Ordres de grandeur, premiers pas

Cher(e) Ami(e),

Dans le cadre d’une approche raisonnable et structurée des différentes possibilités de produire de l’énergie durable, il n’est pas possible d’éviter de se rappeler quelques ordres de grandeur de production et de consommation, au niveau national et au niveau des sites résidentiels en France.

Tout d’abord il faut intégrer dans tous nos raisonnements futurs, en toile de fond, que la production énergétique n’est pas une option : nous consommons de l’énergie et donc nous devons en produire. Lorsque nous nous opposons à un projet de production énergétique, nous entérinons d’une certaine manière la production actuelle, et cette production actuelle doit aussi faire l’objet d’une critique. Contrairement à d’autres domaines d’activités, nous sommes en présence d’un besoin que nous assouvissons quotidiennement et qui est de première nécessité. Ce besoin génère des conséquences sur lesquelles nous devons prendre position individuellement. Ce besoin nous oblige. Notamment une approche critique où nous opposons aux porteurs du projet de production, des « principes » ou des « habitudes » en oubliant d’analyser avec la même rigueur ce qui se fait actuellement, n’apporte aucune solution durable aux défis actuels que sont :

  • la chute brutale de la biodiversité sur les 2 derniers siècles,
  • l’accumulation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère depuis 1850,
  • l’accumulation des déchets nucléaires,
  • la pollution de nos communs (air, eau, terre),
  • la perte d’autonomie de chaque génération à construire son proche futur, et à en être responsable.

Toute approche raisonnable nécessite de comparer le futur à l’existant.

Comme base de réflexion, pour les données nationales je vous propose de travailler à partir de l’excellente synthèse du bilan énergétique de la France métropolitaine en 2017, réalisée par le Commissariat général du développement durable et disponible sur ce lien :

bilan énergétique de la France métropolitaine en 2017

Au travers de ce diagramme disponible dans ce bilan :

BilanFrance2017

Nous constatons que :

  • 259,3 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep) ont été nécessaires à l’activité des métropolitains. C’est ce que nous avons ponctionné pour nous-mêmes à la planète et tout au plus 10,72 % de cette énergie est renouvelable ;
  • presque 40 % de cette énergie n’a pu être valorisée, notamment suite aux consommations des flottes navales et aériennes qui nous la livrent, et aux rendements des systèmes de production ;
  • seuls 27,8 Mtep viennent de notre territoire soit 10,72 %. Tout le reste est extérieur à notre territoire notamment l’uranium qu’utilise Cogema ;
  • 83,8 Mtep, soit 80 % de la production nucléaire n’est actuellement pas valorisée, notamment nous valorisons très peu la chaleur de nos centrales nucléaires ;
  • 157 Mtep ont été disponibles (conso + solde exportateur d’électricité) pour une valorisation énergétique et non énergétique. Cette valeur est une valeur brute et elle ne prend pas en compte les pertes d’acheminement des réseaux électriques et gaz pour amener cette énergie au lieu de consommation. Elle ne prend pas en compte non plus le rendement d’usage des appareils utilisés. Ces éléments seront à intégrer dans notre réflexion lorsque nous aborderons notre capacité à produire et à consommer localement, et lorsque nous comparerons l’efficacité des appareils électriques et gaz pour un usage donné (production de chaleur, de mouvement, etc…).

Nous sommes donc extrêmement dépendants :

  1. des énergies fossiles,
  2. des autres pays et notamment de notre capacité à sécuriser nos sources d’approvisionnement. Le nucléaire ne change rien à notre capacité à être indépendant. Notre dépendance territoriale énergétique est de 89 %, à ce niveau quelle dépendance politique peut-on réellement prétendre ?

De ce point de vue, les révolutions que nous devons mener pour être indépendants et nous développer avec des énergies durables sont donc très importantes, et elles devraient dépasser largement la volonté de personnes à défendre leurs habitudes, et à défendre les cercles qui les valorisent à leurs propres yeux et au yeux des autres.

Au niveau des foyers, notre référentiel sera le rapport provenant de la commission de régulation de l’énergie concernant « les marchés de détail de l’électricité et du gaz fossile » (le titre exact est « du gaz naturel », mais ce vocable est un leurre sémantique qu’il convient de dénoncer et de remplacer par « du gaz fossile »), 4ième trimestre 2017.

Selon ce rapport il y avait au 31 Décembre 2017, 32,396 millions de sites résidentiels qui ont consommé 153,3 TWh (Tera-Watt-heure) soit 4 723 kWh/site résidentiel. Cette consommation électrique totale exprimée en millions de tonne d’équivalent pétrole (Mtep) représente 13,182 Mtep électrique (1 tep = 11 630 kWh). Cette valeur est à comparer au 153,6 Mtep consommés en métropole. De cette valeur, on constate que l’enjeu qui consiste à mettre en place une production électrique renouvelable est louable mais bien insuffisante. Notre attention individuelle et notre exigence citoyenne devraient largement dépasser ce référentiel souvent mis en avant par les vendeurs de modules photovoltaïques, d’éoliennes et d’installation micro-hydrauliques, qui ramène leur production à un nombre de foyer. C’est parlant mais pas suffisant.

Concernant le gaz fossile, la consommation des sites résidentiels est de 121,5 TWh pour 10,673 millions de foyers. Ainsi chaque foyer abonné au gaz fossile consomme 11 383 kWh. En sommant les deux consommations électrique + gaz fossile, on constate que les sites résidentiels consomment 23,63 Mtep pour leurs divers usages : cuisson, chauffage, eau chaude, éclairage et divers appareils électriques.

Si l’on ajoute les 13.88 Mtep de fioul domestique utilisé en Métropole (correspondant à environ 15 milliard de kilo de fioul domestique par an), on constate que la consommation résidentielle totale en énergie est de l’ordre de 37.51 Mtep (bois-énergie non pris en compte).

Ceci représente seulement 24.42 % de la consommation finale (153,6 Mtep). Le segment résidentiel n’est pas à négliger dans le cadre de la mise en place d’une production énergétique durable, mais la encore notre ambition doit être plus importante.

Cette consommation ramenée au nombre de site résidentiel électrique (tout le monde a un compteur électrique), nous fait prendre conscience que chaque site résidentiel consomme 13 466 kWh.

Ceci étant établi, rappelons nous quelques ordres de grandeur de production possible dans le domaine des énergies renouvelables :

  1. 100 hectares irrigués de culture énergétique peuvent produire 6000 tonnes de matière brute d’ensilage de maïs, et 1000 tonnes de matière brute d’inter-cultures. Si l’on méthanise ces cultures dans une installation de méthanisation, il est possible de produire 630 tep de « gaz renouvelable », ou 266,55 tep d’électricité (3,1 Mwh/an) sans valoriser la chaleur produite par le cogénérateur (stratégie identique aux centrales nucléaires).
  2. Sur 100 hectares il est possible de mettre en place au sol 378 000 modules photovoltaïques fixes de 350 Wc, soit une unité de 132 300 kWc (kilowatt-crête). Avec une production annuelle moyenne de 950 kWh/kWc par an (pertes comprises), la production électrique est de 125,685 GWh/an (Giga-Watt-heure), soit 10 807 tep d’électricité (0,010807 Mtep). Voir pour exemple, la centrale photovoltaïque à Cestas (Gironde) réalisée avec des modules de 305 Wc dont la production au kWc est de 1183 kWh/kWc et dont le nombre de module par hectare est de 3 783 : Centrale de Cestas PV_ex1
  3. Sur 100 hectares il est également possible de mettre en place environ 15 éoliennes¹ de 600 kW électrique dont la hauteur des mâts est de 50 mètres avec un diamètre des pales de 45 mètres. Avec une production moyenne de 2200 heures par an, la production électrique est de 19.8 GWh/an, soit 1 703 tep d’électricité (0,0017 Mtep). Cette emprise n’empêchant pas la culture de plantes pour une unité de méthanisation, on peut ajouter au 1 703 tep d’électricité, une partie de la production précisée au point 1.
  4. 100 exploitations agricoles de production de lait de 150 vaches laitières chacune, peuvent produire en méthanisant à la ferme leurs effluents d’élevage (lisier+fumier), 6 397 tep d’électricité sans valoriser la chaleur produite. Cette production peut être réalisée à l’aide d’un cogénérateur de 100 kWe sur une unité du type VALOKIT (témoignage).

En supposant que l’on puisse équiper 5 % de la surface agricole de la France, soit 1,45 millions d’hectare (14 500 km2) avec les solutions renouvelables précédentes, on pourrait installer 14 500 unités de « 100 hectares » soit produire :

  • 9,135 Mtep de « gaz renouvelable »
  • 3,865 Mtep d’électricité renouvelable de méthanisation
  • 156,70 Mtep d’électricité photovoltaïque (4.734 milliards de modules de 350 Wc produisant 1100 kWh/kWc)
  • 32,625 Mtep d’électricité éolienne (217 500 éoliennes de 50 mètres de mat et des cultures énergétiques entre elles)

à comparer au 153,6 Mtep de consommation finale en France métropolitaine.

Pour mémoire la surface agricole représente un peu plus de 54% du territoire national ainsi 5 % de la surface agricole représente  environ 3 % du territoire national et 14.71% de la surface en herbe. Il ne s’agit pas dans cet article de démontrer que la solution pour produire de l’énergie durable est d’utiliser cette surface mais de se rendre compte que certaines technologies sont particulièrement efficaces lorsqu’elles ont la possibilité de se développer sur de grandes surfaces, d’autant que pour le solaire les surfaces peuvent également êtres sur des toitures et des murs verticaux.

30 % des exploitations de 150 vaches laitières, soit environ 400 exploitations peuvent produire avec leurs seuls effluents d’élevage :

  • 0,25 Mtep d’électricité renouvelable.

à comparer au 153,6 Mtep de consommation finale en France métropolitaine cela est faible. Or pour les exploitations plus petites il est difficile d’envisager des solutions pérennes et rentables pour les agriculteurs. Il y a là une difficulté réelle à la démocratisation et à la pertinence des unités à la ferme, si l’on ne prend en compte que l’aspect énergétique. Le fait est que la pertinence des unités de méthanisation à la ferme se consolide par d’autres effets induits comme le traitement des effluents (baisse des odeurs), l’économie d’engrais minéraux (diminution de l’empreinte carbone), et la diminution d’émanations naturelles de gaz à effet de serre de ces effluents lors du stockage et de l’épandage sur les champs de ceux-ci.

De ces quelques chiffres, il est possible de constater que :

  1. la production électrique photovoltaïque est la plus pertinente en terme d’emprise au sol, et même un mixte éolien/cultures ne peut rivaliser avec cette solution à surface d’emprise égale. Il est étonnant que cette réalité ne soit pas plus partagée !
  2. des « lignes » d’éoliennes pour produire de l’électricité peuvent être pertinentes mais pas des champs (mieux vaut le photovoltaïque dans ce cas) ;
  3. la production de « gaz renouvelable » est peu pertinente à partir de cultures, rejoignant les conclusions déjà posées sur les bio-carburants qui sont une contre-référence notoire en terme de production durable. Il n’y a rien d’étonnant car le rendement énergétique de conversion du rayonnement solaire en biomasse est faible (1 à 1.5% maximum), bien plus faible qu’un module photovoltaïque contemporain (cela fera l’objet d’un futur article) ; biocarburants, génération 1 et 2, rien ne va !

Ces ordres de grandeur seront à la base de quelques réflexions futures. Gardons les en tête lorsque nos politiques, et les représentants des sociétés énergétiques du CAC 40 communiquent sur la nécessité que « rien ne doit bouger trop vite ».

A surface d’emprise équivalente, la production électrique photovoltaïque est 17 fois plus pertinente que l’injection biométhane (gaz renouvelable) de cultures énergétiques, 40 fois plus pertinente que la production électrique par cogénération de cultures énergétiques, 4.8 fois plus pertinente que l’éolien+injection de biométhane.

E.D.F

¹Pour éviter des turbulences entre les éoliennes d’un même parc il faut prévoir 4 à 6 fois le diamètre du rotor entre 2 éoliennes d’une même rangée, et 6 à 9 fois le diamètre du rotor entre 2 éoliennes de rangées successives. Ainsi sur un carré de 1000 m x 1000 m (soit 100 hectares, 100 x 10000m2) il est possible de mettre 3 rangées de 5 éoliennes dont le rotor est de 45m.

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