Le changement climatique la transition énergétique et notre mode de vie. Partie 10 : Combien faudrait-il d’éoliennes pour le chauffage des Fontenaysiens ?

Pour donner un aspect concret au problème posé par la transition énergétique, je prends comme exemple le souhait (fictif) des Fontenaysiens de se chauffer uniquement au moyen d’énergie renouvelable locale, comme si Fontenay était une ile raccordée à aucun autre réseau. Mais avant de passer au vif du sujet, il importe de bien distinguer kilowatts et kilowatt-heures. La confusion est fréquente. Pardonnable chez le non spécialiste mais pas chez les responsables politiques, qui pourtant font souvent cette confusion.

Nous consommons de l’énergie, des joules, des kilowatt-heures pour nous chauffer

Selon Wikipedia, “l’énergie est une grandeur physique qui mesure la capacité d’un système à  (…) à produire un travail entraînant un mouvement, (…) ou produisant de la chaleur.

Quand je me déplace, je mets en mouvement ma voiture ou mes jambes, pour le faire j’ai besoin d’énergie. Même chose pour me chauffer.

Quand je me déplace, je mets en mouvement ma voiture ou mes jambes, pour le faire j’ai besoin d’énergie. Même chose pour me chauffer.

L’énergie s’exprime en joules (unité sans utilité pratique dans la vie quotidienne) ou ses multiples (des puissances de 1000) mais aussi en kilowatt-heures, unité plus familière au particulier. Le kWh n’est pas réservé à l’énergie électrique.

Il y a par exemple environ 10 kWh dans un litre d’essence. A 1,50 € le litre, ça fait 15 centimes le kWh, soit à peu près le prix du kWh électrique !

  • Une voiture thermique consomme environ 8 litres d’essence (en ville) aux 100 km donc 80 kWh/100 km. soit environ 12 € aux 100 km.
  • Une voiture électrique type Zoé consomme 15 kWh aux 100 km soit environ 2,50 € aux 100 km. Quatre fois moins qu’une voiture thermique. La différence vient du rendement du moteur électrique très supérieur à celui du moteur thermique et de la récupération d’énergie lors du freinage.

La puissance mesure la vitesse à laquelle nous consommons de l’énergie, elle s’exprime en watt et kilowatt

Puissance (en watt) = Energie (en joule) / temps (en seconde)

On pourrait exprimer la puissance en joule par seconde, mais c’est le nom de l’ingénieur écossais James Watt qui a été choisi. La relation ci-dessus est équivalente à : Puissance x temps = Energie

En choisissant une puissance de 1 kW et un temps d’une heure on obtient par définition une énergie de 1 kWh :

1 kW x 1 h = 1 kWh

1 kWh en joule : 1000 W x 3600 s = 3 600 000 J

A retenir : Le kWh est une unité d’énergie ; C’est l’énergie produite par une source d’une puissance de 1 kW pendant 1 heure

Nous consommons de l’énergie (des kWh).

La puissance (en kW) nous dit à quelle vitesse

Combien de kWh consomme un habitant de Fontenay pour se chauffer ?

Remarque

Il y a une incertitude sur la puissance consommée par habitant pour le chauffage. Le chiffre de 1 kW conduit à une estimation un peu haute mais cohérente avec celle de Totalenergie. (110 kWh/m2/an ou 2800 € environ pour une maison de 120 m2)

Combien d’éoliennes pour le chauffage des Fontenaysiens

Première solution : éoliennes + stockage/déstockage inter saisonnier

Remarque

Le stockage inter saisonnier par batteries conduit à des chiffres astronomiques éliminatoires.

Chaque habitant consomme déjà en une seule journée d’hiver, 24kWh, soit  la quasi -totalité d’une batterie de type Zoé (max 36 kWh, mais plutôt 24 kWh par grand froid ) !

Autres solutions de stockage :

  • Station de transfert d’énergie par pompage (STEP). Créer deux lacs, l’un en bas du Panorama, l’autre en haut ! ! L’eau d’une réserve de 1 km2 sur 10 m de profondeur, pompée à 100 m de hauteur, stocke 3000 MWh (Énergie en joule = masse en kg x g x hauteur en m). A peine 10 jours de consommation hivernale !
  • Électricité > Hydrogène -> Électricité. Le rendement est de 25 %. On perd les 3/4 de l’énergie produite. Il faut encore plus d’éoliennes. On tombe alors dans la solution présentée ci-après. De plus ce n’est pas une technologie “sur étagère”, cette technologie n’est pas mature.

Deuxième solution : Plus d’éoliennes, stockage minimum

Remarque

15 éoliennes ! Voire 20 avec un facteur de charge de 25% plus réaliste. Et on en a besoin qu’en hiver… Il est clair qu’on n’a pas la place de loger ces éoliennes à Fontenay, ni dans aucune ville voisine d’ailleurs.

Il faut aussi du stockage pour compenser les aléas de la production au cours de la journée, de la semaine, voire du mois (périodes de froid anticyclonique). Le besoin en stockage dépend du régime des vents. Il est estimé ici à 10 jours de production moyenne. Chiffre choisi arbitrairement, faute de données suffisantes. Solution à rejeter :

  • coût total élevé, on voit que l’intermittence coûte cher
  • besoin de trop d’espace, sans compter l’impact visuel et sonore des 15 éoliennes…

Troisième solution : éoliennes adossées au réseau national

On se raccorde au réseau national (finie l’autonomie !) et on se défausse de la gestion de l’intermittence sur les producteurs exploitant des centrales thermiques pilotables (tant qu’il y en a !). L’économie ainsi réalisée est énorme. C’est une solution facile et très économique pour l’exploitant d’éoliennes…

Si au lieu de Fontenay je choisis une ville de province de même taille mais avec beaucoup d’espace vide à sa périphérie, il devient plus facile d’y implanter une quinzaine d’éoliennes et de les raccorder au réseau national. Les habitants pourront ainsi se chauffer grâce à l’énergie du vent quand il y en a, sinon grâce au nucléaire…

Quelles leçons tirer de ces simulations

Elles montrent, chiffres à l’appui, le problème aigu que pose la production d’énergie  renouvelable, ici l’énergie éolienne. Il faut avoir conscience que nous voulons passer d’une énergie concentrée, transportable, stockable, modulable à notre guise, à une énergie diffuse, fluctuante, non stockable, soumise aux aléas météorologiques. En clair on veut abandonner une énergie de grande qualité énergétique mais carbonée, pour une énergie de faible qualité énergétique mais non carbonée.

Il faut s’attendre à ce que cette baisse de qualité se traduise tôt ou tard par un prix plus élevé de l’énergie. Ce que la nature a fait gratuitement, nous devrons le faire à sa place. Forcément ça va nous coûter. On le constate déjà : kWh plus cher, infrastructure omniprésente et peu discrète (éoliennes de 200 m de haut), coûteuse, intermittence au coût pharaonique sauf si on recourt à l’énergie qu’on veut justement abandonner.

Concernant la transition énergétique proprement dit deux éléments viennent la compliquer

  • La nécessité de produire plus d’électricité. Pour sauver le climat, nous devons décarboner l’énergie. C’est à dire privilégier l’usage de l’électricité car on sait la produire sans carbone avec du renouvelable ou du nucléaire. Les autres énergies exigent de bruler des matières carbonées, il faut y renoncer. Dans le cas du chauffage cela veut dire remplacer un chauffage au gaz par un chauffage électrique.
  • L’impossibilité de remplacer 1 MWh thermique (pilotable) installé par 1 MWh renouvelable à raison de 1 pour 1. Cela est dû au facteur de charge des panneaux photovoltaïques et des éoliennes qui plafonnent à 20, 30%. Il faut donc surinvestir dans l’installation des moyens de production renouvelables par rapport aux centrales qu’ils remplacent

Conséquence : deux actions doivent impérativement être coordonnées :

  • Réduire la production thermique carbonée
  • Augmenter la production d’électricité décarbonée (renouvelable ou nucléaire)

Or ce n’est pas ce que l’État a fait ! Fessenheim (qui n’émet pas de CO2) a été fermée pour des raisons politiques, sans être remplacée par un potentiel équivalent de production décarbonée.

Ce n’est pas non plus ce que l’Etat prévoit de faire ! Les objectifs définis sur le site  gouvernement.fr/action/la-transition-énergétique-pour-la-croissance-verte le prouvent.

Un des objectifs est de porter la part des énergies renouvelables (…) en 2030 à 40% de la production d’électricité, un autre est de ramener la part du nucléaire à 50 % de la production d’électricité en 2025. Les années ne sont pas les mêmes ! Comment est censé fonctionner le système électrique entre les deux ? Le site pourtant mis à jour en aout 2021 ne précise pas que l’échéance de 2025 intenable selon RTE, a été reportée. Ce report confirme le manque de sens des réalités de nos politiques.

La définition de ces objectifs semble due à un manque de méthode inquiétant. Un système électrique est un tout bien défini. C’est un système complexe qui obéit aux lois de la physique, sur lequel on ne peut pas agir n’importe comment. Visiblement le Gouvernement ne le voit pas comme tel. L’état visé en 2030 du système électrique n’est pas défini ! Le gouvernement a choisi de faire évoluer les différents moyens de production de façon indépendante, sans cohérence entre eux, ce qui est risqué et complètement déconnecté des réalités physiques.

 RTE a prévu de publier bientôt le résultat de ses études présentant différentes variantes du système électrique en 2050, 100% renouvelable, nucléaire + renouvelable, etc. Ces études permettront d’y voir plus clair sur le système électrique futur, y compris sur le moyen d’y arriver : la transition énergétique : quel point de départ, quel point d’arrivée ? quel chemin ?

Daniel Beaucourt octobre 2021