100% renouvelable pour pas plus cher, fastoche ? Une étude critique des scénarios 100% ENR...

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Jean-Marc Jancovici est un ingénieur reconnu pour ses publications sur l’énergie et le climat, fondateur du shift project, spécialiste de la transition énergétique, mêlant connaissances techniques et économiques.

Il propose dans cet article une étude détaillée des coûts d’investissements nécessaires des divers scénarios "100%ENR" en les comparant avec le scénario actuel 50% nucléaire...

Il prend en compte ce que beaucoup de promoteurs du 100% ENR oublient, le coût de renforcement des réseaux électrique, le coût du stockage rendu nécessaire par l’intermittence des ENR, la durée de vie des installations et la nécessité de leur renouvellement...

Le résultat est sans appel, même en étant économiquement optimiste pour les ENR et pessimiste pour le nucléaire, les scénarios 100% ENR coutent deux fois plus chers, et dans des scénarios réalistes 6 à 10 fois plus chers en investissements.

Sans compter l’impossible faisabilité politique de stockage massif dans les scénarios 100% ENR qui supposeraient des centaines de barrages dont on se demande quelle région pourrait les accepter compte tenu de leur impact environnemental...

Bref, un peu de réalisme...

Nous vous proposons la partie centrale de cet article présentant les résultats. vous trouverez sur son site la première partie présentant chacune des estimations consolidées dans les tableaux qui suivent, puis une discussion des résultats.

Nous partageons sa conclusion.

Pam

Au bout du bout

Décarboner l’économie est une impérieuse et urgente nécessité. Mais la seule chose qui est certaine, c’est que ce que nous sommes en train de faire en France au système électrique ne peut en aucun cas se revendiquer de ce domaine d’action, ni même d’une quelconque analyse rationnelle des risques. Cette dernière commanderait plutôt d’arrêter demain matin de mettre le moindre euro supplémentaire dans l’éolien et le solaire, qui en France vont déjà nous couter près de 100 milliards "pour rien" avec les installations déjà en place, pour tout mettre dans la "vraie" décarbonation.

Ce qui doit recueillir notre financement, et d’urgence, c’est la rénovation du bâtiment, la modification des systèmes de transport, la baisse et la décarbonation des flux de transformation de matière (ce que l’on appelle "industrie" en général), la modification des systèmes agricoles, ou encore la création d’un enseignement et de règles économiques adaptés au monde en contraction que nous allons avoir, et non au monde infini dont nous rêvons encore. Il n’y a pas vraiment le luxe de perdre notre temps et notre argent dans des illusions !

Au résultat !

Avec les hypothèses « centrales » ci-dessus, nous pouvons désormais comparer, en ordre de grandeur, l’investissement total sur un siècle nécessaire à l’approvisionnement électrique avec un système « 100% nuke » (considéré comme un proxy acceptable du système existant, dans la mesure où l’absence de barrages pourrait être pour une large partie compensée par du nucléaire à suivi de charge rapide) et un système « 100% éolien » (avec deux variantes : 100% à terre, ou 100% offshore), ou un système « 100% solaire ».

Dans les cas des ENR, il y a bien entendu le cout de surdimensionnement du réseau, et celui du stockage-déstockage sur STEP.

détail des calculs avec les hypothèses ci-dessus

On constate que le système « 100% éolien + stockage » ou le système « 100% PV + stockage » demandent des investissements totaux qui sont un ordre de grandeur au-dessus de ce que demande un système centralisé classique (et, à nouveau, en ne comptant pour rien l’occupation d’espace 1000 fois plus importante pour le solaire que pour le nucléaire, l’atteinte à la biodiversité qui est de ce fait plus importante, etc).

Dit encore autrement, là où 600 milliards d’investissements sont suffisants pour fournir à la France sa consommation d’électricité actuelle pendant un siècle si le choix se porte sur le nucléaire, il faut investir environ 4000 milliards d’euros sur un siècle (soit deux années de PIB actuellement) avec un système 100% éolien+stockage, et 7000 milliards sur un siècle (soit 3,5 années de PIB actuellement) avec un système 100% PV+stockage.

Les Allemands, qui fin 2017 n’en étaient « que » à 20% d’électricité intermittente et fatale dans leur production (dont une partie finit en exportations fatales et n’est pas consommée chez eux), avaient déjà investi plusieurs centaines de milliards d’euros dans l’affaire (300 selon mes estimations, 500 disent d’autres), ce qui est cohérent avec l’ordre de grandeur ci-dessus.

Ce premier calcul simple réfute une thèse couramment avancée, qui est que décentraliser l’électricité permet d’en diminuer – ou même d’en maintenir – le cout global. A l’évidence, la « décentralisation » fait fortement augmenter le montant des investissements, et au final le cout de la fourniture. En effet, tant pour le nucléaire que pour éolien et PV, l’essentiel du coût réside dans deux éléments :

- les investissements (les coûts d’exploitation sont faibles dans les deux cas de figure)
- le « cout du capital », c’est à dire la rémunération qu’il faut verser aux actionnaires et/ou banquiers pour avoir disposé de l’argent permettant l’investissement

Avec un rapport de 1 à 6 ou 10 pour le montant des investissements, l’option « ENR+stockage » donnera donc, en première approximation, une électricité 6 à 10 fois plus chère (en fait un peu moins car le cout du capital est actuellement plus bas pour les ENR, le nucléaire bénéficiant – si l’on peut dire – d’un « effet trouille » qui fait monter le cout de l’argent qui s’y applique)

Actuellement, l’électricité coute 3% de leur revenu aux ménages, mais dans cet ensemble la production stricto sensu ne représente que le tiers. Si nous appliquons un facteur 10 à cette production (et au renforcement du réseau associé), cela ferait passer la facture à 15% en direct. Mais il faudra aussi payer le (sur)cout de l’électricité pour les industriels, qui doit actuellement représenter 1% à 2% du revenu des ménages, et qui est incluse dans les couts de production, donc le prix des produits. Comme cette électricité supporte proportionnellement moins de couts annexes (taxes diverses, cout d’acheminement, etc), on peut imaginer que cela monte aussi à environ 15% du revenu des ménages. Voir la facture électrique « globale » passer à 25% ou 30% de ce que les gens gagnent, voire plus si on applique la même augmentation aux taxes proportionnelles sur l’électricité, voici qui leur ferait tout drôle !

On constate aussi que, dans le cas d’un système basé sur les ENR intermittentes, le seul cout du stockage excède le cout de reconstruction à neuf du parc nucléaire. Or ni le cout du stockage ni le cout de renforcement du réseau ne sont à la charge du producteur. Cela explique cet apparent paradoxe, qui est que le cout de production « brut » en sortie d’éolienne ou de panneau ne cesse de baisser, et pourtant le cout de l’électricité pour le consommateur final, dans les pays qui développent ces modes, ne cesse d’augmenter.

C’est tout simplement lié au fait que le consommateur final doit payer pour l’ensemble du système, pas juste pour la production (alors que le producteur, lui, ne voit que le cout de production). On voit bien, avec le petit calcul ci-dessus, que de se limiter au seul cout de production quand on compare un mode pilotable (la puissance varie quand on le décide) avec un système fatal (la puissance varie quand les événements extérieurs le décident) est illégitime (et donc trompeur sur le cout total pour la collectivité). En fait il n’y a que deux bonnes manières de comparer les deux :

- soit on conserve le mode pilotable en plus du mode fatal, pour garantir l’approvisionnement à tout moment (y compris quand il n’y a ni vent ni soleil). A ce moment le mode fatal ne permet « que » d’économiser le combustible dans le mode pilotable. Avec du nucléaire, ce cout de combustible est de 5 euros par MWh au maximum. En France, il faut donc que le cout de production complet de l’éolien ou du PV descende en dessous de 5 euros le MWh pour que cela vaille la peine de développer ces modes (qui, par ailleurs, ne permettront pas d’économiser un gramme de CO2, puisque le nucléaire n’en fait pas plus que l’éolien, et en fait moins que le photovoltaïque). Et, dans ce même cas de figure, le développement des modes fatals ne permet pas de diminuer la puissance installée en modes pilotables (et donc en nucléaire), mais fait juste baisser le facteur de charge (on s’en sert moins souvent).
- soit on supprime des modes pilotables, et alors il faut développer du stockage et renforcer le réseau, et inclure les couts correspondants dans le calcul, ce qui nous renvoie au tableau ci-dessus. Notons que le renforcement du réseau est facturé au consommateur via le tarif d’acheminement.

Stockons sur batteries, alors, dont le cout ne cesse de baisser ? Calculons ! Il faut a minima pouvoir stocker une journée de consommation du pays, pour un jour d’hiver presque sans soleil, et sans vent (comme la journée qui déprime tout le monde, avec une belle couche de stratus bien gris au-dessus de nos têtes, et pas de vent pour les chasser !). A ce moment le parc de batteries doit pouvoir « fournir » au moins 80% de la consommation d’une journée, soit un peu plus d’un TWh (un milliard de kWh).

Même avec un cout de stockage qui descendrait à 100 euros le kWh (aujourd’hui il est à 250), cela représente plus de 100 milliards d’euros pour avoir le parc de batteries correspondant, pour avoir « juste » une journée de sécurité. Si nous voulons avoir plutôt une grosse semaine, et avec une durée de vie des batteries de 10 ans, il faut compter 10.000 à 12.000 milliards d’euros par siècle pour gérer ce stockage. A titre de comparaison, le patrimoine immobilier des français – qui « dure » lui aussi un siècle, en ordre de grandeur – vaut 7000 milliards d’euros !

Dit autrement, si on intègre le cout de la sécurité d’approvisionnement, le rêve « rifkinien » de « chacun vit heureux chez soi et avec le confort moderne et avec juste son panneau solaire et sa batterie » est la solution de l’hyper-hyper-riche, et donc d’un monde sans limites, et pas du tout la solution du pauvre, c’est à dire d’un monde contraint ! Le facteur 10 – ou plus – de différence sur les investissements montre que le système centralisé restera bien moins cher, car il permet d’avoir un facteur de charge plus élevé, et des investissements réseau moindre. C’est du reste la raison pour laquelle il s’est développé en premier partout dans le monde.

Soyons « optimistes » !

Pour tester la sensibilité du résultat aux hypothèses, nous allons maintenant supposer que nous sommes dans le contexte le plus favorable possible aux ENR :

- le stockage n’est nécessaire que pour la moitié de la production pour le PV,
les investissements dans l’environnement réseau ne représentent que les 2/3 des investissements dans les moyens de production
- la durée de vie des éoliennes est passée à 30 ans (25 ans pour l’offshore pour tenir compte des conditions plus rudes en milieu marin),
- la durée de vie du nucléaire est abaissée à 40 ans, et son cout monté à 6500 euros du kW de série, démantèlement compris
- les pertes des STEP sont abaissées à 20%, et le cout au kW installé (des STEP) abaissé à 5000 euros.

Avec ces hypothèses, les résultats se présentent comme suit.

Même dans ces conditions, le nucléaire reste 2 fois moins demandeur d’investissements que la moins chère des possibilités ENR pour produire une électricité décarbonée avec la sécurité d’approvisionnement. Et, avec un système « solaire+batteries », il y a encore un facteur 10 avec l’option nucléaire.

En fait, on constate sur le tableau ci-dessus que, même si le panneau ou l’éolienne étaient gratuits, la partie « réseau+stockage » associée aux modes intermittents couterait plus cher que la totalité de l’investissement dans le nucléaire.

Soyons « optimistes » ! (mais pas de la même manière)

A contrario, nous pouvons aussi prendre des hypothèses plus favorables au nucléaire :
- cout du kW installé du nucléaire descendu à 4000 euros tout compris, soit 3000 de construction (ce qui reste plus qu’à Taishan), 500 de grand carénage et 500 de démantèlement,
- durée de vie du nucléaire passée à 80 ans (cf USA),
- facteur de charge de l’éolien à terre maintenu à 20%,
- pertes des STEP + acheminement réseau montées à 35% (pour tenir compte d’emplacements moins favorables, d’un réseau sous-optimal, etc)

L’application de ce jeu d’hypothèses donne le résultat suivant :

Cette version « nucléaire optimisé » vs ENR « progressivement désoptimisées » est, sans surprise, encore plus favorable à l’atome. Est-elle foncièrement irréaliste ? Pas nécessairement :
- en caricaturant à peine, le cout du nucléaire est à 30% un « cout technique » (la fabrication des constituants indispensables pour que le système produise de l’électricité : la cuve, le générateur de vapeur, les tuyauteries, les alternateurs, etc), et à 70% le « cout de la précaution » (ce que d’aucuns pourraient appeler le « cout de la trouille ») : redondance des systèmes, sur-épaisseur des protections en béton, délais allongés tout le temps pour tout vérifier 3 fois, etc. Le cout historique de construction du parc actuel a été de l’ordre de 1500 euros du kW : le fait de passer à 4000 – dans la version « nucléaire optimal » ci-dessus – est déjà une énorme augmentation, qui n’est pour l’essentiel due qu’à l’augmentation du « cout de la précaution ». La présente page n’a pas pour objectif de discuter de la pertinence de ce cout, mais juste de faire remarquer que 4000 euros du kW reste un niveau très « confortable » pour y loger toute la sûreté nécessaire, et donc qu’un débat dépassionné sur l’arbitrage cout-bénéfices justifierait tout à fait de s’arrêter à ce niveau,
- les éoliennes et panneaux solaires demandent bien plus de métaux et matériaux que le nucléaire (de 10 à 50 fois plus par kWh produit selon ce que l’on regarde). Et, pour l’heure, ces matériaux sont disponibles pour pas cher… grâce aux énergies fossiles ! Ces énergies fossiles permettent de mettre en oeuvre des engins de mine, des hauts-fourneaux et fonderies, des transports internationaux, des laminoirs et des usines chimiques, et encore tout un tas d’autres bricoles qui sont indispensables pour la fabrication des dispositifs ENR. Dans l’hypothèse où tout devient 100% ENR, comment faire fonctionner la mine, le four à nickel, le porte-conteneurs, et la cimenterie qui fournira de quoi faire le béton de l’embase ? On peut certes faire fonctionner tout cela avec du solaire et du stockage… mais en pareil cas, je doute que le prix du panneau solaire reste aussi bas !
- enfin avec un déploiement massif du solaire ou de l’éolien, il est probable que le rendement des derniers panneaux installés, ou des dernières éoliennes installées, ne soit pas aussi bon que celui des premier(e)s : les bons emplacements sont pris en premier, souvent, et plus on ira installer ce genre de moyens dans des endroits « malcommodes », plus les investissements seront élevés ou les rendements en baisse.

Il est important de se rappeler, dans ce genre de comparaison, que l’avenir peut certes être plus favorable, mais il peut aussi être plus défavorable. Ne pas l’imaginer est une erreur.

Soyons équitables !

Enfin nous pouvons terminer cette comparaison en faisant du « favorable à tous » mélangeant les valeurs optimistes pour tous les modes.

La conclusion forte de ces tests de sensibilité est que, si nous prenons en compte tous les couts système (et encore, il en reste un qui n’est pas pris en compte, voir plus bas), le nucléaire reste imbattable comme mode de production d’électricité décarbonée face aux modes « décentralisés ». La seule ENR qui peut rivaliser, parce que justement elle est centralisée et pilotable, c’estl’hydroélectricité.

Mais, et l’accident, me dira l’adversaire du nucléaire ? En prenant une valeur (qui refléterait un cout de panique bien plus qu’un cout de dommages réels) de quelques centaines de milliards d’euros, en avoir un par siècle ne suffit pas à faire basculer l’arbitrage en faveur des ENR si nous prenons une approche strictement économique.

A l’inverse, nous n’avons pas tenu compte des couts d’expropriation et de compensation écologique si ce sont des STEP qui sont déployées massivement sur le territoire (200 GW de capacité de stockage, c’est 500 barrages de Serre-Ponçon à construire, ca occupera la télé un moment avec les zadistes !).

Nous n’avons pas non plus tenu compte des coûts d’expropriation et les coûts de transaction pour construire les lignes électriques associées (il faut au minimum 10 ans pour construire une ligne actuellement).

La suite sur le site

Voir en ligne : sur le blog de Jean-Marc Jancovici

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