Quelle énergie ?

Cher(e) Ami(e),

Après une première sensibilisation sur les ordres de grandeur de notre production et de notre consommation énergétiques en France métropolitaine dans cet article :

Ordres de grandeur, premiers pas

je vous propose aujourd’hui que nous réfléchissions sur la pertinence énergétique globale des diverses énergies que nous avons à notre disposition pour répondre à nos besoins énergétiques quotidiens dans les domaines résidentiel et professionnel.

Comme vous le savez très certainement, l’énergie que nous consommons en France vient essentiellement de l’usage d’électricité, de gaz fossiles (butane, propane,..), de carburants fossiles (essences, diesels, kérosènes), et de bois, et ce qui importe n’est pas la quantité d’énergie que nous produisons mais la quantité d’énergie que nous consommons. Cette réalité nous oblige lorsque nous nous intéressons à l’énergie du futur à prendre en compte :

  • le rendement de production ;
  • le rendement d’acheminement au lieu d’usage ;
  • le rendement de stockage ;
  • et le rendement d’usage (rendement des appareils utilisés).

En d’autres termes, si l’on prend en compte qu’il n’y a aucune perte de transport ni de stockage, entre le lieu de production de l’énergie et le lieu de consommation, il y a équivalence entre une énergie qui a un rendement de production de 50% et un rendement d’usage de 90%, et une autre énergie qui a un rendement de production de 90% et un rendement d’usage de 50%. Au bout du bout, pour 1000 kWh que vous aurez consommés effectivement pour vous transporter, ou plier une tôle, ou chauffer de nombreux cafés, 2222 kWh auront du être produits dans ce cas (2222 kWh = 1000 kWh/ 50%/ 90% = 1000 kWh/ 90%/50%). Et si aujourd’hui nous allons prendre le temps de traiter de ce sujet c’est tout simplement parce que de nombreux acteurs lors de leur communication oublient tout simplement les pertes de transport, les pertes de stockage, et les rendement d’usage des appareils que nous utilisons lorsqu’ils font la promotion de leurs  solutions énergétiques « renouvelables ». Or oublier ces divers niveaux de perte, engendre des achats et des choix énergétiques incohérents et dangereux pour la pérennité de nos sociétés humaines sur cette planète.

Voyons ce qu’il en est pour :

  • le bois énergie, filière renouvelable historique ;
  • les cultures énergétiques méthanisées, en vogue actuellement (2018) grâce à un fort lobbying de Engie auprès notamment des céréaliers et des élus ;
  • l’hydrogène relancé par le premier démonstrateur « Power-to-Gas » en France à Cappelle-la-Grande (Nord) ;
  • les algues énergétiques méthanisées, lancées par M. Pauli Gunter ;
  • et l’électricité renouvelable (photovoltaïque, hydroélectrique, éolien)

Concernant le bois énergie dont vous pouvez lire quelques informations utiles ci-contre : bois énergie – matériau d’avenir, nous devons distinguer celui qui est issu de déchets de construction, de transformation ou d’abatage qui ne peuvent pas être valorisés organiquement (par compostage par exemple), et le bois énergie qui est issu de surfaces dédiées à la production énergétique.

Lorsque le bois est issu de déchets non valorisables organiquement il est opportun de l’utiliser  en « dernier recours » énergétiquement, mais contrairement à ce que l’on peut lire à ce sujet son empreinte carbone n’est pas neutre. Le tri, la transformation de ce déchet (déchiquetage, broyage, coupe), le transport jusqu’au lieu de transformation (en briquette par exemple) et/ou de conditionnement, le séchage quand cela est nécessaire, le transport jusqu’au lieu d’utilisation consomment de l’énergie ce qui fait que l’empreinte carbone est négative. De plus, il n’est pas assuré que concernant les sous-produits de l’exploitation forestière (cimes, houppiers, branches…), il ne serait pas plus opportun au lieu de les bruler, de simplement les broyer et les laisser sur place pour régénérer les sols des forets exploitées qui s’appauvrissent au fil des années. En fait, il a été montré par des recherches forestières qu’au moins 50% du bois abattu devrait rester afin d’éviter que les sols et les écosystèmes forestiers s’appauvrissent.

Lorsque le bois énergie est issu de surface de culture dédiée à l’énergie, il y a peu de débat concernant l’opportunité de cette filière car le rendement solaire étant de 1% (1% de l’énergie solaire est transformée en biomasse) rien qu’au niveau du rendement de production pour une surface donnée, le rendement est 18 fois moins pertinent qu’une installation photovoltaïque au sol. Cela peut culturellement choquer car se dire qu’énergétiquement il est préférable de couper des surfaces de bois pour mettre des modules photovoltaïques est contre-intuitif mais notre sensibilité culturellement conditionnée est une très mauvaise conseillère pour trouver des solutions à des problèmes complexes. Dans le cas présent, énergétiquement il est préférable de couper 100 hectares de bois pour produire de l’énergie électrique en mettant des modules photovoltaïques plutôt que de couper 1 800 hectares de bois pour faire du bois-énergie… d’autant que nous ne prenons en compte ici que le rendement de production.

Pour aller plus loin, prenons également en compte le rendement d’usage. Le bois énergie est essentiellement utilisé pour se chauffer en direct (convection et rayonnement), ou chauffer de l’eau via une chaudière.  Une chaudière bois même avec un rendement de 95% alimentée avec un bois sec (qui aura consommé de l’énergie pour être sec), ne peut rivaliser avec une pompe à chaleur dont le rendement énergétique sera au minimum de 200% (1 kWh électrique consommé pour 2 kWh thermique restitué). Ainsi d’un coté vous avez un rendement surfacique de production de 1% et un rendement d’usage de 95%, et de l’autre un rendement surfacique de production de 18% et un rendement d’usage de 200% : le delta est d’un facteur de 37 en faveur du photovoltaïque. Ceci signifie que pour avoir la même restitution d’un kwh thermique en eau chaude ou en air chaud, il faudra couper une surface 37 fois plus importante en bois-énergie qu’en surface photovoltaïque. Prenant en compte que la surface est un facteur limitant, il est intéressant de ne pas l’oublier… car lorsque l’on coupe du bois pour mettre des modules, en fait, on préserve des surfaces de bois, incroyable non ?

Ainsi bien que cela puisse être contre intuitif, le bois-énergie est peu voir très peu pertinent énergétiquement et vous pouvez d’une manière tout à fait opportune ne pas soutenir des projets collectifs de bois énergie car cette orientation ne va pas dans le bon sens. Bruler du bois est une valorisation « faute de mieux » qui n’a de sens que si le déchet bois ne peut pas être valorisé autrement.

Il est nettement préférable d’utiliser le bois pour la construction (c’est le meilleur matériau durable de construction avec le bambou pour les bâtiments, les meubles, divers objets), pour l’amendement des sols (valorisation organique), et pour la fabrication de papier et de carton (faute de mieux). Pour le plaisir aussi, un peu mais pour un usage régulier, c’est fort discutable et certainement pas à universaliser pour nos besoins de chauffage, et de production de chaleur. D’ailleurs certaines ONG l’ont parfaitement compris et proposent des solutions de substitution opportune de cuisson en Afrique notamment avec des fours solaires.

Concernant les cultures énergétiques méthanisées bien que Engie et d’autres acteurs politiques prétendent le contraire c’est un véritable non sens énergétique, à l’image des agrocarburants qui consomment plus d’énergie fossile que l’énergie qu’ils substituent. Pour plus d’informations sur ce procédé vous pouvez cliquer sur ce lien : le biométhane.

Au niveau de la production le non sens vient du rendement énergétique des cultures que nous avons pu mettre en lumière dans l’article Ordres de grandeur, premiers pas. : 17 fois moins opportun que le photovoltaïque à surface égale. Mais si l’on prend en compte également les rendements d’usage le décalage est encore plus important :

  • au niveau des chaudières haut rendement celui-ci est de 105% à 110%, bien inférieur à une pompe à chaleur dont le rendement est de 200% minimum.
  • au niveau de la cuisson, un feu ouvert gaz à un rendement moyen de 58%, contre 90% pour une plaque à induction. les appareils de cuisson

Autrement dit pour un même usage,  il faut plus de 26 à 30 hectares de cultures énergétiques méthanisées pour un hectare de modules photovoltaïques. Il n’est pas incohérent de méthaniser des déchets organiques, ou des boues de station mais le biométhane n’est pas « d’office » opportun, surtout si nous mettons des filières de production industrielle. Étrangement dans la loi française actuelle votée en 2016, il n’y a pas de seuil de tonnage sur les cultures énergétiques à ne pas dépasser lorsque l’on injecte du biométhane dans le réseau de gaz fossile (contrairement à la production d’électricité avec du biogaz). Vu la faible pertinence énergétique de cette pratique nous pouvons nous attendre à de prochaines dérives motivées uniquement par la recherche de gains financiers qui seront réalisés au détriment de notre avenir.

Concernant l’hydrogène cette filière est présentée comme particulièrement pertinente. L’hydrogène peut être utilisé pour la mobilité (voiture, camion), tous nos besoins électriques (grâce aux piles à combustible), le stockage d’énergie renouvelable et même pour les applications industrielles demandant de forte énergie (fonte d’acier, laminage à chaud, etc…). De plus l’hydrogène est abondant et nous savons le produire par hydrolyse de l’eau. Du coup vu de loin, comment ne pas être intéressé par les technologies à base d’hydrogène pour construire des sociétés humaines durables énergétiquement ?

Étudions cela de plus prés en prenant en compte les divers rendements : production et d’usage notamment, et en comparant cette énergie avec le solaire qui est également durable et abondant.

Tout d’abord il faut savoir que la production actuelle d’hydrogène n’est pas du tout durable et qu’elle ne le sera pas avant bien longtemps. 96% des matières premières productrices d’hydrogène dans le monde proviennent de matières fossiles : 49% de gaz fossile, 29% d’hydrocarbures liquides, et 18% de charbon. Les projets sont soutenus par les acteurs du pétrole et du gaz et le projet ci-joint l’illustre parfaitement : hydrogène et charbon australien . Au niveau de la production, l’hydrogène fait partie des technologies « greenwashing » non concurrentes des énergies fossiles mais les justifiant, contrairement à l’éolien, l’hydroélectrique, les installations marémotrice ou le photovoltaïque par exemple.

Si l’on s’intéresse à l’hydrolyse de l’eau, il faut prendre en compte le fait que l’hydrolyse a comme objectif final de produire de l’électricité ou du gaz pour alimenter des torchères ou chaudières par exemple.

L’hydrolyse de l’eau pour produire de l’électricité n’a finalement pas d’intérêt car pour que celle-ci soit cohérente, il faut que l’énergie électrique utilisée pour hydrolyser soit renouvelable. L’hydrolyse a un rendement fonctionnel de 90% au maximum ce qui signifie que nous perdons au minimum 10% d’énergie par l’hydrolyse. A cela les rendements des piles à combustible sont au maximum de 65% c’est à dire que la conversion de 1000 kWh d’électricité renouvelable => hydrogène => électricité à nouveau donnera au final 585 kWh électrique de disponible (en prenant comme hypothèse qu’il n’y aura pas de perte de stockage ni de transport entre le lieu de production et celui de consommation). Perdre 41.5% d’électricité renouvelable pour avoir à nouveau de l’électricité n’a pas vraiment de sens… d’autant qu’il faut envisager en plus des infrastructures de stockage et de transport, et les empreintes carbone et chimique que génère la construction d’une pile à combustible. Si l’utilisation de l’hydrogène ne consiste qu’à stocker de l’électricité verte, autant utiliser un stockage par volant d’inertie qui a une empreinte carbone moindre et dont les pertes maximales sont de l’ordre de 20%, soit 2 fois moins que la solution hydrogène.

Ce non-sens énergétique ne se retrouve pas sur les projets « Power-to-Gas », qui consiste à produire de l’hydrogène à partir d’électricité renouvelable pour l’injecter dans le réseau de gaz fossile de GRDF (jusque 20%).  En effet, l’hydrolyse pouvant générer une perte de 10%, il faudrait perdre 10% de plus en stockage de l’hydrogène pour que ce type de stockage soit moins performant que le stockage inertiel électrique, or ceci n’est pas possible. Toutefois, le rendement des appareils de consommation gaz moins bons que le rendement des appareils électriques, la multi-fonctionnalités de l’électricité qui permet de « tout faire » à partir de moteurs, pompes à chaleur, et de résistances, et la facilité de réaliser des productions électriques locales nous amène à privilégier à nouveau les productions électriques, le stockage inertiel et les consommations électriques, plutôt que l’équivalent « gaz » (hydrogène, biogaz ou biométhane).

Concernant la production d’algues pour méthanisation, cette filière est en devenir et semble prometteuse. Elle consiste à produire des algues en pleine mer sur une hauteur de trois mètres, par le bais  de structures flottantes de très grandes envergures (plusieurs hectares afin que ces structures ne dérivent pas). La production d’algue est de 1000 TMB (tonne de matière brute) par hectare et par an, soit 14 fois plus que ce que nous sommes capables de produire sur la terre ferme en cultures énergétiques. Si l’on prend en compte que le rendement surfacique de production énergétique est 17 fois moindre en cultures énergétiques qu’en photovoltaïque, on constate que les algues énergétiques sont également une solution énergétique durable pour l’avenir, d’autant que cette production favorise également un renforcement de la biodiversité dans les mers. Toutefois sa mise en œuvre est délicate, et aujourd’hui cette perspective de production doit encore faire ses preuves contrairement aux énergies renouvelables de production électrique.

Concernant la production électrique renouvelable, par le biais du rayonnement direct du soleil, ou indirect (les gradients de température génèrent des mouvements d’eau, et/ou d’air), et sous réserve d’être attentif à la cohérence des projets de production et de stockage, nous avons déjà les solutions technologiques pour construire un développement énergétique durable :

  • la pertinence du photovoltaïque est incontestable et à grande échelle nous pouvons couvrir 100% des besoins énergétiques de la France métropolitaine. Le rendement de production de 18% permet la plus petite emprise au sol par rapport aux autres énergies (biomasse, éolien, etc…) et le cout de production sur de grandes unités au sol est l’un des moins élevé de toutes les énergies renouvelables (moins de 60 €uros le MWh) ;
  • les lignes d’éolienne sur terre sont pertinentes et les coûts de production sont relativement faibles (env. 65 €uros le MWh) ;
  • les parcs d’éoliennes en mer, même s’ils sont couteux (env. 140 €uros le MWh) ont également une pertinence énergétique d’autant qu’il est possible de s’appuyer sur ces ouvrages pour réaliser autour des éoliennes en mer des synergies avec des projets de production d’algues en mer pour générer du biogaz, ou des projets d’élevage de poissons en mer.
  • les installations hydroélectriques et micro-hydroélectriques permettent de produire de l’électricité à 55 €uros le MWh, tout en générant des points d’eau riche en biodiversité (les ouvrages artificiels ne sont pas forcément destructeurs de biodiversité… contrairement à ce que prétendent certains intégristes)
  • les rendements d’usage au niveau des appareils électriques sont les meilleurs dans tous les domaines : cuisson, moteur, chauffage, etc… Aucune approche énergétique globale ne peut faire l’économie de la prise en compte des rendements d’usage, de transport et de stockage des énergies utilisées
  • cette production ne génère aucun déchet nucléaire toxique pendant des centaines de milliers d’années ce qui n’est pas complètement idiot vu que nos civilisations ont des difficultés à rester en paix et être stable pendant plus de 1000 ans… toxicité des déchets n’oublions pas !
  • cette production ne génère pas de vapeur d’eau, gaz à effet de serre (et oui !) contrairement aux centrales nucléaires. Remarquons à ce sujet que les centrales nucléaires effectivement permettent de produire de l’électricité sans émettre du CO2, mais certainement pas sans émettre des gaz à effet de serre, subtil non ?

En conclusion, n’hésitez pas à substituer vos usages d’énergie de carburant liquide et de gaz,  par de l’énergie électrique si économiquement vous le pouvez (tondeuse, bineuse, plaque à induction, voiture, production eau-chaude, etc…).

PS : souvent lorsque l’on souhaite remettre en cause la pertinence des énergies renouvelables on nous rappelle qu’elles coutent chères en France, et vite fait bien fait on fait un amalgame avec les couts pour les citoyens de celles-ci que vont engendrer les conditions tarifaires proposées aux producteurs d’énergie renouvelable avant 2011 (qui était bien trop élevés, et sans commune mesure avec les couts actuels). Pour mémoire ceux qui vont profiter le plus de cet argent sont : EDF, Areva, GDF-Suez, Total, Veolia, Alstom, Schneider Electric, Bouygues, Lafarge et Saint-Gobain (cf. le livre de M. Yvan Stefanovich « les profiteurs du développement durable »), et non les petits producteurs qui ont des unités de quelques centaines de kW tout au plus. Ajoutons de plus que les erreurs financières du passé n’ont rien à voir avec la pertinence énergétique des solutions renouvelables, et que pour les autres « solutions » comme le nucléaire, au vu de l’incapacité de déterminer le cout d’un réacteur EPR, on peut se demander quelle est la pertinence des budgets de « démantèlement » ou de « stockage » affichés dans les études, alors qu’aucun projet sérieux n’a encore été menés. De plus le coût de ces solutions s’entendent sans guerre sur le territoire concerné, et qui peut dire sur des périodes de toxicité aussi longues que celles proposées par les déchets nucléaires, que plusieurs guerres ne rendront pas complètement caduques nos prétentions actuels à définir des budgets de stockage ?

L’énergie durable et renouvelable est une nécessité, seul le rayonnement solaire direct et indirect répond au critère de durabilité et quelles que soient nos opinions, notre monde de poids et de mesures se moque de nos stratégies d’esquives expliquant pourquoi il faut agir en faisant « des petits pas ».

Lorsque l’évolution de la concentration de CO2 ci-contre (qui est également un reflet de l’évolution des autres gaz à effet de serre) génèrera un déséquilibre irréversible , je suis sûr que nous serons tous d’accord, mais trop tard :

CO2concentration

Si nous ne faisons pas les choses autrement à grande échelle, cela risque de mal se finir, et il est impossible de prétendre que nous ne le savons pas.

E.D.F

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