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12 décembre 2015 6 12 /12 /décembre /2015 20:00
CLIMAT : LES SOLUTIONS POUR LIMITER LE RECHAUFFEMENT DE LA PLANETE

 

L'accord signé à Paris ce 12 décembre ne précise pas quelles mesures doivent être mises en œuvre pour tenir l'engagement d'une transition vers un monde émettant peu de gaz à effet de serre. Il existe des solutions…

 

Le difficile problème du stockage de l’énergie

Mécanique, chimique, électrochimique ou même électromagnétique, les voies du stockage de l'énergie sont nombreuses, mais les performances souvent décevantes. C'est pourtant un point crucial pour rendre attractives les énergies intermittentes (solaire et éolien). Pour les batteries, les plus grands progrès, ces dernières années, sont venus du Japon et sont principalement destinés aux équipements électroniques portables. Ces batteries (à base de lithium) s'implantent jusque dans les voitures de Tesla Motors, du visionnaire Elon Musk. Inconvénient, elles ont une durée de vie de 1 000 cycles de charge et une autonomie encore limitée. Les constructeurs automobiles envisagent d'autres solutions, comme des piles à combustible à l'hydrogène, inflammables mais qui produisent de la vapeur d'eau comme déchet. Des batteries chimiques (dites à accumulation) sont envisagées pour s'affranchir des métaux rares.

Une autre méthode ingénieuse, à grande échelle, avec un rendement élevé (autour de 90 %), est d'utiliser de larges retenues d'eau. Les éoliennes ou les panneaux solaires pourraient stocker l'énergie en pompant de l'eau en hauteur, libérée plus tard, comme dans un barrage hydroélectrique.

Enfin, une voie moderne et peu utilisée (son coût d'investissement est élevé) est le stockage d'énergie dans des bobines dites supraconductrices (qui laissent passer le courant sans aucune résistance). Elles permettent de stocker le courant sous forme magnétique, une fois débranchées. Cette méthode sert à restituer une forte énergie instantanément et peut être rechargeable indéfiniment.

 

Hydraulique: la plus ancienne des énergies renouvelables

Les barrages hydrauliques sont la première et plus ancienne source d'énergie renouvelable (ENR). L'hydroélectricité (avec une capacité mondiale totale de 1 174 GW) produit aujourd'hui 8 fois plus d'énergie que l'ensemble des panneaux solaires et 4 fois plus que l'ensemble des éoliennes dans le monde. Le principal inconvénient étant que cette source d'énergie utilisée depuis l'Antiquité est déjà largement exploitée dans les pays riches, où le potentiel de croissance est surtout limité à de petites installations. Beaucoup reste à faire en revanche en Afrique, en Amérique latine et en Asie. En particulier, la Chine a construit à elle seule 60 % des nouvelles installations dans le monde en 2014, note l'Agence internationale de l'énergie. Sur la prochaine décennie, d'importants barrages sont programmés au Brésil et dans une moindre mesure en Éthiopie et en Angola.

À plus long terme, domestiquer l'énergie des océans est une voie très prometteuse. Les courants marins génèrent d'importants gisements qui demandent juste à être exploités au fond des océans, même si le potentiel attendu des hydroliennes traditionnelles (comme des éoliennes sous-marines) reste limité. Entre les différents types d'hydroliennes possibles, la technique la plus efficace reste à définir. D'importants tests sont déjà effectués pour fournir de l'électricité, là où les marées sont importantes, au large de l'Écosse, du Canada et de la France. Le potentiel serait de 50 GW dans le monde, dont 4 GW environ pour les zones côtières de la France. Par ailleurs, des usines marémotrices, situées sur le rivage, produisent déjà de l'énergie. En outre, de petits équipements sont développés pour les fleuves et les rivières.

 

Le solaire, plus forte croissance pour les énergies renouvelables

De manière très symbolique, l'énergie solaire trouve même des applications dans le secteur des transports, avec des prototypes de bateaux et d'avions à propulsion électrique, dont Solar Impulse, qui a entrepris un tour du monde par étapes. Même si ces véhicules ont peu d'avenir pour le tourisme de masse, ils témoignent du fait que l'énergie du Soleil, mieux domestiquée, peut avoir des usages très variés. À tel point qu'elle affiche le plus grand potentiel de croissance en Chine, en Inde, au Japon et aux États-Unis pour accélérer leurs développements dans les énergies renouvelables. L'Inde a même initié lors de cette COP21 une Alliance solaire internationale, qui regroupe 121 pays pour déployer 1 000 gigawatts (GW) d'ici à 2030. Malgré le déploiement massif de panneaux en Chine, l'Union européenne restait en 2010 le plus grand utilisateur de la planète, avec 70 % de l'électricité d'origine solaire. La puissance électrique mondiale installée devrait atteindre 430 GW en 2020 contre 176 GW en 2014, soit une croissance annuelle moyenne de 16 %, attend l'Agence internationale de l'énergie.

Des prévisions qui sont même sous-estimées, selon l'ONG Energy Watch Group qui rassemble des scientifiques européens. Une étude de la Fondation Nicolas Hulot table sur 25 % de la production mondiale d'électricité d'origine solaire vers 2050. Une projection optimiste puisqu'en 2012 le solaire photovoltaïque ne représentait que 0,4 % de l'électricité mondiale…

Depuis la mise au point de la première cellule photovoltaïque, il y a plus de soixante ans, la récupération de l'énergie solaire (sous forme électrique) a fait des progrès considérables. Elle génère davantage d'énergie que n'en nécessite sa fabrication depuis le début des années 2000. Les rendements électriques s'améliorent (entre 10 % et 20 % et au-delà pour les cellules dites par concentration).

C'est aussi une source d'appoint qui peut être décentralisée chez les consommateurs avec des panneaux solaires sur le toit des habitations. Un atout majeur là où les réseaux de distribution d'électricité sont absents, notamment en Afrique et certaines régions d'Asie, ce qui concerne 1,3 milliard d'individus. Son principal défaut est d'être une source d'énergie intermittente. L'ajout de batteries renchérit d'environ 50 % le coût d'une installation solaire.

 

L'efficacité énergétique, levier d'économies

L'efficacité énergétique reflète « l'intensité énergétique », c'est-à-dire la quantité d'énergie requise pour produire un bien ou fournir un service. Un domaine où les améliorations potentielles les plus importantes sont dans les procédés industriels et le secteur du bâtiment.

L'un des points clés est de mieux penser les immeubles, les maisons individuelles et de favoriser la réhabilitation de logements dans des villes repensées. «Plus de 30 % des émissions de gaz à effet de serre sont liées aux bâtiments. Si rien ne change, le niveau des émissions pourrait doubler d'ici à 2050», estime l'Alliance globale pour la construction et les bâtiments, lancée récemment par une vingtaine de pays, des entreprises du bâtiment et d'architecture. Ce groupe assure que cette tendance pourrait s'inverser et aider à économiser, au contraire, plus de 3 milliards de tonnes de CO2 vers 2050, soit 8 % des rejets mondiaux actuels. Dans ce but, des normes de construction des bâtiments nouveaux se développent. La consommation d'énergie par mètre carré peut varier d'un facteur 1 à 10, selon l'isolation de la toiture, des fenêtres et le type de matériaux utilisés. Mais la réhabilitation des logements anciens avance encore trop lentement, même dans un pays en pointe comme la France.

Par ailleurs, les distributeurs d'électricité visent des gains importants d'efficacité, grâce aux réseaux dits «intelligents», en mesurant l'usage précis de chaque consommateur afin d'effacer la production de pointe, la plus coûteuse au plan énergétique. Une autre évolution est celle dite des «clean tech», pour faire mieux avec moins de gâchis et plus d'intelligence? Ce qui concerne l'énergie mais aussi l'eau, les déchets, la mobilité et l'alimentation.

 

La capture du CO2, une technologie à maturité

Les centrales thermiques, les raffineries, les cimenteries, les aciéries et l'industrie chimique sont de grands émetteurs de gaz à effet de serre.

L'idée de capter à la source le dioxyde de carbone que ces usines relâchent puis de le stocker dans le sous-sol ou de le valoriser est plutôt intéressante dans la lutte contre le réchauffement climatique. Et les technologies nécessaires arrivent à maturité. Elles sont en partie issues de l'industrie gazière qui est obligée de séparer le CO2 du méthane pour le rendre utilisable. Plutôt que de s'en débarrasser dans l'atmosphère, on peut le réinjecter dans un gisement pétrolier pour faciliter l'extraction, le stocker dans un réservoir épuisé de gaz ou dans un aquifère salin profond. Les Américains, les Canadiens et les Norvégiens ont déjà mis en pratique ce principe. En tout, quatorze installations de capture et de stockage ou de valorisation du CO2 existent dans le monde. C'est encore peu si l'on considère qu'il en faudrait un ou deux milliers pour permettre de réduire d'un cinquième les émissions mondiales en 2050. On voit néanmoins poindre ces dernières années un début de dynamique. Une première centrale électrique s'est équipée d'un dispositif de capture au Canada. Une première aciérie et une première cimenterie pourraient suivre dans les années à venir.

Le coût de la tonne capturée, entre 50 et 100 dollars, reste encore trop important pour que la filière puisse se développer de façon exponentielle. L'introduction d'une taxe carbone élevée, au niveau local ou mondial, pourrait néanmoins rendre le procédé viable sur le plan économique. Les réservoirs souterrains potentiels identifiés à ce jour permettraient de stocker 2 000 milliards de tonnes de CO2. L'équivalent de ce qu'a émis l'humanité depuis le début de la révolution industrielle. Quant aux réticences liées au stockage, les expériences en cours ou passées sont encourageantes: aucune fuite notable ni déstabilisation du sous-sol n'ont été signalées à ce jour.

 

La géothermie, une ressource peu exploitée

La géothermie, qui exploite la chaleur souterraine, a de multiples applications. L'eau chaude prélevée en profondeur, dès une centaine de mètres, peut servir directement au chauffage collectif et réduire les factures d'énergie d'un ensemble d'immeubles, d'une ville ou d'un groupe de communes. C'est la voie majeure de développement de la géothermie, notamment en France, même si la technique est fort ancienne et fonctionnait déjà pour des thermes romains!

L'autre technique, plus audacieuse, est de fournir de grandes quantités d'électricité en prélevant de la vapeur d'eau plus chaude (au-dessus de 150 °C), à proximité de volcans par exemple, pour venir actionner de grosses turbines électriques. La France dispose d'une des premières usines de ce type au monde sur la commune de Bouillante en Guadeloupe. Mais la vapeur d'eau y est chargée en soufre et en minéraux ; même purifiée, elle abîme les installations, ce qui accroît les coûts de maintenance.

Dans le monde, l'ensemble des équipements de géothermie ont une capacité totale installée de quelque 12 GW d'électricité. Les perspectives de croissance sont relativement faibles: l'Agence internationale de l'énergie (AIE) prévoit une hausse de 20 % au total, à la fin de la décennie. Il s'agit pourtant d'une source «propre» d'électricité, sans rejet de CO2.

Le Japon, l'un des pays les mieux dotés au monde par le nombre de volcans en activité, compte assez peu sur la géothermie comme source d'énergie. La raison? Les installations devraient être situées dans des parcs naturels et des zones réservées à la méditation. Or, il n'est pas question d'y déranger les esprits…

 

Le nucléaire, une solution controversée

Les seules émissions de gaz à effet de serre à mettre sur le compte du nucléaire sont, de façon grossière, celles associées à la construction des centrales, à l'extraction, l'acheminement, la préparation et le retraitement de l'uranium. Aujourd'hui, plus de 400 réacteurs en service dans le monde produisent un peu plus de 10 % de l'électricité mondiale et ne comptent que pour une part négligeable des émissions. D'après l'Agence internationale de l'énergie (AIE), le nucléaire permettrait de contribuer significativement dans le futur aux réductions des émissions de gaz à effet de serre nécessaires pour limiter le réchauffement en dessous de 2 °C. À condition que de nouveaux réacteurs soient construits. Or la catastrophe de Fukushima au Japon en 2011 a plutôt contribué à donner un coup d'arrêt au secteur. Les problèmes de sécurité, mais aussi de gestion des déchets radioactifs, présentent des freins très importants pour les pays riches. Ces derniers rechignent de plus en plus à recourir à cette énergie face à une opinion publique extrêmement défavorable. L'Allemagne a ainsi fait le choix de sortir du nucléaire. La France, qui avait tout misé sur cette énergie, commence elle-même à faire machine arrière. Les coûts mirobolants de l'EPR en construction à Flamanville ne feront rien pour arranger les choses. Seules la Russie, l'Inde et la Chine investissent encore de façon importante dans de nouvelles centrales. Mais les constructions en cours ne feront a priori que compenser les fermetures anticipées dans le parc vieillissant des pays les plus riches. Les réacteurs de 4e génération fonctionnant au thorium, abondant et peu cher, produiraient eux moins de déchets. Mais la technologie n'est pas mûre et ne sera pas disponible avant 2030 ou 2040 au plus tôt. Sans même parler de la fusion nucléaire, virtuellement «propre», mais dont l'avènement, s'il arrive, n'est pas attendu avant un demi-siècle. Pour l'instant, l'avenir du nucléaire s'inscrit donc en pointillés.

 

La forêt, un puits de carbone naturel à exploiter

En croissant, les végétaux absorbent le gaz carbonique (CO2) pour fabriquer de la matière organique (et recrachent de l'oxygène lors du processus). Les forêts sont à ce titre un gigantesque «puits de carbone naturel». On estime aujourd'hui qu'un quart environ des émissions humaines de CO2 sont ainsi absorbées par la végétation. Le bois peut d'ailleurs être considéré comme une énergie renouvelable, tant que la croissance de nouveaux arbres compense les émissions liées à sa combustion. La reforestation peut même permettre de piéger de grandes quantités de carbone supplémentaires.

La lutte contre la déforestation permet elle d'éviter de relâcher les grandes quantités de carbone qui y étaient stockées. De grands pays forestiers, à commencer par les États-Unis ou la Russie, comptabilisent d'ailleurs déjà les effets supposés des mesures de protection de leurs forêts dans leurs engagements de réduction de leurs émissions de gaz à effet de serre. Il reste néanmoins de grandes inconnues sur les quantités exactes de CO2 absorbées dans les différentes forêts du globe. Une forêt en mauvaise santé pourrait même relâcher plus de gaz à effet de serre qu'elle n'en absorbe. Ce qui est inquiétant puisque le réchauffement lui-même semble avoir un effet délétère sur de nombreuses espèces qui peinent à s'adapter. Dans les pires scénarios, les forêts pourraient même devenir des sources de gaz à effet de serre plutôt que des puits… Une raison supplémentaire pour laquelle les scientifiques les étudient en ce moment avec la plus grande attention.

 

Les biocarburants, abondants mais encore coûteux

Betterave, canne à sucre, colza, maïs, soja, tabac, mais également chardon, canne de Provence, ricin, saule ou encore algues, déchets agricoles, voire déchets ménagers... La liste des sources de biocarburants est illimitée. Ces combustibles entrent déjà, en partie, dans les formulations du diesel et de certaines essences en Europe. Et ce mouvement s'amplifie dans le monde entier. Ces combustibles représentent 3,4 % de la consommation mondiale de carburants pour les transports routiers, selon le panorama 2015 de l'Ifpen, et 1 % de la consommation totale d'énergie, selon les Nations unies.

Mais, après une première vague de développement des biocarburants, dits de première génération, à partir de cultures agricoles destinées également aux ressources alimentaires, cette compétition entre ces deux usages a conduit, au début des années 2000, les scientifiques à envisager d'autres méthodes pour générer du bioéthanol et du biodiesel. Il a donc été décidé d'utiliser la lignocellulose, c'est-à-dire la partie verte des plantes (tiges et feuilles, et plus seulement les fruits ou graines), certains résidus (agricoles), des déchets de l'industrie du bois, du papier et la partie organique de déchets ménagers. De nombreuses usines sont construites ou en cours d'achèvement pour ces biocarburants de deuxième génération. Deux voies principales sont utilisées pour les fabriquer: biologique (au moyen de levures et de bactéries spécialisées) ou chimique (notamment au moyen de la chaleur pour créer un gaz de synthèse, précurseur du bioéthanol). Cette dernière méthode est même utilisée pour convertir du CO2 en carburant, en le chauffant avec les rayons du soleil. Les ingénieurs ont pu synthétiser à partir de lignocellulose ou même de CO2 du kérosène, le combustible des avions, qui a une grande capacité calorifique.

Cependant, de nombreux experts doutent de la rentabilité de ces installations. L'Ifpen rappelle qu'il faut encore réduire le coût de la biomasse, qui compte pour 25 % du coût total de production des biocarburants de deuxième génération. Même si la matière première est peu onéreuse, il faut encore l'acheminer jusqu'au site de transformation. Les «unités de biocarburants survivent grâce aux subventions», reconnaît le responsable scientifique d'un grand projet européen de bioraffinerie. Pour l'avenir, les ingénieurs se penchent sur des biocarburants à partir d'algues.

 

L'éolien, énergie efficace, mais pour des grands projets

De plus en plus grandes et de plus en plus puissantes, les éoliennes ont orienté l'Europe et les États-Unis vers les énergies renouvelables. Le Vieux Continent, avec ses industriels danois, allemands et espagnols, détient le plus grand parc éolien de la planète, avec 44 % de la puissance électrique installée au monde en 2010.

Mais ces grandes machines, dont la puissance unitaire dépasse les 5 MW (mégawatts), ne sont pas acceptées partout, notamment en France, où l'installation d'un parc dure sept ans en moyenne du fait des recours systématiques d'opposants et de riverains.

D'où le développement de parcs en mer, où l'Europe devrait conserver son avance pendant la prochaine décennie, tandis que les industries chinoise et indienne vont prendre le relais pour leurs territoires.

C'est en Chine que va se concentrer le plus grand nombre de nouvelles éoliennes jusqu'en 2020 (40 % des nouvelles capacités de production électrique dans le monde). L'offshore représentera environ 5 % de la puissance électrique installée sur la planète en éolien (600 GW) en 2020 contre 2 % l'an dernier.

L'éolien est surtout intéressant à grande échelle, sauf conditions particulières pour les îles tropicales, et l'est beaucoup moins pour les petites structures ou les particuliers. Car pour rentabiliser les installations, il est nécessaire d'étudier précisément le vent sur une longue période et de réduire les coûts de maintenance, qui se révèlent élevés.

Deux raisons qui font de cette énergie renouvelable (et intermittente), une affaire réservée aux électriciens et aux grands groupes, habitués aux programmes longs et coûteux.

 

 

Source : Le Figaro.fr 12-12-2015

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Published by jp echavidre - dans Le MONDE en marche..
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