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Eoliennes

Les énergies renouvelables, une alternative aux énergies fossiles ?

Pour produire de l'électricité à partir d'énergie renouvelable, la technologie la plus répandue reste aujourd'hui, de très loin, l'hydroélectricité. Au prix de travaux conséquents, les barrages permettent, en faisant passer de l'eau dans leurs turbines, de produire de l'électricité relativement aisément sans émettre le moindre gramme de CO2.

Pour les pays qui ont la chance d'en bénéficier, leur présence sur le réseau peut s'avérer particulièrement utile, que ça soit pour absorber des pics de demande ou compenser des défaillances brutales. Il suffit d'ouvrir plus ou moins les vannes pour injecter, quasi immédiatement, la quantité d'électricité voulue.

Nous pouvons tout de même remarquer deux inconvénients notables :
  • En amont du barrage, le remplissage du lac de retenue demande de noyer sous l'eau des vallées entières. Les conséquences sur la biodiversité et les populations locales peuvent être catastrophiques.
  • Les lâchers d'eau provoquent une augmentation brutale du courant et du niveau d'eau en aval, ce qui représente un danger potentiellement mortel pour les personnes présentes sur les rives. Quant aux ruptures de barrage, elles peuvent avoir des conséquences absolument dramatiques. 1 2

Ceci étant dit, pour peu que l'on remette en perspective les menaces liées au changement climatique, la balance bénéfices-risques des barrages est, comparée à celles des centrales à charbon, plus que largement positive.

Hydroélectricité contre charbon
GIEC 3

Il est par conséquent logique de développer l'hydroélectricité intelligemment. C'est-à-dire : à peu près partout où elle peut venir se substituer au charbon ou au gaz. Le problème principal reste que, pour construire un barrage, il faut de l'eau. Et un minimum de débit. Or, en dehors de quelques pays particulièrement privilégiés, c'est très loin d'être le cas partout. D'autant plus qu'après une forte expansion à partir de la deuxième moitié du XXème siècle, les emplacements pouvant accueillir de nouveaux grands ouvrages sont désormais relativement limités. L'hydroélectricité n'est donc certainement pas une solution universelle à notre problème.

Les nouvelles énergies renouvelables

Le vent ou le soleil ne souffrent pas de cette limitation, car on en trouve à peu près partout. Voyons donc ce que nous pouvons raisonnablement espérer des « nouvelles énergies renouvelables » : l’éolien et le solaire.

Fournir, en conditions idéales de vent ou d'ensoleillement une puissance équivalente à celle d'une centrale à charbon de taille moyenne nécessite déjà d'installer, au choix, de l'ordre de 300 éoliennes ou 200 hectares de panneaux photovoltaïques. Avec une installation ainsi dimensionnée, lorsqu'il fait beau et que le vent souffle, l'approvisionnement énergétique est assuré sans avoir besoin de brûler le moindre bout de charbon.

Production éolienne et solaire Production éolienne et solaire

Mais si le vent tombe, ou tout simplement qu'il fait nuit, alors les choses se compliquent quelque peu. Personne n’envisage en effet sérieusement devoir patienter plusieurs heures, voire plusieurs jours, les bras croisés, en attendant que la brise se lève pour pouvoir prendre le métro, ou rallumer son réfrigérateur. Même les écologistes les plus convaincus seront, dans ces circonstances, ravis d’apprendre que le charbon peut prendre la relève au pied levé, et rétablir très rapidement l'électricité.

Intermittence des énergies renouvelables Intermittence des énergies renouvelables

Impossible donc de nous passer de notre centrale à charbon. Malheureusement, nous en avons toujours besoin pour compenser l'intermittence des énergies renouvelables, celles-ci dépendant de conditions météorologiques aussi variables que le vent ou le soleil.

De surcroît, cette intermittence est entièrement subie. Nous ne pouvons en effet pas décider qu'il y ait un peu de vent, beaucoup de vent, ou que vienne une accalmie, pas plus que nous ne pouvons faire partir les nuages en fonction de notre besoin en énergie. Ainsi dit-on des nouvelles énergies renouvelables qu’elles ne sont pas pilotables.

Pour ces deux raisons, les énergies renouvelables ne permettent pas de fermer la moindre centrale à charbon : elles ne font guère que s’y ajouter !

🤔 « Oui mais bon, les jours de vent nous n'avons plus besoin d’utiliser de charbon »

Ne perdons pas de vue notre objectif de départ : la fermeture pure et dure. Ceci étant dit, nous pouvons envisager cette étape comme intermédiaire. Voyons donc ce qui nous sépare du résultat attendu.

Ce qui nous intéresse ici, c'est de savoir combien une éolienne produit, en réalité, par rapport à ce qu'elle pourrait produire sur la même durée si elle fonctionnait à pleine puissance. C'est-à-dire dans des conditions de vent tout à fait optimales. Ce rapport est défini par un indice absolument fondamental pour comprendre les enjeux énergétiques : le facteur de charge.

Le facteur de charge le plus élevé provient des éoliennes « offshore » – installées en mer. Bénéficiant de conditions de vent particulièrement favorables, elles peuvent arriver à tourner l'équivalent, à plein régime, de trois journées par semaine. Elles arrivent ainsi à un facteur de charge record, de l’ordre de 40%.4

En France, les éoliennes terrestres fonctionnent, selon les mois, l'équivalent d'une à deux journées par semaine, soit un facteur de charge qui varie selon les saisons entre 15 et 30%.5

Bien entendu, il ne s'agira pas d'un fonctionnement en tout ou rien selon les jours. Il s'agissait ici uniquement d'illustrer les ordres de grandeur en question. En réalité, nous retomberons bien sur 15 à 40% de la production théorique, mais dans une réparition évoluant en continu, entre plus ou moins d'éolien et, dans notre exemple, plus ou moins de charbon.

Facteur de charge éolien Facteur de charge éolien

Quant au solaire, nous allons retomber sur la même problématique, avec cette fois l'alternance jour-nuit, et les variations de la couverture nuageuse. Le facteur de charge est ici compris entre 5 et 35% avec, selon les pays, une variabilité saisonnière importante.6

facteur de charge solaire facteur de charge solaire

Même en combinant de manière optimale solaire et éolien pour bénéficer des avantages de l'un ou de l'autre selon l'emplacement géographique ou les saisons, les énergies renouvelables se montrent bien incapables de remplacer totalement une source d’énergie pilotable comme une centrale à charbon. Tout au plus permettent-elles de diminuer en partie leur production. Autrement dit : leur facteur de charge.

🤔« Alors, au final, de combien peut-on espérer réduire les émissions de CO2

Dans des conditions moyennes d'ensoleillement et de vent, ajouter suffisamment de puissance, c'est-à-dire de 4 à 10 fois l'équivalent en charbon pour, respectivement l'éolien et le solaire, permettrait théoriquement de réduire les émissions provenant d'une centrale thermique de 60 à 70%.

Énergies renouvelables contre charbon

La dernière ligne droite pour atteindre les 100% d'énergies renouvelables est autrement plus complexe. Elle requiert de s'attaquer réellement au problème de l'intermittence : comment assurer une continuité dans l'approvisionnement énergétique à partir de sources aussi inconstantes que le vent ou le soleil ?

La solution passe ici par la capacité à puiser, à la demande, dans un stock d'énergie renouvelable préalablement constitué. Ce stock peut avoir été accumulé naturellement, comme c'est le cas pour le remplissage des barrages hydroélectriques.

Toutefois, cela peut rapidement s'avérer insuffisant au regard des besoins. Il devient alors nécessaire de mettre de côté une partie de la production issue des sources d'énergies intermittentes pour pouvoir y faire appel plus tard. Et c'est bien là un défi d'une toute autre ampleur.

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