Les enjeux technologiques associés à la transition

Alain Dejammet
La parole est maintenant à M. Jean-Paul Bouttes, directeur de la Stratégie et de la Prospective et chef économiste du Groupe EDF. Il va nous parler des enjeux, des réponses technologiques, de l’évaluation économique, dans une dimension tant internationale que nationale.

Jean-Paul Bouttes
Merci beaucoup.

Après être revenu sur les enjeux de la transition énergétique, je dirai quelques mots sur les atouts de la France dans le secteur électrique. Je terminerai par des considérations sur les technologies déployées pour la production d’électricité (l’offre) et ses usages (la demande).

1. Les enjeux de la transition énergétique

Je partirai des besoins d’énergie à satisfaire à l’échelle mondiale. Olivier Appert a évoqué quelques chiffres :

Selon le « scénario deux degrés » de l’Agence Internationale de l’énergie à l’horizon 2050 – le plus ambitieux en termes d’objectifs liés à à la maîtrise du changement climatique donc en termes de maîtrise de la demande d’énergie (MDE) –, pour un PIB multiplié par 4 à l’horizon 2050 à l’échelle du monde, la demande d’énergie serait multipliée par 1,5 et celle d’électricité par 2.

À titre de comparaison, pendant les « Trente glorieuses », le PIB français avait été multiplié par 4 tandis que la consommation d’électricité était multipliée par plus de 6 et celle de l’énergie par 4.

Ces vingt dernières années, la France et l’ensemble des pays de l’OCDE ont mené des politiques ambitieuses de maîtrise de la demande avec la « chasse au gaspi », en particulier sur les équipements et les logements neufs, et, pour une part, sur le transport. Pour l’OCDE, tandis que le PIB était multiplié par 2,5 entre 1973 et 2010, l’électricité était multipliée par 2,5, ce qui signifie dans le jargon des économistes une « élasticité » de 1 pour l’électricité, alors qu’elle était de 1,5 pendant les « Trente glorieuses » (elle est toujours de 1,5 dans la plupart des pays émergents). Pendant la même période, avec une énergie multipliée par 1,3, l’élasticité de l’énergie à la croissance économique était de 0,5.

À partir de cette expérience, on essaie d’imaginer pour l’ensemble du monde un scénario qui aille encore plus loin pour satisfaire l’ambition qui est aussi une exigence de maîtrise de la demande. Ce scénario est particulièrement contraignant pour les pays de l’OCDE où, pour un PIB multiplié par 2 à l’horizon de 2050, l’énergie devrait être stabilisée, donc déconnectée par rapport à la croissance, tandis que l’électricité serait multipliée par 1,5. Il en résulte des besoins considérables d’investissement dans ce secteur, même dans les pays de l’OCDE.

Il faut prendre la mesure de cette ambition, de ces objectifs difficiles à atteindre. Le défi n’est pas impossible à relever. Il nécessite de déployer un peu d’intelligence, en particulier au niveau des politiques publiques.

À certains égards, les pays de l’OCDE ont fait le plus facile ces vingt ou vingt-cinq dernières années en ce sens que la maîtrise de la demande a ciblé essentiellement les logements neufs et les équipements. De plus, la forte désindustrialisation a transféré une bonne partie de la consommation d’énergie vers les pays émergents. Dans nos pays à faible croissance où les opportunités liées au neuf se raréfient, l’enjeu est aujourd’hui de s’attaquer aux logements existants, beaucoup plus exigeants. Pour les pays émergents, il faut travailler au rattrapage, à l’utilisation des meilleures technologies dans le neuf (bâtiments, usines, transports), tout en essayant de stopper la fuite de notre industrie vers ces pays.

Pour conclure, il va falloir articuler des politiques ambitieuses de maîtrise de la demande associant la conscience des objectifs et la capacité à mettre en place la production nécessaire pour faire face à des besoins considérables, y compris dans les pays de l’OCDE, notamment en France, et en particulier dans le domaine de l’électricité.

Comment disposer d’une production d’électricité décarbonée et à des coûts maîtrisés pour la croissance économique ? Voilà l’enjeu.

2. Les enjeux et atouts français

L’enjeu est d’abord économique avec la contribution que peuvent, que doivent apporter à la sortie de la crise une électricité et une énergie relativement peu coûteuses. Olivier Appert a montré que l’arrivée des pétroles et des gaz non conventionnels offre aux États-Unis des ressources abondantes et peu chères. D’un autre côté la Chine a une stratégie extrêmement forte de descente des courbes d’apprentissage. On y crée une centrale à charbon par semaine, on y met en service une centrale nucléaire par mois, et les Chinois produisent les deux tiers des panneaux photovoltaïques dans le monde. La Chine a aujourd’hui une électricité parmi les moins chères du monde, une fois et demi à deux fois moins chère que dans beaucoup de pays européens, France exceptée.

Le deuxième enjeu est social : comment limiter l’impact de l’énergie sur le pouvoir d’achat des ménages, en particulier les plus défavorisés ? Les dépenses contraintes (logement, énergie, télécom) des ménages les plus modestes ont pratiquement doublé sur les vingt ou trente dernières années, alors qu’elles restaient constantes pour les ménages les plus aisés. On observe aussi, à cet égard, une fracture entre d’une part le monde rural et périurbain et, d’autre part, la région parisienne. Là où les gens vivent dans des logements plus grands, mal isolés, qui consomment plutôt du fioul et du gaz, et doivent se déplacer sur des distances plus longues avec des véhicules automobiles, les consommations d’énergie – donc les factures – sont deux fois plus importantes que dans la région parisienne.

Le troisième enjeu est la sécurité de l’approvisionnement. Si les gaz et le pétrole non conventionnels offrent une énergie fossile abondante, son coût reste relativement élevé, sauf aux États-Unis qui bénéficient de géologies particulièrement favorables. Quant à nous, en France, en Europe et dans une partie du monde émergent, nous vivons un troisième choc pétrolier. Le prix de 100 dollars le baril est historiquement élevé au regard des cent dernières années et on a des raisons de penser qu’il restera élevé dans la mesure où, pour reprendre les formules de Marcel Boiteux [1] et raisonner sur les coûts marginaux de long terme, le coût marginal de long terme d’un puits de pétrole, si on fait de l’off-shore profond ou si on exploite les sables asphaltiques du Canada, est toujours au-dessus de 70 ou 80 dollars le baril. Certes, on me dit que les pétroles non conventionnels sont autour de 50 ou 60 dollars le baril, mais il faut y rajouter une prime géopolitique. De même le prix du gaz atteint 10 dollars par MBTu [2] en Europe, 15 dollars en Asie, alors qu’il est seulement de 3 ou 4 dollars aux États-Unis.

On a des raisons de penser que l’énergie (pétrole, gaz) restera chère dans les dix ou quinze années qui viennent. Les pays importateurs devront donc limiter leur consommation. Le pétrole et le gaz, énergies fossiles, représentent 70 % de l’énergie consommée en France, essentiellement dans le bâtiment et le transport. L’effort à faire dans ce domaine est important.

Enfin, l’enjeu du climat intéresse particulièrement l’électricien car l’électricité est à l’origine de 40 % des émissions de CO2 liées à l’utilisation de l’énergie par l’homme dans le monde, contre 20 % seulement pour le transport, le reste étant partagé entre l’industrie et, marginalement, l’agriculture. Le mix mondial, c’est 40 % de charbon, environ 25 % de gaz, un peu de pétrole (donc 2/3 d’énergies fossiles), un peu moins de 15 % de nucléaire, un peu plus de 15 % d’hydraulique et un très faible pourcentage d’énergies éolienne et photovoltaïque qui commencent à émerger. Les exemples français et suédois montrent qu’il est possible de faire autrement que le mix mondial moyen (Suède : 45 % de nucléaire, 45 % d’hydraulique ; France : 75 % de nucléaire, 5 % d’hydraulique). On peut comparer ces deux pays avec l’Allemagne et le Danemark qui, malgré quelques éoliennes, consomment une part d’énergies fossiles (charbon et lignite en Allemagne) qui dépasse 50 % ou 60 % et émettent 9 tonnes de CO2 par habitant (contre 5 à 6 tonnes pour la France et la Suède). Ainsi, les émissions de CO2 liées à l’électricité sont quasi nulles en France ou en Suède alors qu’elles en représentent une part importante en Allemagne et au Danemark.

Pour conclure sur la situation française vis-à-vis des enjeux, parmi les atouts de la France, on peut se féliciter d’une situation assez bonne sur le plan de l’électricité.

Le prix de l’électricité y est de 140 euros par mégawatt heure pour les clients résidentiels contre le double (280 euros) aujourd’hui en Allemagne.

Le nucléaire et l’hydraulique contribuent à la sécurité d’approvisionnement. Si l’on imagine remplacer 420 à 430 TWh de nucléaire et de production hydraulique par du gaz, cela aggraverait le déficit de notre balance commerciale d’environ 25 milliards d’euros.

Sur le plan de l’efficacité énergétique, contrairement à ce que certains peuvent dire, nous sommes à peu près au même niveau que les Allemands en termes d’énergie par habitant, tout confondu (transports, logement etc.) : 29 MWh par an par habitant en France, 32 en Allemagne. Ceci comprend le chauffage au fioul et au gaz. On peut donc dire que nous sommes sur la même ligne, avec un croisement puisque les Allemands consomment grosso modo 2 MWh de plus de gaz et de fuel par habitant tandis que nous consommons 740 à 750 kWh de plus d’électricité et 450 kWh de plus de bois.

La comparaison des factures d’énergie en France et en Allemagne est aussi en notre faveur.

Dans le résidentiel, un Allemand moyen consomme environ 900 kWh de plus d’énergie par an qu’un Français (Eurostat 2011 : 7,5 MWh/an par habitant en Allemagne, 6,6 MWh/an par habitant en France). L’Allemand moyen paie une facture d’électricité 40 % plus élevée qu’un Français, car il consomme 30 % de moins (pas de chauffage électrique) mais paie deux fois plus cher son électricité.

Sur le gaz et le fioul, avec des prix comparables et des consommations 30 % plus élevées en Allemagne (chauffage au gaz et au fioul), l’Allemand doit aussi payer une facture 30 % plus chère.

Sur la totalité des consommations du bâtiment en fioul, gaz et électricité, l’Allemand moyen paie donc environ un tiers de plus qu’un Français.

Pour autant nous avons tous des efforts à faire. Les Allemands sont meilleurs que nous sur les usages spécifiques de l’électricité : ils ont mis en place plus rapidement que nous des normes sur l’éclairage et sur les lave-linge, lave-vaisselle etc.

De bonnes idées sont donc à prendre de part et d’autre pour préparer l’avenir.

3. Le rôle clé de la maîtrise des technologies

En ce qui concerne la demande, le premier levier est la rénovation thermique des logements existants, domaine dans lequel les technologies sont matures. Il reste à les mettre en œuvre. Deux tiers des logements français sont chauffés avec des énergies fossiles, essentiellement gaz et fioul, et consomment en moyenne 12 MWh de chauffage par an et par logement. Un tiers des logements sont chauffés à l’électricité et consomment 5 MWh, grâce à la mise en place des réglementations sur les logements à partir des années 1975.

Le potentiel est important. Toutefois, si certaines opportunités de rénovation sont vraiment rentables et utiles, d’autres ne s’imposent pas.

La rénovation complète d’une maison de 100 m2 isolée comme la moyenne des maisons coûte environ 30 000 euros, soit une annuité de 2000 euros. Avec 2000 euros par an, pour ce type de logement, on peut économiser 5 MWh, ce qui donne 400 euros par mégawatt heure évité, soit quatre fois ce qu’on paierait en fioul, gaz ou électricité !

En revanche, un diagnostic de qualité permet de repérer les logements les plus énergivores et peut aboutir à la préconisation d’une rénovation ciblée forte, dont les trois gestes-clés sont l’isolation des combles, le changement de chaudière et l’installation de thermostats. Le tout ne coûte que 15 000 euros et permet d’économiser deux fois plus. Le facteur 4 a donc été atteint grâce au diagnostic de meilleure qualité et par des travaux effectués par des artisans bien formés utilisant des matériaux et des équipements de qualité.

Comment faire ? Former les filières professionnelles, prendre appui sur l’excellence industrielle (matériaux, déploiement des équipements intelligents), c’est en effet la bonne méthode pour mettre en place des politiques publiques qui donnent des résultats réels en termes d’économies d’énergie et économisent vraiment du CO2, sans mobiliser de façon excessive le budget de l’État ni celui des Français. Aujourd’hui, les Français dépensent environ 40 milliards d’euros pour améliorer leurs logements ; 10 à 15 milliards d’euros sont liés à des gestes qui ont des conséquences énergétiques et on leur donne environ 2 milliards d’euros de subventions par an au travers des crédits d’impôt développement durable (certificats d’économie d’énergie etc.). En établissant des diagnostics de qualité en euros par m2, lisibles et incitatifs pour les ménages, en mobilisant des entreprises comme Saint-Gobain, Bouygues ou Schneider pour fournir les matériaux et équipements, on doit pouvoir faire la différence, surtout si on associe les collectivités locales pour repérer les logements les plus énergivores et apporter une aide basée sur la performance énergétique chaque fois qu’il y a une opportunité. Chaque intervention sur les bâtiments (ravalement de façade, réfection de toiture, réhabilitation intérieure, etc.) devrait être accompagnée du réflexe énergétique (il est plus intelligent de rénover par l’extérieur au moment d’un ravalement de façade et ça coûte beaucoup moins cher). J’ai fait ce développement assez long et détaillé car je crois utile de descendre dans le concret sur ces questions.

La France pourrait redevenir pionnière sur la rénovation de l’existant en tirant parti des meilleures idées des pays voisins, Allemagne et Grande-Bretagne notamment.

Le deuxième levier consiste à substituer l’électricité décarbonée aux énergies fossiles, avec des usages performants et intelligents de l’électricité.

Dans le bâtiment, je pense aux pompes à chaleur et aux ballons d’eau chaude électrique, probablement la meilleure façon de stocker l’électricité.

Dans l’industrie, il reste beaucoup à faire sur les pompes à chaleur industrielles, l’induction, les moteurs à vitesse variable.

Dans la mobilité, il faut développer les véhicules hybrides et électriques et privilégier les transports en commun et les véhicules électriques.

Du côté de l’offre, il faut distinguer les technologies matures, déjà compétitives, de celles qui, prometteuses, sont encore trop chères.

Le point de référence est donné par les cycles combinés à gaz en raison d’un gaz abondant dans un certain nombre de pays du monde. Aujourd’hui, le coût complet d’un cycle combiné à gaz, avec le gaz européen à 10 dollars par MBTu, c’est 70 euros par mégawatt heure, 100 euros avec le prix du CO2.

70-100 euros par mégawatt heure est donc la fourchette de compétitivité des technologies aujourd’hui matures.

Dans cette fourchette, on trouve le charbon, le gaz, le nouveau nucléaire et l’hydraulique.

On trouve aussi les éoliennes terrestres qui, en France, sont autour de 80-90 euros par mégawatt heure si on oublie les problèmes d’intermittence.

Le nucléaire existant est moins cher. Selon le rapport de la Cour des comptes, le coût complet des centrales est de 50 euros par mégawatt heure, environ 55 euros par mégawatt heure en intégrant les investissements de prolongation de durée de vie des centrales existantes et ceux prescrits par l’Autorité de sûreté pour mettre en œuvre le retour d’expérience post-Fukushima. C’est à l’évidence le moyen le plus compétitif dont nous disposons.

Voici, par rapport à ce point de référence, quelques chiffres concernant le coût des technologies sur lesquelles nous sommes tous en train de travailler.

La capture stockage du carbone avec du charbon : le charbon sans capture, c’est autour de 60-70 euros par mégawatt heure. Avec un prix implicite du CO2 autour de 50 à 70 euros par tonne, on arriverait donc autour de 110-120 euros par mégawatt heure si on devait déployer aujourd’hui la capture stockage, soit un doublement des prix.

Les nouvelles énergies renouvelables, oui si c’est « Au bon moment, au bon endroit ».

Les appels d’offre actuels en France pour les éoliennes off shore, nous mettent autour de 200-220 euros par mégawatt heure. Un prix qui pourrait descendre à 150-200 euros dans les années qui viennent ! Une filière industrielle française est en cours de développement suite au succès du partenariat EDF-Alstom dans 3 des 4 premiers appels d’offres (St Nazaire et Cherbourg), ce qui pourrait entraîner la création de 7000 emplois en France. Si nous maîtrisons cette filière industrielle, il serait pertinent de les développer d’abord en Angleterre où les potentiels sont considérables (moins de profondeur et plus de vent), pour y descendre la courbe d’apprentissage avant de mettre en place ces technologies en France.

Les panneaux photovoltaïques sont un bon exemple d’une technologie qui, si elle n’est pas encore mature chez nous (à Paris ou à Francfort), l’est pratiquement en Californie ou en Chine du sud. Aujourd’hui, des « fermes » de panneaux photovoltaïques installées dans la région parisienne produiraient un mégawatt heure à 150 euros, prix qui monte à 250 euros par mégawatt heure si les panneaux sont installés sur les toits, ce qui est, en France ou en Allemagne, 3 à 5 fois plus que les prix actuels du marché où le coût complet du nucléaire est de 50 euros par mégawatt heure et où celui d’un cycle combiné à gaz est à 70 euros par mégawatt heure. En Californie, l’ensoleillement divise mécaniquement les coûts par deux car il dure deux fois plus qu’en Europe. De plus, il faut tenir compte de ce qu’en France la pointe de la consommation se situe entre 18h et 22h, la semaine froide d’un hiver froid. C’est au moment où il y a le moins de soleil que l’électricité a le plus de valeur. Au contraire, en Californie, la pointe est produite par l’utilisation de l’air conditionné en pleine journée, au moment du plus fort ensoleillement quand le kWh a une valeur 50 % plus élevée qu’en moyenne. La Californie est certainement le bon endroit pour descendre la courbe d’apprentissage de nos panneaux photovoltaïques.

Mais l’intermittence des énergies renouvelables coûte cher. On commence à observer en Bavière des gros bourgs où, pour une demande de 5 MW de puissance de pointe, les panneaux photovoltaïques installés sur les toits produisent 15 MW en été. Cet excédent nécessite un doublement des réseaux de distribution entraînant un surcoût de 40-50 euros par mégawatt heure sur la part « réseau de distribution » des factures. On voit que, dès qu’on arrive à ce degré de pénétration des panneaux photovoltaïques (dont nous sommes très loin en France), les coûts deviennent très importants, cela pour ne produire que 4 % à 5 % de l’énergie allemande avec une puissance installée de 30 GW, c’est-à-dire pratiquement la demande allemande en été, ce qui est considérable.

La solution est évidemment le stockage auquel tous travaillent d’arrache-pied.

Les recherches menées visent aussi à faire baisser les coûts du photovoltaïque. EDF est présente dans la technologie des couches minces avec Nexis et le silicium avec Photowatt. Total est aussi présent dans le silicium avec une technologie particulièrement efficace.

Les batteries pour les véhicules sont aujourd’hui deux à trois fois trop chères. L’effort majeur de R&D en cours est à poursuivre pour qu’à l’horizon 2020-2025 le véhicule électrique se développe, sachant que 1,5 euro au litre d’essence équivaut à 300 euros par mégawatt heure.

Dans nos systèmes électriques, avec les différences entre heures pleines et heures creuses, l’économie est six fois moindre (au maximum 50 euros par mégawatt heure), même si les batteries en stationnaire dans un réseau, moins soumises aux chocs, sont moins chères.

Le stockage pour gérer l’intermittence des renouvelables est encore environ 10 fois trop cher. C’est un des sujets majeurs.

L’hydrogène, de ce point de vue, est probablement une piste pour l’avenir, en tout cas pour l’électricité.

En conclusion, dans les cinq ou dix ans qui viennent, pour avoir une électricité moins chère et contribuer à réduire le déficit de notre balance commerciale, les moyens les plus intéressants sont la maîtrise de la demande, en particulier dans les logements existants, et la prolongation des centrales hydrauliques, des réseaux, des centrales nucléaires (dont le coût est en-dessous de toutes les autres alternatives).

La deuxième dimension de l’effort à fournir est la mise en place d’une feuille de route qui nous prépare à diversifier le mix électrique autour des technologies que j’ai évoquées tout à l’heure : les renouvelables, la capture stockage du CO2 et, bien sûr, le stockage.

Merci.

Alain Dejammet

Je voudrais remercier les deux intervenants que nous venons d’entendre pour la clarté de leurs exposés. Merci aussi d’être allés jusqu’à des conseils pratiques qui nous aideront à diminuer nos factures et à participer à la prospérité de la France.

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[1] Marcel Boiteux, Président d’honneur d’EDF, qu’il dirigea de 1967 à 1987, d’abord comme Directeur Général puis comme Président.  Il fut à ce titre l’un des artisans du développement de l’énergie nucléaire en France.
[2] Million de BTu – British thermal unit

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