L'énergie éolienne en France comme illustration
des nouvelles problématiques de l'énergie.
(article de Patrick Hubert, Président de FinÆnviro, pour la revue PCM Le Pont de septembre 2003)
Le débat national sur les energies, engagé au printemps 2003 pour se conclure normalement cet automne, a déjà démontré que le sujet des choix énergétiques qui vont lier notre pays probablement pour les vingt prochaines années, intéresse nos concitoyens: une participation assez large et une audience médiatique honorable pour un sujet plutôt aride l'attestent amplement. Il faut dire que l'énergie a souvent préoccupé le public au cours des dernières années, à plusieurs titres:
son coût s'est renchéri de façon durable, la fourchette OPEP de 22-28 dollars par baril étant souvent depuis 1999 une limite basse au prix du pétrole, le baromètre implicite des tarifs énergétiques (cf. graphe, illustration n°1). Si le coût d'extraction reste relativement stable, l'équilibre entre croissance de la demande et croissance des réserves constatées de pétrole se fragilise: on découvre toujours plus, mais on consomme encore plus, notamment en Asie. L'équilibre offre-demande se fait donc à un niveau de prix supérieur. Nous évoquons aussi plus bas les coûts externes (pollutions, impacts sur la santé et, de plus en plus, impacts sur le climat) "cachés" qui sont en fait de plus en plus souvent pris en compte dans le prix de consommation, notamment en Europe: l'accord de mai 2003 pour taxer de façon harmonisée dans toute l'UE le gasole des transports routiers en est un avatar;
la situation géopolitique au Moyen-Orient et aux Etats-Unis crée des incertitudes sur les capacités à assurer un approvisionnement sans à-coups, et a influencé les opérations militaires extérieures lancées par les américains;
divers incidents liés aux extrêmes climatiques (grand froid et gel, tempêtes, ou chaleurs extrêmes) ont régulièrement montré au cours des 5 dernières années certaines limites des réseaux nationaux électriques: affaissement des pylones aux lignes HT gelées au Canada en 1998, tempête en France en 1999, manipulations de marché sur fond de dérégulation mal planifiée en Californie en 2000 et, cet été, en Amérique la plus importante panne que le Nord-Ouest ait connue et en Europe une sécheresse caniculaire qui a mis à mal les reserves hydroélectriques, engendré des pics de consommation (la climatisation devenant une panacée), et vu les réseaux européens opérer aux limites de tolérance des conditions d'exploitation (arrosage expérimental et arrêt de centrales nucléaires, délestages envisagés, dérogations pour températures d'effluents, transferts internationaux de capacité effectués en urgence, ou encore utilisation de clauses rationant temporairement de gros consommateurs);
Enfin, et peut-être surtout, la prise de conscience progressive qu'aujourd'hui la majeure partie de nos besoins énergétiques sont satisfaits au prix de l'émission notamment de CO2 (gaz à effet de serre) sans parler d'autres effets (ozone péri-urbaine) aux conséquences de plus en plus évidentes sur la santé de certaines populations: le changement climatique devient une préoccupante certitude, et ses conséquences pourraient nous rattraper plus rapidement encore que la probable raréfaction des énergies fossiles facilement disponibles. "Le Protocole de Kyoto pourrait en fin de compte servir à quelque chose": l'idée semble faire son chemin, y compris -à peine maquillée- chez les sénateurs américains qui auparavant le refusaient. Reste à traduire ce Protocole en actions concrètes à tous les niveaux.
Le Protocole de Kyoto appliqué à la France (cf. tableau, illust. n°2);
Le débat national pourrait donc être le seuil d'une nouvelle époque dans les choix énergétiques de la France, censée d'ailleurs évoluer de conserve avec ses partenaires au sein de l'Europe. En sus de la possibilité de sequestrer du carbone, dans le cadre du Protocole deux actions sont à mener de front au niveau des énergies : réduire et substituer.
Réduire: sur la base d'un indice 100 en 1990, le principe est de réduire les émissions (et donc, pour commencer, la consommation d'énergies fossiles) à un niveau de 92 en 2010-2012. Sachant que dans le même temps la croissance pourrait avoir augmenté le volume d'activité économique dans notre pays grosso modo de 30 à 50% voire plus, cela requiert des efforts considérables de productivité énergétique et de substitutions de process. La Ministre de l'écologie "plaide en faveur d'une société économe en carbone" (communiqué de presse 20 juillet 2003). L'industrie française semble y parvenir notamment en restructurant, le parc immobilier a plus de mal à relever le pari, et en revanche l'ensemble des transports paraît déjà incapable de tenir cet objectif: si les véhicules consomment un peu moins, les personnes et marchandises voyagent de plus en plus. C'est pourtant dans la maîtrise de l'énergie que se situe le premier gisement de réduction d'émissions.
Le PECC (programme européen sur le changement climatique) a identifié dans un rapport en 2001 un ensemble de mesures sectorielles permettant de réduire les émissions de CO2 en Europe, de 700 Mteq environ, pour un coût unitaire par tonne inférieur à 20€. Cela est à comparer aux 350MtCO2eq de réductions nécessaires àl'Europe pour atteindre son objectif de Kyoto (calcul de l'Agence Européenne de l'Energie. Le coût d'implémentation de la phase initiale du Protocole de Kyoto resterait alors raisonnable. (Bien sûr, l'effet et le coût effectif des mesures identifiées restent à confirmer et, surtout, ces coûts augmentent lorsque les objectifs de réduction deviennent plus ambitieux: ainsi pour la partie sectorielle "fourniture d'énergie" du PECC les premiers 250MtCO2eq ont un coût marginal de réduction de 20€, qui passe à 55€ pour les premiers 500MtCO2eq puis 100€ pour les premiers 850Mt. Certes ce secteur n'est pas le seul mis à contribution mais, si de l'indice 92 en 2012 on doit passer à 50 en 2050, l'UE devra rechercher plus de 2000MtCO2eq de réduction: pour que le coût n'en soit pas excessif il faut continuer de faire baisser le prix de revient des énergies propres).
Afin d'accorder quelque souplesse à la mise en oeuvre de ces réductions, l'UE s'est dotée en juillet 2003 d'un système de marché intracommunautaire opérant à partir de 2005, dans lequel les opérateurs qui réduisent leurs émissions de CO2 au-delà de ce que chaque Etat membre leur assignera comme objectif dès 2004, pourront revendre cet excès (certifié) à ceux qui seront en retard dans leur programme ou préfèrent décaler leurs investissements. C'est le fameux marché des "permis d'émission", déjà utilisé avec succès aux Etats-Unis pour réduire les émissions responsables des pluies acides. Bien que ce marché européen ne soit pas encore ouvert, un petit nombre de transactions de futures (livraisons entre 2005 et 2007) a déjà lieu, à des niveaux inférieurs à €10,- qui pour le moment valident la théorie d'efficience dudit marché.
Par ailleurs un système un peu similaire, le Mécanisme de Développement Propre, permet ce type de transfert (dans des conditions assez restrictives) entre pays développés et pays plus pauvres.
Substituer: A défaut de réduire la consommation énergétique, on peut aussi se tourner vers les sources d'énergie qui ne génèrent pas de gaz à effet de serre, et notamment les énergies renouvelables. Sur le papier notre pays, fort d'un parc électronucléaire et d'équipements hydroélectriques ne dégageant pratiquement aucun GES, a notamment accepté de développer plus d'énergies renouvelables: moins par exemple que la Grande-Bretagne ou l'Allemagne, qui partent d'une économie plus basée sur les énergies fossiles, mais néanmoins avec des objectifs raisonnablement ambitieux. En effet il s'agit de passer de 15% d'électricité d'origine renouvelable (y compris hydraulique) produite en France en 1997, à 22% pour 2010.
22%, c'est également l'objectif que s'est fixé en 2001 la Commission de l'UE pour l'ensemble des 15 en 2010, sans fixer néanmoins de régime de soutien communautaire en faveur des énergies renouvelables. Chaque gouvernement s'est ensuite engagé lui-même sur des objectifs nationaux, notre pays choisissant la voie moyenne. En 2005 la Commission présentera au Conseil et au Parlement un rapport évaluant les mesures prises par les Etats membres, et pourra alors proposer si nécessaire un cadre communautaire pour atteindre l'objectif de 2010.
Compte tenu:
de ces objectifs;
du taux d'équipement hydroélectrique déjà élevé des cours d'eau en France,
du fait que notre pays dispose du 2ème potentiel éolien européen après la Grande Bretagne;
des potentialités industrielles et de main d'oeuvre que la filière éolienne avait déjà révélées (notamment au Danemark, en Allemagne, Espagne et aux Etats-Unis, avec entre autres plusieurs fournisseurs de turbines dépassant le milliard d'euros de CA)
nos autorités ont en 2001 décidé de concentrer les efforts nationaux en matière d'énergie renouvelable sur l'énergie éolienne. Concrètement, cela s'est traduit par le quadruplement de l'objectif éolien de capacité installée pour 2010, de 3.000 MW à 10-12.000 MW, et l'offre de tarifs de rachat de l'électricité éolienne à des niveaux jugés incitatifs. On rappellera que financièrement, ces 12.000MW représenteraient aux prix actuels du marché un investissement initial d'environ 10 à 12 millards d'euros pour des installations terrestres.
Cette décision, critiquée à l'époque notamment par la Commission de Régulation de l'Electricité, paraît défendable notamment si on prend en compte l'évolution vers des prix moyens énergétiques plus élevés -cf. plus haut, réduisant le différentiel de prix que devront financer les consommateurs finaux, un certain degré de prévisibilité de ces installations -cf. plus bas, que la CRE n'a pas voulu prendre en compte dans ses calculs, ou les niveaux de prix pratiqués en Allemagne ou en Espagne pour cette même filière éolienne.
On aurait aussi pu orienter la partie renouvelable de notre bouquet énergétique vers le solaire (toutefois encore beaucoup plus cher, notamment pour le photovoltaïque, que les énergies conventionnelles) ou la biomasse (bio-carburants, chauffage au bois: filières trop intégrée pour l'une ou pas assez pour l'autre?), mais il est vrai que la filière éolienne semble offrir aussi l'avantage d'avoir atteint au niveau mondial une masse critique et une maturité industrielle que ces autres segments n'ont pas encore atteint: les renâclements qui ont accueilli la décision gouvernementale de 2001 se seraient vraisemblablement transformés en huées quant à des paris technologiques hasardeux. L'avenir dira si un tel pari solaire, adopté entre autres par le Japon, les Etats-Unis, l'Allemagne et dans une moindre mesure le Royaume-Uni ou l'Espagne, peut se révéler très payant pour les pays concernés.
L'énergie éolienne en Europe et dans le monde
Décriée par beaucoup (elle obstruerait les paysages, son emprise au sol est perceptible sur un plus large espace que pour une centrale classique, elle est sujette aux variations de vent, elle serait trop chère), l'énergie éolienne est encore peu présente sur notre territoire. Cependant notre "exception française" semble plus psychologique que technique: en dépit de leur expertise industrielle nos voisins allemands ou britanniques abandonnent le nucléaire en sus des centrales à charbon, nos voisins espagnols ont moins de vent et déjà beaucoup de renouvelable, et tous néanmoins embrassent avec enthousiasme ce mode de production d'électricité. La carte suivante (établie par l'EWEA au 30 juin de cette année) est instructive à cet égard (cf. carte, illustration n°3):
huit pays nous devancent en capacité installée, les installations françaises représentant moins de 2% des capacités allemandes. Durant le seul premier semestre 2003, l'Espagne a installé une capacité supérieure à l'ensemble du parc installé en France. Vérité au-delà des Pyrénées, erreur en deça? Jusqu'à récemment en matière d'orientation pour la production d'électricité à l'horizon 2020-2050, notre pays a plus ressemblé à une citadelle murée dans ses certitudes nucléaires qu'à un acteur anticipant les évolutions réglementaires , concurrentielles, et technologiques. Il n'est nullement question de renier notre héritage et, comme nos voisins outre-Rhin, de fermer par anticipation nos centrales nucléaires. Néammoins les faits sont têtus:
Sur le marché mondial il y a eu plus d'éolien que de nucléaire mis en place en 2000, 2001, et 2002 (6.868 MW contre 5.003 pour cette dernière année). Selon le cabinet BTM la croissance annuelle moyenne de l'éolien installé dans le monde entre 1997 et 2002 a été de 33,2%, dépassant 32.000 MW installés à fin 2002 (parc nucléaire: 359.000MW). L'Europe représente les 2/3 de cette capacité mondiale, l'Allemagne ayant installé la moitié du parc européen. Cette croissance devrait se poursuivre, notamment favorisée par...
... des coûts en baisse régulière: (cf. graphe, illustration n°4) le graphe du US Department Of Energy montre les effets spectaculaires qu'ont eu, pêle-mêle, l'augmentation de la taille des installations, les évolutions de la technologie et des méthodes de production, les effets d'échelle, la meilleure fiabilité, la mise au niveau industriel de l'entretien des installations etc.
Les coûts unitaires continuent aujourd'hui de baisser, mais en trente ans le kWh éolien est déjà passé de 35 cents à 5 cents ou moins pour les meilleurs emplacements. Car, bien sûr, les éoliennes ont besoin de vent pour fonctionner...
... cependant une étude récente conduite aux Etats-Unis (publiée en mai 2003 dans le Journal of Geophysical Research par des chercheurs de Stanford) démontrait que le gisement éolien est mieux exploité par les nouvelles turbines: sur 24% du territoire du pays le kWh éolien est compétitif avec celui d'une centrale au gas ou au charbon. L'un des facteurs pris en compte est la plus grande hauteur de la nacelle des turbines actuelles par rapport aux générations précédentes: en passant de 60m au dessus du sol à 90m, on capture de meilleurs courants éoliens. De plus les auteurs de l'étude calculent qu'en mettant en réseau un minimum de 8 parcs éoliens on est pratiquement assuré de ne pas se trouver à court de vent. Enfin, un certain nombre de sociétés ont maintenant développé des logiciels de simulation suffisamment sophistiqués pour mettre à jour les saisonnalités anémométriques dans les séries statistiques, et donc prévoir de manière plus satisfaisante les niveaux de production.
Ces développements favorables à l'énergie éolienne en général devraient accélérer son essor sur notre territoire en particulier. Plusieurs défis restent néammoins à relever pour cela.
Les défis pour l'éolien en France
Ils sont parfois de nature technique (à des degrés de complexité divers), quelquefois organisationnels, mais souvent aussi liés au facteur humain.
Défi administratif: c'est malheureusement le premier obstacle qui vient à l'esprit. Peu de régions ou collectivités locales ont encore un plan d'ensemble cohérent pour l'éolien sur leur territoire, et les préfets et tribunaux jouent un mauvais rôle d'arbitre entre promoteurs peu scrupuleux, associations nombrilistes, communes mal informées, propriétaires fonciers irréalistes, investisseurs frustrés et opérateurs de réseaux débordés. Passé la loi fixant des grands objectifs et des niveaux de prix, le cadre juridique est encore trop flou pour permettre à toutes les parties prenantes de trouver des compromis, pourtant nécessaires la plupart du temps.
Défi de l'offshore: plus grand, plus puissant, plus loin. Afin de s'affranchir des problèmes de voisinage les nouvelles générations de turbines prennent le large: les vents y sont meilleurs et les nuisances réduites, mais l'installation de pylônes à 20m de profondeur, la transmission de l'électricité sur plusieurs kilomètres vers le rivage, la corrosion, les contraintes accrues de poussée, et la puissance des turbines envisagées (5MW par unité) créent de nouveaux problèmes à la mesure des capacités d'innovation des meilleurs ingénieurs... Les spécialistes des éléments marins de l'offshore pétrolier se retrouvent en terrain connu.
Défi du réseau et du stockage énergétique: les incidents de fonctionnement de l'été aux USA et en Europe ont rappelé l'importance d'investir dans l'entretien et la modernisation des réseaux. Rendons à César ce qui lui appartenait: en France l'opérateur national a fait ce qu'il fallait jusqu'ici. Néanmoins , en dehors de toute autre problématique de modernisation ou d'ouverture à la concurrence, ajouter 12.000 MW de capacité disséminés sur le territoire pose des problèmes plus complexes que de tracer cinq lignes HT à partir de centrales classiques. Il faut gérer la saisonnalité, peut-être améliorer des performances de transmission en utilisant des matériaux supraconducteurs, en bref : innover. Un autre aspect de cet énorme défi est l'écrêtage de la saisonnalité des énergies renouvelables par le stockage à coût raisonnable: hydrogène, nouvelles batteries, piles à combustible sont régulièrement évoqués mais la concrétisation reste éloignée.
Défi de l'énergie distribuée: intimement lié au précédent, il pourrait marquer la révolution copernicienne de la gestion du réseau, comme la multiplication des PC a transformé l'informatique. Certains clients américains poussées par les soucis de fiabilité se sont équipé de microturbines comme celles de Capstone, ou de toits photovoltaïques. Ils consomment une partie du courant qu'ils produisent ainsi, mais alimentent le réseau pour le reliquat. Les quantités sont minimes aujourd'hui mais l'arrivée prochaine de centrales domestiques (produisant électricité et chaleur pour un foyer) amène certains à envisager par exemple des voitures électriques qui puissent participer au stockage et à la gestion du réseau lorsqu'elles ne sont pas sur la route... Science-fiction? Il aura fallu moins de 15 ans au PC et au téléphone cellulaire pour s'imposer. Soulignons enfin que l'énergie distribuée se prête à des financements à bases locales (plus de 100.000 familles au Danemark ayant investi dans des éoliennes), offre une cible moins risquée à la menace terroriste, et reste aisément "démontable" en fin d'exploitation: certaines fermes éoliennes des années 80 aux USA ont été démantelées, d'autres étant rééquipées avec du matériel plus moderne.
Défi marketing : les opérateurs électriciens français ne sont pas encore soumis à l'obligation de vendre un pourcentage d'électricité d'origine renouvelable fixé par le régulateur, comme les sont certains concurrents européens. Cette obligation donne alors lieu à une certification que l'énergie vendue est bien produite de façon "verte". Les producteurs renouvelables vendent alors séparément leur électricité au prix de marché du réseau, et une matérialisation de la certification: les "certificats verts", dont les noms et la forme varient suivant les marchés. Sans disposer de certificats verts, EDF propose déjà une tarification "premium" de l'électricité verte, dans son "Option équilibre". A l'ouverture élargie des marchés (2004, 2007) sera-t-elle en mesure de conserver le même niveau de prime si les clients peuvent acheter le même contenu d'électricité renouvelable moins cher par le biais de certificats (l'expérience américaine tend à montrer une division par 2 ou 3 de cette prime -qui tombe à $0,01 -0,02 en cas de dissociation)?
Défi industriel & financier : implicite dans la décision de 2001, l'espoir d'amorcer une filière française de l'énergie éolienne paraît cependant très mince. Le problème n'est pas dû à nos capacités de de recherche (souvent brillantes quoiqu'isolées) mais à l'approche stratégique du marché. Les champions nationaux qui se sont constitués au Danemark, en Allemagne ou en Espagne ont grandi progressivement et de manière indépendante, bien alimentés par leur marché domestique avant de s'internationaliser. Face à eux, la France aligne peu de prétendants crédibles qui soient à même de profiter de l'effet de manne redouté par la CRE: l'un (Vergnet) tient fort bien son créneau des petits engins adaptés aux conditions tropicales mais ne peut qu'être marginal sur le marché de 12.000MW requis; l'autre (Jeumont) offre d'emblée une technologie innovante et de taille plutôt modeste, quand ses concurrents danois ou allemands ont procédé par incrémentations avant d'atteindre les puissances deux à trois fois supérieures qu'ils offrent aujourd'hui. Le jeu semble d'autant plus inégal que face à des Vestas, Gamesa, ou NEG Micon indépendants et cotés en bourse, Jeumont donne l'impression d'un petit Poucet écrasé par l'ombre du groupe Areva-Framatome auquel il appartient. A défaut de cailloux, peut-être y trouvera-t-il des pépites technologiques pour se faire une place au soleil: souhaitons le lui.
On le voit, les défis à surmonter par la filière éolienne sont substantiels. Gageons cependant que, pour respecter ses engagements la France saura mobiliser son savoir-faire administratif pour faciliter (et non plus freiner) le déploiement quasiment inéluctable - mais réversible à moyen terme, de l'énergie éolienne de façon harmonieuse sur notre territoire. Les défis techniques induits par cette mobilisation (offshore , réseau, stockage) pourront alors être maîtrisés, et permettre ainsi de contribuer à un nouveau modèle énergétique au-delà de l'éolien.
Au delà de l'éolien
Les spectaculaires réductions de prix de revient du kWh enregistrées dans l'éolien se retrouvent dans les mêmes proportions sur un segment voisin: le photovoltaïque. En 30 ans, son coût a baissé de 85%, et il est passé des satellites spatiaux aux calculettes, bornes d'autoroutes, horodateurs et habitations isolées, en France. Aux Etats-Unis ou en Allemagne, en revanche, les toits solaires électriques, bien que relativement chers, se répandent en ville aussi: la plupart sont reliés au réseau, qu'ils soulagent lors des heures de pointe de consommation d'air conditionné.
En effet, un modèle envisagé de plus en plus souvent allie les avantages de la configuration actuelle (puissance, fiabilité, réactivité) avec ceux de l'énergie distribuée: meilleure répartition géographique de la production, souplesse accrue, moindres besoins de capacité additionnelle de transmission, et réduction des émissions deGES.
Dans un tel modèle, compte tenu d'une part des évolutions de prix d'ores et déjà lisibles et d'autre part de sa modularité (du Watt au MW), l'énergie solaire jouera un rôle de premier plan: photovoltaïque bien sûr, mais aussi thermique (chauffage & eau chaude).
Les défis de demain pour les chercheurs concernent alors le passage à l'hydrogène comme vecteur énergétique (quel stockage optimal, quel mode de production: bactériologique?). Le défi pour le régulateur/gouvernant reste celui d'une politique de tarification de l'énergie qui dissuade la consommation et production de carbone, et donc encourage la maîtrise énergétique.
Dans ce contexte, le défi stratégique pour les grands acteurs énergétiques français (EdF, GdF, Total, et Suez) est de renforcer rapidement les capacités encore embryonnaires de leurs pôles renouvelables (SIIF, Total Energie, CNR) comme l'ont déjà fait leurs concurrents ENEL (Erga), Shell (Shell Renewables), BP (BP Solar), ou Texaco (JV Ovonics) notamment.
P.H.