Réflexions pêle-mêle sur la Photovoltaïque au Luxembourg

Réflexions et questionnements pêle-mêle d’un réflecteur (naïf) sur le futur rôle crucial de la photovoltaïque = PV (et accessoirement de la thermie solaire et de l’énergie éolienne)

Jean Leick                                                                                                                                                         août 2013

Index

1.       (Hypo)thèse (p.2)

2.       Mise en garde (p.2)

3.       Situation de départ (p.2)

4.       Bilan énergétique du Luxembourg (p.4)

5.       Inventaire général des sources d’énergie et leur classement en catégories selon différents critères (p.11)

6.       Définition des dimensions de la grille de lecture pour évaluer les nuisances  et les plus-values des différentes sources d’énergie  (p.14)

7.       État de l’art succinct par source d’énergie pertinente dans le contexte du Luxembourg (p.16)

7.1.    Les énergies non renouvelables (p.16)

7.1.1. Charbon (p.16)

7.1.2. Pétrole (p.19)

7.1.3. Nucléaire (p.20)

7.1.4. Gaz naturel (p.21)

7.2.    Les énergies renouvelables (p.21)

7.2.1. Hydraulique (p.21)

7.2.2. Eolienne (p.21)

7.2.3. Géothermie, aéro-thermie et thermie solaire (p.22)

8.     PV (p.23)

8.1.          Rappel de certains faits (p.23)

8.2.          Avantages et désavantages de la PV (p.25)

8.2.1. Avantages (p.25)

8.2.2. Les désavantages (p.28) 

8.3.          Le potentiel de la PV au Luxembourg (p.31)

8.4.          Moyens de stockage des énergies renouvelables (p.34)

8.4.1. Installations tournant dans le cadre d’une certaine envergure industrielle (p.35)

8.4.2. Les techniques éprouvées sur des prototypes et demandant à être industrialisées (p.41)

8.5.          Proposition d’un modèle (peut-être utopique pour certaines raisons dont un manque d’audace, mais techniquement réalisable) pour le Luxembourg (p.42)

Conclusion (p.46)

·         Annexe 1 : compilation www sur les blackouts (p.48)

·         Annexe 2 : Overview of fuels Cells ans Hydrogen Demonstrator Projects UK) (p.58)

·         Annexe 3 : Stromkrieg (p.62)

·         Annexe 4 : arbre artificiel pour capter le CO₂ (p.71)

·         Annexe 5 : à titre d’anecdote : système opérationnel énergétique pour une maison familiale sur base d’hydrogène produit par l’électricité provenant d’une PV (p.72)

(Hypo)thèse : On ne peut renoncer à la photovoltaïque (PV) et il faut même la privilégier

Mise en garde : Le présent document n’a pas la prétention d’être une étude scientifique. L’objectif personnel du réflecteur (naïf) consistait à se faire une idée sur la matière en faisant des recherches à gauche et à droite par des informations généralement disponibles (évidemment aussi le www). Par ailleurs, certains préjugés véhiculés, même par des personnes en principe averties, l’agaçaient et il a voulu en finir à sa manière en faisant le point personnellement. Les chiffres à la base de certains calculs ont été cherchés à gauche et à droite, en devant faire parfois des choix sur base de plausibilités intuitives. Il s’agissait surtout de situer des ordres de grandeur. Il arrivait même que des valeurs du même tableau du Statec variaient au fil du temps des consultations. Le réflecteur serait enchanté si une équipe multidisciplinaire scientifique mettrait ses idées à l’épreuve (Popper) pour en faire un document scientifique.

Situation de départ :

La PV est considérée comme une des sources potentielles importantes d’énergie renouvelable. Mais on lui trouve plein de défauts, incitant certains à ne pas la favoriser par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelable alors que certaines nations lui donnent une priorité importante (Suisse par exemple). On invoque aussi bien des raisons économiques (de rentabilité) que des raisons concernant le bilan énergétique (énergie grise par rapport à l’énergie totale produite pendant le cycle de vie), sans oublier un rapport soi-disant moins favorable de « CO₂/KWh produit » par rapport à certaines autres énergies renouvelables. On prétend aussi qu’elle n’est pas stockable et dérégule ainsi la distribution d’électricité obligeant les centrales à tourner en stand-by pour disposer d’électricité en cas de besoin. D’autres utilisent l’argument d’un rendement technique plutôt faible.

Il me semble pouvoir (dé)montrer que ces arguments sont sans exception fallacieux parce que carrément faux et/ou incomplets et/ou sortis d’un contexte plus global. Par ailleurs, certains calculs, appliqués à la PV, ne sont pas appliqués avec la même rigueur à d’autres énergies (notamment fossiles) parce que le résultat de ces calculs aurait probablement comme conclusion que l’usage de ces énergies devrait être rejeté d’une manière sûre et certaine (par exemple un calcul exhaustif et honnête de l’énergie grise pour les centrales thermiques et nucléaires).

Dans le débat des coûts, il faut aussi inclure les subventions, sujet brûlant en Allemagne dans le cadre de l’Energiewende. L’association Négawatt  dit à ce sujet (« Changeons d’énergie ») :

« Quant au coût des énergies renouvelables pour l’État, une autre étude menée par le très réputé Frauenhofer Institut, a montré qu’il était sans commune mesure avec celui des énergies conventionnelles. Alors que les renouvelables couvraient en 2012 environ un quart de la consommation d’énergie d’Allemagne, elles ont reçu entre 1970 et 2012 environ 67 milliards d’euros d’aides publiques, alors que sur la même période le charbon en recevait 400 et le nucléaire 213, soit 9 fois plus à eux deux. »

Le Ministre luxembourgeois de l’Économie (encore à aujourd’hui) préconise actuellement de favoriser l’énergie renouvelable produite par les éoliennes, sans exclure de (re)tourner ultérieurement vers la promotion de la PV. Or, on verra que l’énergie éolienne n’est pas aussi favorable sous certains points de vue qu’on ne le prétend. Par ailleurs certains arguments négatifs appliqués à la PV devraient aussi valoir pour les éoliennes. Les arguments du Ministre ne tiennent pas, dans le sens des développements ci-après, entièrement la route ou ne sont pas suffisamment pertinents pour étayer sa priorisation politique d’autres énergies renouvelables par rapport à la PV.

Si la société luxembourgeoise ne veut (peut) pas retourner à une vie dans les cavernes, elle ne peut renoncer à l’électricité, sachant que sa dépendance envers cette source d’énergie est pratiquement totale. Par ailleurs, il faut aussi considérer que l’électricité est la source/vecteur d’énergie la plus universelle en ce qui concerne son usage dans tous les domaines de la vie privée, sociale, économique et autres. C’est une énergie facilement transportable si le réseau de distribution est bien agencé, encore que cela constitue un des problèmes majeurs à l’heure actuelle. On en est encore loin dans le contexte européen : il suffit de suivre sur le plan européen les débats sur les investissements prévus pour les réseaux électriques.

La PV utilise, pour produire de l’électricité, une source d’énergie inépuisable, n’appartenant à personne, ne coûtant rien et nous bombardant de ses rayons, qu’on le veuille ou non, qu’on l’utilise ou non. On ne peut pas faire que le soleil ne brille plus (même s’il ne brille pas toujours). Si le soleil est indispensable à la vie et est à la base de la majorité des sources d’énergie (soleil ancien = énergies fossiles et soleil récent = biomasse, PV et thermo solaire), il produit aussi ses dégâts dans certaines situations (désertifications, chaleurs torrides influençant négativement l’agriculture, etc.). Cependant, si on utilise l’énergie solaire pour produire de l’électricité, on ne change rien à l’équilibre entropique dynamique de la terre (ceci vaut donc aussi bien pour la PV que pour le thermo-solaire), ce qui n’est pas le cas pour les centrales thermiques, consommant des énergies antérieurement stockées et donc inertes, avant d’être extraites et brûlées. Dans ce sens, on commence seulement à entrevoir l’impact de la chaleur résiduelle, c’est-à-dire la chaleur « perdue » des centrales thermiques et autres « transformateurs » des énergies fossiles.

Les effets négatifs des sources d’énergie traditionnelles (pétrole, charbon, gaz naturel et de synthèse, nucléaire et autres) sont largement connus. Le rôle du CO₂ et du méthane par l’effet de serre dans le cadre du réchauffement terrestre n’est plus un mystère et n’est plus contesté. Or, même si ces sources produisent du CO₂ à des niveaux différents mais toujours élevés, un argument supplémentaire de poids en leur défaveur est le suivant : Ce qui caractérise ces énergies est le fait qu’elles constituaient une énergie inerte/potentielle avant leur usage/consommation (le soleil ayant été à la base de la constitution de ces énergies potentielles pendant de longues années). Le stockage des énergies fossiles (soleil ancien) a contribué à une certaine situation/équilibre atmosphérique à un moment donné, notamment avant l’usage intensif massif des énergies fossiles au XXième siècle. Cet équilibre est en train d’être rompu. En les mettant dans le circuit énergétique, cette énergie, antérieurement prisonnière, produit un réchauffement qui s’ajoute au moment de sa consommation à la chaleur existante présente. Donc, avec ou sans production de CO₂ (effet de serre), l’équilibre climatique ne peut être que rompu par la consommation de ces énergies dégageant de la chaleur résiduelle et le réchauffement terrestre ne peut être qu’augmenté. Or, tel n’est pas le cas pour la PV qui utilise une énergie de toute façon « rentrante », indépendamment de la volonté et de l’action de l’homme.

Afin d’illustrer cet aspect, permettez-moi de citer l’Association Négawatt (Changeons d’énergie) : « .. les pertes dans la production et l’acheminement d’électricité sont monumentales. Le rendement d’une centrale nucléaire actuelle est de 33 %. Les deux tiers restants, c’est de la chaleur qui est rejetée dans les fleuves, la mer ou l’atmosphère. Dans les 58 réacteurs français, la quantité totale d’énergie perdue est de l’ordre de 850 milliards de kilowattheures, une quantité supérieure à la totalité des consommateurs de chaleur pour le chauffage et l’eau sanitaire de tous les bâtiments de la France entière, qu’il s’agisse de logements, de bureaux, de commerce ou d’équipements divers. Présenté officiellement comme beaucoup plus performant, le réacteur ERP en construction à Flamanville ferait en réalité passer ce rendement de 33 à  35% - tout en coûtant 2,5 plus cher que le devis initial. … »

Finalement, la sécurité énergétique peut devenir un aspect primordial pour un pays qui importe pratiquement toute son énergie (ce qui est le cas pour le Luxembourg), sachant que les énergies produites au Luxembourg sont actuellement absolument insuffisantes pour remplacer les énergies traditionnelles. Face aux insécurités actuelles dues à la géopolitique et aux besoins énergétiques des pays émergeants (BRIC et autres), les contre-arguments économiques envers la PV ne tiennent plus nécessairement la route : le Luxembourg a besoin d’énergie, quel que soit son prix et la nature de cette énergie. Il est sans importance si le dumping des chinois dans la PV a comme conséquence que de l’argent de provenance luxembourgeoise soit transféré en Chine, en attendant que le Luxembourg ait réalisé sa « Energiewende ». Il faut sortir coûte que coûte sortir de cette dépendance énergétique.

Afin d’établir certaines comparaisons entre les sources d’énergie pour étayer la thèse de la priorisation de la PV, il faut donc une grille de lecture utilisant plusieurs dimensions : énergie grise nécessaire concomitante pour construire les installations adéquates pour le captage de la source d’énergie, production de CO₂ ou de méthane, réchauffement terrestre en dehors de la question du CO₂ et du méthane, réserves des sources d’énergie connues, stockage des énergies pour les utiliser au moment des besoins, distribution des énergies (centralisation / décentralisation, sachant que chaque réseau de distribution important nécessite encore de l’énergie grise, qu’il s’agisse de pipe-lines, de réseaux électriques, de transport par terre et eau), nuisances pour l’homme, recyclage des installations à la fin de leur cycle de vie, nuisances pour la biodiversité, configurations géographiques et géologiques contraignantes, dépendance des conditions météorologiques et autres critères.

Par ailleurs, il faut aussi faire l’inventaire par nature des énergies actuellement utilisées, les transformations d’énergie primaires en d’autres vecteurs et voir les avantages et désavantages pour positionner la PV dans un contexte plus global.

Bilan énergétique du Luxembourg :

Les informations concernant l’énergie au Luxembourg sont très bien documentées d’une manière globale sur le site du Statec. On ne va que reprendre certains faits saillants dans le cadre de la discussion sur l’opportunité de l’énergie produite par la PV.

La consommation finale énergétique du Luxembourg selon ses différentes formes est illustrée par le tableau ci-après (comparaison 2011/1990) :

On constate qu’en vingt ans la consommation énergétique au Luxembourg a augmenté presque de 26 % et qu’en 2011 les produits pétroliers en constituaient les 2/3. Leur progression était importante, de l’ordre de 83,6 %. Seule la biomasse a connu une progression beaucoup plus importante. Mais ce phénomène est dû essentiellement au fait qu’elle partait pratiquement de zéro, ce qui n’était pas le cas pour les produits pétroliers.

Les exportations d’énergie en 2011 concernent 3 produits :

·         l’énergie électrique : 9 412 TJ

·         certains produits pétroliers : 276 TJ

·         des énergies renouvelables : 290 TJ

Ce qui fait un total de 9 977 TJ, sachant que le gros de l’énergie électrique exportée provient des installations de Vianden et que la production de cette énergie nécessite comme input 25 % d’électricité en plus que son output en électricité. Comme le montrent les chiffres ci-après, les installations de Vianden ne pourraient pas fonctionner avec l’électricité primaire produite au Luxembourg et sont à la merci de l’énergie importée.

La production primaire ne concerne, en 2011, que 3 produits selon le Statec ( Bilan énergétique par type de produits 2011 :

·         énergie électrique :               542 TJ

·         chaleur :                                108 TJ

·         énergies renouvelables : 4 222 TJ

Ce qui fait un total de 4 871 TJ. Il faut relever que l’électricité produite par les installations de Vianden n’est pas une énergie primaire car utilisant de l’énergie électrique pour le pompage dans le bassin.

Un premier bilan provisoire global en 2011 est le suivant (d’après différents tableaux du Statec) :

Consommation finale énergétique après transformation:                           181 119 TJ

Importation :                                                                                                198 513 TJ

Exportation :                                                                                                    9 688 TJ

Production primaire :                                                                                       4 871 TJ

On voit que (importation + production primaire) ¹ (consommation finale + exportation). Il y a une différence de 12 577 TJ. Ceci peut avoir plusieurs raisons, comme par exemple des pertes dans les réseaux de distribution (électricité et/ou gaz) ou encore lors de la transformation de certaines énergies dans une autre sorte d’énergie (cogénération par exemple), ce qui entraîne toujours une perte de rendement. La différence est donc due à la consommation de certaines énergies comme input intermédiaire.

Une première conclusion est certainement que le Luxembourg est entièrement dépendant de l’importation de l’énergie, chose connue et banale en soi, mais toujours oubliée aussi longtemps que les énergies sont disponibles pour le consommateur en cas de demande et de besoin.

A ces importations s’ajoutent une certaine production d’électricité, basée sur des énergies renouvelables du territoire, mais aussi sur base de transformations d’énergies primaires importées (cogénération par exemple). Si une partie de l’hydroélectrique (à l’exception du pompage de Vianden), l’éolienne et la photovoltaïque peuvent être considérées comme des productions nettes luxembourgeoises, la thermique et la cogénération ne peuvent être considérées comme telles parce qu’elles sont basées sur des énergies primaires importées.

Si on enlève de de la production hydro-électrique totale (4 070 TJ) le pompage (3 860 TJ), il ne reste dans le pays qu’une production hydroélectrique nette que de 210 TJ (provenant des installations de barrage : Esch-sur-Sûre, Rosport etc.). La production électrique à partir des installations d’énergie renouvelable (hydroélectrique nette, éoliennes, photovoltaïques) ne s’élève donc qu’à 523 TJ, sur une consommation totale d’électricité de 23 404 TJ. Le Luxembourg ne produit donc en net que 2,23 % de son électricité consommée. Tout reste donc à faire pour diminuer cette dépendance énergétique.

Il semble opportun de donner certaines précisions sur l’installation de pompage à Vianden qui n’est pas destinée à fournir de l’électricité pour le Luxembourg, mais exporte sa production électrique en Allemagne pour le compte de la RWE pour réguler les pointes d’électricité. L’activité a un but essentiellement économique (acheter et utiliser de l’électricité bon marché pour produire et vendre de l’électricité chère en pointe de consommation) car le pompage nécessite 25 % d’électricité en plus que ne produisent les turbines (il faudrait 7 heures de pompage pour remplir le bassin et seulement 4 heures pour le vider). Donc, le prix de vente doit être au moins de 25 % plus élevé que le prix de l’achat de l’électricité pour avoir une opération financière neutre en ce qui concerne les inputs énergétiques, sans parler des coûts d’amortissements et de fonctionnement des installations, s’ajoutant au prix d’achat de l’électricité bon marché. Du point de vue énergétique, la station de pompage de Vianden est une opération négative, d’autant plus que l’énergie nécessaire (avec ses 25 % d’électricité supplémentaire en input pour un moindre output) est pratiquement toute importée. La seule manière de s’en sortir serait d’utiliser une autre énergie renouvelable pour le pompage, comme par exemple la PV. Or, la puissance de la station de pompage modernisé équivaut à 1 200 MW, ce qui correspond à une production de 1 097.3 GWh. Comme le pompage nécessite 25 % en plus que l’électricité produite, l’énergie nécessaire en input serait de 1 371,5 GWh. Pour produire cette électricité par PV avec 1 300 heures d’ensoleillement, il faudrait une surface de 7,4 km² de panneaux PV, ce qui correspond à une surface de 2,74*2,74 Km, plus élevée de 1 km² que la surface des autoroutes du Luxembourg. Le bassin supérieur de Vianden a une superficie de 48 ha. Il faudrait couvrir 18,75 de ces bassins de PV pour produire l’électricité nécessaire au pompage de la station de Vianden.

Par ailleurs, selon le même genre de calculs, il faudrait entre 900 et 1 000 éoliennes (selon la puissance des différentes éoliennes installées : 1,5 MW ou 3 MW ou plus) pour produire l’input d’électricité nécessaire pour la station de pompage de Vianden. Le Luxembourg dispose actuellement de +/- de 45 éoliennes produisant 220 TJ d’électricité ( = 61 GWh).

Vu de ce point de vue, la station de pompage de Vianden est une mission impossible du point de vue énergétique et est seulement économiquement rentable si le prix de l’électricité varie par jour dans des créneaux suffisamment larges pour disposer des marges de prix nécessaires« pompage – production ». On peut ou devrait même oublier aujourd’hui les installations de la SEO dans les débats sur l’énergie.

La production hydro-électrique du barrage d’Esch-sur-Sûre sert aussi à la production d’énergie électrique de pointe. L’apport en électricité serait aux alentours de 50 TJ seulement.

Les énergies disponibles en 2011 pourraient être calculées grossièrement de la manière suivante :

·         importations :         + 198 513 TJ

·         exportation :                - 9 687 TJ

·         production primaire :     4 871 TJ

ce qui fait un total de de 193 697 TJ.

Les combustibles solides, le gaz naturel et les produits pétroliers, tous les trois constituant des énergies primaires non renouvelables (voir ci-après), fournissent 83,98 % de la consommation finale en 2011. L’énergie électrique, constituant une énergie secondaire, ne fait que 12,92 %, sachant qu’à la base de la production d’électricité se trouvent essentiellement des énergies primaires non renouvelables.

En effet, comme le montre le tableau du Statec ci-après, la source primaire pour l’énergie électrique est essentiellement de l’énergie fossile, donc non renouvelable (54,8 % en 2011). Les énergies renouvelables ne contribuent qu’à raison de 20,2 8 % en 2010 dont la PV avec une part de 0,4 % seulement. Ce tableau montre également qu’un quart de l’électricité importée (5 711 TJ) provient de l’énergie nucléaire.

Comment est consommée toute cette énergie ? La répartition selon les secteurs, quelle que soit la forme d’énergie, est la suivante :

 

On voit que la consommation des ménages est seulement de 10,35 %. Le secteur tertiaire, pourtant un des moteurs de notre économie (secteur financier) consomme dans un même ordre de grandeur. Notre industrie déclinante n’a pas une consommation excessive d’énergie (16,10 %). Le gros de l’énergie est consommé dans le secteur des transports, chose étonnante pour un petit pays si on ne connaît pas le contexte.

Le tableau montre clairement que le carburant est essentiellement consommé dans le cadre du transport routier (82,87 %) dont 82 % par le transport routier des non-résidents. Ceci ne surprend guère à cause du « Tanktourismus » qui remplit bien les caisses de l’État. Cyniquement, on peut dire que le CO₂, produit par la consommation d’énergie de ce secteur, est essentiellement localisé à l’extérieur du territoire luxembourgeois à cause de l’exiguïté de ce dernier (qui ne constituerait qu’un lieu de passage) et que ce carburant serait de toute façon consommé, quel que soit son lieu d’achat (au Luxembourg même ou dans les pays limitrophes du Luxembourg). En effet, les gens font le plein, non pas pour remplir les poches des compagnies pétrolières, mais parce qu’ils estiment devoir faire certains trajets en voiture, malgré la charge financière importante y relative. Ceci dit, il est évident que la mobilité devra changer de support/nature et de volume à moyen terme à cause des problèmes écologiques en résultant.

L’industrie, en régression lente mais perpétuelle, ne consomme que 17,29 % de l’énergie totale. On peut énoncer l’hypothèse que le problème de l’énergie, surtout fossile, pourrait être maîtrisé s’il n’y avait pas le « Tanktourismus », aussi bien qu’en ce qui concerne la production de l’énergie que la maîtrise du problème de CO₂. Les dégâts financiers pour le secteur public seraient cependant assez élevés sans cette consommation « pratiquement externe ». En effet, le transport consomme 63 % de l’énergie totale du Luxembourg (= 63 % de 181 119 TJ = 114 107 TJ). De ces 114 107 TJ, la consommation du carburant des  routiers non-résidents s’élève à 67,91 %. = 77 490 TJ. Le « Tanktourismus » est donc responsable de 42,78 % de la consommation d’énergie du Luxembourg. Si des obligations légales européennes rendaient le « Tanktourismus » peu attrayant, les problèmes énergétiques du Luxembourg paraîtraient plus maîtrisables.

La condition consisterait à recourir à l’électricité, à l’hydrogène et au gaz comme bases énergétiques pour le transport, issues de sources renouvelables. Mais les conséquences financières du renoncement au « Tanktourismus » seraient assez désastreuses et le développement du secteur logistique comme producteur de plus-values serait mis en danger.

Malgré cette lueur d’espoir, il faut constater que le mix des sources énergétiques pour produire de l’électricité et de la chaleur, donc en faisant abstraction des carburants, ne fait pas du Luxembourg un champion en matière énergétique.

En considérant l’importance des différentes formes d’énergie par secteur d’après les 3 tableaux ci-après , on peut faire certaines constatations:

 

• L’industrie consomme essentiellement du gaz naturel et de l’électricité.

• Les transports consomment presqu’uniquement des produits pétroliers.

• Le tertiaire consomme essentiellement du gaz naturel et de l’électricité.

• Les ménages consomment presque pour la moitié du gaz naturel et seulement 37 % de produits pétroliers. L’électricité ne constitue que 16 % de la consommation d’énergie des ménages. En supposant que le gaz naturel et les produits pétroliers soient les sources majeures du chauffage et de l’eau chaude au Luxembourg, on peut en déduire que la consommation d’électricité pour le logement est quelque peu négligeable (1,68 % par rapport à la consommation totale de l’énergie au Luxembourg). Même si on déduit de la consommation finale d’énergie le volume de produits pétroliers destinée à la mobilité, il est probable que le chauffage et l’eau chaude constituent un élément très important de consommation d’énergie des ménages. On entrevoit d’office l’intérêt de la thermie solaire et de l’isolation thermique pour les maisons existantes et de la promotion des maisons passives (futures constructions). Le thermo-solaire doit donc être promu avec assiduité (chauffage et eau chaude), sachant que  cette source d’énergie fonctionne même jusqu’à une température extérieure de -5°.

• L’agriculture consomme presqu’uniquement de l’électricité.

En considérant le tableau ci-après, il faut encore constater les situations suivantes :

• L’industrie consomme à elle seule presque 100 % des combustibles solides.

• Presque la moitié du gaz naturel est consommé par l’industrie, presqu’un tiers par les ménages (chauffage, eau chaude, cuisson ?).

• La moitié de l’électricité est consommée par l’industrie, le tertiaire en consommant en gros un tiers

• Le tertiaire consomme 4/5 de la totalité de la chaleur.

• Les produits pétroliers sont consommés à raison de 92,23 % par les transports.

• L’essentiel de la biomasse est consommée par l’industrie et par les transports, aspect à approfondir car un peu surprenant.

Aussi longtemps que le transport ne passe pas à l’électricité, à l’hydrogène et au gaz, la dépendance des produits pétroliers constituera à la fois un problème au niveau de la sécurité énergétique qu’au niveau de la production de CO₂. Ce problème pourrait être encore résolu sur le plan de la circulation interne au Luxembourg (voir le projet peut-être utopique à la fin du document), mais ne peut trouver une solution s’il n’y a pas de consensus sur un plan européen.

Ce bilan sommaire montre en quelque sorte que le problème de la consommation « vraiment » interne d’énergie pourrait être maîtrisée en grande partie si les habitudes de vie changaient et si la production des énergies renouvelables était poussée au maximum.

Inventaire général des sources d’énergie  et leur classement en catégories selon différents critères :

Afin de situer la position de la PV dans le cadre de la question de l’indépendance énergétique, il faudrait d’abord faire un inventaire de toutes les sortes d’énergie en usage ou en discussion, éliminer les énergies potentielles mais non consommées dont l’origine n’est pas nationale et se focaliser sur les énergies consommées et/ou produites sur un plan national, qu’elles soient primaires et/ou secondaires et/ou renouvelables.

Une première catégorisation porte sur les énergies primaires et secondaires. Les énergies primaires sont toutes celles directement disponibles dans la nature, pratiquement prêtes à l’emploi selon certaines modalités, essentiellement sous forme de chaleur à la base. Concernant les énergies primaires, il faut distinguer entre les énergies renouvelables et non renouvelables. Les énergies secondaires n’existent pas telles quelles dans la nature (ou du moins pas d’une manière utilisable : la foudre ne peut être captée pour utiliser son énergie électrique) et sont obtenues par transformation des énergies primaires. Une approche de catégorisation pourrait être la suivante :

1.       Énergies non renouvelables :

1.1.    Combustibles fossiles :

1.1.1. conventionnels

1.1.1.1.             Charbon

1.1.1.2.             Pétrole

1.1.1.3.             Gaz naturel

1.1.2. Non conventionnels

1.1.2.1.             Schistes bitumeux

1.1.2.2.             Sable bitumeux

1.1.2.3.             Gaz schisteux

1.1.2.4.             Sable asphaltique

1.1.2.5.             Hydrates de méthane (méthane associé à des molécules d’eau : dans le permafrost et certains abysses océanes)

1.1.2.6.             Autres ?

1.2.    Combustibles nucléaires :

1.2.1. Uranium (fission)

1.2.2. Thorium (fission)

1.2.3. Deutérium (fusion)

1.2.4. Tritium (fusion)

1.2.5. Autres ?

2.       Énergies renouvelables :

2.1.    Hydraulique (application mécanique ou électrique)

2.2.    Eolien

2.3.    Solaire :

2.3.1. Thermique

2.3.2. Photovoltaïque

2.3.3. Biomasse terrestre et maritime:

2.3.3.1.             Bois (biomasse solide ou biomasse gazeuse)

2.3.3.2.             Végétaux (biocarburants essentiellement, mais aussi biogaz)

2.3.3.3.             Déchets (biogaz)

2.3.3.4.             Algues

2.3.3.5.             Autres ?

2.4.    Géothermie (basse, haute et très haute température)

2.5.    Aéro-thermie (par exemple le puits canadien)

2.6.    Océans :

2.6.1. Energie marémotrice

2.6.2. Energie houlo-motrice

2.6.3. Energie par utilisation de courants marins (hydroliennes)

2.7.    Energie musculaire, animale ou humaine

Remarque : les biocarburants peuvent être classés de différentes manières dont une est la suivante :

1.       Biocarburants terrestres :

1.1.    Filière huile ou dérivés (biodiesel)

1.2.    Filière alcool : à partir d’amidon, de cellulose ou de lignine hydrolysée

2.       Biocarburants marins : à partir de micro-algues piégeant le CO₂ et le NOx

Il faut constater que le Luxembourg ne dispose pas d’énergies non-renouvelables et qu’il doit les importer (voir bilan énergétique du Luxembourg). En ce qui concerne les énergies renouvelables, le Luxembourg en dispose potentiellement toutes celles énumérées, à l’exception de l’énergie provenant des océans, dont la biomasse des algues (à moins de récupérer physiquement les algues nuisibles dans nos lacs et cours d’eau). Mais les limites de ces énergies potentielles résident aussi bien dans les configurations géographique et géologique, dans les conditions météorologiques ainsi  que dans l’exiguïté du territoire. Par ailleurs, il faut aussi considérer la dépendance du Luxembourg en ce qui concerne l’importation des installations nécessaires à la production et l’usage de ces énergies renouvelables.

Certaines énergies non renouvelables sont directement utilisées pour la production de chaleur, comme par exemple le pétrole, le charbon et le gaz. Mais toutes ces énergies non-renouvelables peuvent être utilisées à des degrés divers pour la production d’énergies secondaires dont les catégories essentielles sont les suivantes :

1.       Produits pétroliers

1.1.    Essence

1.2.    Gasoil

1.3.    Fioul de chauffage

1.4.    kérosène

2.       Electricité

3.       Le coke

4.       Vapeur

5.       Hydrogène

6.       Autres ?

Mais mêmes certaines énergies secondaires sont utilisées en cascade pour produire d’autres énergies secondaires :

•  Avec la vapeur, on peut produire de l’électricité

•  Avec l’électricité provenant de la PV, on peut produire par électrolyse de l’hydrogène pour les piles à combustibles (forme de stockage de l’électricité provenant de la PV).

• En combinant l’hydrogène avec du CO₂ (déchet de la consommation des énergies fossiles), on peut produire du gaz artificiel (méthane) identique au gaz naturel

•  Avec les produits pétroliers, on peut produire de la chaleur et/ou de l’électricité

• Etc.

La panoplie des possibilités par des combinaisons diverses d’énergies primaires et secondaires est très importante. Les énumérations précédentes ne sont que quelques exemples pour montrer l’envergure des possibilités.

Définition des dimensions de la grille de lecture pour évaluer les nuisances  et les plus-values des différentes sources d’énergie :

1.       Réserves nationales et mondiales des énergies potentielles, leurs peaks et leur épuisement plus ou moins proche ou éloigné dans le temps.

2.       Quantité d’énergie grise pour produire une énergie destinée à la consommation finale

3.       Production CO₂ (effet de serre) :

3.1.    Émissions directes (par exemple en brûlant du charbon pour produire de la chaleur)

3.2.    Émissions indirectes, c’est-à-dire  dans le contexte de la ACV (analyse cycle de vie de l’installation)

4.       Production de méthane [effet de serre s’il s’échappe dans l’atmosphère (voir les études pour certaines villes italiennes), pire que le CO₂ en ce qui concerne l’effet de serre]

5.       Risques de transport des vecteurs énergétiques (par exemple transports Castor)

6.       Possibilités de stockage des différentes sortes d’énergie

7.       Distribution des énergies en vue de la consommation intermédiaire ou finale

8.       Production centralisée ou décentralisée des énergies mises à disposition (par exemple : petites production locales d’électricité gérées par les smart grids (essais en Allemagne avec de petites unités de cogénération dans les immeubles) ou importations sur longues distances avec des pertes notables des réseaux)

9.       Disponibilité de l’énergie au moment du besoin (concerne PV et éoliennes si les possibilités de stockage existantes ne sont pas utilisées et théoriquement aussi pour les barrages car l’eau coule toujours, chose surtout vraie si les barrages risquent d’être trop remplis et s’il faut les vider à cause de risques de débordement et/ou de rupture → risques d’inondations dans les régions en aval)

10.   Nuisances pour la santé (par exemple : bruit des éoliennes, smog électrique, smog provenant des combustibles, etc.)

11.   Pollutions :

11.1.Pollutions lors de la production et de l’utilisation de l’énergie

11.1.1.   Sol

11.1.2.   Atmosphère

11.1.3.   Déchets radioactifs

11.2.Risques de pollutions en cas d’incidents :

11.2.1.   Sol

11.2.2.   Atmosphère

11.2.3.   Déchets radioactifs

12.   Recyclage des installations (par exemple recyclage d’une centrale nucléaire)

13.   Recyclage des résidus énergétiques après transformations (par exemple résidus nucléaires ou CO₂ » par exemple)

14.   Nuisances à la biodiversité (par exemple dangers pour les oiseaux ou les chauve-souris par les éoliennes)

15.   Conditions météorologiques (par exemple variations des heures d’ensoleillement, à considérer dans le cadre des changements climatiques)

16.   Conditions géologiques (par exemple la géothermie en relation avec les nappes phréatiques)

17.   Conditions géographiques (par exemple : exiguïté du territoire, genre d’occupations du sol, etc.)

18.   Contraintes réglementaires / légales

19.   Politiques d’utilisation des sols (par exemple sacrifier du terrain agricole pour produire des biocarburants)

20.   Propriété du sous-sol ? (voir par exemple en Allemagne les dégâts causés aux maisons d’habitation par les mines creusées en profondeur pour extraire le charbon et les procès qui en résultent)

21.   Autres.

Il faudrait faire un topo pour chacune des énergies énumérées précédemment selon les critères pertinents en fonction d’un modèle pour déterminer les énergies compatibles avec les changements climatiques et leurs potentiels de production. Une telle matrice pourrait être la suivante (à titre d’exemple et pas nécessairement exhaustive):

Chaque case d’intersection constitue un cas de figure qui devrait être analysé (s’il est pertinent dans le contexte concerné) selon différents scénarios.

État de l’art succinct par source d’énergie pertinente dans le contexte du Luxembourg :

Le but des présentes réflexions, délibérément succinctes et sans épuiser la méthodologie de la matrice précédente (elle-même certainement incomplète), est de situer la PV et son évolution stratégique dans le cadre de la politique énergétique du Luxembourg. Les sources d’énergies traditionnelles seront brièvement analysées pour montrer leurs limites. Certaines  énergies renouvelables, pouvant être implantées au Luxembourg, sont limitées aussi à cause des contraintes géographiques et/ou météorologiques, en considérant cependant qu’il faut les exploiter au maximum des possibilités. Il est par ailleurs inutile de discuter des énergies potentielles des océans et de la biomasse des algues maritimes pour le Luxembourg ou de l’implantation d’une centrale nucléaire eu égard à l’opinion publique concernant cette forme de production d’énergie. D’ailleurs, selon le livre d’Ugo Bardi (« Der geplünderte Planet »), les réserves en uranium seraient beaucoup moins importantes que ne le laissent croire les producteurs d’énergie électrique par des centrales nucléaires (le peak serait déjà atteint en 2015).

Les énergies non renouvelables

Charbon :

Sa consommation diminue au Luxembourg et ne constitue en 2011 que 1,22 % de l’importation énergétique. La discussion y relative est donc plutôt marginale dans l’optique d’un usage direct. Mais il faudra en parler quand même à cause de sa part dans le mix de l’électricité importée. Son importation directe nécessite des transports terrestres et maritimes sur des distances plus ou moins longues selon l’origine, avec des volumes et charges importantes. Par ailleurs, la construction des centrales thermiques et leur démantèlement et recyclage induisent aussi une forte énergie grise qui devra donc être incluse globalement à différents niveaux de la réflexion. Mais curieusement, on ne trouve pas de données quantitatives en ce qui concerne cette énergie grise, alors qu’on arrive à chiffrer l’énergie grise pour d’autres sources comme la PV ou la géothermie ou encore l’éolienne (probablement parce que les calculs sont plus simples à cause d’une moindre complexité des inputs et de leurs processus de transformation).

L’extrait ci-après d’un document d’Erik Niemann, chargé de mission auprès de la MGC/DRAST, et intitulé « L’énergie grise dans la filière bâtiment et travaux publics » fournit certaines indications :

 Une centrale thermique comprend combien de m³ de béton armé, sachant que l’énergie grise d’un m³ nécessite 1.85 MWH ? Quelle sera l’énergie nécessaire rien que pour le béton d’une telle installation.

Il y en a qui prétendent que la centrale thermique au charbon n’arrive pas à rembourser sa dette énergétique pendant son cycle de vie complet. Son usage produit invariablement du CO₂. Comme le Luxembourg n’a pas de centrale thermique, il ne produit pas directement du CO₂ dans ce contexte. Mais le charbon est quand-même importé indirectement dû à sa part non négligeable dans la production de l’électricité importée au Luxembourg. Le charbon produit lors de sa consommation beaucoup de CO₂ par rapport à d’autres sources d’énergie : de l’ordre de 1 110 g eq CO₂ /kwh. Comme on l’a vu précédemment, la consommation de combustibles solides est négligeable au Luxembourg. Il faut cependant garder à l’esprit que le mix de l’électricité importée au Luxembourg a comporté 4,8 % de houille en 2011.

En dehors du coût interne de la production d’électricité à partir du charbon (le type de centrale le plus répandu, à savoir à charbon pulvérisé avec traitement des fumées avec un rendement de 45 %,), se situant entre 33 et 40 €/MWH, le coût externe résultant de la pollution (capture CO₂ et séquestration souterraine) est estimé à peu près au même niveau et doublerait donc le coût par MWH.

Outre cet aspect économique, il faut encore considérer les gaz émis (en dehors des fumées résultant des cendres), avec ses effets :

Un tableau ci-après (un parmi d’autres possibles avec des variations numériques selon les méthodologies appliquées) montre les émissions de CO₂ pendant la production, mais aussi le CO₂ dégagé pendant tout le cycle de vie de l’installation utilisant des combustibles fossiles (il s’agit de disposer d’ordres de grandeurs et de valeurs comparables « toutes choses égales par ailleurs », un tableau utilisant en principe la même démarche) :

Un autre tableau du genre est moins optimiste :

Une méta-analyse sur ces aspects dans le contexte du Luxembourg devrait certainement être faite pour clarifier ces données essentielles dans les débats écologiques.

Le pétrole :

Si on parle de pétrole au Luxembourg, il s’agit la plupart du temps de produits secondaires résultant d’une transformation. Cette transformation (raffineries et autres) nécessite des installations de fabrication (énergie grise) et des apports d’énergie pour les faire fonctionner. Il s’agit donc d’un paquet non négligeable d’énergie grise, sans parler du transport du pays d’origine de la matière première au lieu de transformation (raffineries par exemple) pour aboutir finalement au Luxembourg. Par ailleurs, il existe peu d’informations pour calculer toute l’énergie grise utilisée lors du cycle de vie des installations de transformations du pétrole jusqu’à la consommation finale, encore que des chiffres globaux soient véhiculés à gauche et à droite. On ne sait pas vraiment si les émissions de CO₂ concernent uniquement l’énergie grise des installations ou incluent aussi l’énergie grise en amont de l’installation (transport des inputs par exemple) ou encore l’énergie grise nécessaire au démantèlement et au recyclage à la fin de la vie de l’installation. Il n’y a pas de méthode détaillée comme celle qu’on va décrire plus loin pour la PV. Outre cette énergie grise, il faudra encore tenir compte de toutes les nuisances lors de la consommation des produits pétroliers (CO₂, réchauffement, etc.) ainsi que des opérations pour neutraliser tant soit peu ces nuisances (par exemple filtres qui doivent eux aussi être recyclés). Les nuisances risquent d’être énormes et le rendement final, en tenant compte des toutes les énergies grises et de fonctionnement, risque d’être faible sinon peut-être même négatif. Le pétrole comme source directe d’énergie n’est évidemment pas un sujet de discussion puisque le Luxembourg n’est pas producteur mais seulement importateur. Si on considère par ailleurs les nuisances en CO₂ et autres émissions chimiques, les produits dérivés du pétrole ne sont pas une alternative écologique dans le cadre des discussions d’énergie. Si le Luxembourg ne peut ou veut plus jouer la carte du « Tanktourismus » et si des énergies thermiques renouvelables sont substituées aux produits pétroliers dans le cadre du chauffage des maisons et si on ose rêver d’une mobilité individuelle par les voitures fonctionnant par des sources d’énergie renouvelables (hydrogène, électricité, méthane générée à partir de l’hydrogène et du CO »), la dépendance des produits pétroliers pourrait singulièrement diminuer.

L’énergie nucléaire :

Le bilan des énergies négatives, considéré sur base de l’analyse du cycle de vie des installations nucléaires et de leurs fonctionnement, ne peut jamais être positive sous un quelconque point de vue. Voici quelques énoncés pour étayer cette assertion :

• L’énergie grise pour construire une centrale nucléaire et son démantèlement à la fin du cycle de vie (on calcule qu’il faut au moins 10 ans) devrait être importante, le réflecteur n’ayant pas trouvé des indications précises fiables, et pour cause probablement.
• Les inputs des centrales nucléaires, leur traitement après usage ainsi que leur stockage final ont un coût non négligeable, sans parler des risques et dangers liés à leur manipulation et transport. L’Allemagne n’a toujours pas trouvé sa solution pour le stockage final des déchets nucléaires alors qu’elle fait des recherches depuis des années. En attendant, les résidus nucléaires sont parfois stockés, ne serait-ce que de manière prétendue provisoire, selon des méthodes comportant des risques élevés. Ceci semble plutôt être un indicateur que l’énergie grise du recyclage des inputs nucléaires n’est pas comprise dans les calculs.
• Les dégâts et les coûts d’assainissement des fleuves, fournissant très souvent l’eau du refroidissement pour les centrales nucléaires, sont rarement mentionnés et pas chiffrés.
• La chaleur résiduelle rejetée dans l’air lors de la production d’énergie électrique à partir des centrales nucléaires est très importante, contribuant au réchauffement climatique (voir page 3).
• Une contamination radioactive, même légère, n’est pas à exclure en vitesse de croisière.
• Les dangers d’avarie, quelles que soient les raisons (catastrophes naturelles, crash d’avions, blackout prolongés et autres) peuvent avoir des conséquences très graves, aussi bien en ce qui concerne la contamination radioactive que les problèmes et coûts de réparation (la PV est sans objet dans ce contexte).
• Les précautions de sécurité entraînent des coûts élevés.
• Le problème du stockage final des matières radioactives usées n’est toujours pas résolu, sans parler des coûts des traitements des matières radioactives et leur transport à travers l’Europe et le monde : qui a calculé l’ensemble des coûts des mesures de sécurité lors des transports des Castors? Est-ce que ces coûts sont intégrés dans les calculs économiques des centrales nucléaires?
• Encore d’autres facteurs ?

Est-ce que les coûts de tous ces facteurs ont été calculés et intégrés sérieusement dans les coûts de rentabilité des centrales nucléaires ?

Le Luxembourg aimerait bien que les centrales de Cattenom et de Tihange soient fermées définitivement, tout en oubliant que le mix d’électricité du Luxembourg comprenait en 2011 24,4 % d’énergie électrique provenant de centrales nucléaires. Ceci constitue même une augmentation de plus de 6 % dans le mix par rapport à 2010.

Gaz Naturel :

Cette source d’énergie a une importance non négligeable pour le Luxembourg :

·         il couvre 15,5 % de la consommation finale en 2011 ;

·         il entre pour 32,2 % dans le mix d’électricité consommé au Luxembourg, soit par l’électricité importée, soit comme input pour les installations de cogénération.

La dépendance du Luxembourg par rapport à cette source d’énergie importée est totale. Par ailleurs, le gaz naturel entre pour une part non-négligeable dans les émissions de CO₂, sans parler que son échappement dans l’atmosphère suite à des fuites (ou autres raisons) a un impact beaucoup plus grave que le CO₂. Il nécessite des installations importantes pour la production et pour le transport, soit par des pipe-lines, soit par le transport « mobile » par l’eau et par terre. L’énergie grise nécessaire pour l’utilisation de cette source d’énergie est donc importante, même si elle est moins élevée que celle des combustibles solides et celle des produits pétroliers : voir tableau ci-après (Wikipédia).

Les énergies renouvelables

L’hydraulique :

On a vu que l’opération de la station de pompage de la SEO est une affaire de pure perte énergétique. Par ailleurs, la production d’électricité des autres barrages au Luxembourg est négligeable à cause de la configuration géographique, ce qui ne veut pas dire qu’il ne faut pas en tirer un maximum pour diminuer tant soit peu la dépendance énergétique, même si le gain est minimal dans un contexte énergétique global. Cette source d’énergie présente au moins l’avantage d’être conforme aux exigences d’un développement durable, du moins sous l’aspect d’une production décentralisée nécessitant peu de transport. On ne parle pas des dégâts écologiques et sociaux des vallées submergées suite à la construction de barrages.

Les éoliennes :

Le Ministre de l’Économie a une préférence pour cette source d’énergie, ne serait-ce que parce qu’il ne veut pas subventionner la PV produite par les chinois (selon ses propres paroles à la chambre des députées). La puissance éolienne au Luxembourg serait de quelques 45 MW et sa production d’électricité de quelques 220 TJ (facteur 4,9 pour passer de la puissance à la production). M. Wolf, étudiant à l’IGEAT de l’ULB a écrit un mémoire en 2006 : « Est-ce que la politique énergétique du Grand-duché de Luxembourg en matière d’énergies renouvelables s’inscrit dans un cadre de développement durable ? »). Selon lui et l’atlas éolien luxembourgeois mentionné dans le travail, 30 sites d’exploitation potentiels ont été répertoriés. M. Wolf estime, en tenant compte du potentiel technique réalisable, que 300 éoliennes avec une puissance moyenne de 3 MW pourraient être installées d’ici 2050 en produisant 1 530 GWH = +/- 5 500 TJ (5,10 GW par an/éolienne = 18,36 TJ an/éolienne). Si la consommation d’électricité n’augmentait pas jusqu’en 2050, les éoliennes pourraient produire 20 % de la totalité d’électricité consommée, hypothèse cependant improbable. Il s’agit apparemment donc d’un peak possible, sauf si on arrive à augmenter encore la puissance des éoliennes par des innovations technologiques. Le ministre a certainement raison de promouvoir cette source d’énergie, mais il devra considérer déjà aujourd’hui l’intérêt réel d’autres sources d’énergie renouvelables, sans perdre de temps. Il faudra probablement aussi considérer que les 300 éoliennes possibles et utiles éparpillées à travers le pays ne vont pas renforcer la beauté du paysage (facteur touristique important), même si on peut les considérer en quelque sorte comme un mal nécessaire. Par ailleurs on commence par constater une certaine hostilité à l’égard des éoliennes de la part des citoyens et des contre-courants s’organisent. Il suffit de voir l’exemple récent de la décision négative du conseil communal de Troisvierges concernant la construction d’un parc d’éoliennes.

Certains calculs font état de 4 560 GJ pour la construction et le démantèlement d’une éolienne onshore avec une puissance de 1,5 MW (ou quelques 9 000 GJ pour une puissance de 3 MW). Il est généralement admis que l’éolienne produit entre 10 – 16 g CO₂/kwh, ce chiffre dépendant évidemment des mixs d’énergies utilisés lors de la production : beaucoup de charbon ou de pétrole ou de gaz naturel avec moins d’énergies renouvelable, etc. Ce chiffre diminuerait évidemment énormément si l’éolienne était construite en utilisant entièrement de l’énergie renouvelable, chose vraie aussi pour la PV.

Par ailleurs, il faudrait analyser plus en profondeur la véracité de certaines affirmations comme la suivante : Les éoliennes ne marchent pas seulement à la force du vent. Effectivement, leur fonctionnement et leur entretien entraineraient davantage de rejets de gaz à effet de serre, c’est la thèse que défend le rapport du think tank britannique Civitas. « Non seulement, l’énergie éolienne serait coûteuse, mais en plus elle ne serait pas efficiente quant à la réduction des émissions de CO₂. » (Ruth Lea : electricity costs : the folly of windpower, january 2012). Néanmoins, il n’est pas exclu que ce genre d’études a comme origine du lobbying car plein d’autres études démontrent le contraire.

Géothermie, aérothermie et thermie solaire :

Le sujet du document est la PV et donc l’électricité. Mais mentionner les énergies thermiques alternatives fait du sens puisque certains au Luxembourg se chauffent encore en partie à l’électricité, sans parler de nos voisins français où le chauffage à l’électricité (avec leurs centrales nucléaires) a encore une autre envergure. Or, toute économie d’énergie électrique peut changer la donne sur d’autres plans. Mais les sources thermiques d’énergie renouvelable méritent certainement un document à part, ne serait-ce que dans le contexte de projets pour diminuer la dépendance des énergies fossiles pour le chauffage et l’eau sanitaire

La photovoltaïque (PV)

Toutes les réflexions antérieures avaient pour but de fournir les éléments permettant de situer l’enjeu de la photovoltaïque. L’auteur (réflecteur naïf) ne cache pas qu’il est partisan de cette source d’énergie et lui trouve plein d’atouts (voir les développements ci-après). Il n’est pas personnellement impliqué dans le circuit commercial de la PV, ni en tant que fournisseur d’installations et ni sous aucune une autre forme. Il faut cependant mentionner le fait qu’il est propriétaire depuis 10 ans d’une installation de 7 KW/h. Il faut encore relever que son installation produit à l’heure actuelle plus d’électricité qu’il n’en consomme. Si les conditions de subventions étaient généreuses à l’époque, une telle installation n’était cependant pas gratuite (amortissement et préfinancement, avec un manque à gagner financier pendant cette période) et les gains, après la période d’amortissement, ne permettent pas d’en vivre. Mais le rendement financier est aujourd’hui tant soit peu honnête à cause des subventions, surtout par rapport aux conditions actuelles minables des placements financiers. Même après la fin de la période de subventions, l’installation gardera tout son intérêt qui pourrait même aller en grandissant selon l’évolution du secteur énergétique, ne serait-ce qu’en considérant le facteur de sécurité énergétique. En effet, il existe déjà actuellement des solutions pour stocker l’électricité issue de la PV sous diverses formes, aussi bien au niveau de l’immeuble résidentiel (PEM fuel cells déjà commercialisées) qu’à un niveau plus étendu (le point sera abordé plus en détail ultérieurement). Pour rappel, voir le reportage récent à RTL sur la société SOLARtec implantée au Luxembourg dans le contexte des nouvelles concernant la révision des modalités de subventionnement des énergies renouvelables.

Rappelons certains aspects :

La production PV du Luxembourg s’élève à 93 TJ, ce qui fait 0,4 % de l’énergie électrique consommée et 0,05 % de l’énergie totale consommée au Luxembourg (181 119 TJ). Si on déduit de l’énergie totale consommée le carburant des non-résidents (77 218 TJ), le pourcentage de la PV ne s’élève qu’à 0,09 % de l’énergie totale consommée au Luxembourg. Les 93 TJ de la PV représentent en volume 42,3 % de l’énergie électricité produite par les éoliennes au Luxembourg.

Selon certains calculs, l’émission de CO₂ par kwh produit par la PV s’élève entre 60 et 80 g selon le mix de l’électricité nécessaire à la production, en partant d’un « dirty mix » à base de 550 g de CO₂» par kwh (à cause des parts relativement importantes en charbon, pétrole et gaz naturel). Si une installation de PV était produite entièrement à partir d’électricité provenant déjà d’une installation PV existante, l’émission de CO₂ serait divisée par un facteur 10 et serait de quelques 6 g de CO₂ par kwh. Le même raisonnement vaut évidemment aussi pour les éoliennes.

D’après des recherches sur le web avec des recoupements, 7 m² de panneaux PV sont à peu près nécessaires pour la production d’un kwh (à nuancer entre installations plus anciennes et plus récentes). Ces 7m² de panneaux nécessitent 2 500 KWh d’énergie grise pour sa production. Cette énergie grise est récupérée entre 1,5 et 3,3 ans selon les panneaux utilisés, fonctionnant en principe entre 20 et 30 ans (sinon plus, même si le rendement diminue légèrement dans le temps). Les facteurs pertinents pour ces calculs sont, entre autres, l’âge des installations, les techniques utilisées et autres facteurs déterminant le rendement. Plus le rendement est élevé et plus le temps pour récupérer l’énergie grise est réduit.

Ci-après un extrait d’une étude de HESPUL (France)  dans ce contexte :

Résumons donc : Si on parle de production de CO₂ dans le cas de la PV, il s’agit du CO₂ produit lors de la fabrication des installations par l’utilisation de l’énergie nécessaire pour la réalisation de l’installation et non du CO₂ émis lors de la phase de production de l’électricité car il n’y en a pas, au contraire des centrales thermiques. Cette analyse est donc basée sur le cycle de vie que HESPUl a formalisé de la manière suivante :

Afin de bien comprendre les impacts sur l’environnement qu’occasionnent les systèmes

photovoltaïques, il était nécessaire de présenter leur processus de fabrication: c’est

l’objet de la partie 1. On y retrouve les étapes suivantes:

Etape 1 Elaboration du silicium de grade solaire à partir du silicium métallurgique,

lui-même obtenu à partir de quartz.

Etape 2 Cristallisation de ce silicium solaire pour former des plaques.

Etape 3 Transformation de ce silicium cristallisé en composant actif pour devenir

une cellule photovoltaïque.

Etape 4 Assemblage des cellules photovoltaïques en module photovoltaïque.

Etape 5 Groupement de plusieurs modules pour réaliser un système photovoltaïque

intégré en toiture comprenant également une structure porteuse, des

composants électroniques et électriques.

L’étape 6 serait logiquement la fin de vie du système, mais elle n’est pas traitée dans

cette étude.

Le graphique ci-après illustre la démarche :

Avantages et désavantages de la PV :

L’inventaire suivant est assez général. A chacun de faire sa philosophie en ce qui concerne la valeur des différents arguments. L’inventaire n’a pas la prétention d’être exhaustif.

Avantages

• Le panneau solaire photovoltaïque contribue à la réduction des émissions de CO₂ (voir calcul page 45), à la réduction des rejets polluants et à la préservation des ressources naturelles, notamment par rapport aux sources du mix classique de l’électricité.

• La PV ne génère pas d’émissions lors de la production d’électricité, au contraire des productions d’électricité à partir d’énergies non renouvelables. Elle ne dégage pas de gaz à effet de serre et ne génère pas de déchets pendant la production.

• Par ailleurs, la PV n’émet pas de bruit, au contraire des éoliennes par exemple.

• La PV ne constitue pas un danger pour les oiseaux et les chauves-souris, au contraire des éoliennes (attention aux écolos purs et durs).

• La durée de vie de la PV est estimée au double de celle des éoliennes.

• Les installations photovoltaïques sont en général de haute fiabilité, peu sujettes à l’usure et demandent peu d’entretien. Ceci est entre autres lié au fait qu’aucune pièce employée n'est en mouvement. Les matériaux utilisés (silicium, verre, aluminium), résistent aux conditions météorologiques extrêmes. Par ailleurs, il n’y a pas de fluides en circulation. L’entretien des installations de PV est assez négligeable et donc peu coûteux pendant la durée du fonctionnement. Le maillon faible dans l’installation est l’onduleur qui risque de devoir être remplacé une ou deux fois pendant une durée de vie de l’installation de 30 ans (en effet, les panneaux solaires produisent du courant continu qui n'est pas compatible avec le réseau public d'électricité ; l’onduleur devra donc transformer ce courant continu en courant alternatif, qui peut être ensuite injecté dans le réseau public). Comme il n’y a pas de combustion, il y a peu d'usure thermique des composants. Le risque de panne est donc quasiment nul (sauf donc pour l’onduleur). Les installations sont évidemment résistantes aux rayonnements UV (car conçues pour les absorber) et aux variations de température. Le coût de fonctionnement est donc faible et l'entretien est réduit.

• Les panneaux solaires répondent à certaines normes de garantie dont celle de l’IEC. Cette certification est garante de qualité en matière de stabilité mécanique et de respect des paramètres électriques. Pour répondre à cette norme, les panneaux ont subi des tests de projection de boules de glace (de 0,75 à 1,25 centimètres de diamètre) à une vitesse de 140 km/h. Ils sont protégés contre les intempéries du type grêle ou neige.

• La PV elle-même ne produit pas de chaleur résiduelle lorsqu’elle produit son électricité, mais au contraire absorbe de la chaleur (au contraire des centrales thermiques et nucléaires). Des installations de refroidissement ne sont donc pas nécessaires. Le tableau ci-après illustre le problème de la chaleur résiduelle pour les produits pétroliers en permettant de suivre certaines conversions à partir de quelques données de départ (simulation si tout le pétrole produit était consommé sous forme de diesel dans des centrales thermiques) :

A cet exercice de simulation simplifié et par analogie, pour avoir un ordre de grandeur du CO2 émis lors de la consommation des produits pétroliers, devraient s’ajouter des calculs analogues pour les autres sources d’énergie fossiles (charbon et gaz) et les résultats devraient être cumulés. Le résultat sera probablement déprimant car la lampe LED utilisée au Luxembourg ne sauvera pas la planète. Mais il y a un commencement à tout.

• Les systèmes photovoltaïques sont simples et rapides à installer. Leur montage ne nécessite donc pas une main-d’œuvre hautement qualifiée (sauf peut-être pour les raccordements, et encore).

• Les installations sont adaptables aux besoins de chaque projet. L'énergie photovoltaïque est totalement modulable et peut donc répondre à un large éventail de besoins. La taille des installations peut aussi être augmentée par la suite pour suivre les besoins de son propriétaire.

• La crainte de conséquences en cas d’incendie a diminué depuis que les techniques de combat d’incendie d’un immeuble ayant une installation de PV ont été mises au point et formalisées. Les dangers sont moins graves que pour les maisons fonctionnant au gaz pour le chauffage ou pour la cuisine.

• Les dangers en cas d’avarie, quelles qu’en soient les raisons (catastrophes naturelles, crash d’avions, terrorisme, blackout prolongés et autres) n’ont pas de conséquences graves dans le cadre de la PV, au contraire des centrales nucléaires par exemple en cas de blackout prolongé, ne serait-ce qu’à cause de l’arrêt éventuel après un certain temps des pompes nécessaires au refroidissement (Fukushima).

• Les installations de PV ne nécessitent pas des précautions de sécurité particulières, sauf si on veut les protéger contre le vandalisme. Il semblerait cependant que dans certains pays, le vol de panneaux solaires commence à prendre de l’envergure.

• Les panneaux de PV sont prévus déjà aujourd’hui à pouvoir être recyclés au moins à 85 %. Arrivés en fin de vie, les panneaux peuvent être réutilisés pour la fabrication de nouveaux panneaux solaires. Ainsi, le silicium, qui est le matériau de base des panneaux solaires, est recyclé pour construire de nouveaux panneaux. L'aluminium du cadre est refondu. Des filières de recyclage des panneaux photovoltaïques ont été mises ainsi en place. Une directive européenne oblige en fait les fabricants à recycler à leurs frais les produits qu’ils mettent sur le marché. Il semble par ailleurs qu’en France l’Ines (Institut national de l’énergie solaire) soit parvenu à construire des panneaux entièrement recyclables, d’un coût de production de 50 % inférieur à ceux du marché actuel et moins polluant à la fabrication.
• Comme déjà mentionné antérieurement, les installations photovoltaïques présentent un bilan énergétique positif.

• Comme l’input est le rayonnement solaire, gratuit, il n’y a pas lieu d’acheminer des inputs pour faire fonctionner les installations de PV, au contraire des énergies non renouvelables. Cette énergie, inépuisable, ne nécessite aucun transport.

• Les installations PV peuvent être aménagées sur des supports existants (toits, murs) et ne nécessitent donc pas de sceller nécessairement des surfaces naturelles. Elles peuvent contribuer dans une certaine manière à protéger les immeubles contre les intempéries. Il y a une différence dans ce sens par rapport à la production de biomasse pour produire du biogaz lorsque les agriculteurs plantent du maïs pour alimenter les installations de biogaz en diminuant ainsi la surface agricole nécessaire pour la production alimentaire. Les installations PV peuvent donc ajouter, selon les circonstances, de la valeur aux bâtiments

• Comme les installations de PV sont la plupart du temps physiquement proches des réseaux de distribution de l’électricité dans les immeubles, il ne faut pas créer des réseaux supplémentaires pour véhiculer l’électricité produite. Les installations peuvent être raccordées dans la plupart des cas aux réseaux existants de distribution d’électricité. Par ailleurs, les pertes dans un réseau de distribution peuvent être réduites par une production locale : voir encart ci-après concernant les déterminants des pertes dans un réseau de distribution, document produit par Mathias Laffont  « Perte d’énergie dans les réseaux de distribution d’électricité ».

Déterminants des pertes dans un réseau de distribution

Les pertes d’énergie dans un réseau de distribution d’électricité sont de deux types: les pertes techniques et les pertes non-techniques.

Les pertes non-techniques proviennent de consommation d’énergie non enregistrée. Ces pertes résultent de vols d’énergie ou d’erreurs de comptage et/ou de profilage.

Les pertes techniques ont, elles aussi, des origines diverses. Elles peuvent provenir de pertes en ligne (développées plus bas) mais aussi de pertes liées à la transformation haute tension (HT)/basse tension (BT). Ces pertes apparaissent dans les transformateurs HT/BT1 et proviennent de pertes par effet Joule et de “pertes fer”. Les “pertes fer” dépendent de la tension et de la fréquence d’alimentation, des matériaux utilisés et sont décomposées en pertes par courants de Foucault et pertes par hystérésis.

ERDF a mené une politique de remplacement de certains de ses transformateurs afin d’améliorer la performance énergétique de ses réseaux de distribution. Fin 2010, 9000 transformateurs à haut rendement ont remplacé les transformateurs contenant du PCB (polychlorobiphényle) ce qui a permis à ERDF de diminuer ses pertes électriques annuelles de 21GWh, soit la consommation d’une ville de 5000 habitants.

Comme les pertes présentes dans les transformateurs, les pertes en ligne sont à mettre en relation avec des phénomènes physiques des réseaux de distribution et plus particulièrement avec les pertes thermiques dues à l’effet Joule. Il convient de noter ici que les pertes liées à la distribution d’électricité sont plus importantes que celles constatées lors du transport de l’électricité. En effet, la tension est plus faible au sein d’un réseau de distribution, or le phénomène de pertes thermiques est une fonction décroissante de la tension à laquelle le courant circule. D’autre part, le fait d’utiliser un courant alternatif dans les réseaux de distribution engendre plus de pertes que si les distributeurs utilisaient du courant continu.

Rappelons que la PV génère du courant continu et que chaque installation doit disposer d’onduleurs pour convertir le courant continu en courant alternatif pour l’injecter dans le réseau. Peut-être une nouvelle technique pourra-t-elle s’ouvrir dans ce contexte pour transporter du courant continu sur de grandes distances pour diminuer les pertes.

• Par ailleurs, l’électricité produite par des installations PV locales et donc décentralisées n’est pas susceptible de blackouts générés par des dysfonctionnement du réseau comme c’est le cas pour les réseaux de distribution actuels. Au contraire, l’électricité de la PV pourrait fournir, du moins en journée, encore de l’électricité en cas de blackout si les transformateurs sont installés en connaissance de cause (et pendant la nuit si les techniques existantes de stockage des énergies renouvelables sont utilisées).

• Avec des installations adéquates, il est possible de stocker l’électricité, même au niveau des maisons familiales. Ceci peut garantir une certaine autonomie au niveau des habitations, facteur non négligeable en cas de crise énergétique ou de black-out généralisé. Les « PEM fuel cells » pour les immeubles d’habitation commencent à être commercialisés. Nous allons revenir ultérieurement à cet aspect.

Les désavantages :

Ce serait trop beau s’il n’y avait que des avantages. Mais il faut évaluer et pondérer les avantages et les désavantages par rapport aux objectifs qu’on attribue à la PV. S’il est vrai par exemple qu’aujourd’hui la PV est/doit/devrait être subventionnée car prétendument trop chère (un prix est toujours un facteur artificiel et peut ne pas refléter une réalité économique comme en cas de spéculation par exemple) par rapport à d’autres sources d’énergie, il faut évaluer cet argument par rapport à d’autres contextes comme la sécurité d’approvisionnement énergétique, une moindre dépendance des importations d’électricité (aussi sous des aspects géopolitiques), l’évolution des marchés énergétiques (quid du prix du pétrole après l’atteinte du peak-oil), les émissions de CO₂ qui sont déjà aujourd’hui prohibitives, une moindre nécessité d’investir dans les réseaux de distribution de l’électricité car la PV est une production décentralisée, et autres facteurs. Il faudra cependant, ne serait-ce que pour des raisons d’honnêteté intellectuelle, faire un inventaire aussi exhaustif que possibles des désavantages invoqués pour la PV.

• On prétend que les installations sont chères à l’investissement, même si leur prix a diminué au cours des 10 dernières années. Les subventions et autres aides, aussi bien au niveau de l’investissement qu’au niveau des prix des kwh produits, ont certainement incité les particuliers à investir. Mais comme ces subventions sont amorties par un sur-prix général supérieur de l’électricité vendue, les non-propriétaires d’installations de PV ne sont pas très heureux (voir débat « Energiewende » en Allemagne). Il se pose évidemment la question pourquoi le prix de l’électricité de la PV est dit trop cher.

• Est-ce que le prix général de l’électricité est artificiellement trop bas parce que le coût de revient d’autres sources énergétiques n’inclut pas tous les éléments ? Ainsi, est-ce que le prix de revient de l’électricité d’une centrale nucléaire inclut les coûts de démantèlement et de stockages des éléments radioactifs à la fin du cycle de vie de l’installation ? Est-ce que l’électricité provenant des combustibles tient compte des mesures de dépollution en principe nécessaires (voir les chinois avec leurs masques en cas de smog) ?
• Est-ce que le prix est tenu artificiellement trop bas parce que la politique décide que le budget électricité d’un ménage ne doit pas dépasser un certain pourcentage ?
• Est-ce que la consommation d’électricité est trop élevée, entraînant une augmentation du prix à cause d’une demande exagérément importante : illumination permanente des rues, 3 TV et 5 PC dans un ménage, un ménage de plus en plus robotisé, des événements qui consomment énormément d’électricité, etc.

• Autres ?

• L’irrégularité des heures de soleil peut entraîner une non-maîtrise de la production PV et nécessite par conséquent une gestion pointue (smartgrids ?) pour sa gestion, ce qui nécessite aussi des investissements importants. Par ailleurs, cette irrégularité de la production, encore prévisible dans une certaine mesure par de bonnes prévisions météorologiques, nécessite de garder des centrales classiques en stand-by pour fournir en cas de besoin l’électricité nécessaire : coûts financiers et écologiques ? Il faut cependant considérer l’avancée technologique en matière de stockage des énergies renouvelables (on va y revenir ultérieurement), pouvant neutraliser en grande partie ce problème.

• Le marché globalisé fait que les panneaux solaires fabriqués en Chine ont mis le marché européen en difficulté à cause du dumping des prix. Si cette démarche est une bonne nouvelle pour les propriétaires d’installations de PV, le volet anti-écologique et anti-économique est cependant important :

• On sait que les Chinois utilisent un mix d’électricité avec beaucoup d’émissions de CO₂ pour fabriquer les panneaux. Cette énergie grise « sale » augmente fortement le rapport CO₂ énergie grise/kwh-produit et on est loin des valeurs plus basses de CO₂ des panneaux produits en Europe.

• Les panneaux fabriqués en Chine nécessitent un voyage de 25 000 km par bateaux qui fonctionnent encore essentiellement au fuel lourd, autre source importante de pollution.

• Le dumping des prix chinois entraîne une perte importante d’emplois en Europe.

• Autres ?

Pour toutes ces raisons, l’Europe doit trouver des moyens économiques, légaux et autres (par exemple meilleure productivité, voir exemple Ines mentionné précédemment, etc.), pour se réapproprier la fabrication des panneaux solaires, du moins pour les installations sur le territoire européen.

• Pour des raisons de subvention, la production d’électricité est limitée alors que certains toits pourraient être propices à une production beaucoup plus importante, notamment en ce qui concerne les bâtiments industriels, agricoles, commerciaux, publics et autres. Ces aspects devraient être réglementés autrement afin de ne pas freiner indûment la production PV par des contraintes réglementaires.

• En cas de coupure, les raccords techniques des PV doivent être agencés de manière à pouvoir alimenter le réseau de distribution d’une manière décentralisée là où c’est possible (ce n’est pas le cas en France par exemple), même si une tension optimale n’est pas atteinte. En tout cas l’habitation, supportant l’installation de PV, devrait être continuée à être alimentée.

• S’il y a un risque de surtension du réseau à cause de l’injection imprévue et massive de l’électricité provenant de la PV (faible demande à ce moment), il faudrait drainer l’électricité directement vers les installations de stockage des énergies renouvelables (fabrication décentralisée d’hydrogène par électrolyse par exemple : voir ultérieurement).

• On a déjà mentionné le remplacement de l’onduleur, élément faible de l’installation : surcoût par rapport aux calculs économiques initiaux, à moins d’en inclure 1 ou 2 remplacements d’office dans ces calculs.
• Si le stockage de l’électricité de la PV se fait par batteries au plomb, il faudra les remplacer au bout d’un certain temps (surcoût et recyclage). Il semble évident que d’autres solutions techniques de stockage devraient être recherchées sinon optmisées (par exemple électrolyse pour la production d’hydrogène dans le contexte « PEM fuel cell»).
• Au début, on surestimait les risques entraînés par les installations PV en cas d’incendie. Ce problème semble être maîtrisé actuellement.
• La fabrication des panneaux solaires photovoltaïques relève de la haute technologie, demandant énormément de recherche et de développement, et donc des investissements coûteux. Cela se traduit dans le prix de l’installation qui, aujourd’hui, reste élevé dans une certaine mesure. Mais il faut cependant noter que les coûts diminuent régulièrement et fortement depuis des années. Après dix ans l’installation du réflecteur, toutes choses égales par ailleurs, coûte moins de la moitié par rapport au prix d’acquisition de l’époque, en dehors des considérations de subvention.
• On dit que les rendements des panneaux photovoltaïques sont encore faibles et de l’ordre de 20 à 25 % seulement pour les meilleurs. Il faudrait cependant mentionner dans ce contexte les recherches prometteuses portant sur les panneaux solaires multicouches comportant un potentiel d’augmentation du rendement à un niveau de 40 à 80 %. Par ailleurs, il faut mettre cet aspect de rendement en rapport avec l’aspect « input gratuite et inépuisable » du rayonnement solaire, ce qui n’est pas le cas pour les sources d’électricité traditionnelles (combustibles solides, produits pétroliers, éléments radioactifs, etc.). Rappelons qu’une centrale nucléaire atteint au maximum 35 % (et les inputs ne sont pas gratuits et inépuisables) et une centrale thermique au charbon au maximum 45 % (même remarque concernant les inputs). Si on déduit encore l’énergie grise nécessaire à la fabrication pour la durée de vie et la perte de courant dans le réseau de distribution, on risque d’avoir un rendement inférieur à 20 %, de la production d’électricité sur base de sources fossiles, sans parler de tous les autres désavantages.

La comparaison des avantages et désavantages est évidemment subjective. Le réflecteur estime que les désavantages, certes réels, perdent leur poids face à certains arguments-phares des avantages :

• Meilleure sécurité de l’approvisionnement par la diminution de l’importation de l’électricité

• Production décentralisée avec un moindre risque en cas de blackout (il suffit de s’imaginer toutes les conséquences économiques, sociales (dont de santé) et autres en cas d’un blackout généralisé en Europe de plusieurs jours ou même d’une semaine ou deux (compilation documentaire en annexe)

• Evitement de production de CO₂ par rapport aux sources d’énergie électrique sur base des énergies fossiles

• Installations fiables avec peu d’entretien

• Création d’emplois, dont la majeure partie pas hautement qualifiés

• Autres ?

Le potentiel de la PV au Luxembourg

Rappelons que le Luxembourg a produit 93 TJ d’électricité par la PV en 2011, représentant 0,7 de la production totale d’électricité du pays.

Voyons d’abord la situation de la PV dans certains pays pour situer le Luxembourg.

L’Allemagne reste le champion en Europe suivi avec un certain recul par l’Italie. La France comme « Grande Nation » est le parent pauvre car tablant surtout sur le nucléaire.

Si on considère la production en rapport avec la superficie, le Luxembourg a une meilleure performance que la France et la Belgique. Si on considère la production en rapport avec la population, le Luxembourg dépasse seulement la France (sachant que la France a une faible densité de la population).

Le réflecteur a eu l‘occasion il y a deux ans de poser la question à une personne impliquée dans la recherche dans le domaine de la photovoltaïque combien d’électricité pourrait être produite par la PV en utilisant les toits convenablement exposés ? La réponse était 30 %, avec une exploitation optimale des toits, sachant qu’un cadastre solaire systématique complet n’avait pas été réalisé à l’époque. Quelles sont les implications de cette affirmation, sachant que le Luxembourg consommait à l’époque quelques 21 000 TJ d’électricité ? Donc le potentiel de la PV était estimé à 6 300 TJ ou 1 750 000 000 KWh.

Concernant la plausibilité de cette réponse, il fallait mettre cette production avec la superficie nécessaire en panneaux solaires, sachant qu’il faut en gros quelques 7m² pour produire un KWh. Il faut encore tenir compte de l’ensoleillement totale du Luxembourg qui était de 1730 heures en moyenne pendant la période 1971-2000.

En n’étant pas aussi optimiste, on admettra comme base de calcul 1300 heures d’ensoleilement par an. Les 6300 TJ doivent donc être réparties sur 1300 heures de soleil, ce qui fait 4,85 TJ par heure de soleil.

4,85 TJ sont équivalents à 1 347 222 KWh. Il faudrait donc une superficie de panneaux PV de 1 347 222 KWh * 7m² = 9 430 554 m² de toits, représentant 0,365 % de la superficie du pays.

Les chiffres faisaient état de 130 000 immeubles purement résidentiels au moment du dernier recensement, comprenant aussi toutes les institutions hébergeant du monde (foyers pour personnes âgées et autres). Si les toits de ces immeubles étaient utilisés pour cette production, chaque immeuble devrait mettre à disposition pour la PV en moyenne 72,54 m2, chose peu probable en considérant les aspects d’orientation et la surface moyenne des toits. Si on ajoute cependant les toits des exploitations agricoles, des grandes surfaces, des bâtiments publics (dont les écoles et les centres de loisir, culturels, sportifs et autres), les bâtiments industriels et autres, la réponse devient plausible.

Une autre approche pragmatique de calcul pourrait être la suivante (pour situer un ordre de grandeur). L’installation PV du réflecteur naïf, ayant la chance d’habiter une maison unifamiliale avec la moitié du toit orientée dans une bonne position, produit quelques 6 500 kwh par an (7 kwh_c). Il faudrait quelques 269 000 habitations de ce genre pour produire les 30 % d’électricité évoqués, chose impossible évidemment, même si le nombre de logements devrait augmenter fortement à l’avenir. Mais il s’agit surtout de situer le problème, tout en (dé)montrant la nécessité d’utiliser tous les toits possibles et pas seulement les toits des immeubles d’habitation. Il faudra considérer néanmoins la future construction d’immeubles de toutes sortes, fournissant un potentiel non négligeable de surfaces utiles à la PV.

En reprenant les ratios par rapport aux habitants et à la superficie, le Luxembourg deviendrait le champion mondial s’il exploitait tous les toits appropriés, dépassant même l’Allemagne. S’il produisait 30 % de son électricité par la PV, le Luxembourg deviendrait en quelque sorte un laboratoire dans la matière et sa dépendance énergétique diminuerait considérablement en réussissant à assurer au moins l’approvisionnement des ménages en électricité. En réalité, cette production permettrait de couvrir pratiquement 2 fois la consommation en électricité des ménages (3 039 TJ en 2011).

Ce genre de calcul a aussi été fait d’une autre manière (citation issue du travail de fin d’études de M. Max Wolff déjà mentionné antérieurement) :

Beaucoup de paramètres peuvent jouer dans ces calculs, comme par exemple densité de la population), le principe de base reste intéressant comme moyen de vérification.

Ainsi, si on applique les mêmes paramètres que précédemment aux 2 simulations de suface PV par habitant pour le Luxembourg (10 ou 15 m² par habitant), on arrive au résultats suivants : 

• Pour 10 m2 par habitant et une population de 537 000 habitants : 3 590 TJ par an
• Pour 15 m2 par habitant et une population de 537 000 habitants : 5 385TJ par an

On constate que les ordres de grandeur des résultats des 2 approches correspondent suffisamment pour pouvoir travailler avec ces valeurs.

Pour donner une idée du coût en calculant par analogie aux données de la PV du « réflecteur », mais on utilisant les prix actuels de installations de PV, les résultats sont les suivants :

• On part du principe qu’une installation de 7 KWc coûterait actuellement 25 000 €.

• La moyenne de production annuelle de l’installation PV du réflecteur était de 6 500 Kwh.

• Il faudrait, pour produire par an les 6 300 TJ (ou 1 750 000 000 kwh), disposer de 270 000 toits de 45 m² orientés adéquatement pour héberger ce même nombre d’installations avec les mêmes capacités.

• L’investissement total de ces 270 000 installations de PV serait de 270 000 * 25 000 € = 6 750 000 000 € (6,75 milliards), étalé sur plusieurs années. Si on considère ce que le sauvetage des banques systémiques du Luxembourg a coûté, une telle opération ne serait pas irréaliste. Avec une certaine phantaisie, des montages financiers adaptés devraient être possibles. Le réflecteur naïf rend attentif à une publication sur son blog « Pistes de réflexion pour la relance économique du Luxembourg » ( http://jeanleick001.blogspot.com/ ) où il a développé un modèle de « pension complémentaires d’entreprise en collaboration avec la SNCI ». Ce modèle pourrait par exemple fournir des moyens financiers importants dans le cadre de la PV. Il rend aussi attentif à un article du Wort du 25/05/2013 page 106 « Windpark statt hoher Kante , deutsche Bürger investieren in die Energiewende » (voir article scanné ci-après).

L’idée de ce genre de modalités de financement est généralement valable, qu’il s’agisse d’éoliennes, de PV ou autres énergies renouvelables.

La performance des installation PV sur les toits luxembourgeois pourrait encore être améliorée en intégrant les façades dans les projets aux endroits propices tout en essayant de maintenir une esthétique architecturale (ce qui pourrait aussi être un défi et constituer un apport artistique en intégrant une installation PV dans le paysage comme œuvre d’art).

Mais il existe encore d’autres possibilités. Le document présente à la fin un projet, certes un peu (sinon plutôt ) utopique, intégrant diverses technologies en matière énergétique.

Donc, avant de présenter ce modèle, il faudrait faire encore l’état des lieux des moyens de stockage des énergies renouvelables.

Moyens de stockage des énergies renouvelables

On prétend que l’inconvénient de certaines énergies renouvelables est leur impossibité de stockage de l’électricité qu’elles produisent et que les installations ne produisent pas nécessairement de l’électricité quand il en faut et qu’elles en produisent quand il n’y a pas de besoin. Il est certain que la PV ne produit pas d’électricité en absence de soleil, donc pendant la nuit, au contraire des éoliennes qui peuvent fonctionner à tout moment de la journée s’il y a du vent, ce qui n’est cependant pas toujours le cas non plus, surtout par beau temps. Par ailleurs, en cas de ciel couvert en journée, le rendement de la PV baisse, encore que la production ne soit pas nulle (l’installation PV de l’auteur fonctionnait,au mois de juillet 2013, lors d’un jour à ciel couvert et avec de la pluie par intermittence, avec un 1/3 de ses capacités et malgré le fait qu’elle avait 10 ans sur le dos). Mais souvent le vent augmente d’intensité dans cette situation météorolgique. La PV et les éoliennes peuvent donc être considérées en quelque sorte comme des systèmes complémentaires pour équilibrer dans une certaine mesure la production d’électricité à partir d’énergies renouvelables. Ce genre de raisonnement pourrait amener à considérer que les avantages et désavantages des éoliennes et des installations de PV s’équilibrent en ce qui concerne les interruptions de production. Dans cette logique, il faut cependant que les centrales classiques soient en stand-by, tournant à un régime minimal pour pouvoir prendre la relève en cas d’absence de fourniture d’énergie renouvelable. Il se peut que les centrales produisent un surplus d’électricité si la production d’électricité à partir d’énergies renouveables est plus importante que prévue. Ces situations peu prévisibles, ne serait-ce qu’à cause des prévisions météorologiques seulement fiables à un certain degré, rendent l’optimisation de la fourniture d’électricité à partir de différentes sources difficiles (voir addendum du Manager Magazin de juillet 2013 (« Stromkrieg »). Il s’y ajoute que les niveaux de consommation de l’électricité ne sont pas toujours prévisibles non plus. Ce dernier argument aurait aussi sa pertinence s’il n’y avait pas d’énergies renouvelables. En effet, les centrales thermiques et nucléaires devraient aussi dans le temps fonctionner à un niveau de stand-by plus élevé que ne nécessitait la consommation du moment pour assurer la fourniture d’électricité en cas d’une augmentation impérvue de la demande (il existe une certaine inertie pour augmenter à court terme les capacités de production des centrales thermiques).

Donc, d’une manière générale, il se pose la question des pistes actuelles de stockage de l’électricité provenant d’énergies renouvelables ? Mais cette question se posait aussi à l’époque où il ny avait pas d’électricité provenant d’énergies renouvelables. En effet, les centrales thermiques et nucléaires devraient aussi fonctionner à un niveau plus élevé que ne nécessitait la consommation réelle du moment afin de pouvoir parer à une demande imprévue de la consommation de l’électricité.

Il faudra distinguer 2 sortes de mécanismes :

·         Les installations qui tournent déjà dans le cadre d’une (certaine) envergure « industrielle » ;

·         Les techniques éprouvées sur des prototypes, demandant à être industrialisées.

Les installations tournant dans le cadre d’une (certaine) envergure industrielle ou en essai à une grande échelle

Une première piste est la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau en utilisant l’électricité produite par la PV et les éoliennes.

Rappelons brièvement, par un schéma, ce principe :

Donc, l’électricité provenant de la photovoltaïque peut être utilisée en principe directement ou converti en hydrogène, sachant que la filière « hydrogène » n’est pas la seule. L’hydrogène peut être utilisé directement  dans une cellule électrochimique ou servir à créer, en combinaison avec du CO₂ par exemple, du CH4 (gaz méthane). Ce gaz, créé artificiellement, semble aussi être une piste de recherche très sérieuse. Mais l’hydrogène peut aussi être injecté directement dans le réseau de gaz naturel dans une proportion de 5 % (voir modèle développé ci-après)

L’hydrogène est une piste privilégiée, mais n’est pas la seule. Ci-après une compilation de certains exemples réels, montrant que le stockage des énergies renouvelables n’est plus une chimère, quoi que certains continuent à prétendre le contraire.

« La plateforme Myrte en Corse illustre le procédé de la production d’hydrogène par électrolyse en utilisant l’électricité produite par la PV. En cas de besoin, l’hydrogène et l’oxgène sont reconvertis en électricité via une pile à combustible pour être injectée dans le réseau. Voir les encarts ci-après :

Une conversion d’hydrogène en électricité est illustrée par une installation de Solvay :

Antwerp, 6 February 2012, at 11:30 am (local time)

SOLVAY HAS SUCCESSFULLY COMMISSIONED THE LARGEST PEM FUEL CELL IN THE WORLD AT SOLVIN'S ANTWERP PLANT

H₂ powered industrial demonstration 1 MW Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Solvay announced today it has successfully commissioned its 1 MegaWatt (MW) industrial demonstration Fuel Cell at the SolVin plant in Lillo, Antwerp, Belgium. This Proton Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell converts coproduced hydrogen (H₂) in the plant into electricity and is now producing for weeks at a steady rate. The Fuel Cell has generated over 500 MWh in about 800 hours of operation, which amounts to the electricity consumption of 1370 families during the same time frame.

This successful industrial scale-up project containing Solvay's innovative specialty polymers and SolviCore's membrane electrode assemblies brings PEM Fuel Cell technology to a new threshold. The Fuel Cell also increases SolVin's brine electrolysis' energy efficiency.

Fuel Cells convert the chemical energy from hydrogen into clean electricity through an electrochemical reaction with oxygen. The PEM Fuel Cell consists of a large number of membrane electrode assemblies (MEAs) made out of Solvay's specialty polymer AquivionR  PFSA membrane and ionomer and Umicore's elystTM catalyst. The MEAs were manufactured by SolviCore, a 50-50 joint venture of Solvay and Umicore, in its plant in Hanau, Germany. Dutch companies NedStack and MTSA have built the fuel cell using SolviCore's assemblies. …………………..

Un exemple d’application pratique et opérationnelle d’une production décentralisée d’électricité basé sur l’hydrogène est illustrée ci-après :

Première mondiale pour la pile à combustible à hydrogène d’Helion

La filiale d'Areva lance le premier système électrique de secours "vert" pour data center à Aix-en-Provence.

De l’énergie verte pour assurer la sécurité du stockage d’un centre de données (data center), voilà qui fleure bon l’innovation. Helion, filiale du groupe nucléaire français Areva, a inauguré le 21 juin le premier système électrique de secours couplé à un centre de données et fonctionnant avec une pile à combustible à Aix-en-Provence.

Plus de 30 000 watts sont dégagés par la pile alimentée à l'hydrogène d’Helion. "Avec cette première mondiale, c'est potentiellement tout un nouveau marché, celui du ‘green IT’, qui s'ouvre pour la pile à combustible", a souligné Jérôme Gosset, le président d'Helion.

Un marché attractif car les data centers font partie des installations sensibles qui doivent être équipés de groupes électriques de secours, pour éviter toute perte de données en cas de panne de l'alimentation principale.

La pile à combustible est un procédé de conversion électrochimique, qui permet de créer du courant à partir d'un combustible comme l'hydrogène.

Il faudra aussi mentionner l’expérience de King Island, qui utilise l’électricité d’éoliennes sur base d’électrolyse  de vanadium (donc pas d’hydrogène). Cette application fonctionne déjà depuis 2003.

King island

Stocker l'énergie des éoliennes pour produire de l'électricité sans vent

LE MONDE | 09.09.07 |

La découverte promet d'aider les éoliennes ou les centrales solaires à s'affranchir des caprices de la météo. Une équipe d'ingénieurs australiens de l'université de Nouvelle-Galles du Sud, à Sydney, a trouvé le moyen de stocker l'électricité dans des cuves, sous forme liquide. La centrale éolienne de King Island, une île du sud de l'Australie, expérimente ainsi depuis 2003 un accumulateur à circulation qui emmagasine l'excédent d'électricité produit lorsque le vent souffle fort pour le restituer lorsqu'il faiblit.

Ce système pourrait lever l'un des obstacles qui freinent le développement des énergies renouvelables, en leur permettant d'alimenter le réseau en l'absence de vent ou de soleil. A King Island, le générateur thermique qui prend le relais des éoliennes quand il n'y a pas de vent a vu sa consommation de fioul diminuer de moitié. "Le principe de ces batteries est connu depuis longtemps, mais personne n'était parvenu à le mener au stade de la commercialisation", dit Maria Skyllas-Kazacos, l'ingénieur chimiste qui dirige depuis vingt ans les recherches de l'université de Nouvelle-Galles du Sud sur ces accumulateurs.

Contrairement aux batteries classiques au plomb, ces derniers utilisent des électrolytes (liquides dans lesquels baignent les plaques de l'accumulateur) qui ne sont pas stockés à l'intérieur, mais dans deux réservoirs externes. C'est leur mise en contact, dans une cuve centrale, qui produit de l'électricité. Pour la recharge, l'apport de courant provenant des éoliennes assure la séparation des deux électrolytes, qui sont à nouveau stockés dans leurs réservoirs. L'avantage du système à circulation sur les batteries classiques réside dans sa capacité à fournir aussi bien un kilowattheure que plusieurs centaines de mégawattheures.

L’origine de l’installation de King Island remonte aux années 1980, lorsque Maria Skyllas-Kazacos, une jeune ingénieure chimiste australienne, a entamé des recherches sur les accumulateurs à circulation à l’université de Nouvelle-Galles du Sud, à Sydney. Après plus de dix ans de mise au point, la licence d’exploitation de sa technique a été accordée à une entreprise de Melbourne, Pinnacle VRB. C’est elle qui a monté l’accumulateur à circulation sur King Island. Celui-ci fonctionne avec 70 000 litres de solution de sulfate de vanadium stockés dans de grands réservoirs en métal, et peut fournir 400 kilowatts pendant deux heures d’affilée. Depuis sa mise en service, la part moyenne d’électricité éolienne dans le réseau de l’île est passée d’environ 12 % à 40%.
 
La durée de vie des accumulateurs devrait largement dépasser celle de deux à trois ans d’une batterie plomb-acide. A l’instar des batteries plomb-acide, les accumulateurs à circulation restituent jusqu’à 80 % de l’électricité utilisée pour les charger, mais eux gardent cette efficacité pendant plusieurs années. Pour accroître le rendement de l’accumulateur en période de pointe, il suffit d’ajouter des cuves. La quantité d’énergie qu’il stockera peut être augmentée presque à l’infini en fabriquant des réservoirs plus grands. Il s’agit donc d’une technique qui permet de concevoir des accumulateurs capables de fournir aussi bien 1 kilowattheure (autant qu’une grosse batterie d’automobile) que plusieurs centaines de mégawattheures dans une centrale électrique.

Si on creuse la recherche, on trouve d’autres applications.

Mise en service de la centrale hybride  ENERTRAG

COMMUNIQUÉ DE PRESSE

Le 25 octobre 2011, à Prenzlau près de Berlin, le ministre-président du Land de Brandebourg, Matthias Platzeck, a inauguré la première centrale hybride combinant le vent, l’hydrogène et le

biogaz, en présence de représentants des sociétés partenaires ENERTRAG AG, TOTAL Deutschland

GmbH, Vattenfall et Deutsche Bahn.

Cette installation hybride qui associe l’éolien, le biogaz et l’hydrogène, s’inscrit dans la politique

globale de développement des énergies renouvelables, de fourniture d’énergie décarbonée, et de

meilleure intégration des énergies renouvelables intermittentes dans le système électrique.

Elle présente un système d’équilibrage parfait entre la fluctuation de la production des différentes

énergies renouvelables connectées et les besoins réels en électricité.

Trois éoliennes produisent du courant, utilisé en partie pour la production d’hydrogène. Ce vecteur

sans CO₂ est stocké et, en complément du biogaz, peut ensuite être transformé en électricité et en

chaleur en cas de pic de consommation.

Cette compilation d’exemples montre la nécessité, pour la recherche au Luxembourg, de faire une méta-analyse (si ce n’est déjà fait) et de monter des projets de recherche (en collabration avec d’autres institutions et entreprises) pour développer des modèles industriels à la taille du pays en fonction des objectifs en matière énergétique.

Ces exemples montrent aussi la possibilité, non seulement théorique, de se tourner vers une production décentralisée d’électricité dans des localités d’une certaine envergure pouvant produire assez d’électricité PV pour justifer une installation d’électrolyse d’une certaine envergure pour convertir ultérieurement l’hydrogène et l’oxgène en électricité en cas de besoin. L’électrolyse et la reconversion d’hydrogène et d’oxygène en électricité diminuent évidemment le rendement à chaque phase, tout en rappelant que l’input est gratuit et sans effets nuisibles, au contraire de l’input des centrales classiques (charbon, produits pétroliers, gaz et nucléaire).

Les techniques éprouvées sur des prototypes, demandant à être industrialisées.

En Angleterre, le « Department of Energy & Climate Change » a édité un “Overview of fuels Cells and Hydrogen Demonstrator Projects ». Le Document se trouve reproduit en annexe. Ceci peut donner une idée des orientations de recherche en cours dans le cadre de projets précis.

En juillet 2011 M. Mohamed Ansoume CAMAR a présenté sa thèse de doctorat à l’Université Paris-Est Créteil intitulé “Modélisation du stockage de l’énergie photovoltäique par supercondensateurs.

L’association Ecrin (Club énergies alternatives) analyse les méthodes suivantes de stockage pour les énergies renouvelables :

Voici un autre exemple de recherche dans le cadre de l’Hydrogène :

La compagnie Wind Hydrogen Ltd, basée à Anglesey au nord de Pays de Galles, développe une technologie intégrant l’éolien et l’hydrogène pour la production d’électricité et le transport.

Le principe de cette technologie est d’utiliser le surplus d’énergie éolienne pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cet hydrogène stocké peut être soit utilisé pour produire de l’électricité en cas de vents faibles (piles à combustible ou moteur à combustion interne) ou être revendu pour le secteur du transport. D’après Declan Pritchard, le directeur de développement de Wind Hydrogen, « L’énergie éolienne couplée avec (...) la production d’hydrogène permet théoriquement la pénétration du 100 % renouvelable dans le marché de l’électricité ».

La compagnie travaille sur différents sites au Royaume-Uni, en particulier en Ecosse, et en Australie. A Kilbirnie, à l’ouest de l’Ecosse, la compagnie travaille sur un projet de 375 MW. Dans ce projet, 10 à 15 % de l’électricité produite par les éoliennes seraient dédiés à la production d’hydrogène. Dans les îles Shetlands, la compagnie développe, en partenariat avec le groupe AMEC, une installation avec 50 MW de capacité éolienne, 25 MW de capacité d’électrolyse et des moteurs à hydrogène. La compagnie mène aussi l’étude de faisabilité d’une installation de stockage sous-terrain d’hydrogène à Teesside au nord-est de l’Angleterre. Des pipelines devraient transporter 75 000 tonnes d’hydrogène par an à partir de ce centre de stockage pour des utilisations industrielles et commerciales.

Je pense que tous ces exemples suffisent pour réfuter les arguments populaires (et non étayées) sinon même populistes que l’électricité provenant de la PV ne peut être stockée. Mais une méta-analyse et des études scientfiques devraient être réalisées par l’Université du Luxemburg pour clore le sujet du stockage des énergies renouvelables une fois pour toutes.

Proposition d’un modèle (peut-être utopique pour certaines raisons dont un manque d’audace, mais en principe techniquement réalisable) pour le Luxembourg

À part le potentiel en PV des toits au Luxembourg, estimé grossièrement par des calculs indirects à 6 300 TJ par an, l’intérêt consistera à chercher de nouvelles surfaces déjà scellées pour installer des panneaux PV supplémentaires.

Une première idée se porte immédiatement sur les autoroutes qui récèlent un potentiel de surface très important. On va calculer ci-après ce potentiel un peu plus loin. Mais l’idée ne s’arrête pas à installer seulement des panneaux PV au-dessus des autoroutes. Le modèle va beaucoup plus loin.

Description du modèle en quelques phrases

Inputs :

• Couvrir les autoroutes de panneaux PV. Certains diront que ce ne serait pas très beau. Mais on pourrait aussi s’imaginer de faire  avec un tel projet du « landscape art » comme un genre de serpent à travers le paysage. Cela ne pourra être pire que des routes asphaltées. Selon les formes de couverture des autoroutes, les matériaux et les couleurs, il y a un certain potentiel esthétique, encore que ceci ne soit pas le souci principal.

• Récupérer l’eau de pluie et celle de la neige fondante [avantages en hiver pour les opérations de déneigement, économies en sel d’épandage (et donc moins de pollution), diminution des dangers et risques, etc ].  Nous supposons que les voitures roulant sous l’installation de la PV couvrant les autoroutes produisent suffisamment de chaleur pour faire fondre la neige tombant sur les installations PV. Par ailleurs, l’eau récupérée par les panneaux PV a de fortes chances d’être moins polluée que celle provenant des routes mêmes et stockée actuellement le long de bassins de rétention aménagés le long des autoroutes.

• Capter le CO₂ provenant de la circulation : voir addendum : un abre artificiel qui piège le CO₂ (un peu à titre anecdotique, sachant que d’autres techniques de récupération de CO₂ existent à l’heure actuelle. Et si jamais du CO₂ s’échappait de ce piège artificiel, on pourrait toujours planter des champs de chanvre le long des autoroutes, sachant que le chanvre capture sur une surface donnée plus de 20 fois de CO₂ que la même surface boisée J.

Processus de transformation et outputs :

• Produire évidemment directement de l’électricité par les panneaux PV et l’injecter dans le réseau électrique s’il y a une demande.

• Si la demande est moins importante et l’offre de la production d’électricité de la PV dépasse la demande, utiliser l’électricité en surplus pour produire de l’hydrogène par électrolyse.

• L’hydrogène ainsi produit peut être utilisé de 3 manières différentes, toujours dans l’idée d’une cascade de régulation en cas de surplus :

• Le stocker pour l’utiliser directement comme « carburant » dans le cadre de la mobilité ou dans d’autres domaines.

• En cas de surplus de l’hydrogène par rapport à ses capacités de stockage, en injecter 5 % au maximum dans le réseau du gaz naturel.

• Toujours en cas de surplus d’hydrogène, suite à cette cascade d’utilisation, combiner l’hydrogène et le CO₂  capté pour produire du méthane, ce que d’aucuns appellent la filière énergétique du gaz artificiel. Ce gaz peut être injecté dans le réseau de distribution du gaz naturel ou être utilisé par exemple dans des installations de cogénération, mais aussi comme carburant dans le cadre de la mobilité, sans parler de toutes les autres filières. Par ailleurs, ce processus de production de gaz produit aussi de l’eau qui pourrait être réutilisée judicieusement.

Mais les processus de cette cascade peuvent aussi être agencés autrement dans leurs séquences selon les objectifs, les moyens techniques, les contraintes financières et autres, en tenant compte des possibilités de réalisation par étapes successives. Comme chaque processus de transformation induit des pertes de rendement, l’agencement des transformations devrait aussi tenir compte d’une stratégie de minimisation des pertes de rendement.

Il est un fait qu’à chaque phase de la cascade, les rendements diminuent (pour rappel, le recherches prometteuses sur le panneaux solaires multicouches pour augmenter le rendement). Mais il faudra aussi tenir compte du fait que l’énergie entrante est d’abord gratuite puis inépuisable. Par ailleurs, l’opération absorbe de la chaleur au lieu de produire une chaleur résiduelle. L’hydrogène, utilisé comme carburant, ne laisse que de l’eau comme résidu. Le gaz artificiel, au contraire du gaz naturel, n’augmente pas l’entropie car il a utilisé pour sa fabrication une énergie qui entre de toute façon dans l’atmosphère (rayonnement solaire) pour être produit. Il ne s’agit donc pas d’une opération où une énergie fossile extraite (et donc inerte du point de vue entropie) est transformée en chaleur.

Toutes les techniques existent. Il faudra en choisir les meilleures. Par ailleurs, il faudrait faire un calcul quantitatif pour analyser les contraintes de régulation de la cascade, dépendant aussi évidemment des données métérorologiques selon les saisons.

Par ailleurs, comme les installations PV de ce modèle ne sont pas implantées sur des toits existants, il faudre aussi calculer l’énergie grise des installations de support (acier, etc.) pour calculer le rendement de l’installation. Mais ce souci économique aura peut-être moins de poids d’ici une dizaines d’années (ou plus) en fonction de l’évolution géopolitique avec ses effets sur l’approvisionnement énergétique. Il suffit de s’imaginer que des « armées terroristes » prennent possession des réserves pétrolières du Moyen-Orient ou font des sabotages systématiques des infrastructures logistiques des produits pétroliers et du gaz naturel (pipe-lines, cargos pétroliers), des attentats aux réseaux de distribution électrique (il suffit de considérer l’affaire du « Bommeléer). Quelles pourraient être les paramètres d’une simulation concernant une infrastructure en acier : Supposons qu’une installation PV doit être renouvelée après 30 ans. Supposons encore que le support en acier (s’il était fait en acier) pourrait perdurer au moins pendant 3 générations de PV (par analogie, voir les gratte-ciel à NY). Supposons encore que l’acier recyclé nécessitera 24 MwH par mètre cube et l’acier primaire 52 MWh. Quelle sera l’énergie grise du support en acier par kwh_c d’électricité PV produit pendant 90 ans  et quel sera la quantité de CO₂ par kwh d’électricité produite ? Si tout cet acier était produit au Luxembourg, cela ferait une belle base de négociation avec Arcelor-Mittal, sans parler des emplois garantis. Par ailleurs, le recyclage des métaux au Luxembourg pourrait être poussé au maximum techniquement possible (avec des méthodes plus raffinées encore que les méthodes actuelles souvent grossières, comme c’est par exemple leopérations de recyclage des voitures) pour récupérer de la matière première pour ces installations (encore des emploissupplémentaires, pas nécessairement hautement qualifiés).

Ce serait un beau projet de recherche scientifique multidisciplinaire pour constituer un tel modèle.

Potentiel du modèle

Quel serait le potentiel de cette filière. Il s’agit évidemment d’une estimation grossière sur base de certains paramètres sur lesquels on peut jouer.

Les paramètres :

• Longueur des autoroutes
• Largeur des autoroutes
• Débordement

Les données :

• 148 km d’autoroutes
• 10,6 km de bretelles d’autoroutes
• Total : 158,60 km
• Largeur moyenne : 30 mètres
• 5 mètres de débordement de chaque côté pour la PV
• Total largeur : 40 mètres
•  Surface disponible pour la PV (ordre de grandeur) : 158,6 km * 40 mètres = 6 344 000 m²
• 1 KWHcrète nécessite 7 m²
• Potentiel Kwhc(rète) : 6 344 000 / 7 = 906 285 Kwhc(rète)
• 1300 heures d’ensolleillement/an
•  Potentiel production kwh par PV par an : 906 285 * 1300 = 1 178 170 500 kwh/an
• Exprimé en TJ (unité Statec) : 4 241,41 TJ/an.

Avec une moyenne annuelle des précipitations pluvieuses de 860 litres au mètre carré, la quantité d’eau s’élèverait à 5,5 milliards de litres en fonction de la surface couverte des autoroutes.

Selon certaines informations, un Nm³ d’hydrogène issu de l’électrolyse nécessiterait entre 4 et 6 kwh et en gros un litre d’eau. Si toute l’électricité provenant de la PV servirait à la seule production d’hydrogène, l’installation permettrait de produire en gros 196 millions de Nm³ d’hydrogène.

L’eau de pluie récupérée, en principe non polluée par le contact avec les sols, suffirait plus que 4,5 fois pour une électrolyse utilisant l’électricité de la PV à 100 % pour l’électrolyse, ce qui n’est pas l’objectif de la cascade précédemment décrite. L’eau non-utilisée, en somme plutôt propre, pourrait par exemple être retenue dans des bassins permettant d’alimenter ultérieurement les nappes prhréatiques en période de sécheresse par infiltration contrôlée.

Ce processus produit aussi de la chaleur (comme à chaque processus de transformation il y a des pertes de rendement, il en résulte de la chaleur) qui devrait être récupérée et réutilisée (par exemple injectée dans des installations de cogénération ou dans des réseaux urbain de chaleur ou autres).

On peut évidemment jouer sur les paramètres :

• une largeur PV de seulement 30 ou 35 ou encore 45 mètres ;
• 900 ou 1000 ou 1100 ou autres d’heures d’ensoleillement par an
• Un rendement plus élevé des panneaux PV à cause de nouvelles technologies, nécessitant moins de 7 m² pour produire un KWh.

Il s’agit en fait de trouver un ordre de grandeur. Les 4 241 TJ correspondent à peu près à la consommation annuelle de l’électricité par les ménages. Ce serait déjà cela pour ne pas devoir vivre à la lumière des bougies dans un certain avenir.

Mais ce modèle induit très vite des analogies supplémentaires. Ainsi, concernant les surfaces scellées, l’idée des parking des supermarchés et des zones industrielles s’imposent d’office. Un parking de 300 mètres sur 300 mètres (9 0000 m² ) donne, selon les paramètres précédents, donnerait un potentiel de 60 Tj/an. 60 de ces surfaces cumuleraient une production potentielle de 3 600 Tj/an. D’aucuns considèrent déjà aujourd’hui les batteries des voitures électriques comme un potentiel énorme de stockage de l’électricité provenant d’énergies renouvelables. Or, des installations PV sur les parkings des grandes surfaces avec des bornes de chargement pourraient constituer une bonne combinaison. Même si les voitures électriques n’ont pas connu la percée nécessaire pour des raisons économiques, il y a quand même de l’espoir. Une des très grandes marques allemandes vient de sortir une voiture électrique qui semble devancer technologiquement de loin tout ce qui existe actuellement sur ce marché.

Et du moment qu’on y est, pourquoi ne pas couvrir les rails (avec une meilleure protection concomitante en cas d’intempéries hivernales quand les besoins pour les transports en commun sont plus élevés). Le réseau ferroviaire au Luxembourg comprend 275 km de rails. Supposons d’y installer une installation de PV de 20 mètres de largeur (largeur rail avec débordement PV sur largeur rail). Avec les mêmes raisonnements que précédemment, on arrive à un potentiel de 3 677,14 Tj/an

Si on totalise le potentiel PV selon ces indications (évidemment absolument utopiques à ce stade) :

• Toitures favorables bâtiments existants (Uni.lu)                                                      6 300     TJ
• Autoroutes :                                                                                                              4 241     TJ
• Parkings :                                                                                                                  3 600     TJ
• Rails                                                                                                                          3 678     TJ

on arrive à un total de 17 819 TJ

Ce potentiel de 17 819 TJ d’électricité produite par la PV représente un maximum avec les paramètres utilisés, sauf si on trouve encore d’autres surfaces scellées appropriées ou sin on décide d’utiliser des surfaces non-scellés inutilisables à d’autres fins (friches polluées par exemple qu’on ne projette pas d’assainir dans l’immédiat).

Quel serait l’économie annuelle de CO₂ par rapport à un mix actuel, partant d’une production d’électricité par une PV générant 70 g de CO₂ à cause de l’énergie grise ?

Partant d’un mix d’électricité actuel au Luxembourg (moyenne nationale) de 371 g de CO₂ par kwh (recherche web), le gain serait donc calculé sur base de 301 g de CO₂/kwh (les 371 g moins les 70 g de CO₂ d’énergie grise de la PV) si on remplace l’électricité du mix actuel par l’électricité provenant de la photovoltaïque.

Economie de CO₂ : 17 819 TJ/an d’électricité par PV (maximum selon calculs précédents) * 300 g de gain CO₂ par kwh produit font, après conversion des différentes unités, 1 484 918 tonnes d’économie de CO₂/an (ce qui ne fait que 0,015 % des 9,7 milliards des émissions mondiales de CO2 de 2012 provoquées par la combustion du pétrole et du charbon). Comment évaluer cett économie de CO₂ par rapport +/- 2 500 000 tonnes de CO₂  d’allocations annuelles accordées au  Luxembourg dans le cadre de la politique des certificats de CO₂  ?

Conclusion

Investir dans la PV n’est par une erreur, notamment à cause de la sécurité et de l’indépendance énergétique. Le potentiel et le rôle de la PV sont sous-estimés pour des raisons économiques mais aussi écologiques. Parfois on a l’impression que certains décideurs actuels en la matière soient tomber dans le piège d’une guerre de religion énergétique. En combinant tout le potentiel de la PV (17 819 TJ) et des éoliennes (5 500 TJ) on arriverait presqu’à couvrir la consommation d’électricité du Luxembourg de 2011 (23 319 TJ). Mais ce ne sera pas le cas pour demain et ce serait plutôt un maximum avec les techniques actuelles et les paramètres utilisés. Donc l’économie d’électricité reste un facteur car le style de vie actuel, très gourmand en énergie, ne changera pas demain. Une (ré)éducation mentale et sociétale de longue haleine sera nécessaire, sachant que les adultes d’aujourd’hui donnent le mauvais exemple aux adultes de demain. Par ailleurs, une croissance de la population va forcément augmenter la demande d’énergie.

Plein d’arguments pour la PV sont aussi valables pour l’énergie éolienne. Les 2 sources ne sont pas en concurrence dans une guerre de religion, mais sont complémentaires et peuvent même constituer un potentiel important de synergies. Ainsi, l’électricité produite localement, aussi bien par des éoliennes que par la PV, peut utiliser les mêmes infrastructures de stockage de ces énergies renouvelables. Ne pas le faire constituerait la preuve d’une bêtise monumentale.

Par ailleurs, miser sur la biomasse produite d’une manière exagérée expressément comme source d’énergie renouvelable (monoculture, agiculture intensive, épuisement des sols, etc.) ne semble pas faire partie d’une démarche de développement durable, surtout si on considère les problèmes mondiaux d’alimentation qui s’annoncent. Que reste-t-il du potentiel de la biomasse si on se limite aux déchets organiques résiduels.

L’épuisement des sources énergétiques non-renouvelables et des autres ressources nécessite un nouveau modèle sociétaire de (dé)-croissance basé sur un autre mode de vie. Néanmoins, le modèle actuel ne peut être abandonnée du jour au lendemain car il devra fournir les moyens nécessaires pour la reconversion vers un modèle de développement durable. Des idéologies pures et dures visant un changement radical ne sont pas réalistes, ne serait-ce qu’à cause de la globalisation. Mais ceci ne constitue par une raison pour ne pas entamer ce chantier de reconversion dès maintenant à des allures accélérées. Toute attente inutile constituerait une faute impardonnable.

Le Luxembourg n’est pas sorti de l’auberge pour l’électricité car les investissements seront très importants à l’avenir, quelles que soient les solutions adoptées. Il faudra donc trouver des leviers financiers tout en n’augmentant pas la dette publique (pour rappel, le blog de Jean Leick http://jeanleick001.blogspot.com/ : Piste de réflexion pour la relance économique du Luxembourg, point 04 réflexions pêle-mêle sur la pension complémentaire d’entreprise). On pourrait aussi imaginer d’autres scénarios. Ainsi, des producteurs et distributeurs d’électricité (Creos/Enovos et autres) pourraient offrir aux propriétaires d’immeubles de louer leurs toits s’ils sont adéquatement exposés pour y installer leurs propres installations de PV. Les propriétaires de toits auraient ainsi un revenu supplémentaire sous forme de loyer sans devoir s’investir personnellement. Il paraît que cela se fait déjà par certains « entrepreneurs » privés. Ainsi, le courant vert produit au Luxembourg pourrait être retracé plus facilement et certifié comme authentique d’une manière plus fiable, acquérant ainsi plus de crédibilité.