Comment pouvons-nous générer 100 % d'électricité renouvelable ?

Cet article, écrit par Charlie Cook de l'Master of Science en Changement Climatique, Gestion et Finance, examine la feuille de route menant à un monde avec une électricité générée à partir de 100 % de sources renouvelables. Trouvez la publication originale sur le site de l'Institut Grantham.Si vous ne savez pas où vous allez, n'importe quelle route vous y mènera ; comme le fait remarquer le Chat de Cheshire à Alice. L'Accord de Paris nous fixe un objectif clair : un monde où l'augmentation de la température mondiale est limitée à 1,5 °C, ou au maximum 2 °C. Si c'est notre destination, à quoi ressemble la carte qui nous y conduira ?

Une partie de la réponse réside dans la rapidité avec laquelle nous pouvons nous débarrasser des combustibles fossiles et produire 100 % de notre électricité à partir de sources renouvelables, telles que l'énergie solaire ou éolienne. Pour y parvenir, les institutions de recherche et les décideurs doivent déterminer à la fois quelles sont les combinaisons de sources d'énergie nécessaires et dans quel délai elles doivent être mises en place.

La destination

Que signifient les objectifs de Paris en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre ? Le rapport « Faisabilité de limiter le réchauffement à 1,5 °C et 2 °C » de Climate Analytics conclut que « les émissions mondiales de CO2 provenant de l'énergie et de l'industrie doivent atteindre zéro d'ici environ 2050 » pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C. Le défi monumental qui nous attend est donc de construire une société carboneutre en un peu plus de 30 ans. Actuellement, le secteur de l'électricité et du chauffage représente un quart des émissions mondiales de gaz à effet de serre (Figure 1). Chaque nouvelle éolienne, turbine à vagues et panneau solaire PV contribue donc à réduire cette grande part du gâteau et la taille globale du gâteau lui-même.

Planification de l'itinéraire

Plusieurs modèles s'accordent à dire que les réseaux électriques alimentés à cent pour cent par des énergies renouvelables sont capables de répondre à la demande nationale d'électricité jour et nuit, 365 jours par an, même dans des circonstances extrêmes (voir Tableau 1).

Ces modèles suivent un thème commun. D'ici 2050, la production d'électricité sera dérivée d'une combinaison de technologies incluant des éoliennes, des turbines marines et des panneaux photovoltaïques solaires, en plus de la production d'électricité de base. Dans un système traditionnel, la production de base est une source d'approvisionnement continu en électricité pour le réseau. Les modèles suggèrent généralement que la production de base est fournie par la biomasse, les biocarburants, l'énergie nucléaire ou la capture et le stockage du carbone (CSC). En 2009, Jacobson et Delucchi ont proposé un scénario dans lequel l'électricité serait produite presque entièrement par une combinaison de vent, d'eau et de soleil (appelé WWS) dès 2030. Le plan a été publié en 2010. Ceci est l'une des prévisions les plus optimistes, fournissant le mélange énergétique le plus propre imaginable, mais cela nous permet de mettre les modèles et scénarios alternatifs en perspective.

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Selon cette étude, il n'est pas nécessaire de recourir à la biomasse, aux biocarburants, au nucléaire ou à la capture et au stockage du carbone (CSC), ce qui entraîne des conséquences négatives telles que les déchets nucléaires et la concurrence pour les terres arables. À la place, ils suggèrent qu'une combinaison d'éolien, d'hydraulique et de solaire peut répondre à la demande d'électricité intermittente, de pointe et de base. Dans le monde entier, ce scénario nécessiterait :

• 3,8 millions d'éoliennes (19 000 GW)
• 49 000 centrales solaires thermiques (14 700 GW)
• 40 000 centrales photovoltaïques (12 000 GW)
• 1,7 milliard de systèmes photovoltaïques solaires en toiture (5 100 GW)
• 900 centrales hydroélectriques (1170 GW)
• 720 000 turbines à vagues (540 GW)
• 5 350 centrales géothermiques (535 GW)
• 490 000 turbines marémotrices (490 GW)

Toutes ces valeurs en gigawatts (GW) représentent la capacité installée, c'est-à-dire la puissance potentielle ou maximale de toutes les turbines installées combinées. Si vous êtes intéressé par les solutions climatiques, vous devriez consulter le Solutions Project qui a été fondé par Mark Jacobson, l'un des deux auteurs de cet article. Alors, où en sommes-nous jusqu'à présent ?

Déplier la carte

Prenons l'exemple de l'énergie solaire, examinons ce qui est actuellement installé et le rythme auquel nous devrions installer chaque technologie pour atteindre les chiffres établis par Jacobson et Delucchi. La croissance de l'énergie solaire à l'échelle mondiale a doublé de manière constante tous les deux ans au cours des 15 dernières années. Derrière le drame des virages politiques et des difficultés industrielles, se cache une courbe très lisse et très abrupte. Cette même croissance constante est vraie pour d'autres technologies d'énergie renouvelable. En 2015, 237 GW de technologie solaire étaient en fonctionnement. Cela représente 0,9 % de l'objectif WWS de 26 700 GW d'ici 2030.

Il reste peut-être un long chemin à parcourir, mais avec un taux de croissance actuel de 140,6 % (2000-2015), l'énergie solaire atteindrait son objectif d'ici 2029. Même un taux de croissance légèrement plus lent de 137 % permettrait à l'énergie solaire d'atteindre cet objectif en 2030.

Figure 3. La capacité en énergie solaire croît en fait suffisamment rapidement pour atteindre son objectif d'ici 2030 (Crédit : CharlieonEnergy)

Suivi

Le scénario WWS place presque toute la responsabilité sur l'éolien et le solaire pour atteindre le mix énergétique le plus propre possible. Cependant, il semble peu probable que l'industrie nucléaire s'arrête de sitôt. Ainsi, toute augmentation de la capacité nucléaire, de la biomasse, des biocarburants ou de la capture et stockage du carbone, bien que moins préférentiels, réduirait le besoin d'autant d'éolien et de solaire. Quelles que soient les choix précis que nous faisons, les objectifs de réduction des émissions restent abstraits et difficiles à suivre. À l'inverse, le suivi de la capacité installée d'éolien et de solaire est relativement simple et fournit un indicateur clair des progrès mondiaux vers une électricité propre. Le temps nous dira si la capacité renouvelable au cours des prochaines années s'alignera avec les feuilles de route, offrant aux scientifiques, au gouvernement et à l'industrie une idée des avancées dans la transition technologique la plus significative depuis la révolution industrielle. Charlie Cook possède un Master en Génie Civil de l'Université de Nottingham et a passé deux ans à travailler au CERN avant de rejoindre la première cohorte de la nouvelle MSc en Changement Climatique, Gestion et Finance à l'Imperial College.