Pourquoi n’est-il pas si simple de remplacer le nucléaire par le vent et le soleil ?

Les objectifs affichés par la France concernant son mix électrique visent à réduire à 50 % la part du nucléaire dans la production nationale d’électricité, à une échéance encore floue. On pourra se demander d’où vient ce chiffre de 50 % : pourquoi pas 60 %, 30 %, ou même 0 % ? Ne pourrait-on pas être ambitieux, et viser un remplacement de la totalité du parc nucléaire ? Après tout, le soleil et le vent ne manquent pas, et s’ils sont à même de remplacer 17 réacteurs, il suffirait de multiplier par un peu plus de trois nos efforts pour remplacer la totalité de nos 58 réacteurs.

Mais on ne remplace pas le nucléaire par du vent et du soleil aussi simplement que l’on remplace le charbon par du nucléaire. Illustration.

Test d’un mix électrique hypothétique

Début 2018, France. Le mois de décembre a été doux, la période des fêtes en particulier, et janvier continue sur cette lancée. Le parc nucléaire tourne à un bon régime, soutenu, malgré un nombre légèrement plus élevé que la normale de réacteurs à l’arrêt. Et le parc gaz est significativement sollicité pour ménager des réserves d’eau déjà basses dans les barrages. Rien d’alarmant cependant, jusqu’aux derniers jours du mois. Mais voilà que les températures commencent à baisser considérablement sur toute l’Europe, durablement jusqu’en mars, et alors reviennent les inquiétudes sur les capacités du mix électrique français…

Si cet hiver n’a pas battu le record de consommation d’électricité atteint en 2012 (102,1 GW), avec une pointe à 96,6 GW le 28 février 2018 à 19h30, nos capacités de production et nos interconnexions ont été lourdement sollicitées. Donc cette période, sans aller chercher dans le cas extrême, semble une bonne base pour étudier le dimensionnement d’un mix électrique alternatif. Un mix sans nucléaire, évidemment sans charbon et sans fioul et, dans la mesure du possible, sans gaz !

Voyons la consommation, demi-heure par demi-heure, telle que la retrace le gestionnaire du réseau de transport d’électricité français, RTE, et comparons-là à la production de notre système électrique, déduction faite du nucléaire et des énergies fossiles. De la sorte, ne restent que l’hydraulique, les bioénergies (biomasse, biogaz, déchets), le solaire et l’éolien :

On reconnaîtra, dans le tracé de la consommation, quelques variations bien identifiables :

• un cycle quotidien jour/nuit,
• un cycle hebdomadaire semaine/week-end,
• une élévation rapide de la consommation à la fin du mois.

Dans la réalité, l’intervalle entre ces deux courbes est couvert par le nucléaire, les énergies fossiles, et les échanges avec les pays voisins – souvent des exports mais, à cette période, parfois aussi des imports d’électricité.

Finalement, à vue de nez, si on multiplie par 4 environ le niveau de production, on devrait atteindre la courbe de consommation, non ? C’est un raisonnement à expérimenter. Cependant, dans la mesure où la quasi-totalité du potentiel hydraulique en France est déjà exploitée, il n’y a que le solaire, l’éolien et les bioénergies que l’on puisse encore développer à grande échelle. Prenons donc un peu de marge, et multiplions leur production par 8 :

On voit alors que la production parvient, par moments, à rattraper la consommation. Pour rendre l’observation plus simple, il est possible de tracer l’écart, à chaque instant, entre production et consommation :

Ainsi, au-dessus de l’axe horizontal, on produit davantage que l’on consomme et en dessous, la production est insuffisante. Le but est donc que la courbe reste très proche de l’axe horizontal. En moyenne sur la période, on n’est pas trop loin de l’équilibre, mais à chaque instant, la production est rarement égale à la demande. Et pour cause ! L’éolien et le solaire ne sont pas pilotables : le vent souffle et le soleil brille au gré de la météo, c’est-à-dire indépendamment de nos besoins, tandis que les bioénergies fonctionnent à puissance relativement constante. Ne reste que l’hydraulique qui tente courageusement de suivre la demande, mais c’est bien insuffisant…

Octroyons-nous trois leviers d’action supplémentaires. Commençons par abaisser la consommation de, disons, 20%. Efficacité et sobriété énergétique en appui à la sortie du nucléaire. Puis prenons en compte les échanges aux frontières : nos records, historiquement, sont de respectivement 12 et 17 GW en import et en export. Envisageons d’avoir la possibilité d’importer ou exporter, selon les besoins, jusqu’à 20 GW. Pour ce faire, il faudra réaliser un généreux développement des interconnexions, mais pas surréaliste. Par ailleurs, ce faisant, on suppose qu’à tout moment, notre voisinage sera en mesure de nous délivrer ou nous délester la puissance que l’on souhaite, avec un maximum de 20 GW. Et… On ferme les yeux sur l’origine de cette électricité qu’ils nous fourniront.

Enfin, mettons en œuvre un mécanisme d’effacement. Il s’agit de rémunérer des clients (particuliers ou, surtout, des entreprises très consommatrices d’électricité) pour qu’ils acceptent, à la demande du gestionnaire du réseau, « d’effacer » leur consommation, c’est-à-dire de la réduire jusqu’à être autorisés à l’augmenter à nouveau. En d’autres termes, cela permet, face aux pointes de consommation, de diminuer la consommation plutôt que d’augmenter la production avec des capacités de réserve (généralement, des turbines à combustion au gaz ou au fioul, très onéreuses car ne fonctionnant que quelques heures par an). Pour modéliser ce mécanisme de manière très simple, à chaque fois que la production et les interconnexions sont insuffisantes, pour chaque GW de consommation en trop, on réduit la consommation de 0,2 GW.

En cumulant dopage des interconnexions, consommation réduite et effacement, on en vient aux résultats suivants, avec :

• en rouge, la différence entre production et consommation réduite de 20 %,
• en orange, la différence une fois sollicitées les interconnexions,
• en vert, la différence une fois mise en œuvre le mécanisme d’effacement.

On le voit, nous avons pu considérablement réduire les écarts. L’équilibre production/consommation est très souvent respecté, et nous n’avons pas de forts déficits à combler, et quelques surproductions qu’il faudra simplement écrêter. Cela peut se faire en arrêtant des moyens de production (facile à réaliser, mais coûteux, puisque l’on va perdre de l’électricité), ou en stockant ces excédents (complexe et coûteux), en prévision des périodes où l’électricité manquera. Le déficit de puissance atteint 16 GW au maximum, telle est donc la puissance minimale qu’on doit conserver en « back-up » fossile ou de stockage futur.

Notons aussi que, compte tenu des exports, des imports, et des excédents de production qui sont écrêtés et donc perdus, la balance commerciale est nettement déficitaire, alors qu’elle est aujourd’hui excédentaire. Selon les conditions du marché, les pertes pour la France peuvent aisément atteindre quelques centaines de millions d’euros sur le mois.

Conclusion

Finalement, ce mix est relativement coûteux à mettre en place (+ 94 GW d’éolien, + 52 GW de solaire, + 14 GW de bioénergies, + 3 GW en interconnexions, centrales à gaz à maintenir en état malgré un usage réduit) et à entretenir (pertes, déficit commercial…), mais ne paraît pas irréaliste, en dépit du cadre relativement sévère retenu que fut le mois de février 2018.

Mais regardons nos hypothèses…

• développement très important des bioénergies en dépit de contraintes de ressources,
• pays voisins à notre entière disposition pour les interconnexions,
• consommation électrique en baisse – et ce, malgré le besoin de sortir des fossiles (63% de notre consommation d’énergie), en partie grâce au remplacement par l’électricité ;
• exports à prix positif (lors des fortes productions éoliennes en Europe, ils peuvent devenir négatifs, et ce, potentiellement de plus en plus souvent) ;
• imports à prix soutenable.

Cliquez ici pour accéder au fichier ayant servi à réaliser cette analyse. Soyez joueurs, tentez de réaliser un mix électrique pertinent, avec des hypothèses plus ou moins ambitieuses. Prenez le temps d’observer les réactions des courbes aux coefficients sur le solaire, l’éolien, les bioénergies. Regardez évoluer les indicateurs. Prenez en main la difficulté d’atteindre un certain équilibre, les différentes transformations à appliquer au mix et au réseau électrique pour réduire autant que possible à la fois les coûts pour notre société et son impact sur le climat. Cette difficulté est directement liée au caractère intermittent des productions éolienne et solaire. À mesure qu’on augmente la part des moyens non pilotables, de fortes adaptations du réseau électrique sont nécessaires pour garantir la sécurité d’approvisionnement sans augmenter les émission de gaz à effet de serre.

À l’heure d’une urgence climatique de plus en plus pressante, on pourra se demander s’il est pertinent d’affronter de tel défis, sans le moindre bénéfice pour le climat. L’électricité française est déjà bas carbone et représente moins d’un quart de notre consommation d’énergie, le reste étant largement dominé par le pétrole et le gaz. Les moyens que la France alloue à la fameuse transition énergétique étant limités, les efforts consentis pour réduire la part du nucléaire sont autant d’efforts que l’on ne déploie pas pour réduire notre lourde dépendance aux énergies fossiles.