Notre électricité en 2050 : la production en berne

Éclairage signéSerge Gil, ingénieur hydraulicien et ancien chef de services techniques et de sécurité au Commissariat à l’Energie Atomique (CEA).

Deuxième partie : la production en berne

Où en serons-nous avec nos besoins en électricité en 2050 ? De quels moyens disposerons-nous pour les satisfaire ? Quel est le scénario le plus probable des 30 ans à venir ?

Nous avons vu dans une première partie, l’estimation des besoins (rappelons-le: en ordre de grandeur). Aux 475 TWh consommés en 2019[1] , il faudrait ajouter 250 TWh dont 240 dus aux règlementations relatives aux véhicules et chauffage-climatisation. Soit 725 TWh en 2050. Valeur hors production d’hydrogène (voir 1ère partie).

Il s’agit alors d’examiner les possibilités de couverture de ces besoins, en fonction de l’évolution des disponibilités de production et notamment de l’arrêt pour vieillissement des centrales nucléaires et de l’accroissement des énergies dites « vertes » ou EnRI (Energies Renouvelables Intermittentes).

N.B.: 1/ Ne pas s’effrayer avec les chiffres! Indispensables pour être juste, mais la seule unité à connaître est le kWh (kilowattheure[2] ) et surtout, à l’échelle de la France, le térawattheure : 1 milliard de kWh.

2/ Il est capital de noter que les estimations ci-après ne sont que des ordres de grandeur. Les chicayas, fusse sur des térawattheures, n’en changeront pas les conclusions.

3/ Le propos de l’étude n’est pas de juger des avantages respectifs des sources de production mais de les quantifier puis d’en juger des possibilités, en fonction de l’estimation des besoins.

Les données actuelles

Le cap de la transition écologique à ce jour est donné par le discours du Président de la République du 27.11.2018 évoquant une « réduction du nucléaire dans le mix énergétique d’ici 2050… J’aurais aimé le faire dès 2025. Nous maintenons le cap des 50% mais repoussons l’échéance à 2050… Quatorze réacteurs de 900 MW[3] seront arrêtés en 2035″. Fin de citation. On est loin des 50% en 2035 prévus au Plan Climat de M. Hulot ou de la suppression totale du nucléaire envisagée par certains en 2050.

Restons sur la directive actuelle de 50% (scénario N03 du rapport RTE« Futurs énergétiques 2050 » et regardons, en fonction de l’évolution de nos besoins, comment trouver les 50 autres pourcents.

La production électrique totale en 2019 a été de 537 TWh, toutes sources confondues et notre consommation de 475 TWh. La différence représente d’importantes exportations vers les pays voisins (importations moins de 1 %, solde positif de l’ordre de 60 TWh) et quelques pertes en réseau.

Répartition par type de sources et rapportée à la consommation de 475 TWh:

Nucléaire Hydraulique Eolien Solaire Biomasse Gaz Charbon/Fuel Total
70,6 % 11,2 % 6,3 % 2,2 % 1,8 % 7,2 % 0,7 % 100 %
335 TWh 53 TWh 30 TWh 11 TWh 9 TWh 34 TWh 3 TWh 475 TWh

Le graphique ci-dessous, base de nos commentaires, applique ces proportions aux 475 TWh. Il traduit visuellement l’évolution nécessaire des besoins (hors production d’hydrogène) de 2020 à 2050. Il est établi sur des puissances disponibles (pondérées par les facteurs de charges[4] ), par opposition aux puissances installées, nominales ou de crête. Pour 2050 les besoins s’élèvent à 725 TWh. L’évolution 2020 à 2050 est figurée linéaire pour simplification, l’objectif réel étant la situation en 2050.

L’évolution de la production

Reprenons les directives de M. Macron, même si elles sont (vraisemblablement) susceptibles d’évoluer ou d’être remises en cause, de limiter à 50 % l’électricité d’origine nucléaire en 2050.

La France disposait en 2019 de 58 réacteurs nucléaires pour 335 TWh. La réduction à 50% de nos besoins en 2050 impose de limiter la production à 360 TWh, valeur très proche du parc actuel, appelé donc à être pratiquement remplacé.

Outre l’arrêt des réacteurs prévus en 2035, la durée de vie des autres installations est, par hypothèse, limitée à 55 ans, soit une prolongation de 10 ans et un sursis de 5 ans, si accord de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN). La décroissance du parc actuel apparaît sur le graphique en barres bleues.

Y figurent en 2020 l’arrêt des 2 réacteurs de Fessenheim (à 47 et 48 ans !) et en 2023 l’apport de l’EPR de Flamanville. Possibilité d’aller à 60 ans pour certains réacteurs, voire plus (peu probable).

L’hydraulique est et restera stable à environ 50 TWh/an. Les EnRI ont fourni 48 TWh en 2019. Elles devront en fournir 315 en 2050 soit 6,5 fois plus. Le charbon comme le fuel, sont exclus dès 2024 ou 25. Le gaz est impératif pour l’appui des éolien et solaire et proportionnel à leur capacité (env. 20%).

Il devra être, en plus, susceptible de compenser d’éventuelles faiblesses des autres sources, notamment si le parc nucléaire actuel n’est pas entièrement renouvelé au fil des 28 prochaines années ou si les EnRI sont insuffisantes.

Trois points essentiels évidents sur ce graphique:

1/ Même limité à 50% du total, le parc nucléaire devra être pratiquement renouvelé dans sa totalité hors les réacteurs de Civaux et Flamanville, produisant de l’ordre de 30 TWh/an. Reste à construire l’équivalent de 330 TWh. Un EPR de 1600 MW produit 10,5 TWh/an, c’est donc plus de 30 EPR à construire en 28 ans. Un seul est en cours[5] .

2/ Donc, si le nucléaire en 2050 assurait la moitié des besoins (360 TWh), avec les 50 TWh fournis par l’hydraulique, les autres renouvelables (intermittents) devraient assurer le complément de 315 TWh.

La biomasse (7,7 TWh en 2019), que dans une étude, l’ADEME appelle « Combustibles solides biosourcés »), est contestée: combustion de bois d’arbres importés (qui brulent en 30 mn et mettent 30 ans à pousser), polluante (de l’ordre de 430 g de CO2/kWh) mais pourrait atteindre les 20 à 25 TWh en 2050.

L’éolien, terrestre ou en mer, étant progressivement contesté en France, remis en question dans quelques pays voisins et les sites exposés diminuant, on peut estimer que la répartition de production éolien/solaire s’orientera vers 1/3 pour 2/3. Il faudrait alors 95 TWh en éolien et 190 en photovoltaïque. Il faut 1 000 éoliennes de 3 MW[6] pour obtenir 6,5 TWh/an. Donc près de 15 000 éoliennes pour couvrir ces besoins.

En photovoltaïque, en 2020, 10 400 MWc installés ont produit 10 TWh. Pour en produire 190, il faudra disposer de l’ordre de 200 000 MWc[7] . A raison de 2 ha en moyenne pour 1 MWc, il faudra couvrir 400 000 ha (4 000 km²). Plus que la superficie du département de Vaucluse ou 650 000 terrains de football.

3/ Le gaz, pourtant banni, figure sur le graphique comme une énergie « accessoire », qui s’avèrera capitale comme nous le verrons dans la troisième partie de cette étude. C’est en fait une triple « roue de secours », à la fois pour effacer les caprices du vent et du soleil, faire face aux pointes de consommation et remplacer les réacteurs et EnRI qui n’auraient pas été (ou ne seront pas) construits en temps utile.

Si l’on doit disposer de 20 % d’appui aux renouvelables (soit 63 TWh), à 500 MW installés par centrale (3,3 TWh/an), déjà une vingtaine et selon l’absence de nucléaire ou d’EnRI, quelques ou beaucoup d’autres, en plus des 11 existant à ce jour (34 TWh en 2019) supposées prolongées.

Reste à voir (3ème partie) ce qui, en bonne logique, sera effectivement réalisable…

—————————–

 

[1] L’année 2020 a vu une sensible diminution liée à une baisse d’activité due à la pandémie.

[2] Un kWh est la consommation d’un appareil d’une puissance de 1 kW (kilowatt), aspirateur ou un petit radiateur, fonctionnant 1 heure. Multiples: méga MWh = mille kWh, giga GWh = 1 million de kWh, téra TWh = 1 milliard de kWh.

[3] On suppose, dont les 2 de Fessenheim arrêtés en 2020 (1 MW = 1000 kW).

[4] Rapport de la production réelle à la puissance installée (nominale ou de crête). A savoir 0,75 pour le thermique dont le nucléaire (arrêt d’un an tous les 10 ans), 0,25 pour l’éolien terrestre et 0,3 pour l’éolien en mer et 0,15 pour le photovoltaïque. L’énergie fournie en 1 an est le produit de sa puissance nominale par son facteur de charge et par 8760 h/an. Un EPR produit 1600 MW x 0,75 x 8760 h/an = 10,5 TWh/an. Mille éoliennes à terre de 3MW : 3 MW x 1000 x 0,25 x 8760 = 6,5 TWh, 2 ha de solaire = 1MWc soit 2000 ha =1000 MWc : 1000 x 0,15 x 8760 = 1,3 TWh

 

[5] Noter en bas à droite du graphique ce que représente la production d’un seul EPR de 1600 MW

[6] Il s’agit de la puissance installée, le rendement moyen (facteur de charge) étant de l’ordre de 0,25 en éolien à terre

[7] Il s’agit de la puissance installée, le rendement moyen (facteur de charge) étant de l’ordre de 0,15 en solaire

commentaires

COMMENTAIRES

  • Le gaz semble indispensable vu le délai de construction des centrales nucléaires, une centrale à cycle combiné gaz est beaucoup plus vite réalisée, et vu le back-up nécessaire des intermittents croissants. Le biogaz sera toujours très limité. Alors l’actualité nous incite à poser la question: y aura-t-il assez de gaz pour tout le monde, et est ce que le pic gazier ne va pas arriver avant 2050? Les gisements européens sont tous en déclin, les USA se maintiennent grâce au gaz de schiste (pour combien de temps?), la Russie est depuis longtemps sur un plateau, les autres ex pays d’URSS augmentent leur production et le moyen orient ne faiblit pas. Le gaz est difficile et coûteux à transporter, on ne construit pas un pipeline en 6 mois, une navette de méthaniers demande des usines de liquéfaction, des terminaux portuaires avec stockage et re-gazéification, tout ça n’est pas souple. Par ailleurs l’existence de réserves importantes ne veut pas dire que le débit ne va pas se réduire. On se demande parfois si l’urgence n’est pas le captage et séquestration du carbone dans les fumées pour continuer à taper quelques temps dans le tas de charbon! La neutralité carbone pour 2050 est peut-être un vœu pieux.

    Répondre
  • L’article indique : « hors hydrogène ». Mais si celui-ci est pris en compte la projection pour 2050 devient complètement différente : déjà par exemple en remplacement de l’électricité pour du chauffage et pour des voitures électriques.Le méthane qui apparait suivant l’auteur comme « la roue de secours » à la pérennisation de la structure de la consommation actuelle, serait alors utilisé à la production d’hydrogène bleu. De même pour le charbon, via sa transformation en hydrocarbures suivant le procédé Fischer-Tropsch. Ceci peut s’effectuer rapidement, à la différence de l’hydrogène vert et de nouvelles centrales nucléaires.Pour celles-ci le temps serait mieux utilisé à développer la filière au thorium bien plus sure que celle à l’uranium.

    Répondre
    • allez voir ce que dit Jancovici sur l’hydrogéne
      idem sur le thorium

      quant a dire que le filière uranium n’est pas sûre c’est faux car les centrales nucléaires ont tues 10 fois moins de gens que les barrages et pourtant on ne voir pas de comite ou de marches contre les barrages !

      Répondre
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