RESOUDRE LE PROBLEME DES EMISSIONS DE CO2 PAR L’ENERGIE NUCLEAIRE SEULE

 

COMBIEN DE CENTRALES ?

 

Prof. B.Giovannini[1]

POSITION DU PROBLEME

Selon les scientifiques, les émissions de CO2 sur le plan mondial doivent être stabilisées au niveau actuel, si l’on veut que le réchauffement climatique reste dans des limites acceptables. Etant données les aspirations légitimes des pays en voie de développement, cette stabilisation des émissions de CO2 demande que les pays développés diminuent de façon drastique leurs émissions et on chiffre d’habitude cette diminution à un facteur 4.

Cette réduction d’un facteur 4 est un des objectifs de la Stratégie 2050, et selon les perspectives préparées par le bureau d’inénieurs Prognos, cette réduction est réalisable par un effort très ambitieux sur l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables, que j’ai analysé par ailleurs.

Dans les débats cependant, il y a toujours la question posée par l’un ou l’autre : et si on développait l’énergie nucléaire suffisamment pour obtenir cette réduction d’un facteur 4 ? Sans devoir faire ces énormes efforts « dirigistes » pour l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables ?

J’ai écrit dans un papier publié par Le Temps et que l’on peut trouver sur mon site[2] que la disproportion entre la diminution d’énergies fossiles et la production d’une centrale nucléaire de 1 GW[3] exigerait, pour réaliser cette politique , la construction d’un nombre respectable de centrales. Le mot « respectable », plutôt modéré,  laisse en soi beaucoup d’interprétations possibles, et plusieurs personnes m’ont demandé d’être plus précis.

Si on veut comparer la Stratégie 2050 avec un scénario que j’appelerai « productiviste et nucléaire », dans lequel c’est à l’énergie nucléaire que l’on demande de résoudre le problème, alors il faut impérativement aller jusqu’au bout et discuter d’un scénario dans lequel la consommation d’énergies fossiles est effectivement divisée par quatre par ce moyen à l'horizon 2050. Et il faut aussi être raisonnablement réaliste. Il est strictement impossible d’envisager que tous les bâtiments soient en 2050 chauffés par des pompes à chaleur, ni que toutes les voitures et autobus et camions à carburants fossiles aient disparu à cette date. Je précise en passant que la Stratégie 2050 prévoit un développement maximal de ces deux moyens d’économiser les énergies fossiles.

Dans cette brève note, je me propose de transformer l’adjectif « repectable » en un chiffre plus précis, et on verra qu’il est plus que respectable.

 

DE QUOI S’AGIT-IL ?

Actuellement (2010) l’utilisation d’énergies fossiles en Suisse (pour l’énergie finale) est constituée comme suit :

TABLEAU I : CONSOMMATION D’ENERGIES FOSSILES EN SUISSE (en TWh; sans aviation et sans production d’électricité)

CHAUFFAGE DANS LES BATIMENTS D’HABITATION                                     41                                    

PREPARATION D’EAU CHAUDE POUR LES HABITATIONS                               5,5 

CHAUFFAGE ET PREPARATION D’EAU CHAUDE DANS LES SERVICES               20,5 

INDUSTRIE                                                                                        20,5                                                          

TRANSPORT (SANS L’AVIATION)                                                            65                                        

TOTAL                                                                                            152,5                                                                                                        

Pour réduire les émissions de CO2 d’un facteur 4 il s’agit d’en économiser et/ou substituer les trois quarts, c.à.d 114 TWh, et il resterait 38,5 TWh à disposition.

Un mot sur le scénario que nous allons étudier: lorsqu’on définit un scénario, il faut évidemment préciser ce que l’on prévoit dans  les diffférentes variables : développement économique, augmentation de la population, économies d’énergies, renouvelables, évolution des technologies etc et ce genre d’exercice devient très vite extrêmement compliqué comme la lecture des plus de 1000 pages du rapport de Prognos le montre. Nous allons cependant pouvoir décrire les grandes lignes d’un scénario raisonnable.

Si l’on considère les statistiques de consommation d’énergie des dernières années, on peut observer que la consommation d’énergies fossiles est pratiquement stable, et cela malgré les améliorations techniques indéniables dans le chauffage et le transport. On interprète cette évolution par le fait que les progrès techniques sont compensés par de plus grandes exigences : de plus grosses voitures, plus de surface d’habitation par habitant, et aussi par la croissance économique, l’augmentation de la population etc etc. Le scénario productiviste et nucléaire est donc un scénario dans lequel on laisse se prolonger ces tendances, et dans lequel par ailleurs les énergies renouvelables montrent rapidement leurs limites, de sorte  que nous nous reposons sur l’énergie nucléaire pour nous affranchir des énergies fossiles. Je vais donc étudier un scénario de substitution dans lequel les énergies fossiles au niveau de 2010 sont remplacées aux trois quarts par l’énergie nucléaire.   

Nous allons donc examiner les principaux domaines de consommation d’énergies fossiles, examiner la solution proposée par la Stratégie 2050 et examiner en regard de combien de GW de puissance nucléaire supplémentaire nous avons besoin pour la stratégie nucléaire envisagée. Nous allons également suivre les résultats de la Stratégie 2050 au plus près pour un certain nombre de paramètres importants notamment le coefficient de performance (COP) des pompes à chaleur (PAC) en 2050, qui devrait être supérieur à celui d’aujourd’hui etc

 

TRANSPORT

La Stratégie 2050 est caractérisée par la substitution d’une partie du parc automobile par des voitures électriques et par des normes de plus en plus sévères sur la consommation des voitures à essence et diesel. Dans l’esprit d’une stratégie « productiviste et nucléaire », nous oublions ces normes « dirigistes » et nous nous contentons d’admettre que la moitié des voitures automobiles sera électrique en 2050, et que l’amélioration technique du reste du parc sera compensée par l’augmentation de la population, l’augmentation de la puissance des véhicules, le changement de style de vie (de plus en plus de maisons individuelles éloignées de tout) etc

Le scénario apparaît dans le tableau suivant.

TABLEAU II : TRANSPORT (en TWh) (sans l’aviation)

                              2010                        STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE              3,2                             11,4                                            10,4

CARBURANTS             65                              8,4                                              32,5

TOTAL                     68,2                             19,8                                            42,9

Ce tableau contient déjà l’essentiel de ce qu’il faut retenir de l’analyse faite dans ce papier : une stratégie « productiviste et nucléaire » mène  à une quasi impossibilité. Le total des énergies fossiles dans ce scénario épuise déjà 32,5  des 38,5 TWh que nous avions à disposition ! Il nous reste donc 6 TWh pour les ménages, les services et l’industrie, que nous garderons pour l’industrie, où la substitution est parfois complètement impossible.

Au point de vue du but principal de notre analyse, la substitution de la moitié de la consommation  des véhicules à essence et diesel (y compris les camions) demande 7 TWh d’électricité supplémentaire, c.à.d. 0,9 GW de puissance nucléaire (nous considérons dans ce qui suit que 1 GW de puissance installée produit 8 TWh d’électricité, la performance de Gösgen).

 

CHAUFFAGE DES BATIMENTS D’HABITATION

La Stratégie 2050 est caractérisée par l’augmentation de l’efficacité énergétique (et du solaire passsif) : il est prévu que la demande dans ce domaine baisse de 55 TWh (dont 41 TWh d’énergies fossiles) à 14 TWh (dont 4 TWh d’énergies fossiles). De ces 14 TWh la moitié est fournie par des pompes à chaleur (1,3 d’électricité, 5,5 de chaleur de l’environnement), ce qui veut dire qu’environ la moitié de la surface serait chauffée par des PAC . Voir tableau III.

Dans le scénario nucléaire et en adoptant la même surface chauffée par PAC (pompe à chaleur) que la Stratégie 2050[4], on arrive à 27,3 TWh d’énergie fournie de cette manière, ce qui donne 5.2 TWh d’électricité pour les PAC. Reste à fournir l’autre moitié. Admettons comme aujourd’hui que les autres sources (bois, chaleur à distance etc) fournissent 7 TWh. Il reste à fournir  20 TWh. Dans notre logique du tout nucléaire, nous ne pouvons satisfaire satisfaire cette demande que par le chauffage électrique direct. Voir le Tableau III pour les chiffres exacts.

TABLEAU III : CHAUFFAGE POUR LES BATIMENTS D’HABITATION (en TWh)

                                            2010            STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE POUR PAC              1                         1,3                                               5,2

CHALEUR ENVIRONNEMENT         2,2                       5,5                                               21,5

ELECTRICITE DIRECTE                 3,4                       0,4                                               21

ENERGIES FOSSILES                    41                        4                                                   0

SOLAIRE                                   0,1                       0,4                                               0

AUTRES                                   6,9                        2,2                                               6,9

 

TOTAL                                    54,6                       13,8                                            54,6

 

Combien faut-il de GW de puissance installée nucléaire pour répondre à cette demande? Il  faut citer ici un problème important et souvent négligé : le chauffage des bâtiments est un besoin saisonnier, qui demande toute l’énergie pendant les mois froids de l’année et il faut adapter la puissance nucléaire à cette demande de pointe. La situation est semblable à la motorisation d’une voiture. On ne calcule pas la taille du moteur pour pouvoir faire tranquillement du 60 à l’heure au plat, mais pour pouvoir accélérer rapidement sur une route en pente. De même on ne calcule pas le nombre de centrales nécessaires comme si la chaleur devait être fournie de façon constante toute l’année, mais pour répondre à la demande pendant les jours et les semaines les plus froids.

Le calcul montre qu’il faut en fait adapter cette puissance comme si toute l’énergie devait être délivrée en moins de trois mois. Combien exactement ? Si on augmente la puissance pour satisfaire la demande à son maximum, par exemple au cours des 2-3 semaines les plus froides, on obtient un facteur supérieur à 4. Mais si on compte sur les importations pour satisfaire à le demande la plus forte, on perd de l’efficacité au point de vue des émissions de CO2, car l’électricité européenne excédentaire ne hiver est principalement produite par des centrales à énergies fossiles. Ainsi une centrale de 1 GW (telle que la centrale de Gösgen) délivre environ 8 TWh en une année, mais s’il faut délivrer cette énergie pour les jours et les semaines où il fait le plus froid, il faut une puissance installée d’au moins  4 GW. Pour éviter toute polémique sur ce chiffre, qui est mal connu, nous utiliserons une fourchette 3-4 GW. Calculer l’énergie annuelle nécessaire pour le chauffage et diviser par 8 pour obtenir le nombre de centrales de 1 GW qu’il faut construire est une très grossière erreur.

Il faut donc  fournir 26,7 TWh d’électricité durant les mois les plus froids. De ces 26,7 il faut déduire les 4,4 fournis actuellement, car nous voulons calculer la puissance nucléaire supplémentaire requise. Cela nous donne  22,3  TWh d’énergie électrique supplémentaire requise.  Il faut pour cela une puissance installée de 8,4 à 11,1  GW (8,4 à 11,1 centrales nuclaires supplémentaires de 1 GW ! ( 1 GW est la puissance installée de la centrale de Gösgen !)).

EAU CHAUDE POUR LES BATIMENTS D’HABITATION

Pour ce domaine le tableau détaillé est donné ci-dessous.

TABLEAU IV : EAU CHAUDE POUR LES BATIMENTS D’HABITATION (en TWh)

                                         2010              STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE POUR PAC           0,14                    0,7                                0,9

CHALEUR ENVIRONNEMENT      0,2                      1,75                              2,3

ELECTRICITE DIRECTE              2,36                    0,1                                5,25

ENERGIES FOSSILES                 5,5                      1                                  0

SOLAIRE                                0,2                     2,75                               0

AUTRES                                 0,6                     0,55                               0,55

 

TOTAL                                  9                        6,85                                9

Pour répondre à cette demande il faut 3,65 TWh d’électricité supplémentaire, à répartir toute l’année, donc 0,24 GW.

CHAUFFAGE DES BATIMENTS DE SERVICE

TABLEAU V: CHAUFFAGE POUR LES SERVICES (en TWh)

                                                 2010       STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE POUR PAC                   0,1                 0,4                                 0,3

CHALEUR ENVIRONNEMENT              0,3                 1,5                                 1,5

ELECTRICITE DIRECTE                      1,3                 0,2                                18,5

ENERGIES FOSSILES                         18                  5,6                                  0

SOLAIRE                                       0,1                 1,7                                  0,1

AUTRES                                         3                  2,5                                  2,5

 

TOTAL                                         22,8                11,9                               22,8

Pour répondre à cette demande supplémentaire, il faut  17,4 TWh d’électricité saisonnière, ce qui donne 6.5-8.7  GW de puissance (selon un raisonnement analogue à celui tenu pour le chauffage dans les habitations)

EAU CHAUDE DANS LES SERVICES

TABLEAU VI : EAU CHAUDE DANS LES SERVICES (en TWh)

                                               2010         STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE POUR PAC                0,03                   0,1                                 0,1

CHALEUR ENVIRONNEMENT           0,07                   0,3                                 0,3

ELECTRICITE DIRECTE                   0,17                   0,07                                2,02

ENERGIES FOSSILES                      2,3                     1                                   0

SOLAIRE                                    0,01                    0,44                               0,1

AUTRES                                     0,3                     0,46                               0,46

 

TOTAL                                      2,88                    2,37                               2,88

Pour ce domaine, il faut donc envisager 1.92 TWh d’électricité supplémentaire, soit 0,24 GW.

CHAUFFAGE DES BATIMENTS DE L’INDUSTRIE

TABLEAU VII : CHAUFFAGE INDUSTRIE (en TWh)

 

                                   2010            STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE                    0,1                      0,05                               5,6

ENERGIES FOSSILES           6,5                      2,5                                 0

BIOMASSE                       1,7                      1                                    1

TOTAL                           6,6                     4,25                                6,6

 

Ici nous avons 5,6 TWh en hiver, ce qui donne 2-2,75 GW supplémentaires.

 

 

 

EAU CHAUDE ET PROCEDES DANS L’INDUSTRIE

 

TABLEAU VIII : INDUSTRIE : EAU CHAUDE ET PROCEDES (en TWh)

 

                                      2010            STRATEGIE 2050        STRATEGIE TOUT NUCLEAIRE

ELECTRICITE                       19                       12                                 27

ENERGIES FOSSILES              14                        6                                   6

AUTRES                            7,7                        7                                 7,7

 

TOTAL                             40.7                     25                                 40.7

 Ici nous avons 8 TWh supplémentaires, répartis sur toute l’année, ce qui demande 1 GW supplémentaire.

En additionnant ces contributions, nous avons donc pour la puissance nucléaire supplémentaire dans un scénario tout nucléaire les chiffres (impressionants) suivants :

 

TABLEAU IX : PUISSANCE SUPPLEMENTAIRE REQUISE DANS UN SCENARIO TOUT NUCLEAIRE (en GW)

 

                                                VARIANTE BASSE                      VARIANTE HAUTE                                                                                                                                                                                                                                              

TRANSPORT                                 0,9                                        0,9                                            

CHAUFFAGE DES HABITATIONS         8.4                                        11.1

EAU CHAUDE HABITATIONS             0.24                                        0.24

CHAUFFAGE SERVICES                    6.5                                          8.7

EAU CHAUDE SERVICES                   0.24                                         0.24

CHAUFFAGE INDUSTRIE                   2,2                                          2,75

PROCEDES INDUSTRIE                     1,25                                            1

TOTAL                                        20,23                                       24,93

 

Pour notre scénario tout nucléaire, il faut donc 20 à 25 centrales de 1 GW supplémentaires !

CONCLUSIONS

  1. L’idée de résoudre le problème des émissions de CO2 en Suisse par un scénario « productiviste et nucléaire » est aberrante. L’étude d’un tel scénario mène rapidement à un nombre impossible de nouvelles centrales nucléaires à construire dans le pays. Ceci est dû d’un part à l’ampleur du problème (114 TWh d’énergies fossiles à économiser) mais surtout au fait que l’énergie nucléaire, étant une énergie de ruban, est extrêmement mal adaptée à la demande de chauffage, qui n’existe que six mois par an, et de manière intensive que trois semaines ou trois mois. Les électriciens se plaignent aujourd’hui de devoir importer de l’électricité en hiver, quand elle est rare et chère, et l’exporter en été quand elle vaut beaucoup moins. Mais ce fait est la conséquence du développement du chauffage électrique qui déséquilibre complètement le système entre offre et demande. On pourrait évidemment étudier un scénario à beaucoup plus long terme, dans lequel il n’y aurait plus du tout de voitures à essence ou diesel et on aurait une pénétration maximale de PAC.
  2. En écrivant qu’un scénario « tout nucléaire » menait à un nombre « respectable » de centrales, je voulais choisir un adjectif peu agressif et éviter une polémique inutile sur un sujet qui me paraît assez évident, et secondaire. Mais la réaction exprimée par l’un ou l’autre m’a amené à faire une estimation un peu plus soignée de la puissance nécessaire pour ce scénario « tout nucléaire ». Les chiffres obtenus sont plus que respectables. Ils sont impressionants : 20 à 25 Gösgen supplémentaires !
  3. Le scénario  tout nucléaire  présenté ici est évidemment un scénario extrême. Mais il  illustre un certain nombre de points importants. Premièrement il montre à quel point cette division par quatre des émissions de CO2 sera difficile, quels que soient les moyens qu’on envisage pour y parvenir. Il montre également que sans progrès substantiel de l’efficacité énergétique, cette division par quatre est complètement impossible. La conclusion tirée par la plupart des experts est qu’il faut résolument aller vers des politiques de développement des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique, comme le fait la Stratégie 2050 de la Confédération, et c’est là l’essentiel.
  4. Cette analyse ne disqualifie pas l’énergie nucléaire sur le plan européen, car elle peut remplacer les centrales au charbon, si un jour la menace de réchauffement climatique devient plus pressante que l’opposition au nucléaire. Et elle ne disqualifie même pas le nucléaire sur le plan suisse. Il sera en effet possible mais difficile avec seulement de l’électricité renouvelable (y compris l’hydroélectrique) et le gaz d’assurer de façon économique la demande de ruban, pour les voitures électriques par exemple.  Mais il ne faudra rien modifier par ailleurs à une politique d’efficacité énergétique et de développement des énergies renouvelables.
  5. Beaucoup dépendra dans les prochaines décennies pour l’avenir du nucléaire de son bilan en matière de sécurité. Et aussi de questions économiques : le prix de l’électricité nucléaire risque d’augmenter substantiellement dans l’avenir proche, pour toutes sortes de raisons (passage à des centrales de la prochaine  génération, coûts de démantèlement, normes de sécurité plus exigeantes etc).
  6. La politique proposée par le Gouvernement suisse est, malgré des difficultés évidentes, la seule possible.

 



[1] Bernard.giovannini@unige.ch

[2] www.bgiovanno.ch

[3] Un facteur de plus de douze.

[4] Attribuer cette surface dans un scénario productiviste et nucléaire est probablement une surévaluation, car le scénario nucléaire entraîne une consommation plus importante pour les logements et donc des sondes beaucoup plus nombreuses et profondes pour les PAC que dans la Stratégie 2050.