantes, mais jusqu’à 10 GW soit à peu près la puissance de 20 centrales à gaz ou 10 réacteurs nucléaires, dans des conditions inhabituelles telles qu’une tempête.

Une telle incertitude n’est évidemment pas tolérable face une exigence légitime de très haute fiabilité de l’approvisionnement en électricité. La stabilité du réseau électrique doit être assurée en permanence. Or la météo aujourd’hui est incapable de prédire l’arrivée d’une dépression au quart d’heure près, et ce sera probablement le cas encore dans l’avenir. Il faut donc être prêt à compenser dans un sens puis dans un autre toute arrivée ou chute de vent, ou de variations imprévues de la nébulosité pour le solaire PV, pendant souvent plusieurs heures. Seules les centrales pilotables peuvent le faire.

La puissance garantie

L’examen de la figure 1 montre qu’en Janvier 2014, la puissance fournie par l’ensemble des éoliennes françaises reliées au réseau a fluctué entre un maximum de 6500 MW le 2 Janvier, soit à peu près 80 % de leur puissance nominale totale, et un minimum de 300 MW le 12 Janvier, soit moins de 4 % de cette puissance nominale. Ce minimum représente la puissance ayant été garantie ce mois-là au consommateur français par l’ensemble des éoliennes françaises. Cette puissance a été approchée de très près à deux reprises ce mois-là.

Le minimum annuel est la puissance garantie annuelle. Elle a été de 96 MW le 25 Août 2019 en France12 pour une puissance nominale totale de 15 500 MW, soit 0,6 % de cette puissance !

En Allemagne, les gestionnaires de réseau considèrent que la puissance garantie annuelle est de 1 % de la puissance nominale cumulée de l’ensemble des éoliennes raccordées au réseau.

Quant au solaire photovoltaïque sa puissance garantie est nulle, même à l’échelle européenne. 

Cette faiblesse des puissances garanties de l’éolien et du solaire photovoltaïque, et les énormes fluctuations de leurs puissances effectives sont des problèmes majeurs pour leur utilisation.

La Californie a fait en Août 2020, pour éviter de sévères blackouts, l’expérience désagréable de coupures ciblées d’électricité en soirée au cours d’une vague de chaleur qui a provoqué une utilisation anormalement élevée des climatiseurs. La Californie, très férue d’énergies renouvelables, a beaucoup développé l’électricité photovoltaïque, ainsi que l’éolien, et fermé en même temps 9 GW de centrales pilotables à gaz et sa seule centrale nucléaire. Pendant cette vague de chaleur, il y avait très peu de vent, et donc d’électricité fournie par les éoliennes. Quand le soleil a décliné rapidement dans la soirée, les Californiens ont découvert à leurs dépens qu’ils n’avaient plus assez de puissance pilotable disponible pour se substituer au solaire photovoltaïque et à l’éolien défaillants13, et que les Etats voisins, où la consommation électrique avait également fortement augmenté, ne pouvaient pas venir à leur secours. Le gouverneur de Californie s’est immédiatement dédouané en accusant les compagnies d’électricité d’être responsables de cette situation. Ce sont pourtant son imprévoyance et celle de son équipe, avec l’accent mis inconsidérément sur les électricités renouvelables au détriment des centrales pilotables dans sa politique énergétique, qu’il aurait dû mettre en cause. Cette situation se reproduira tant que ne sera pas renforcé le parc californien de centrales pilotables, malgré les énormes stockages par batterie que la Californie dit maintenant vouloir mettre en place.

Pour traiter ces problèmes, il y a en principe quatre méthodes :

1-Disposer en permanence d’une puissance totale suffisante de centrales pilotables afin de pouvoir compenser en toutes circonstances la puissance manquante de l’éolien et du solaire photovoltaïque, même quand leur puissance est tombée aussi bas que leur puissance garantie totale, qui est pratiquement nulle. Ce que n’a pas fait la Californie, qui le paye maintenant. Pour l’instant (chapitre 3), l’Europe a eu la sagesse de conserver sa puissance de centrales pilotables.

2- Stocker la production d’éolien + solaire photovoltaïque en cas d’excès, pour la déstocker en cas d’insuffisance de cette production.

3- Diminuer la consommation de certains consommateurs en cas de sous-production, c’est ce qu’on appelle l’effacement.

4- Détenir une puissance installée d’éolien plus solaire photovoltaïque tellement élevée que la puissance garantie correspondante soit suffisante pour couvrir en toutes circonstances la consommation. Cette « solution » est purement théorique : Multiplier à l’infini les panneaux solaires n’aurait aucune utilité, puisque leur puissance garantie est nulle. Quant à l’éolien, en Allemagne, où sa part atteint environ 20 % de la production électrique, tandis que sa puissance garantie n’est que 1 % de sa puissance nominale, il faudrait multiplier la puissance installée actuelle par 500 pour qu’il garantisse à tous moments à lui seul la consommation d’électricité. En France, ce serait par plus de 1000. Et il faudrait alors se débarrasser en permanence de la puissance excédentaire par rapport à celle de la consommation courante, qui serait gigantesque lors des journées bien ventées.

Cette « solution » théorique est donc absurde en pratique.

La seule méthode réaliste actuellement en Europe est la première. La deuxième et la troisième méthodes ne peuvent avoir pour l’instant que des effets marginaux.

 

Chapitre 3 - L’éolien et le solaire photovoltaïque ne permettent pas à l’Europe de se passer de centrales pilotables.

 Deux règles essentielles, comme expliqué au chapitre 1, doivent être respectées pour garantir la stabilité du réseau électrique européen :

A tout moment et en tout endroit :

1 – la puissance fournie doit être égale à la puissance consommée, à ± 1% près.

2- la fréquence du courant doit être égale à 50 hertz, à ± 1% près.

Aucune de ces conditions ne correspond au mode de production des éoliennes et du solaire photovoltaïque.

Faute de savoir stocker l’électricité en quantités nécessaires et pour des durées suffisantes à des coûts raisonnables, afin de rendre utilisables et valorisables l’électricité éolienne et le solaire PV, il faut pour l’instant les associer (les « mixer ») sur le réseau avec la production de centrales pilotables :

1-dont la puissance peut être modulée selon la demande des consommateurs, c’est le suivi de charge.

2- qui peuvent stabiliser la fréquence du réseau à 50 hertz.

Ces centrales pilotables sont :

1 - Des centrales thermiques utilisant une variété de sources de chaleur :

-  centrales thermiques dites « à flamme » utilisant la chaleur de combustion de combustibles fossiles, charbon (lignite, houille), gaz, fuel, ou encore celle de biomasse et de « biofuels », c’est-à-dire de la biomasse végétale solide et des déchets organiques, ou leurs produits dérivés liquides ou gazeux, biocarburants ou biogaz. On chauffe ainsi de l’eau dans un générateur de vapeur pour produire de la vapeur d’eau à haute température. Cette dernière fait tourner une turbine à vapeur entraînant une génératrice d’électricité (alternateur). 

- turbines à combustion (TAC) à gaz, parfois à fuel, ou encore à biogaz, dites à cycle ouvert (Open Cycle Gas Turbine, OCGT) : Elles fonctionnent sur le principe des moteurs d’avion à réaction, mais les gaz de combustion du combustible font ici tourner une turbine à gaz qui entraîne un alternateur au lieu de produire une poussée.

- centrales à gaz dites à cycles combinés (Combined Cycles Gas Turbine, CCGT), où sont associées des TAC à gaz et une turbine à vapeur branchée sur un générateur de vapeur. Celui-ci utilise la chaleur résiduelle des gaz de combustion des TAC à gaz pour produire de la vapeur d’eau.

- centrales thermiques nucléaires, c’est-à-dire utilisant la chaleur de la fission de l’uranium 235 et du plutonium 239 pour produire de la vapeur d’eau.

Ces centrales ont des rendements de la transformation de la chaleur en électricité qui sont de 25 à 30% environ pour les centrales à biomasse, 30 à 35 % pour les TAC à gaz et les réacteurs nucléaires (l’EPR aura en principe un rendement de 36 %), 35 à 45 % pour le lignite et la houille, 50 à 60 % pour les CCGT.

A plus petite échelle il y a les groupes électrogènes, qui utilisent un moteur diesel pour faire tourner un alternateur. Très répandus, et utilisés par exemple par les hôpitaux et bien des entreprises, mais aussi par les particuliers en cas de panne temporaire d’électricité ou de blackout, ils ont des rendements de l’ordre de 30 à 40 %. Leur utilisation est très dangereuse en milieu fermé parce qu’ils produisent de l’oxyde de carbone (CO), mortel à faible dose dans l’air, et des fumées toxiques.

2 - Des centrales hydroélectriques installées en aval de lacs de barrage pouvant stocker de grandes quantités d’eau.

La formule la plus aboutie de cette catégorie est constituée par les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). Ce sont des centrales de pompage – turbinage fonctionnant avec une retenue supplémentaire à l’aval. Pendant les heures creuses, l’eau est pompée de la retenue inférieure vers la retenue supérieure, pour être ensuite turbinée dans le sens inverse pendant les heures de pointe.

Ces centrales sont distinctes des centrales hydroélectriques dites au fil de l’eau, installées sur des cours d’eau puissants. Bien qu’elles dépendent des aléas du fil de l’eau, leur production peut opérer un suivi de charge remarquable des besoins de la consommation, dans la limite de leur puissance.

Elles peuvent ainsi en France fournir à la demande des puissances additionnelles significatives pour de courtes durées, pour celles dont les réserves d’eau sont les plus importantes, les centrales dites d’éclusée.

Les centrales hydroélectriques ont des rendements de transformation de l’énergie mécanique de l’eau en électricité de l’ordre de 85 %.

Les centrales pilotables ont des vitesses de réaction, c’est-à-dire de possibilités de suivi de charge pour répondre à la demande des consommateurs, qui dépendent de leur type (tableau 1). Les plus rapides sont les centrales hydroélectriques installées en aval des lacs de barrage, qui peuvent démarrer quasi instantanément et moduler en 3 minutes environ leur puissance de 0 à 100 % en fonction des besoins. Suivent les turbines à combustion (TAC) à cycle ouvert (Open Cycle Gas Turbines (OCGT)). On peut constater sur le tableau 1 que, contrairement à ce qu’affirment encore avec insistance beaucoup de politiques, médias et réseaux sociaux, les réacteurs des centrales nucléaires, s’ils ne peuvent rivaliser avec les centrales hydroélectriques et les OCGT, sont tout aussi réactifs, on dit aussi flexibles, que les centrales à charbon les plus modernes, et même que les CCGT.

En France les réacteurs nucléaires peuvent moduler leur puissance jusqu’à 5 % par minute. Cette flexibilité y est en outre augmentée grâce à leur nombre important qui permet de répartir les contraintes sur l’ensemble des réacteurs. En diminuer le nombre revient donc à se créer un handicap.

La gestion de l’ensemble de ces centrales doit être rigoureusement coordonnée pour faire face à toutes les situations. C’est le travail des gestionnaires des réseaux de transport d’électricité, plus de 40 en Europe, comme Réseau de transport d’électricité (RTE) en France, Amprion, Tennet, 50 Hertz Transmission et Transnet BW en Allemagne, ou encore National Grid au Royaume-Uni, Red Eléctrica de Espagna (REE) en Espagne, Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE) en Pologne…et de l’European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) qui coordonne cet ensemble.

Type de centrale

charge minimale de départ (% puissance maximale)

Temps de démarrage

(à chaud <8h /à froid> 48 h)

Vitesse de montée en charge (% de la puissance maximale  par minute)

OCGT

        20-50

  10 min / 20 min

            10-15

CCGT

        20-40

    40 min / 2h-3 h

              4-8

Houille

       25-40

      1h-2 h / 3h-6 h

              3-6

Lignite

       35-50

      1h-4h / 5h-8 h

              2-6

 Biomasse solide

       40

      1h /5 h

              1-4

Nucléaire (REP)

      25-50

      1h / 2 jours

              3-5

Tableau1 : possibilités de suivi de charge en l’état de l’art des centrales thermiques pilotables selon leur type. Sources : Agora Energiewende, OECD-IEA, 2018.

Les valeurs indiquées ici ne sont qu’indicatives, étant donné la grande variété de ces centrales pour chaque type. En ce qui concerne le temps de démarrage, on a indiqué les temps de démarrage à froid (arrêt depuis au moins 48 h) et à chaud (arrêt depuis moins de 8 heures). La charge minimale est la proportion de la puissance maximale qu’il est nécessaire d’atteindre pour un fonctionnement stable.

La France utilise en suivi de charge journalière ou infra-journalières ses centrales hydroélectriques de lacs de barrage et de plus en plus ses centrales à gaz et ses centrales nucléaires.

En Allemagne les centrales pilotables sont surtout des centrales à charbon et à gaz, accessoirement des centrales hydroélectriques et des centrales à biomasse solide et à biogaz. Dans les autres pays européens, la nature des centrales pilotables est très variable en fonction des ressources locales et des politiques énergétiques, de la Norvège qui n’a pratiquement que des centrales hydroélectriques, à la Pologne qui n’a pratiquement que des centrales à charbon.

Le tableau 2 montre quelles étaient en 2017 pour l’EU 28 les puissances (capacités) installées en combustibles fossiles et nucléaire, leurs productions d’électricité sur le réseau public, et les facteurs de charge moyen correspondants pour les principales centrales électriques. On y trouve aussi les capacités et les productions des « renouvelables », éolien, solaire PV, hydroélectricité (pilotable+non-pilotable), biomasse solide et biogaz, et les facteurs de charge correspondants.

 

Source

éolien

PV

Houille

+Lignite

gaz

fuel

hydro

nucléaire

Biomasse

 

total

 GW

169

107

148

188

29

137

118

30

926

TWh

358

119

695

661

57

326

786

175

3177

F.ch.%

24

13

54

40

22

27

76

67

39

Tableau 2 : Capacités installées (GW), productions annuelles (TWh), et facteurs de charge en % des principales sources d’électricité de l’EU 28 en 2017. La catégorie hydro comprend l’ensemble des centrales hydroélectriques, pilotables et non pilotables.

Les facteurs de charge indiqués ici pour l’éolien et le PV sont calculés d’après la production totale de 2017 et les capacités installées au 31 Décembre 2017. Sources : Statista, Eurostat, IFFRI.

 

Le nucléaire est la source qui produit le plus d’électricité. Malgré son quatrième rang en termes de puissance nominale, il a le facteur de charge le plus élevé. Le solaire photovoltaïque a le plus faible.

Cependant le facteur de charge du nucléaire français, qui représente un peu plus de la moitié du nucléaire européen est en train de se dégrader progressivement, car il lui faut faire place de par la loi à l’éolien et au solaire photovoltaïque

La biomasse comprend une variété de matériaux :

-bois et déchets solides de l’agriculture et de l’élevage surtout sous forme de granulés (pellets) ou de copeaux utilisés soit directement, soit mélangés à du charbon.

- déchets ménagers et industriels

-biocarburants

- biogaz …

La biomasse a les plus faibles capacités installées après celles du fuel, qui n’est plus guère utilisé pour produire de l’électricité à cause de son prix et des pollutions atmosphériques qu’il entraîne. Cela contraste avec l’affirmation sans cesse répétée du rôle essentiel qu’aura la biomasse dans la transition énergétique.

L’utiliser pour produire de l’électricité n’en est pas une bonne utilisation. Le rendement énergétique global moyen de transformation de sa chaleur de combustion en électricité est faible, au mieux de 30 % : c’est le plus faible de toutes les centrales thermiques. Elle est mieux utilisée pour produire de la chaleur1, car le rendement énergétique bien que très variable suivant les installations, est alors meilleur et peut atteindre jusqu’à 90 % par exemple dans certaines chaudières à granulés.

Elle a été utilisée par l’humanité depuis des millénaires, sous forme de bois de chauffe, de charbon de bois ou encore de déchets animaux. Avant la Révolution Industrielle et jusque vers 1850 environ, elle fut la première source d’énergie en Europe et dans le monde, et est encore la première source d’énergie « renouvelable » en Europe, avec 4 à 5 % de son approvisionnement en énergie primaire.

C’est encore la première source d’énergie dans les pays peu développés techniquement, avec les problèmes d’usage et de pollution qui découlent de l’augmentation rapide de leur population depuis trois générations. La biomasse y étant de plus en plus sollicitée comme source d’énergie, cela aboutit à des déforestations et même dans certains pays peu arrosés comme les pays du Sahel africain des catastrophes écologiques et une désertification. Il vaudrait mieux que ces pays puissent utiliser rapidement d’autres sources d’énergies, mais de préférence, pour des raisons climatiques, aussi peu que possible les combustibles fossiles.

Ce problème se pose aussi dans des pays en voie d’industrialisation, comme le Brésil, qui utilise la biomasse pour produire de la chaleur, mais aussi du bioéthanol produit à partir de sucre de canne pour faire rouler ses véhicules, ou encore l’Indonésie où la déforestation fait rage pour planter des palmiers à huile. Il se pose aussi dans le grand pays industriel que sont les Etats-Unis, qui utilise de grandes quantités de bioéthanol produit à partir d’amidon de maïs pour le mélanger aux carburants pétroliers, en fait pour subventionner indirectement ses agriculteurs, et qui maintenant coupe des forêts pour alimenter des centrales à biomasse.

Son utilisation en Europe dans la production d’électricité est surtout le propre de pays qui comme l’Allemagne, le Danemark ou encore l’Autriche veulent faire baisser les émissions de CO2 de leur production d’électricité pour faire preuve de vertu climatique sans utiliser le nucléaire. La biomasse solide y est surtout utilisée dans des centrales dites à cogénération chaleur-électricité (Combined Heat and Power, CHP) qui produisent de l’électricité, mais récupèrent la chaleur produite en même temps, le plus souvent pour alimenter les réseaux de chaleur des villes. On obtient ainsi des rendements énergétiques globaux électricité + chaleur de 60 à 70 %.

Sous forme de biogaz, la biomasse peut être utilisée pour produire de l’électricité avec des rendements de l’ordre de 50 à 60 % dans les CCGT, tout comme le gaz naturel. Le biogaz, qu’il faut fabriquer à partir de végétaux cultivés industriellement ou de déchets végétaux ou animaux, n’est pas du tout compétitif avec le gaz naturel et doit être fortement subventionné, d’où une faible utilisation. Les quantités que l’on peut en produire sont également limitées par les faibles quantités de biomasse pouvant être disponibles pour cette utilisation.

D’un point de vue climatique, l’intérêt de l’électricité ainsi produite n’est que d’apparence : La biomasse solide est en fait la source carbonée qui émet lors de sa combustion le plus de CO2, mais aussi de polluants atmosphériques pour une même quantité d’énergie produite, plus encore que le charbon ! On nous explique alors que le CO2 ainsi produit étant utilisé par les végétaux lors de leur croissance, la combustion de la biomasse est neutre en émissions de CO2, mises à part les quantités émises par les engins utilisés pour la culture, la collecte et le conditionnement ! Cela ne serait valable que si la croissance des végétaux utilisait immédiatement autant de CO2 qu’il en est produit par la combustion de la biomasse utilisée. C’est faux, et cette affirmation est une des très nombreuses zones d’ombre où s’abrite l’Ecologie politique. En outre la biomasse lors de sa croissance ne fait pas la différence entre le CO2 émis par la combustion des combustibles fossiles et celui émis par la combustion de la biomasse.

Au mieux peut-on espérer que cette « neutralité carbone » sera respectée, aux émissions de CO2 près des engins de culture, collecte et de conditionnement, si l’on ne brûle pas plus de biomasse qu’il n’en est créé par photosynthèse dans l’année.

La destinée normale de cette biomasse aurait été d’être consommée par des animaux, et par des microorganismes pour reconstituer l’humus des sols. On modifie donc ainsi les cycles biologiques. Il en résultera fatalement un appauvrissement des sols et une chute de leur fertilité … à laquelle les engrais chimiques permettront de remédier, enfin presque car leur production et leur usage sont loin d’être environnementalement neutres.

Le GIEC (figure 7.6 du chapitre 7 de l’Annual Report n°5) retient, pour la production d’électricité à partir de biomasse les valeurs médianes d’émissions nettes de CO2 suivantes, en tenant compte des variations d’albedo et de changement d’affectation des sols entraînées par la collecte :

0,15 tCO2/MWh pour le bois de forêt,

0,22 tCO2/MWh pour les cultures dédiées,

0,30 tCO2/ MWh2 pour le biogaz produit à partir de maïs et de lisiers, comme en Allemagne.

RTE, dans sa comptabilité des émissions de CO2 des centrales électriques françaises, prend une valeur de 0,494 tCO2/MWh pour les déchets organiques.

Dans la base « carbone» de l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME)3, on trouve page 93 pour l’utilisation du bois forestier de  0,02 à 0,04 tCO2/MWh.

Cette diversité de valeurs traduit la variété des hypothèses faites lors des études de cycle de vie. 

Si la biomasse était comptabilisée pour ses émissions directes, et non plus en fonction d’hypothèses plus ou moins gratuites sur la réutilisation par la biosphère du CO2 produit par sa combustion, la valeur à prendre serait pour du bois bien sec d’environ 430 kg de CO2 par MWh de chaleur produite4. Cela représente pour ce bois utilisé dans une centrale électrique à biomasse de rendement 30%, environ 1,4 tCO2/MWh d’électricité produite. C’est environ 40% de plus que pour du charbon utilisé dans une centrale électrique ayant le rendement moyen des centrales à charbon, soit 38 % !

C’est pourtant ce principe de neutralité carbone qui n’a de toute évidence pas de base scientifique assurée qui est appliqué par la Commission Européenne dans ses statistiques des émissions de CO2 de la production d’électricité, suivant en cela les prescriptions de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques5. Les émissions de la biomasse sont ainsi exclues de la plupart des statistiques, notamment du total des inventaires officiels de gaz à effet de serre.

Ainsi certains pays se déclarent plus vertueux que d’autres dans la défense du climat ! 

Les conséquences de l’application de cette norme internationale peuvent être des déforestations au nom de la lutte contre le réchauffement climatique, donc à l’inverse du but recherché, mais aussi le dédouanement abusif des pays utilisant de plus en plus la biomasse pour produire de l’électricité, comme l’Autriche, le Danemark et l’Allemagne6. On voit ici les dangers de l’application administrative d’une norme élaborée selon des critères idéologiques.

On ne parle guère non plus de la pollution atmosphérique produite par les centrales électriques à biomasse, d’autant plus importante que l’on mélange à la biomasse des déchets de toutes sortes, comme par exemple des broyats de pneus usagés pour élever la température de combustion et donc le rendement électrique7. En cela, les centrales à biomasse servent souvent à se débarrasser de déchets organiques8, sans vraiment se préoccuper de la pollution qui en résulte.

Les centrales électriques sont équipées de filtres, mais leur efficacité n’est pas de 100 %, en particulier pour des gaz comme les oxydes de soufre et d’azote, les dioxines ainsi que pour les particules ultrafines9 produites lors de la combustion.

La combustion de la biomasse solide, comme peuvent le constater ceux qui ont un poêle à bois, produit aussi des quantités considérables de cendres, qui diminuent l’efficacité énergétique lors de la combustion. Ensuite, il faut s’en débarrasser. Or ces cendres, comme celles du charbon, concentrent un grand nombre d’éléments dont certains sont problématiques, comme des métaux lourds10. A l’instar des cendres de charbon, elles sont utilisées principalement dans le bâtiment et les travaux publics, ou tout simplement en remblayage sans précautions particulières.

La biomasse végétale est synthétisée à partir d’eau, de CO2 et de sels minéraux. La source d’énergie utilisée est l’énergie solaire, moteur de la photosynthèse. Le rendement énergétique moyen est très faible, de l’ordre de 1 % de l’énergie solaire reçue par unité de surface de récolte. La limite de ce qu’il est possible d’utiliser pour faire de l’électricité est atteinte d’autant plus rapidement que la biomasse sert comme source de chaleur pour le chauffage et a bien d’autres utilisations, comme l’alimentation, la fabrication de textiles, la construction, et la production de «biocarburants ».

Quelques exemples montrent ce qu’il en est pour la production d’électricité :

- En Angleterre, quatre des six unités de la puissante centrale au charbon de Drax ont été reconverties en centrale à bois au prétexte de diminuer les émissions de CO2 du mix électrique anglais. Comme il était impossible d’alimenter cette centrale avec uniquement du bois produit au Royaume-Uni, une grande partie du bois utilisé vient sous forme de granulés (pellets) des forêts du Canada et des Etats-Unis11.

- Au Danemark, la reconversion des centrales à charbon en centrales à bois oblige à importer une grande partie de ce bois de Lituanie et de Russie, sous forme de pellets12.

- En France, une unité de la centrale à lignite de Gardanne a été reconvertie en centrale à bois. La collecte du bois nécessaire s’est faite jusqu’à 250 km alentour et a dû être complétée par des pellets en provenance d’Espagne et d’Italie13! La reconversion de cette centrale a été subventionnée.

- En Autriche, pays pourtant riche en forêts, des pellets viennent du Canada, des USA, de Russie.

 

La mise en œuvre pourtant encore modeste de l’utilisation de pellets de biomasse solide pour produire de l’électricité « verte » excède très rapidement les capacités de production de bois par les pays concernés et les contraint à l’importation. Ces pays s’éloignent ainsi en fait de l’autonomie énergétique, et de la neutralité carbone soi-disant recherchée. Il est loin d’être évident que cela profite au climat 14,15, ou à la pureté de l’air que nous respirons !

Certains pays, comme les Pays-Bas, ne considèrent plus la combustion de la biomasse comme « soutenable » d’un point de vue climatique16.

Les centrales hydroélectriques pilotables sont installées en aval de lacs de barrages, derrière lesquels on peut stocker de grands volumes d’eau. Leur production, 5 à 6 % de la production électrique européenne de 2017 représente en Europe environ la moitié de la production hydroélectrique totale (tableau 2) ; l’autre moitié étant assurée par les centrales au fil de l’eau, moins pilotables. Il paraît difficile d’augmenter encore ces quantités, malgré certaines projections qui indiquent que l’on pourrait doubler la production actuelle. En effet la plupart des sites favorables sont maintenant équipés. Les lacs de barrage sont en compétition croissante avec d’autres usages de l’eau, comme l’agriculture et le tourisme. Les mouvements écologistes sont hostiles à la construction de nouveaux grands barrages17 et ont même obtenu que des barrages existants soient détruits. De fait, la production d’hydroélectricité ne progresse que lentement en Europe, et il est fort douteux qu’il en soit autrement dans les prochaines années.  Il y a une limite physique à l’utilisation de l’hydroélectricité : c’est l’énergie potentielle de l’eau qu’il est possible de transformer en énergie mécanique pour produire de l’électricité. En quantité cette énergie potentielle est bornée supérieurement en valeur annuelle par la pluviométrie et l’altitude moyenne du pays considéré18.

Les ressources hydrauliques en Europe sont très inégalement réparties: les pays dont l’hydroélectricité assure bon an mal an plus de 10 % de leur production d’électricité sont les pays dotés de larges zones montagneuses suffisamment élevées : Les pays Scandinaves, Norvège et dans une moindre mesure Suède, les pays de l’Arc Alpin (Autriche, France, Italie, Slovénie, Suisse), les pays de la péninsule Ibérique (Espagne et Portugal) , les pays des Balkans et des Carpathes, Bulgarie, Grèce, Roumanie.

Les centrales électriques pilotables utilisant des sources d’énergie dites « renouvelables », à biomasse ou hydroélectriques, ne sont donc d’un point de vue quantitatif que de « petits joueurs » dans la production d’électricité européenne, et le resteront vraisemblablement dans l’avenir. Les « grands joueurs » en Europe, comme le montre le tableau 2, sont par ordre d’importance quantitative, les centrales à combustibles fossiles, principalement charbon et gaz, puis les centrales nucléaires. C’est donc essentiellement entre ces deux catégories de centrales que l’Europe devra choisir pour pallier l’intermittence de l’éolien et du solaire photovoltaïque, si elle persiste comme actuellement à en pousser le développement.

Ces centrales pilotables sont aussi indispensables pour stabiliser en permanence la fréquence du réseau, grâce à l’inertie de leurs puissants alternateurs, ce que ne peuvent pas faire l’éolien et le solaire PV.                    

Pour mieux comprendre cette nécessité des centrales pilotables, considérons d’abord le cas d’un ménage qui déciderait de se couper du réseau électrique et de ne consommer que de l’électricité produite par une éolienne (figure 4). Une fois l’éolienne installée, ce ménage constatera immédiatement que la production de cette éolienne ne correspond pas du tout à sa consommation. Bien sûr, il pourrait essayer de ne consommer qu’en fonction du cube de la vitesse du vent, mais l’exercice est en pratique impossible, d’autant plus que le profil de production ne sera pas le même d’un jour sur l’autre, ni d’un mois sur l’autre.

Il aura alors le choix entre deux solutions, ou une association des deux :

- Acheter une éolienne de puissance nominale relativement faible, dont la puissance effective ne dépassera jamais la puissance maximale consommée par ce ménage dans l’année, et un groupe électrogène - émettant du gaz carbonique (CO2), et du monoxyde de carbone (CO) pouvant être mortel en milieu confiné - qui produira quand le vent sera insuffisant pour assurer sa consommation. En fait, ce groupe électrogène devra fournir la plus grande partie de l’électricité consommée dans l’année, de l’ordre de 70 à 80 % car nous l’avons vu, le facteur de charge annuel moyen de l’éolien terrestre en Europe est de l’ordre de 25 %, c’est-à-dire que par watt de puissance nominale installée, il ne produit que 25 % de l’électricité qu’il pourrait produire dans l’année s’il fonctionnait constamment à cette puissance.

- Acheter une éolienne plus puissante, et une batterie qui stockera l’électricité produite en excès de la consommation, puis la restituera quand la consommation sera plus forte que la production, avec cependant une perte d’au minimum 20 % de l’énergie électrique initiale dans le processus de stockage-déstockage.

Il lui faudra de plus acheter des câbles de liaison et un système électronique de gestion, qui ajustera à tout instant la production du groupe électrogène ou du stockage en tenant compte de celle de l’éolienne et du besoin électrique du ménage, et transformera le courant continu en courant alternatif à la sortie du stockage. 


  

Figure 4 : Cette figure montre pourquoi, dans le cas d’un ménage coupé du réseau utilisant une éolienne pour produire de l’électricité, il lui est impossible de consommer directement cette électricité : en effet la production de cette éolienne est non pilotable et ne correspond pas du tout au profil de la consommation de ce ménage. Il lui faut donc utiliser en contrepoint, soit un groupe électrogène, qui produira en fait la plus grande partie de l’électricité, soit une batterie de stockage, soit une combinaison des deux. Un dispositif électronique pour mettre en accord en permanence production de l’ensemble et consommation du ménage sera nécessaire.

Il est évident que le coût de l’investissement pour acheter cet ensemble, et le coût de l’électricité qu’il produit, seront bien évidemment dans les deux cas très supérieurs aux seuls coûts d’investissement et de production de l’éolienne seule.

Dans le cas d’une grande ville ou d’un pays (figure 4), il est tout autant impossible de produire l’électricité consommée uniquement avec des éoliennes même en y ajoutant du solaire photovoltaïque, pour les mêmes raisons d’intermittence. Etant donné l’énormité des quantités d’électricité en jeu, le stockage ne peut à cette échelle intervenir que marginalement. Les centrales pilotables jouent ici le rôle du groupe électrogène de la maison isolée. Ainsi, les proportions d’éolien et de solaire photovoltaïque dans le mix de production électrique européen ne peuvent qu’être minoritaires, tant que les possibilités de stockage resteront ce qu’elles sont (chapitre 5).

Un système électronique de gestion très complexe est nécessaire, ainsi que quantité de nouvelles lignes électriques. En effet les zones de production d’électricité éolienne étant dispersées sur tout le territoire, il faudra les relier par de nouvelles lignes à haute tension à des zones de consommation bien souvent éloignées. Le gouvernement allemand a par exemple entrepris de faire construire des milliers de kilomètres de lignes électriques enterrées à très haute tension pour acheminer la production électrique des éoliennes installées en Mer Baltique vers les industries de Bavière, avec une très forte opposition des populations impactées qui retarde les réalisations tout autant que les problèmes techniques. 


Figure 5: Cette figure montre le cas de la production d’électricité éolienne à l’échelle d’un pays. Le profil de puissance de cette électricité ne peut pas correspondre à celui de sa consommation. Pour qu’elle soit utilisable, il faut donc la mixer avec l’électricité produite par des centrales pilotables, qui jouent le rôle du groupe électrogène de la figure 2. Des lignes à haute tension sont nécessaires pour véhiculer les grandes quantités d’électricité en jeu. La voie du stockage est ici exclue, car les capacités de stockage de l’électricité qui seraient nécessaires sont hors de portée actuellement et sans doute pour très longtemps.

Le réseau électrique doit aussi être redimensionné en puissance de manière à accepter la puissance maximale délivrée par les éoliennes, c’est-à-dire les jours de bon vent. A l’heure actuelle, l’acheminement par l’Allemagne de l’électricité des éoliennes de la Baltique vers la Bavière se fait en dérivant les puissances excédentaires vers les réseaux électriques des pays voisins19, compromettant ainsi leur sécurité. Ces pays se protègent des excès de puissance électrique en installant des transformateurs déphaseurs à la frontière.

 Là aussi le coût de l’électricité ainsi produite ne peut être que bien supérieur à celui de l’électricité produite par les seules éoliennes.

A tout cela les promoteurs de l’éolien ont longtemps répondu que les centrales pilotables n’étaient pas nécessaires : il suffisait en effet de construire des éoliennes partout pour que l’absence de production des éoliennes là où il n’y avait pas de vent soit compensée par la production d’éoliennes là où il y en avait. Selon eux le consommateur ne manquerait ainsi jamais d’électricité. Ce mantra inlassablement ressassé pendant des années par les promoteurs de l’éolien, politiques et industriels : « Il y a toujours du vent quelque part » est faux. Il sous-entend que si une éolienne est en panne de vent, il y en aura toujours une autre qui tournera quelque part pour prendre le relais et assurer la consommation. Cette éolienne miraculeuse étant située quelque part, ce quelque part peut changer d’un jour à l’autre selon les caprices du vent. Il faudrait donc énormément d’éoliennes, et ajouter au réseau électrique existant un réseau électrique démesuré les reliant entre elles. Même la production cumulée de toutes ces éoliennes n’a aucune raison de suivre fidèlement la consommation de la population.

L’examen des faits a eu raison de ce mantra, grâce à la publication depuis une dizaine d’années par les gestionnaires des réseaux nationaux de transport d’électricité, ainsi que par l’ENTSO-E pour l’Europe jusque fin 2019, de la réalité des productions d’électricité cumulées sur chaque intervalle de temps d’une heure (au pas horaire) pour l’ensemble des éoliennes reliées au réseau.  Le profil de production cumulée de toutes les éoliennes françaises, bien qu’elles soient présentes maintenant sur tout le territoire, est très variable au cours du temps (figure 1). A un pas plus petit, un quart d’heure par exemple, l’irrégularité observée est encore plus grande. D’autre part il n’y a que peu d’atténuation (le terme technique employé est foisonnement), ce qui veut dire que l’irrégularité (l’intermittence) est à peine plus faible pour cette production cumulée que pour la production de ces éoliennes considérées isolément. L’étendue géographique des phénomènes météorologiques qui affectent l’Europe en est la cause : les systèmes dépressionnaires, périodes de vent forts et donc de forte production éolienne, et les anticyclones, périodes de vents faibles et donc de faible production éolienne, ont en général des dimensions comparables à celle de l’Europe entière.

Flocard 201320 a démontré pour un ensemble de 6 pays d’Europe que le foisonnement de l’éolien était en fait très limité, et qu’il n’y avait aucune raison qu’il le soit plus à l’échelle de l’Europe.

Linnemann et al. 201921 ont aussi traité avec beaucoup d’attention ce sujet, en comparant le foisonnement éolien en Allemagne pendant l’année 2017 à celui de l’ensemble Allemagne + les 7 pays les plus proches, puis l’ensemble Allemagne + 17 pays européens connectés à l’Allemagne. Le foisonnement est croissant, mais les profils des productions éoliennes sur l’année restent étonnamment proches dans les trois cas. La puissance garantie, c’est-à-dire celle fournie par l’ensemble des parcs éoliens sur laquelle on peut compter en toutes circonstances, reste dans les 3 cas extrêmement faible, de l’ordre de 1 % de la puissance nominale totale pour l’Allemagne considérée seule, à 4 ou 5 % seulement pour l’ensemble de ces 18 pays européens.

Si les pays d’Europe n’avaient que des éoliennes pour produire leur électricité, cette production serait fortement intermittente même à l’échelle de l’ensemble de ces pays et la production garantie extrêmement faible. Aucun de ces pays ne pourrait donc porter secours à un autre pays qui serait en panne de vent, puisque cette panne aurait lieu en même temps chez lui. Par contraste, les périodes de très forte production éolienne auraient lieu en même temps dans tous les pays, ce qui provoquerait un engorgement des réseaux et la nécessité d’écrêter (en anglais to curtail) considérablement cette production pour éviter les surtensions. Il faudrait donc en pratique perdre la majeure partie de cette production, dont l’utilisation serait économiquement impossible.

La conclusion de Linnemann et al. est sans équivoque : l’essentiel de la puissance garantie en Europe ne peut pas provenir de l’éolien, même combiné à du solaire photovoltaïque, dont la puissance garantie est nulle puisqu’il n’y en a pas la nuit, mais uniquement de son parc de centrales pilotables !

La mutualisation des centrales pilotables à l’échelle européenne

La mutualisation du parc de centrales pilotables en Europe permettrait d’en diminuer dans une certaine mesure la puissance totale, par le jeu des importations-exportations d’un pays à l’autre.

C’est donc a priori une opération limitant le coût de l’investissement en centrales pilotables. En effet les puissances maximales appelées par les consommateurs des différents pays ne sont pas parfaitement en phase et certains pays disposent d’importantes marges de sécurité. En revanche, cette mutualisation est très coûteuse en investissements dans les réseaux, parce qu’elle suppose de développer et de renforcer les liaisons électriques entre les différents pays européens. Le champion dans ce domaine est le Danemark, dont la proportion d’éolien dans le mix de production électrique est la plus forte au monde. Il s’appuie pour cela en particulier sur les centrales hydroélectriques de Norvège. L’Angleterre s’appuie quant à elle sur les centrales nucléaires françaises.

Une autre façon de diminuer la puissance pilotable totale nécessaire en Europe est d’agir sur la consommation, en diminuant autant que possible la puissance des pointes de consommation. Celles-ci ont lieu vers midi et vers 19 heures solaires.

La puissance de la pointe de consommation la plus élevée de l’année «dimensionne » la puissance totale de production  dont il faut toujours pouvoir disposer. Cette pointe a lieu vers 19 heures au cours des hivers froids, lors des périodes anticycloniques qui s’étendent parfois à toute l’Europe. A cette heure-là en hiver, la puissance garantie par le solaire PV est déjà nulle. Mais en période anticyclonique, la puissance délivrée par l’éolien est aussi souvent très faible. C’est ce qui est arrivé par exemple entre le 16 et le 26 Janvier 2017, l’Allemagne étant particulièrement touchée. La puissance installée d’éolien et de solaire PV était alors, au total de la France et de l’Allemagne, de 105 GW. Leur puissance effective moyenne n’a été que de 6 GW ! Et le 23 janvier au soir, elle n‘était plus que de 500 MW, soit 0,5 % de leur puissance nominale installée !!! Il a donc fallu recourir à la quasi-totalité de la puissance pilotable disponible.

 De telles situations sont rares, mais pas exceptionnelles en Europe, qui n’est restée dans ce cas correctement approvisionnée que parce qu’elle avait eu jusque-là la sagesse de conserver la quasi-totalité de la capacité de ses centrales pilotables. L’Allemagne, qui avait déjà fermé à cette époque une bonne partie de ses réacteurs nucléaires, avait heureusement pour elle conservé toute sa puissance de centrales à charbon (houille et lignite), et même augmenté pour compenser la perte en puissance du nucléaire sa puissance de centrales à gaz ainsi que dans une moindre mesure de centrales à biomasse.

La diminution de cette pointe de consommation peut être obtenue de deux façons :

-          Par l’utilisation de stockages tampon d’électricité pouvant fournir une puissance d’électricité supplémentaire pendant une courte durée aux heures de pointes.

-          En « incitant » les consommateurs à « effacer » leur consommation dans les situations critiques, soit en les payant pour cela, dans le cas par exemple des industriels dits « électro-intensifs », comme les producteurs d’aluminium, soit en effaçant de manière autoritaire leur consommation avec des compteurs dits « intelligents », comme par exemple les compteurs Linky en France. Ceux-ci permettent entre autres aux régulateurs de l’électricité de contraindre à distance et d’étaler dans le temps les consommations des ménages.

Les réseaux ainsi équipés sont appelés smart grids.

On assiste à un développement important de ces méthodes, par exemple en Californie et en Australie du Sud, qui espèrent ainsi pouvoir résoudre les difficultés que crée pour la stabilité de leur réseau électrique un développement exagéré de l’éolien et du solaire photovoltaïque.

Ces méthodes n’aboutissent qu’à des diminutions somme toute assez faibles de la puissance totale nécessaire en centrales pilotables pour un coût très élevé. La batterie « gigantesque » d’une puissance de 100 MW et d’une capacité de 129 MWh que Tesla a vendu à l’Australie du Sud pour faire face aux graves blackouts que cette politique a entraîné dans cet Etat Australien, n’est en fait qu’une goutte d’eau dans la mer.

 

Dans les pays où l’électricité est largement utilisée pour le chauffage domestique, ce qui est le cas de la France mais aussi de la Norvège et de la Suède, l’utilisation de pompes à chaleur (PAC) alimentées par de l’électricité est aussi un moyen intéressant de réduire la puissance nécessaire en centrales électriques pilotables. Une pompe à chaleur récupère la chaleur solaire stockée dans les sols ou dans l’air, ce qui réduit dans des proportions de l’ordre de 3 la quantité d’électricité consommée par un chauffage direct par radiateurs. Il est sans doute possible en France, par la généralisation des PAC électriques dans les habitations chauffées à l’électricité, de réduire de quelques GW la puissance nominale des centrales pilotables électriques. Ce ne sera pas le cas si les PAC électriques remplacent le fuel et le gaz actuellement utilisés pour le chauffage.

Linnemann et al. insistent sur l’importance pour chaque pays européen de conserver par précaution l’essentiel de sa puissance pilotable totale actuelle. Car nul pays n’est à l’abri d‘une défaillance chez son voisin. Mais aussi chez lui, comme l’illustre le cas du Royaume-Uni. Celui-ci a beaucoup développé l’éolien, en particulier en mer (voir chapitre 9). Mais il a dû redémarrer une grosse centrale à charbon en Août 2020, lors de la vague de chaleur qui a submergé l’Europe. Elle s’est en effet accompagnée d’une panne de vent, et la production éolienne a été presque nulle. Ses centrales à gaz ont aussi vu leur rendement diminuer, l’air étant trop humide 22. 

Comme le montre le tableau 3, le développement des non-pilotables, éolien et solaire photovoltaïque, en Europe des 28 ne s’est pas accompagné d’une réduction de la puissance totale des centrales pilotables, mais bel et bien de leur augmentation substantielle, dans un contexte où depuis 2010 environ la consommation électrique est restée peu ou prou la même 23. C’est une démonstration implacable de l’incapacité des ElRi à fournir à elles seules cette consommation. Et une mise en évidence du caractère très aventureux du mantra « une électricité 100 % renouvelable, c’est possible », qui est celui en France de l’ADEME et de l’association Négawatt, ou encore des compagnies24 qui prétendent vendre de l’« électricité verte », éolien et solaire photovoltaïque, mais qui en réalité revendent essentiellement de l’électricité nucléaire achetée à prix d’ami à EDF.

 

 

2000

2012

2017

Évolution 2000/2017

Nucléaire

     137 337 MW

123 183 MW

120 884 MW

 

Fossiles

     401 342 MW

497 387 MW

455 115 MW

 

Hydro

     139 014 MW

149 276 MW

155 118 MW

 

Géothermique

            604 MW

       781 MW

        848 MW

 

Total pilotable

     678 297 MW

770 627 MW

 731 965 MW

  + 53 668 MW

Eolien

       12 709 MW

106 110 MW

 168 933 MW

 

Photovoltaïque

            177 MW

  70 991 MW

 106 708 MW

 

Total non-pilotable

       12 886 MW

177 101 MW

  275 641 MW

  + 262 755 MW

Solar thermique

                 0 MW

     2002 MW

      2306 MW

 

Houle/marémotrice

             214 MW

       225 MW

         242 MW

 

autres

             229 MW

       774 MW

         843 MW

 

Total

      691 626 MW

950 729 MW

 1010 997 MW

  + 319 371 MW

Tableau 3 : capacités opérationnelles des centrales électriques de l’EU 28 de 2000 à 2017. On remarquera que la puissance totale en fossiles est nettement supérieure à celle indiquée par les sources du tableau 2. Cela semble dû à la prise en compte ici des centrales à combustibles fossiles privées, c’est-à-dire non branchées sur les réseaux publics de distribution d’électricité, qui représentent une part importante de la production d’électricité dans certains pays (10% en Allemagne ?) Source : https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=File:Maximum_electrical_capacity,_EU-28,_2000-2017_(MW).png

La puissance totale de centrales pilotables en Europe, qui avait notablement augmenté entre 2000 et 2012, a un peu baissé entre 2012 et 2017, suite à une diminution des marges de sécurité et d’un recours accru à l’effacement de la consommation des industriels électro-intensifs. Le gestionnaire du réseau européen ENTSO-E s’en est ému dans son Winter-Outlook 2019/202025 en raison de la menace pesant ainsi sur la sécurité de l’alimentation électrique en Europe en cas d’hiver très froid.

Cette évolution des capacités pilotables européennes doit enfin être interprétée à la lumière de ses nouvelles interconnexions qui lui permettent à la fois de refouler ses excédents aléatoires toujours plus loin et de sécuriser son alimentation grâce à la construction de nouvelles centrales à charbon et à gaz dans des pays qui ne dépendent pas de la taxe carbone sur les énergies fossiles23.

 

Chapitre 4 - L’éolien et le solaire photovoltaïque « cannibalisent » les centrales pilotables qui leur sont associées !

Si en EU 28 le total des capacités pilotables a en fait augmenté en même temps que celui des capacités non-pilotables d’éolien et de solaire photovoltaïque, ce n’est pas le cas dans tous les pays d’Europe, dont certains ont diminué leurs capacités de pilotables (tableau 4). Par le jeu des importations-exportations d’électricité, ils ont eu recours à la mutualisation, en s’appuyant sur les capacités pilotables de leurs voisins pour gérer leur éolien et leur solaire. Cas entre autres de l’Italie, du Royaume-Uni, qui profitent du nucléaire français, et de l’Autriche qui profite du charbon allemand.

L’Espagne a dû par contre développer fortement ses capacités en centrales pilotables, en l’occurrence à gaz. Ses connections vers l’Europe, via la France, ont eu jusqu’à présent une puissance insuffisante pour pouvoir compter sur les centrales pilotables de ses voisins.

 

 

Pays

Pilotable 2010

Pilotable 2020

Eolien+PV 2010

Eolien+PV 2020

Allemagne

100, 3

112

  43,2

107,6

Autriche

  20

 16,4

    1

    4,5

Danemark

   8,9

   8,7

    3,8

    7,1

Finlande

 14,8

 14,4

    0,2

    2,2

France

115,9

107,5

   0,2

  24,9

Espagne

  67,5

  74

 23,9

  32,9

Italie

  96,5

  78,1

   9,3

 15,1

Irlande

   6,7

   7,3

   1,6

   1,9

Pologne

  31,9

 36,4

   1,3

   3,8

Royaume-Uni

  77 (2011)

 62 (2018)

 11 (2011)

 43 (2018)

Norvège

  31,3

 30

   0,5

     3

Tableau 4 : évolution des puissances en centrales pilotables et non pilotables entre 2010 et 2020, en GW, pour quelques pays européens. Noter que pour le Royaume-Uni les dates sont 2011 et 2018. Source ENTSO-E.

Le Danemark est le plus bel exemple de ce jeu de l’importation-exportation d’électricité. Ce pays a la plus forte proportion d’électricité éolienne au monde dans son mix électrique. Son fleuron Vestas, n°1 mondial des fabricants d’éoliennes, a produit 5 % du PIB danois en 2018.

En 2018 le Danemark était importateur de 15% de sa consommation d’électricité, et exportateur de  31% de sa production.

Année après année, la courbe de ses exportations d’électricité épouse celle de sa production d’électricité éolienne. Quand le vent souffle suffisamment, il exporte de l’électricité vers ses voisins nordiques, permettant à ceux-ci de garder de l’eau dans leurs centrales hydroélectriques. Par vent insuffisant, il en importe de l’hydroélectricité (Norvège) ou de l’électricité nucléaire (Suède), ou même de l’électricité produite par des combustibles fossiles (Allemagne). Ce qui ne l’empêche pas d’avoir recours à des centrales à combustibles fossiles et à biomasse et d’avoir ainsi une « empreinte carbone » de sa production d’électricité non négligeable (figure 10, chapitre 6).

Ce n’est en fait que grâce à l’intensité de ces échanges au sein du réseau électrique nordique, dans lequel la production danoise ne représente que 7%,  que le Danemark a pu accroître considérablement la proportion d’éolien dans son mix électrique sans faire croître la puissance de ses centrales pilotables, et même en la diminuant un peu,  puisqu’il a utilisé les centrales pilotables de ses voisins pour compenser les fluctuations de son éolien. Il a ainsi acquis une image injustifiée de « vitrine de l’énergie renouvelable ». Image qu’il paye d’ailleurs du douteux privilège d’avoir le prix de l’électricité pour les ménages le plus cher d’Europe, partagé avec l’Allemagne (figure 13, chapitre 9).

En 2011 le président de Vestas attirait l’attention sur l’importance pour le Danemark de la vitrine mondiale que représentait son système électrique, et demandait au gouvernement de reconsidérer les nouvelles normes censées mieux protéger les riverains des risques que leur faisaient courir ces éoliennes, au prétexte qu’elles affaibliraient l’industrie éolienne danoise1. Soit en somme de sacrifier la santé de ces riverains à l’économie !

Une comparaison intéressante est celle du Danemark avec l’Irlande. Il s’agit de pays ayant des populations et des consommations d’électricité voisines, mais dont l’un, le Danemark, est très connecté avec les pays voisins, tandis que l’Irlande l’est beaucoup moins. L’Irlande, ne pouvant comme lui aller solliciter ailleurs en Europe des centrales pilotables, a dû installer des centrales à gaz, pour ne pouvoir obtenir cependant qu’une augmentation modérée de ses ElRi.

La France a un peu diminué sa puissance de centrales pilotables et augmenté sa puissance d’ElRi. Mais elle a ainsi diminué ses marges de sécurité et s’est mise ainsi en danger de ne plus pouvoir produire assez d’électricité lors d’un hiver très froid et peu venté.

Il convient cependant de rappeler que le remplacement de l’usine d’enrichissement d’uranium G. Besse 1 (arrêtée définitivement en 2012), par G. Besse 2 lui a fait économiser la production des 3 réacteurs du Tricastin qui étaient affectés à G. Besse 1 puisque cette dernière, qui utilisait la technique d’enrichissement par diffusion gazeuse, réclamait une puissance de 3000 MW contre 50 fois moins pour la technologie par centrifugation de G. Besse 2. Cette réduction significative de la consommation de l’industrie nucléaire au profit des consommateurs français reste d’autant moins connue du grand public que le gouvernement français et les médias de l’époque ont eu en quelque sorte honte de la mentionner, peut-être de peur d’apparaître dire du bien du nucléaire, et que RTE publie ses statistiques de consommation nette « hors soutirage du secteur de l’énergie ».

Les ElRi, si elles étaient les seules sources d’électricité en Europe, de par leurs variations incessantes et aléatoires de puissance, ne seraient tout simplement nulle part utilisables telles quelles en Europe. Non seulement leur profil de puissance ne coïnciderait jamais avec celui de la consommation, mais il serait impossible de gérer, non seulement les « pannes de vent », du fait de la faiblesse des puissances garanties, mais aussi les énormes puissances générées lors des jours de vent fort et de fort ensoleillement, sauf à écrêter ces énormes puissances par une mise à l’arrêt et la déconnection d’une très grande partie des éoliennes et des panneaux solaires, ou encore à utiliser ces excès de puissance électrique pour autre chose que l’alimentation électrique des consommateurs, par exemple production d’hydrogène par électrolyse, production d’eau chaude…, mais encore faudrait-il que cela soit physiquement faisable à grande échelle et   économiquement viable, ce qui est loin d’être actuellement le cas (chapitre 5).

Sans aller jusqu’à ces extrêmes, le taux de pénétration croissant de l’éolien et du solaire photovoltaïque dans le mix électrique européen pose déjà de gros problèmes aux centrales pilotables qui sont pourtant nécessaires à leur fonctionnement (figures 6 et 7).