Module 1-2 : Concept de chaîne énergétique

Même avec des usages efficaces et sobres, il nous faudra des sources et des vecteurs énergétiques : lesquels seront les plus adaptés ?

Là encore, il nous faut d'abord évoquer les usages que l'on peut schématiquement classer en trois groupes d'importance comparable.

• Les usages mobiles dans les transports, aujourd'hui massivement réalisés par les carburants pétroliers.

• La chaleur haute ou basse température, assurée par différents types de combustibles fossiles

• L'ensemble des usages où l'électricité domine, force motrice fixe, éclairage et autres

Dans ces trois groupes, l'évolution des sources primaires et le recours à de nouveaux vecteurs se posent de manière spécifique.

Dans les transports, le défi est double :

• d'abord l'amélioration des rendements moteurs et de la consommation des véhicules (on vise désormais 2 l au 100 km, voire 1l),

• d'autre part, le recours à un vecteur énergétique sans carbone fossile.

En matière d'énergie alimentant les véhicules, trois grandes pistes sont en compétition : agrocarburants, électricité, hydrogène.

Le recours aux agrocarburants produits à partir de matière première agricole a un triple avantage. Il ne modifie pas notablement la motorisation des véhicules ni la chaîne de distribution. Il a fait ses preuves sur le plan technique et partiellement sur le plan économique avec la première génération d'agrocarburants déjà largement utilisés. Il reste à démontrer leur capacité à couvrir massivement les besoins futurs, sans concurrence avec l'alimentation, sans impacts environnementaux majeurs et avec un effet positif en matière d'émissions de GES. Les agrocarburants de deuxième génération, à base de plantes spécifiques non alimentaires, sont un premier pas dans ce sens. Mais il faudra sans doute attendre la 3^ème génération à base d'algues pour tenir - peut-être - une solution effective.

Les deux autres pistes entraînent des modifications substantielles en matière de motorisation et d'alimentation des véhicules et transformeraient en profondeur toute la filière automobile.

Le recours à l'électricité est déjà une réalité partielle dans les véhicules hybrides, surtout s'ils sont rechargeables. L'émergence de véhicules 100% électrique est conditionnée par la mise au point de solutions performantes de stockage de l'électricité, économiques et déployables à très grande échelle.

Le recours à l'hydrogène s'appuie sur une pile à combustibles alimentant un moteur électrique. Là encore de nombreux défis technologiques sont à surmonter, en termes de R&D et de déploiement à grande échelle, pour la production d'hydrogène sans émission de GES et la mise au point des piles à combustibles.

Quels que soient les scénarios, de larges incertitudes subsistent et c'est un vrai pari pour les industriels du secteur comme pour les pouvoirs publics.

L'électricité mondiale est produite pour plus des 2/3 à partir d'énergies fossiles. L'enjeu est de réduire de manière drastique leur part pour limiter les émissions de CO₂ du secteur. Depuis 20 ans, nombres de technologies nouvelles sont arrivées à maturité et ont pris leur place sur les marchés : cycles combinés à gaz (dépassant désormais 60% de rendement), nouvelles filières ENR comme l'éolien (terrestre ou offshore) ou le solaire PV. Les coûts de ces ENR se rapprochent des prix du marché pouvant laisser espérer à brève échéance la disparition des aides publiques.

La R&D se poursuit activement pour en développer d'autres susceptibles de valoriser des sources primaires alternatives, comme les énergies marines (houle, courants marins) ou bien les sources d'énergie thermique à basse température exploitées via les cycles Rankine organiques (géothermie, énergie thermique des mers).

La question de l'intermittence d'une partie de ces nouvelles sources entraîne un défi majeur autour du stockage de l'électricité (direct par batterie, ou indirect via les STEP - stations de transfert d'énergie par pompage - ou la méthanation). D'autre part, l'adaptation et la gestion intelligente des réseaux (smart grid) sont nécessaires pour répondre à cette intermittence. Il ne faudra plus seulement adapter l'offre à la demande mais aussi la demande à l'offre.

Enfin pour terminer, le troisième volet de cette transition est sans doute le moins médiatisé mais pas forcément le moins important. Il concerne tous les usages thermiques, haute et basse température (chaud mais aussi froid), c'est-à-dire environ 46% des besoins d'énergie finale au niveau mondial. Ces besoins sont assurés à 70% par les combustibles fossiles. Les combustibles renouvelables représentent une part significative avec 25%, concentrée dans les pays en développement et associée à des usages souvent peu efficaces. L'enjeu est donc d'améliorer largement leur efficacité partout et de développer leur usage dans les pays industrialisés.

Pour les besoins de chaleur basse température, d'autres sources devraient en outre être exploitables comme la géothermie, le solaire thermique et surtout la valorisation de chaleurs perdues dans des process (industrie, data center, eaux usées, air extrait), le cas échéant à l'aide de pompes à chaleur.

Pour la production de froid, les cycles à absorption devraient aussi permettre de valoriser des chaleurs perdues à moyenne température.

Le développement de réseaux de chaleur ou de froid à petite ou moyenne échelle est un préalable au déploiement de ces solutions.