L’illusion de l’énergie primaire : ou pourquoi l’énergie « gratuite » n’est pas gratuite du tout

Pourquoi cette discussion est importante

Lorsque nous allumons la lumière, nous nous demandons rarement d’où provient réellement cette électricité. La lumière du soleil, le vent, le charbon, le gaz et l’uranium existent tous gratuitement dans la nature, mais pour transformer chacun d’eux en électricité utilisable, disponible à chaque seconde de l’année avec la tension, la fréquence et la phase adéquates, est un processus complexe… un service rendu au consommateur.

C’est là qu’intervient la notion d’énergie primaire. Et c’est aussi là qu’un argument répandu, le sophisme de l’énergie primaire, ne résiste pas à l’épreuve du temps.

Qu’est-ce que l’énergie primaire réellement ?

L’énergie primaire est l’énergie brute extraite directement de la nature : charbon, gaz, pétrole, uranium, eau courante, lumière du soleil, vent.

L’électricité est une énergie secondaire. Elle n’existe qu’après une longue chaîne de transformation, de conversion et de distribution. Aujourd’hui, l’électricité ne représente qu’environ 40 % de la consommation mondiale d’énergie primaire, malgré la faible part attribuable à l’énergie éolienne et solaire.

Oui, l’éolien et le solaire produisent directement de l’électricité, mais ce qui importe ici, c’est que l’électricité destinée à nos réseaux (contrairement à l’utilisation d’une batterie externe basse tension pour recharger un téléphone) n’a de valeur seulement, et je répète SEULEMENT, que si elle peut être fournie comme un service, c’est-à-dire 24 h/24, 7 j/7, 365 j/an, à la demande, avec la tension, la fréquence, la phase et le courant adéquats. Les centrales thermiques offrent intrinsèquement ces qualités. Ce n’est pas le cas des éoliennes et des panneaux solaires. Pour les critiques, je répète que je parle d’électricité utilisable pour nos réseaux. Quant à toute application véritablement hors réseau, chacun est libre de faire ce qu’il veut, et cela ne me préoccupe pas outre mesure, car c’est largement insignifiant dans le grand schéma des choses.

L’illusion de l’énergie primaire, en bref

Ce raisonnement fallacieux repose sur deux affirmations :

• Erreur courante concernant l’énergie primaire n° 1 : « La conversion du gaz et du charbon en électricité entraîne une perte d’environ 60 %. Cela signifie qu’une unité d’énergie primaire éolienne ou solaire remplace deux unités d’énergie primaire issue du gaz ou du charbon. »
• Erreur de raisonnement n° 2 concernant l’énergie primaire : « Les pertes de conversion lors de l’utilisation finale dans les moteurs à combustion interne sont également importantes. Les moteurs électriques sont beaucoup plus efficaces. La plupart des moteurs de voiture « perdent » 70 % de l’énergie du carburant, ce qui signifie qu’une unité d’énergie finale d’électricité remplace trois unités d’essence ou de diesel. »

Le malentendu provient de la croyance que l’énergie éolienne et solaire produit de l’électricité sans aucune perte (une forme d’énergie secondaire ou tertiaire), tandis que le charbon, le gaz et l’uranium, bien qu’ayant un contenu énergétique élevé, subissent des « pertes thermiques » de l’ordre de 60 à 70 % lors de leur transformation. Cet argument fallacieux sur l’énergie primaire, est utilisé pour la production d’électricité et, sous une forme légèrement modifiée, pour les véhicules à moteur à combustion interne.

Au niveau du système, qui est le seul niveau qui compte lorsqu’il s’agit de produire de l’électricité utilisable pour nos réseaux, l’éolien et le solaire fournissent malheureusement moins d’énergie nette utilisable par unité d’énergie primaire investie que le charbon, le gaz ou le nucléaire.

Les ressources « gratuites » ne sont pas gratuites d’utilisation.

Les agences énergétiques annoncent souvent un rendement proche de 100 % pour l’éolien et le solaire, car elles n’incluent pas les importants travaux en amont nécessaires pour rendre cette électricité utilisable.

Par exemple, d’après un récent rapport de l’Energy Institute :

• Énergie éolienne et solaire : ~4 655 TWh d’énergie primaire deviennent ~4 623 TWh d’électricité, considérée comme quasiment sans perte.

• Nucléaire : ~8 500 TWh d’énergie primaire deviennent ~2 800 TWh d’électricité pertes incluses.

Le problème est simple… L’éolien et le solaire dissimulent leurs pertes dans leur chaîne d’approvisionnement et dans les « systèmes auxiliaires » nécessaires pour les rendre « utiles » à nos réseaux, tels que…

• 1) Un surdimensionnement massif des installations éoliennes et solaires est nécessaire pour compenser le faible facteur de capacité naturelle, entraînant un faible facteur de charge net, ainsi que les problèmes d’intermittence et d’imprévisibilité, et pour recharger les systèmes de stockage.
• 2) Stockage d’énergie de courte durée, sous forme de batteries, pour compenser les fluctuations de courte durée et équilibrer le réseau.
• 3) Le stockage d’énergie à long terme, envisagé sous forme d’hydrogène, pour pallier les jours et les semaines de production combinée insuffisante d’énergie éolienne et solaire.
• 4)  Centrales de secours thermiques prêtes à l’emploi en cas de besoin : en Allemagne, 12 à 20 GW de gaz seront nécessaires d’ici 2030 ; à l’avenir, ce système de secours devrait fonctionner à l’hydrogène.
• 5) Un réseau de transport et une infrastructure d’intégration beaucoup plus complexe et étendu, également pour « conditionner » l’énergie éolienne et solaire.

L’extraction minière, le raffinage, la fabrication, les systèmes de stockage, l’extension du réseau, les systèmes d’équilibrage et la courte durée de vie opérationnelle des éoliennes et des panneaux solaires nécessitent tous d’énormes quantités d’énergie primaire. Ces éléments ne figurent pas dans les statistiques.

Une centrale au charbon ou au gaz présente des pertes thermiques importantes, mais elle fonctionne sur un seul site pendant 30 à 60 ans. L’éolien et le solaire nécessitent une reconstruction continue et d’importantes infrastructures de soutien.

Pourquoi l’éolien et le solaire nécessitent autant de soutien de système

Trois défis physiques influencent la production éolienne et solaire :

• (a) Densité énergétique, (b) Intermittence, (c) Durée de vie opérationnelle

Pour compenser, cinq grands systèmes auxiliaires sont nécessaires, comme indiqué ci-dessus : 1) la surcapacité, 2) le stockage d’énergie à courte durée, 3) le stockage d’énergie à longue durée, 4) les centrales électriques de secours et 5) l’infrastructure de transport et d’intégration au réseau.

Les cinq systèmes doivent être construits, entretenus, remplacés et alimentés. Leur empreinte énergétique et matérielle est considérable et généralement absente des rapports sur la consommation d’énergie primaire.

Le remplacement d’une centrale à charbon, à gaz ou nucléaire nécessite essentiellement la construction de cinq sous-systèmes distincts éolien-solaire-stockage-réseau , chacun ayant sa propre durée de vie et son propre coût.

Quelle quantité d’énergie utilisable obtenons-nous réellement ?

Quelques contrastes tirés du monde réel :

Solaire

• Facteur de capacité naturelle : 10 % en Allemagne ; 20 à 25 % dans les régions plus ensoleillées.

• Durée de vie : souvent 12 à 15 ans en pratique, et non 25 à 30 ans.

• Besoins de surdimensionnement pour le stockage de longue durée : dans les cas extrêmes, des centaines de fois la capacité existante.

• Industrie manufacturière : fortement dépendante des énergies fossiles.

Vent

• Facteur de capacité naturelle : ~22 % en moyenne mondiale ; bons sites ~35 %.

• Densité de puissance : 1 à 2 MW par kilomètre carré.

• Durée de vie : 10 à 20 ans ; en mer, elle tend vers la limite inférieure.

• Nécessite également l’exploitation minière et la fabrication alimenté par les énergies fossiles.

Charbon ou gaz

• Facteur de capacité naturelle : plus de 98 %, limité uniquement par la demande et une utilisation moindre.

• Durée de vie : 30 à 60 ans.

• Une seule centrale remplace l’ensemble des systèmes éoliens/solaires et leurs systèmes auxiliaires.

• Le carburant doit être fourni en continu, mais les infrastructures sont durables.

Sur l’ensemble de leur durée de vie et pour l’ensemble des systèmes, les énergies solaires et éoliennes produisent beaucoup moins d’énergie par rapport à l’énergie investie.

Pourquoi cette idée fausse persiste

Vu que les statistiques nationales ne reflètent pas les besoins énergétiques en amont des énergies éolienne et solaire, ces dernières apparaissent plus propres, plus simples et moins chères qu’elles ne le sont réellement. Les débats politiques s’appuient souvent sur le LCOE ( coût actualisé de l’électricité ), qui ignore les impacts sur le système, plutôt que sur le FCOE ( coût total de l’électricité ), qui inclut les coûts d’infrastructure et de fiabilité qui sont les véritables enjeux pour un pays.

La comptabilisation de l’énergie primaire suppose également un rendement du système proche de 100 % pour le rayonnement solaire entrant, ce qui masque les ressources et l’intensité énergétique nécessaires pour collecter, convertir, stocker et conditionner cette énergie en puissance utilisable.

Alors, quel est le véritable enseignement à tirer ?

• Tout système énergétique requiert de l’énergie, des matériaux, de l’argent et du temps avant de fournir de l’électricité utile.

• L’énergie éolienne et solaire ne sont pas « gratuites » si l’on ajoute le stockage, les mises à niveau du réseau, les systèmes de conditionnement et les fréquentes reconstructions.

• Leur intermittence oblige à construire beaucoup plus d’infrastructures physiques que la plupart des gens ne le pensent.

• Le charbon, le gaz et le nucléaire présentent des pertes de conversion évidentes, mais fournissent plus d’énergie nette utilisable par unité d’investissement dans le système.

• Au niveau du système, l’énergie éolienne et solaire sont moins efficaces en termes d’énergie primaire, et non l’inverse.

• L’électricité gratuite n’existe pas… qu’elle provienne du charbon, du gaz, de l’uranium, du soleil ou du vent. La nature nous offre des ressources ; les transformer en électricité fiable a toujours un coût.

• L’erreur de raisonnement concernant l’énergie primaire néglige cette réalité, et c’est pourquoi elle fausse le débat sur notre avenir énergétique.