Centrale-Énergies

Les ambitions de l'hydrogène en mer

Cécile Adnot (ECM 06) — 2023-01-07T17:15:01Z

Les plans de relance, en France et en Europe, ont donné un coup d'accélérateur au développement des énergies renouvelables, favorisant la production d'hydrogène, présentant une forte ambition sur un horizon proche.

La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte a posé les objectifs suivants :
• atteindre un taux de 32% d'énergies renouvelables dans la consommation finale d'énergie en 2030 ;
• disposer de 40% d'énergies renouvelables dans la production d'électricité.

Notamment, l'ambition de la France pour l'éolien en mer est forte : atteindre une puissance de 5 GW en 2028, pour de l'éolien posé ou flottant. Cependant, les producteurs sont confrontés à un problème majeur : les éoliennes ne produisent pas toujours en phase avec les besoins électriques du réseau, ce qui entraine un surplus.
L'hydrogène maritime est né de ce constat : réutiliser ce surplus pour produire de l'hydrogène, mais également de massifier la production d'hydrogène en utilisant des modèles économiques viables. En effet, il est préférable que les électrolyseurs tournent en continu, pour des raisons économiques, car l'amortissement des électrolyseurs et des installations associées doit se faire sur une durée optimale de fonctionnement.

Quel intérêt de produire l'hydrogène en mer ?

Pour des raisons environnementales, les parcs éoliens en mer sont installés loin des côtes, ce qui entraine un coût élevé de raccordement électrique.

Il s'avère plus efficace de produire directement de l'hydrogène en mer, sur une plateforme flottante. L'hydrogène sera alors acheminé sur terre via un réseau de pipelines. La possibilité de transporter de l'hydrogène par des navires est en cours de développement, comme le LH2 Europe, un navire -citerne de H2 liquide, aux Pays-Bas, qui devrait être en fonctionnement en 2027.

La production d'hydrogène en mer intervient dans un contexte favorable, avec un objectif européen de production d'hydrogène renouvelable de 10 millions de tonnes par an d'ici 2030. Avec la chute du prix des énergies renouvelables et l'extension de l'utilisation de l'hydrogène aux transports, les opportunités se multiplient pour l'hydrogène.

Quelle est la première plateforme en France ?

La première plateforme de production d'hydrogène renouvelable en mer en France est en cours de raccordement à une éolienne flottante de Sealhyfe au large de Saint-Nazaire. Il s'agit d'une première mondiale, opérée par l'entreprise Lhyfe.

L'usine Sealhyfe permettra de produire 400 kilos d'hydrogène par jour dans un contexte difficile, en pleine mer, avec des vagues de 15 mètres et des vents de 150 kilomètres par heure.

Les étapes de production d'hydrogène sont les suivantes :
• Convertir la tension électrique provenant de l'éolienne flottante,
• Pomper l'eau de mer,
• Désaliniser et purifier l'eau,
• Casser cette molécule d'eau via l'électrolyse, pour obtenir de l'hydrogène vert renouvelable ;
• Gérer l'impact du mouvement de la plateforme sur les équipements : gîte, accélérations, mouvements de balancier, etc. ;
• Faire face aux agressions environnementales entrainant corrosion et vieillissement des pièces.

La proximité de la livraison est un élément clé de la réussite du projet, du fait des coûts de transport élevés de l'hydrogène en petites quantités. L'idée du démonstrateur est de tester le comportement du premier électrolyseur au monde qui fonctionnera en pleine mer, avec un minimum rentable à 300 MW de production d'hydrogène.

L'entreprise Lhyfe produit depuis trois ans déjà de l'hydrogène à terre, sur le site de Bouin en Vendée, par électrolyse d'eau de mer. Des sociétés de transport s'occupent de livrer l'hydrogène produit à une grande surface, une station de recharge qui alimente un bus, des bennes à ordures et des voitures à hydrogène.

Quel développement de ce type de structure en Europe ?

Avec l'objectif européen de produire 10 millions de tonnes d'hydrogène vert d'ici à 2030, plusieurs zones de production potentielles d'hydrogène vert en mer ont déjà été identifiées en mer du Nord et en mer Baltique.
L'Allemagne et le Danemark accélèrent leurs stratégies en prévoyant d'investir massivement dans la recherche-développement.
Le groupe allemand AquaVentus a annoncé l'installation d´une capacité de production de 10 GW d'hydrogène vert d'ici 2035, à base d'électricité renouvelable produite par un parc éolien offshore.

Pour consolider l'essor de l'hydrogène maritime, il reste à trouver des business models et des trajectoires pertinents et rentables, pour opérer le passage à l'échelle sur la décennie à venir.

Sources :
• Article du gouvernement français, 14/10/2022, L'hydrogène renouvelable en mer, une première mondiale
• Ministère de l'Ecologie en France, Plan déploiement hydrogène
• Article des Echos, Hydrogène : l'Allemagne accélère
• Site internet de l'entreprise Lhyfe

L'essor de la transition énergétique peut-il être freiné par la rareté de certains métaux ?

Cécile Adnot (ECM 06) — 2023-01-07T17:12:45Z

Des fortes dépendances aux métaux sont à prévoir dans un avenir proche, qui impacteront l'ensemble des biens manufacturés, et notamment le développement des énergies renouvelables.
Quels sont les métaux concernés ? Est-ce que la rareté de ces métaux va constituer un frein au développement des énergies renouvelables, en particulier pour le solaire PV et l'éolien ?
C'est une question ardue, qui s'applique à la majeure partie des biens produits aujourd'hui, mais de façon plus prégnante concernant les énergies éoliennes et solaires.

Quels métaux sont nécessaires pour la transition énergétique ?

Les récentes innovations technologiques, dans le domaine de l'énergie ou des transports, amènent une accélération de la demande en cuivre, cobalt et lithium.

En particulier, pour chaque type de technologie, les métaux nécessaires sont les suivants :
• l'éolien : le béton, l'acier et le cuivre,
• le solaire photovoltaïque : Les panneaux solaires PV sont à 95% à base de silice (verre et cellules), mais aussi on utilise de l'aluminium, de l'argent, de l'antimoine pour le verre, ainsi que du cuivre. Le cadmium est également utilisé pour les panneaux First Solar.
• les véhicules électrifiés : le cobalt, le cuivre, le lanthane, le lithium ;
• les piles à combustible : le platine, le palladium, le rhodium ;
• les batteries : le lithium, le cobalt, le nickel.

Quels sont les métaux vont manquer en premier ?

Dans le cadre du projet GENERATE, l'équipe IFPEN a élaboré un modèle présentant des chaines de valeur de différents matériaux (cobalt, cuivre, lithium, nickel et terres rares). L'objectif du modèle est d'évaluer les demandes sous différents scénarios (2°C et 4°C) à l'horizon 2050.

Selon l'IFPEN, le cuivre pourrait être le métal le plus contraint dans la dynamique de transition énergétique.
Selon les résultats de l'étude, « près de 90 % des ressources en cuivre connues aujourd'hui seraient extraites d'ici 2050 dans un scénario 2°C. », tirée par la croissance de la demande dans les secteurs des biens de consommation, de l'industrie et de la construction.

Le cobalt présente également un niveau de criticité géologique, mais aussi d'un fort risque géopolitique. Les ressources terrestres de cobalt s'élèvent à 25 millions de tonnes (United States Geological Survey USGS, 2020), principalement localisée dans la Copper Belt, zone minière en République démocratique du Congo (RDC).

Les réserves mondiales de Cobalt identifiées sont estimées à 89 millions de tonnes, dont 24 % en Bolivie, 21 % en Argentine, 11 % au Chili, 10 % aux États-Unis, 8 % en Australie et 6 % en Chine, selon l'Institut d'études géologiques des États-Unis (United States Geological Survey, USGS).

Quant au lithium, près de 70 % des ressources seraient encore disponibles à l'horizon 2050 dans un scénario 2°C. Un fort risque géopolitique est aussi présent, en raison de la concentration des réserves de lithium et des acteurs sur le marché, qui pourrait à terme créer des problèmes d'approvisionnement.

Le manque de cuivre pourrait-il constituer un frein à la croissance des technologies bas carbone ?

Les résultats obtenus par l'IFPEN démontrent une « forte pression sur les ressources en cuivre, particulièrement dans le cadre de politiques climatiques ambitieuses. »
Dans les résultats du modèle, 78,3 % et 89,4 % des ressources mondiales de cuivre identifiées seront extraites respectivement dans les scénarios 4° C et 2° C entre 2010 et 2050.

Ces résultats montrent une pression croissante sur les marchés, qui pourraient entrainer un ralentissement de la croissance de ces nouvelles technologies. De plus, un risque géopolitique fort est lié au marché du cuivre, la Chine dominant très largement les activités de raffinage du cuivre.

Quelles solutions s'offrent à nous ?

L'IFPEN présente plusieurs options possibles : le remplacement du cuivre par d'autres matériaux quand cela est possible, le recyclage (estimé à environ 45% selon l'IFPEN), et la modification de la mobilité, réduisant le besoin sur les véhicules électriques.

L'aluminium semble un candidat intéressant pour le remplacement du cuivre : il est très abondant, avec une bonne conductivité, certes moindre que celle du cuivre, mais qui pourrait néanmoins répondre en partie aux besoins de remplacement à l'avenir.

Pour le recyclage, il faut prendre en compte la durée d'utilisation dans les équipements. En effet, les secteurs qui enregistrent les taux de recyclage les plus élevés (construction et infrastructure) présentent un cuivre immobilisé durant plusieurs décennies en raison de la durée de vie des ouvrages réalisés.

Principal levier de réduction de la contrainte sur le cuivre, la modification de nos mobilités pourrait en réduire considérablement la demande, notamment en Europe.

Une croissance d'autres énergies relais, comme le biogaz, dont les attentes sont fortes dans le secteur énergétique, pourrait permettre en partie d'équilibrer la pression sur les minerais.

Sources :
• CNR, Les terres rares, le paradoxe environnemental
• Géoconfluences, Glossaire sur les terres rares et métaux stratégiques
• IFP Energies Nouvelles, Les métaux de la transition énergétique
• IFP Energies Nouvelles, le Cuivre dans la transition énergétique : un métal essentiel, structurel et géopolitique
• United States Geological Survey, USGS

Quelle place occupe la taxonomie dans la stratégie de neutralité carbone de l'Union Européenne ?

Cécile Adnot (ECM 06) — 2022-05-05T13:21:25Z

Qu'est-ce que la taxonomie ?

La Taxonomie européenne est un outil destiné à aider les investisseurs et les entreprises à s'orienter vers une économie à faible émission de carbone. Le Règlement Taxonomie est adopté par l'Union européenne depuis 2020 et s'inscrit dans l'objectif de neutralité carbone en 2050 du Pacte vert européen.

La Commission européenne a chargé un groupe d'experts de fixer des critères de sélection d'activités, afin de favoriser les projets contribuant à développer les secteurs à faibles émissions et à décarboniser les secteurs à fortes émissions carbone.

Quel est l'objectif attendu ?

Pour répondre aux enjeux de décarbonation de l'Union Européenne, les enjeux financiers sont importants. Selon l'OCDE, 6 trillions d'euros d'investissements annuels seront nécessaires pour respecter les objectifs climat de l'Accord de Paris d'ici à 2030.

Ce Règlement Taxonomie vise à mobiliser les institutions financières et des capitaux privés, en définissant des incitations afin d'accélérer la transition environnementale.

Quel est le fonctionnement de la taxonomie ?

Cette classification a comme objectif de tracer les flux d'argents investis dans l'économie réelle afin de mesurer leur impact environnemental et de favoriser les investissements faiblement émetteurs. En 2021, la taxonomie européenne concerne près de 90 activités économiques, soit 93 % des émissions de gaz à effet de serre de l'Union européenne

La Taxonomie européenne cherche à évaluer les activités économiques autour de six objectifs :
• L'atténuation du changement climatique : efforts pour réduire les émissions,
• L'adaptation au changement climatique : processus d'ajustement face au climat et à ses effets,
• L'utilisation durable et protection des ressources aquatiques et marines
• La transition vers une économie circulaire
• La prévention et la réduction de la pollution
• La protection et la restauration de la biodiversité et des écosystèmes

Qui est concerné ?

Le Règlement Taxonomie 2020/852 s'applique directement à tout acteur européen, sans transposition dans le droit des États membres, contrairement aux directives.

La Taxonomie s'adresse à deux types d'acteurs : ceux qui publient des informations et ceux qui utilisent ces informations, sur les marchés financiers et les institutions de supervision financière (banques centrales). Plusieurs critères d'examen technique existent pour chaque activité économique, comme la contribution à l'un des six objectifs, sans causer de préjudice important à l'un des cinq autres objectifs.

Une activité doit également respecter des critères sociaux basiques en étant alignée sur les principes directeurs de l'OCDE et des Nations Unies relatifs aux entreprises et aux droits de l'homme.

Quel impact pour le secteur de l'énergie ?

Grâce à l'utilisation de la Taxonomie, un investisseur sera en mesure de déterminer quelle est la part verte de son portefeuille et pourra comparer la contribution de ses différents portefeuilles d'investissements à la transition bas-carbone.
• Dans les secteurs de la production d'électricité et de ciment, des seuils d'éligibilité seront définis. La part verte correspond à la part des actifs classifiés « verts » par la taxonomie européenne.

La production d'électricité par une centrale hydroélectrique pourra être classifiée comme durable si elle satisfait à l'un des critères de contribution substantielle suivants :
• l'installation de production d'électricité au fil de l'eau sans réservoir artificiel ;
• une puissance supérieure à 5 W/m2
• Les émissions de GES tout au long du cycle de vie de la production d'électricité par une centrale hydroélectrique sont inférieures à 100g CO2e/kWh.

Comment le gaz et le nucléaire ont-ils été inclus dans la taxonomie ?

Un premier acte délégué sur le volet climatique de la taxonomie européenne a été adopté le 4 juin 2021, puis un nouvel acte délégué complémentaire a été adopté le 2 février 2022, intégrant les énergies du gaz et du nucléaire, ayant "un rôle à jouer pour faciliter le passage aux énergies renouvelables" et à la neutralité climatique.

Pour le gaz, une nouvelle centrale à gaz est considérée dans la Taxonomie selon plusieurs critères :
• Si elle remplace une centrale à charbon existante,
• Si elle n'a obtenu son permis de construire avant le 31 décembre 2030,
• Si l'installation a été conçue de manière à pouvoir fonctionner à 100 % avec des combustibles renouvelables ou à faible teneur en carbone d'ici au 31 décembre 2035,
• Si elle contribue à une réduction des émissions d'au moins 55 % au cours de leur durée de vie.
• Les émissions directes ne doivent pas dépasser 270 g CO2e/kWh, ni 550 kg CO2e/kW en moyenne sur 20 ans.

Le nucléaire doit également remplir plusieurs critères :
• Si l'installation a obtenu son permis de construire avant 2045 et qu'elle présente des plans détaillés pour disposer d'ici 2050 d'une installation d'élimination des déchets hautement radioactifs
• Un combustible nucléaire « tolérant aux accidents » (Accident Tolerant Fuel ou ATF), encore au stade de recherche et de tests, doit être disponible dès 2025.
• Des plans de démantèlement et de gestion des déchets sont également nécessaires.

Quelles sont les prochaines étapes ?

De nombreuses questions sont soulevées sur la façon dont la Taxonomie pourra être utilisée et sur la qualité de l'information environnementale générée. De plus, des situations floues pourraient émerger dans l'utilisation effective, un indicateur « vert » agrégé pouvant cacher des activités « brunes » dans le portefeuilles financiers.

Une réflexion autour d'un nouvelle norme ISO autour des green loans (crédits verts) est en cours, visant à créer une norme pour les prêts verts. Il s'agit de crédits permettant de financer des projets aux finalités environnementales, basés sur des critères précis et audités par des entreprises externes.

Compte tenu de l'ampleur de la tâche et des efforts financiers nécessaires, tous les acteurs économiques devront se mobiliser. Les banques, les entreprises, les instances financières seront poussés vers des choix d'investissements durables, par des incitations venant des marchés et des instances de régulation, mais aussi par les populations elles-mêmes, de plus en plus conscientes de la situation d'urgence du dérèglement climatique à venir.

Sources :

• La Taxonomie européenne : pièce centrale de la stratégie réglementaire européenne pour une finance durable
• Neutralité carbone – la Taxonomie européenne en 6 questions, Site vie Publique
• EU TEG on Sustainable Finance. Technical Report. Taxonomy : Final report of the Technical Expert Group on Sustainable Finance, March 2020
• EU TEG on Sustainable Finance. Taxonomy report. Technical Annex Updated methodology & Updated Technical Screening Criteria, March 2020
• Article web Révolution énergétique : qu'est ce qui est vert et qu'est-ce qu'il ne l'est pas.
• Article web Eco-act sur la taxonomie européenne
• Communiqué de presse de l'UE sur le budget pluriannuel pour 2021-2027
• Taxonomy : Final report of the Technical Expert Group on Sustainable Finance, mars 2020
• Article web, Lexplicite, Credits verts : publication des Green Loan Principles

Quels enjeux et objectifs pour la COP26 ?

Cécile Adnot (ECM 06) — 2021-10-12T10:50:45Z

La 26e Conférence des Parties des Nations unies (COP26) le climat se tiendra à Glasgow du 1er au 12 novembre 2021.

Cinq campagnes sont prévues pour la COP26 :
• Adaptation et résilience
• Nature
• Transition énergétique
• Transport routier propre
• Finance

Les objectifs déclarés de la COP26 sont les suivants :

1. Arriver à la neutralité carbone en 2050
Les pays sont invités à proposer des objectifs ambitieux de réduction des émissions pour 2030, afin d'atteindre l'objectif de zéro émission nette d'ici le milieu du siècle. La neutralité carbone en 2050 est un combat que seul le scénario +1.9°C permettra d'atteindre. Par rapport aux engagements aux précédentes COP, seule la Zambie les tient à date. Le HCC dans son dernier rapport en juin et en septembre prévoit que la France devrait baisser ses émissions de GES de 5% /an pour y participer à ce scénario.
Pour cela, une liste d'actions sont prévues :
• accélérer l'abandon progressif du charbon
• réduire la déforestation
• accélérer le passage aux véhicules électriques
• encourager les investissements dans les énergies renouvelables.

2. S'adapter pour protéger les communautés et les habitats naturels
L'objectif est de permettre et d'encourager les pays touchés par le changement climatique à :
• protéger et restaurer les écosystèmes
• construire des défenses, des systèmes d'alerte et des infrastructures et une agriculture résilientes.

3. Mobiliser des fonds
Les pays développés avaient promis de mobiliser 100 milliards de dollars de financement climatique par an. Les institutions financières internationales doivent jouer leur rôle et s'efforcer de débloquer le financement nécessaire pour garantir un niveau net zéro à l'échelle mondiale.

Une interrogation demeure sur l'impact carbone de cette réunion qui devrait rassembler environ 25 000 participants venus de 196 Etats. Par ailleurs, le déplacement de certaines délégations de pays en développement sont freinés par une véritable inflation des coûts des logements et de fortes contraintes sanitaires liées au COVID.

Sources
– COP26 Explained, UN Climate Change Conference UK 2021
– Climate Change website
– Cartographie des actions de la COP26
– Monde Afrique, 11 octobre 2021, Les délégations africaines à la peine pour se rendre à Glasgow

Le GIEC annonce des impacts irréversibles dans son dernier rapport aux décideurs

Cécile Adnot (ECM 06) — 2021-10-12T10:36:39Z

Publié début août 2021, le nouveau rapport du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat) IPCC's Sixth Assessment Report (AR6), dresse un constat accablant sur le changement climatique et ses impacts sur la planète. Le rapport est accompagné de son résumé à destination des décideurs, Summary for Policymakers, qui assurément jouera un rôle clé pour la COP26 qui aura lieu en novembre 2021 à Glasgow.

Quel rôle joue le GIEC ?

L'objectif du GIEC est de faire régulièrement un état des lieux scientifique sur le climat, en réunissant des milliers d'experts volontaires en se basant sur l'analyse de nombreuses études scientifiques sur le sujet. Il s'agit de la mise à jour de l'état des connaissances scientifiques et de la compréhension physique sur le climat tirées de la paléoclimatologie, des observations et des simulations climatiques mondiales et régionales.

Le travail du GIEC se répartit en 3 groupes :
• Le groupe 1 sur les aspects scientifiques du changement climatique,
• Le groupe 2 sur les conséquences, la vulnérabilité et l'adaptation,
• Le groupe 3 étudie son atténuation.
Le document AR6 est un rapport du premier groupe, les groupes 2 et 3 doivent approuver leurs rapports en février et mars 2022. Le rapport de synthèse est prévu pour fin septembre 2022.

Pour résumer en une phrase les apports de cette synthèse, le changement climatique a lieu maintenant et sur l'ensemble de la planète, et s'aggrave avec un rythme sans précédent.

L'activité humaine comme cause principale du changement climatique observé durant les 150 dernières années

Les activités humaines expliquent la totalité du réchauffement observé au cours de la dernière décennie par rapport au climat préindustriel, calculé à partir d'une moyenne entre 1850 et 1900.
Le GIEC présente l'évolution des températures à venir selon 5 scénarios socio-économiques : socio-economic pathways, SSP.

Dans tous les scénarios d'émissions, nous dépasserons le seuil de réchauffement mondial de +1,5°C dans un avenir proche, entre 2021 et 2040 et resterons au-dessus de +1,5°C jusqu'à la fin du siècle.

Changement temperature

Graphique 1 : Changement de la température de la surface du globe (moyenne annuelle) tel qu'observé et simulée à l'aide de facteurs humains et naturels et uniquement naturels (1850-2020), Source GIEC 2021

Les principaux Gaz à Effets de serre (GES) émis par les êtres humains sont :
• le dioxyde de carbone (CO2),
• le méthane (CH4),
• le protoxyde d'azote (N2O).
La plupart de ces GES sont dues à l'usage des énergies fossiles, charbon, gaz et pétrole.

emissions CO2

Graphique 2 : Émissions annuelles futures de CO₂ (à gauche) et d'un sous-ensemble de facteurs clés non CO₂ (à droite), selon cinq scénarios illustratifs, , GIEC 2021

L'intensification de l'effet de serre atmosphérique par nos émissions GES est la cause du réchauffement climatique, bousculant l'équilibre entre l'énergie solaire qui entre dans le système climatique planétaire et l'énergie que la Terre rayonne vers l'espace. Cette énergie résultante (forçage radiatif) se distribue principalement vers les océans (91%), le reste restant à la surface des continents (8%), et seulement 1% est stockée dans l'atmosphère.

Quels impacts de ce changement climatique ?

Dans les scénarios d'augmentation des émissions de CO2, les puits de carbone océaniques et terrestres seront de moins en moins efficaces pour ralentir l'accumulation de CO2 dans l'atmosphère. Les phénomènes extrêmes se multiplient : vagues de chaleur, fortes précipitations, sécheresses et cyclones tropicaux, tandis que les vagues de froid se raréfieront.

Les effets peuvent être dévastateurs pour les écosystèmes, l'agriculture ou la santé humaine. Le changement climatique affecte déjà toutes les régions habitées de la planète.

Le GIEC a mis en ligne un atlas interactif permettant de visualiser les changements climatiques attendus à l'échelle régionale pour différentes valeurs de réchauffement planétaire.

changement temperature

Graphique 3 : Changement de la température moyenne annuelle (°C) par rapport à 1850-1900, GIEC 2021

• Sur les glaciers et la banquise
Le retrait des glaciers, incluant ceux de l'Antarctique, et de la banquise arctique est un des principaux phénomènes liés à l'accumulation de chaleur, sans précédent depuis 1000 ans. Ainsi, la surface de la banquise arctique a diminué de 40% en fin d'été entre les périodes 1979-2019. La fonte des glaces continentales est responsable de 42% de la montée du niveau de la mer sur la période 1971-2018.

En 30 ans, la surface moyenne de la banquise arctique en fin d'été a diminué de 2 millions de km² et pourrait même disparaître certaines années en fin d'été à partir de 2050.

zone de glace

Graphique 4 : Zone de glace de mer arctique en4Septembre, GIEC 2021

Quelles sont les conséquences de ce changement climatique ?

• Augmentation du niveau de la mer
Le niveau de la mer s'est élevé de 20 cm entre 1901 et 2018. D'un rythme de 1.3 mm/an entre 1901 et 1971, l'augmentation s'est accélérée pour atteindre +3.7 mm/an sur la période 2006- 2018.

• Acidification de l'océan
Le pH moyen de l'océan diminue, en raison de dissolution du CO2 dans l'eau. Ce phénomène va s'accentuer et menace de nombreuses espèces du plancton marin, qui est la base de la chaîne alimentaire océanique. Ces espèces ne parviennent plus à former leur squelette calcaire.

• Risques de bascule
Des évènements extrêmes d'amplitude inédite se produiront de plus en plus, à mesure que les glaces terrestres et le permafrost continueront de fondre, entrainant des points de bascule sur l'environnement aujourd'hui sous-estimés.

• Sécheresses
Les zones risquant d'être affectées par des sécheresses sont inégalement réparties à la surface de la Terre.

secheresse

Graphique 5 : Zone de sécheresses potentielles dues au changement climatique, GIEC 2021

Les zones les plus menacées de sécheresses fréquentes et intenses se situent :
• Sur le pourtour de la Méditerranée et de la Mer Noire,
• En Amérique centrale et le sud-ouest des USA, le Chili,
• Dans le sud de l'Afrique, la côte ouest (entre Sénégal et Côte d'Ivoire), Madagascar, et surtout en Amazonie, pouvant déclencher une transformation profonde de l'écosystème forestier.

Quelles sont les solutions recommandées par le GIEC ?

Le GIEC n'est pas prescriptif. Un des résultats majeurs de ce rapport est que la limitation du réchauffement à +1,5°C à horizon 2100 ne sera pas atteignable sans une réduction majeure et immédiate des émissions de GES, que l'on sait difficile (impossible ?) à mettre en œuvre. Les rapports du GIEC sont au cœur des négociations internationales sur le climat, tel que l'Accord de Paris (COP21) en 2015 et la COP26 qui aura lieu à Glasgow en novembre 2021.

Les solutions résident dans des transformations technologiques, économiques, sociales, culturelles et politiques majeures, dictées par la nécessité de réduire drastiquement les émissions de CO2, mais aussi d'autres gaz à effet de serre comme le méthane ou les oxydes d'azote.

Pour le mot de la fin face à ce constat et prévisions non réjouissante, je propose de méditer sur cette phrase de C Cassou : L'inertie est dans les sociétés humaines. C'est la vitesse des changements que nos sociétés humaines sont capables de faire qui va conditionner le climat futur.

Sources :

• IPPC, Climate Change 2021, Full Report, August 2021
• IPPC, Climate Change 2021, Summary for Policy Makers, August 2021
• Christophe Cassou, 09/08/2021 Article CNRS – le changement climatique nous touche déjà de plein fouet
• The Shifters, 11/08/2021, Synthèse du rapport AR6 du GIEC publié le 09/08/2021
• IPCC WGI Interactive Atlas : https://interactive-atlas.ipcc.ch/
• Article du Monde, 09/08/2021 Le rapport du GIEC en 18 graphiques
• Synthèse et Analyse du nouveau rapport du GIEC, site Bon Pote, 12/08/21
• Article The Good Goods, le 6ème rapport d'évaluation du GIEC en synthèse 2021

Les réseaux de chaleur comme levier de la transition énergétique en France

Cécile Adnot (ECM 06) — 2021-09-20T13:57:22Z

Principes des réseaux : définition et chiffres clés en France

Les réseaux de chaleur sont des systèmes qui comprennent la production, la distribution et la livraison de la chaleur vers les clients connectés. Le réseau peut comprendre une ou plusieurs unités de production d'énergie, un réseau de distribution primaire dans lequel l'énergie est transportée par un fluide caloporteur, et des sous-stations d'échange.

Les canalisations sont doubles : l'une pour amener l'eau chaude jusqu'aux bâtiments et l'autre pour la ramener jusqu'aux chaufferies. Ces fluides permettent d'alimenter les bâtiments en chauffage, en eau chaude sanitaire ou en chaleur industrielle.

constitution d'un réseau de chaleur urbain ou RCU

La France compte : (source : XPair – mise à jour mai 2021),
• 761 réseaux de chaleur,
• Longueur cumulée de 5 397 km représentant 25 TWh de livraison de chaleur,
• 56% de la chaleur produite est d'origine renouvelable ou de récupération, le reste étant produit à partir de gaz ou d'autres énergies non renouvelables,
• 2,4 millions de logements ou équivalent, soit 38 212 bâtiments raccordés. A noter que les perspectives d'expansion sont notables : 8 millions de plus devront être raccordés d'ici 2030.

Les réseaux de chaleur permettent de valoriser des ressources variées telles que :
• La géothermie profonde ;
• La géothermie intermédiaire assistée de pompe à chaleur ;
• La biomasse de grande puissance ;
• La chaleur de récupération issue d'usines d'incinération des ordures ménagères ;
• La récupération de chaleur sur eau de mer/eau de lac/rivière et eaux usées ;
• La chaleur fatale issue de l'industrie ou des systèmes de cogénération ;
• La chaleur solaire thermique issue de champs de capteurs.
Plusieurs types de fluides caloporteurs co-existent en France :
• Eau chaude d'une température maximale de 100-110°C.
• Vapeur d'eau : encore présente dans des installations pour la production d'électricité dans certaines applications industrielles.
• Eau surchauffée : le fluide le plus utilisé dans le chauffage urbain est de deux types :

o Les installations à température relativement basse : 120-140°C maximum au départ.
o Installations à haute température : 180-210°C au départ.

Focus sur les réseaux à très basse température

Les différentes sources de chaleur disponibles sur un territoire ne permettent pas d'atteindre les mêmes niveaux de température :
• Les combustibles comme le gaz ou le bois peuvent porter un fluide caloporteur à une température de 100°C.
• A l'inverse, il est plus difficile d'atteindre de telles températures à partir de la géothermie de surface (environ 20-30°C) et la récupération des eaux usées (10-20°C).
• Le solaire thermique, la récupération de chaleur industrielle, la chaleur collectée dans un bâtiment climatisé, occupent des plages de températures intermédiaires.

Le réseau à très basse température augmenterait le taux de couverture par des sources renouvelables et de récupération peu coûteuses, voire gratuites.

Schéma de principe : température du réseau et températures des sources

Encore expérimental, ce type de réseau n'est adapté qu'aux aménagements neufs dont les bâtiments ont de faibles besoins thermiques, et n'est pas adapté à la fourniture d'eau chaude sanitaire, qui nécessite un élèvement de température jusqu'à 40°C dans le neuf et encore davantage dans l'ancien.
Ce type de réseau nécessite un portage local très fort afin que les sources de chaleur puissent être mobilisées et que les bâtiments neufs situés dans le périmètre du réseau soient raccordés.

Quelques exemples de réseaux de chaleur

Sur les 761 réseaux recensés, 161 se situent dans la région Auvergne – Rhône-Alpes, 105 en Ile-de-France dont la moitié dans le périmètre de la Métropole du Grand Paris et 103 pour la région Grand-Est. La présence des réseaux de chaleur plus marquée dans le nord et l'est, s'explique par la rigueur climatique, la densité de population et les agglomérations importantes dans ces régions.

Un réseau de chaleur d'envergure et récent, le réseau de chaleur de Toulouse inauguré en 2019, est un exemple de mix énergétique intéressant :
• 70 % du mix énergétique du réseau provient du data center de l'espace Clément Ader
• 30% provient du centre de valorisation des déchets du Mirail.
• Une chaufferie gaz, utilisée en période de grand froid et en secours en cas de problème sur le réseau, produit le reste.
Le réseau de chaleur s'étend sur 36 kilomètres et alimente l'équivalent de 15 000 logements.
Un autre réseau de chaleur très étendu, le réseau de chaleur Centre-Loire sur la ville de Nantes, est un véritable chauffage central, alimenté par l'eau surchauffée, desservant 41 000 logements sur 85 km.

Ville de Nantes

Les réseaux de chaleur peuvent également être entièrement privés, à l'image du réseau de chaleur de l'AFUL Chantrerie sur un campus universitaire. Le réseau s'étend sur 2,5 km desservant cinq établissements, avec une alimentation mixte : 80% de bois et 20% de gaz.

AFUL

Sur le secteur de la Presqu'île à Grenoble un projet de réseau intéressant utilisant le réseau à très basse température, mutualisé à eau tiède (15-30°C) par géothermie vise à desservir un quartier neuf de 850000 m2. La boucle sera également alimentée par récupération de la chaleur fatale issue des bâtiments, sites industriels, etc.

Levier d'économie d'énergie dans la transition énergétique

Dans un contexte d'engagement pour la France de limiter le réchauffement climatique en dessous des 2 °C, voire des 1,5 °C, la production de chaleur, représentant la moitié des consommations d'énergie primaire en France constitue un levier important. Le développement massif de la chaleur renouvelable, des réseaux de chaleur fait partie des leviers essentiels pour la transition énergétique.

Très majoritairement alimentés par des énergies fossiles il y a dix ans, les réseaux de chaleur le sont désormais majoritairement par des énergies renouvelables.
La loi de transition énergétique prévoit de multiplier par cinq les quantités d'énergies renouvelables et de récupération distribuées par les réseaux de chaleur d'ici 2030 par rapport à 2018.

En créant des synergies entre les énergies et entre les usages, les réseaux de chaleur deviennent des véritables smart grids, utilisant la prédiction de charge, le temps réel et des calculs d'optimisation. Désormais, il est possible d'anticiper des forts pics de consommation, de stocker de l'énergie renouvelable au bon moment et d'utiliser cette énergie stockée au lieu d'activer des productions fossiles.

Sources :

• Ministère de l'Ecologie, Réseaux de chaleur & de froid, une filière d'avenir, Octobre 2019
• Ministère de la Transition Ecologique, Plan Climat, France
• Ministère de la Transition Ecologique et et Solidaire, Référentiel « Energie-Carbone » pour les bâtiments neufs Méthode d'évaluation de la performance énergétique et environnementale des bâtiments neufs, juillet 2017
• XPair, Chauffage urbain et réseaux de chaleur, solutions multi-énergies, 2021
• Centre de ressources pour la Chaleur renouvelable et l'aménagement énergétique des territoires (CEREMA), Réseau de chaleur de très basse température à sources multiples

L'AIE recommande d'arrêter les investissements dans les énergies fossiles

Cécile Adnot (ECM 06) — 2021-09-20T13:19:48Z

Réduire les émissions mondiales de CO2 d'ici à 2050 implique des efforts importants sur le domaine énergétique afin de limiter l'augmentation à long terme des températures moyennes mondiales à 1,5 °C.

L'AIE dans sa nouvelle étude Net Zero by 2050 recommande des actions très fortes :
• Il faudrait cesser dès maintenant les investissements dans les énergies fossiles pour limiter le changement climatique.
• Toutes dépenses consacrées à de nouveaux projets pétroliers et gaziers devraient cesser dès que possible, bien que les investissements dans les gisements existants puissent se poursuivre,
• Aucune nouvelle centrale électrique au charbon ne devrait être construite si elle ne dispose pas d'une technologie permettant de capter ses émissions.
• En 2035, il n'y aurait plus de ventes de nouvelles voitures à combustion,
• En 2040, le secteur mondial de l'électricité aurait atteint des émissions nettes nulles.

À court terme, le rapport décrit une trajectoire "zéro net" qui nécessite le déploiement immédiat et massif de toutes les technologies énergétiques propres et efficaces disponibles, ainsi qu'un effort mondial majeur pour accélérer l'innovation.
• Ajouts annuels d'énergie solaire photovoltaïque atteignent 630 GW d'ici à 2030,
• Ajouts annuels d'énergie éolienne 390 GW d'ici à 2030.
Ces chiffres représentent quatre fois le niveau record établi en 2020. Pour l'énergie solaire photovoltaïque, cela équivaut à installer le plus grand parc solaire du monde actuel tous les jours.
Le taux mondial d'amélioration de l'efficacité énergétique sera en moyenne de 4 % par an jusqu'en 2030, soit environ trois fois la moyenne des deux dernières décennies.

Ce rapport est destiné à alimenter les négociations qui se dérouleront lors de la 26e conférence des parties (COP26), à Glasgow en novembre 2021.

Source :
AIE, Net Zero by 2050, A Roadmap for the Global Energy Sector, Mai 2021

Pourquoi la maintenance prédictive va révolutionner le secteur des services énergétiques grâce à l'IoT ?

Cécile Adnot (ECM 06) — 2021-01-07T15:13:42Z

Qu'appelle-t-on la maintenance prédictive ?

La maintenance prédictive se base sur une surveillance méthodique et une analyse précise de l'évolution d'une machine ou d'un composant. L'objectif est de faire intervenir la maintenance au bon moment : ni trop tôt pour réduire les coûts, ni trop tard pour éviter les pannes et l'arrêt de la production.

Le terme « prédictive » est l'anglicisme de « prévisionnelle » (Norme NF 13306 – Terminologie de la maintenance).

La collecte et l'analyse de données provenant de différentes sources permettent de déterminer les facteurs de probabilité d'un défaut ou d'une usure. Les avantages sont nombreux :
• Maîtrise des temps d'arrêt sur une ligne de production,
• Augmentation de la durée de vie des machines,
• Optimisation des pièces détachées à mettre en stock.

L'utilisation d'objets connectés peut prendre des formes multiples dans les domaines de la maintenance et des services énergétiques. Par exemple, on peut citer la mesure de courant d'un moteur électrique sur un processus continu : une dérivation implique une usure soit sur le moteur (roulement, conductivité) soit sur l'applicatif (mécanique solide, pompe, ventilateur…)

La maintenance prédictive repose sur la collecte et l'analyse de données, via des capteurs communicants, qui font partie de l'Internet of Thing (IoT) – les objets connectés à Internet.

Qu'est -ce que l'« Internet of Things » ?

Le terme IoT est apparu pour la première fois en 1999 dans un discours de Kevin ASHTON, un ingénieur britannique. Cela désigne un système dans lequel des objets physiques sont connectés à l'internet, ainsi que les systèmes capables de créer et de transmettre des données afin de créer de la valeur pour ses utilisateurs par l'utilisation et la valorisation des données.

Selon le cabinet McKinsey, dans l'article How can we recognize the real power of the Internet of Things ? [1] , l'IoT aura un impact économique potentiel total de 11,1 billions de dollars par an d'ici 2025. L'IoT sera la plus grande source de valeur de toutes les technologies de rupture, devant l'internet mobile, l'économie du savoir le « cloud computing » et la robotique de pointe.

On compte cinq composants principaux dans l'utilisation des processus IoT :
– Les objets (capteurs),
– Le réseau (connectivité),
– Les données,
– Les informations,
– Les applications d'exploitation.

L'étude estime un potentiel de 21 milliards d'objets connectés en 2020.
L'entreprise du futur aura besoin de pouvoir collecter ses données afin de les traiter et d'en extraire de l'information utile. La plateforme d'accueil des objets servira de passerelle entre les objets et le système de traitement de ces données, en automatisant la collecte.

Des capteurs fiables et abordables rendent possible la technologie IoT pour un plus grand nombre d'industriels. Pour que les projets deviennent réalité, le coût des capteurs doit être abordable. Ce paramètre est l'un des arguments qui entravent les déploiements à grande échelle, selon l'étude IoT Signals [2] menée en août 2019 par Microsoft. Le prix des capteurs reste un facteur clé dans le choix d'utiliser ou non des objets connectés. Par unité, un appareil représente une dépense de dix à cent euros.

Il existe plusieurs familles de technologies de réseaux utilisables dans le cas de projets IoT :
• Des réseaux radio classiques (LTE, LPWAN, GSM…), le Wi-Fi, le Bluetooth, le NFC ou le RFID,
• Des réseaux qui reposent sur des standards ouverts comme LoRaWan ? ou les réseaux IP propriétaire type PROFINET (Siemens), Modbus TCP (Schneider) ou EtherNet/IP(Allan Bradley) plus ou moins ouvert, en attendant la migration vers OPCUA.
• Des réseaux développés par des acteurs privés comme Sigfox.

Deux technologies d'origine française se différencient dans le domaine concurrentiel de l'IoT : SIGFOX et LoRaWAN (Low Range Wide Area Network). Ces technologies sont à longue portée et faible consommation, permettant d'envoyer des messages de petite taille de l'ordre de l'Octet (12 pour Sigfox et 24 pour LoRa).
LoRaWan est une technologie basée sur 2 bandes de fréquences libres (868 MHz en Europe et 915 MHz en Amérique). Sigfox utilise les bandes de fréquence de 868 MHz et 915 MHz.

Quelles sont les technologies permettant la diffusion de l'IoT et de la maintenance prédictive ?

Les technologies sous-jacentes à l'IoT sont anciennes mais le mouvement de généralisation de son utilisation est récent. Une combinaison d'avancées récentes permet aujourd'hui de concrétiser le concept d'IoT :
– L'accès à une technologie de capteurs à faible coût et à faible consommation d'énergie.
– La connectivité des protocoles de réseau pour un gain d'efficacité dans le transfert de données.
– La disponibilité accrue des plates-formes de « cloud computing ».
– « Machine learning » avec l'accès à de grandes quantités de données, permettent aux entreprises d'obtenir des informations plus rapidement et plus facilement.
– L'intelligence artificielle conversationnelle (IA) permettant de traiter le langage naturel.

Avec la réduction des coûts et le développement de l'analyse sur-mesure, la maintenance évolue vers des mesures et des analyses en temps réels, passant d'une maintenance corrective à une plus grande connectivité et immédiateté dans la réponse.

Quels objectifs pour la maintenance prédictive ?

La mise en œuvre nécessite plusieurs étapes :
– Assurer l'installation des capteurs, permettant de renvoyer plusieurs milliers de données chaque jour,
– Maximiser le retour d'information des appareils déjà en place,
– Analyser un modèle de défaillance, en se basant sur l'historique de fonctionnement des machines, au-delà des symptômes, il est possible d'identifier les causes profondes de la défaillance.
– Déterminer le développement et l'optimisation des algorithmes prédictifs qui déterminent les seuils d'alerte.

La maintenance prédictive permet d'améliorer plusieurs indicateurs de performance pour l'industriel ou le client :
– Amélioration du taux de rendement global (TRG) d'un équipement,
– Réduire les coûts de réparation et d'intervention en évitant les temps d'arrêt,
– Promouvoir la prévisibilité de la qualité des produits en comparant les signaux avec les données historiques d'équipements similaires pour trouver des signes de détérioration,
– Effectuer une analyse fine des équipements sur la base de statistiques sur les équipements critiques - tels que les vibrations, la température, le bruit et le courant électrique. Sur ce point, il faut pondérer les effets. L'analyse des vibrations demande un temps d'acquisition extrêmement faible (de l'ordre de la µs, ceci combiné à d'autres actionneurs sous analyse, ce qui reviendrait à saturer le réseau) alors que l'évolution de la consommation en courant est lente (de l'ordre de l'heure). Cela signifie que l'algorithme de prédiction n'est pas au même endroit (dans le device pour le premier cas), au PLC/DCS ou dans un analytics pour le deuxième cas.
– Modéliser les données pour établir des scénarios de défaillance et identifier les signes avant-coureurs de défaillance,
– Programmer des actions prédictives, identifier les facteurs de risque,
– Contribuer à l'étude sur l'optimisation de la consommation d'énergie.

Quels impacts dans le secteur de l'énergie ?

Selon McKinsey, dans son article How can we recognize the real power of the Internet of Things ?, les industriels, les compagnies pétrolières et gazières et d'autres entreprises ont déjà commencé à voir les premiers bénéfices de l'introduction de systèmes IoT dans leurs opérations et chaînes d'approvisionnement.
Toutes les centrales électriques ou usines ont une consommation d'énergie "fixe" en fonction de leur dimensionnement qui dépend du temps de production des machines.
On peut estimer qu'un processus industriel modernisé et optimisé peut réduire sa consommation d'énergie de 5 à 15% si des technologies de maintenance prédictive sont mises en œuvre et si l'usine est connectée.
Tous les processus de production continue, dans lesquels la production peut être arrêtée en cas de défaillance, considèrent la maintenance préventive comme un outil d'optimisation important.

Selon McKinsey What's new with the Internet of Things, de mai 2017 [3] , le secteur industriel est le premier poste d'impact économique pour le développement de l'IoT, avec un potentiel d'impact économique entre 1,2 et 3,5 milliards de dollars sur le secteur industriel.

De nombreux progrès dans la collecte des données vont permettre d'améliorer l'utilisation des données issues des capteurs. En effet, selon l'article Unlocking the potential of Internet of Thing [4] , la plupart des données IoT ne sont pas utilisées. Par exemple, sur une plate-forme pétrolière qui compte 30 000 capteurs, seul 1 % des données sont examinées. Ces informations sont principalement utilisées pour détecter et contrôler les anomalies, et non pour l'optimisation et la prédiction, ce qui serait plus utile.
Nous entrons donc dans une ère nouvelle, celle de l'industrie 4.0, qui désigne une nouvelle génération d'usines connectées et intelligentes.

Le terme "industrie 4.0" est apparu pour la première fois en 2011 lors du Forum mondial de l'industrie à Hanovre.
Avec la révolution numérique, les frontières entre le monde physique et le monde numérique s'estompent, donnant vie à une usine interconnectée dans laquelle les personnes, les machines et les produits interagissent.
Les différents systèmes de cette usine connectée communiquent sans arrêt entre eux afin de permettre une production plus sûre et plus flexible. De même, les différentes usines communiquent également entre elles dans le but de croître la productivité.
A noter toutefois, qu'en cas de capteurs défaillants, on observe une perte d'informations importante. Des entreprises se développent aujourd'hui pour répondre à ce besoin en proposant des outils d'administrations pallier à ce risque potentiel.

La question de l'empreinte CO2 du numérique est un question clé dans ce nouveau paradigme. Comment gérer ces stocks grandissants de données ? Comment refroidir et gérer de manière écologique les serveurs des géants de l'industrie de la donnée, afin de permettre de disposer d'une empreinte carbone la plus réduite et limitée possible ? Autant de questions qu'il est légitime et crucial de se poser dans ce contexte de changement majeur des outils et opportunités pour l'industrie et les services énergétiques. Une réponse par la frugalité numérique devra se mettre en place, constituant un marché prometteur en lui-même.

[1] Source : McKinsey 2017, How can we recognize the real power of the Internet of Things ?

[2] Source : Microsoft, Octobre 2020, IOT Signals

[3] McKinsey (mai 2017), What's new with the Internet of Things

[4] McKinsey (January 2015), Unlocking the potential of Internet of Thing

La filière biogaz, des perspectives de forte croissance pour la France et pour l'Europe

Adrien Zyngerman, Cécile Adnot (ECM 06), Clément Lefebvre — 2020-10-20T14:31:34Z

Cet article synthétise les principaux éléments suite au Webinaire sur la filière biogaz, qui a eu lieu le 9 septembre 2020.

Résumé
Le biogaz, obtenu par méthanisation ou digestion anaérobie, est composé essentiellement de méthane et de dioxyde de carbone. Il est appelé à jouer un rôle essentiel et croissant dans un mix énergétique diversifié. Que ce soit pour des usages thermiques, process, ou comme carburant Gaz Naturel Véhicule (GNV), des études récentes ont démontré sa pertinence pour décarboner des usages clefs de notre paysage énergétique. Au-delà de l'énergie, c'est l'activité agricole et l'agronomie, le dynamisme économique des territoires ruraux ou encore la gestion des déchets qui bénéficient du développement de cette filière multi-services. Selon l'AIE dans son Outlook for biogas and Prospects for organic growth datant de mars 2020, biogaz et biométhane pourraient d'ores et déjà permettre de couvrir environ 20% de la demande mondiale de gaz.

Principes de la méthanisation

• Collecte : Le biométhane est produit à partir de la dégradation de matières organiques, des déchets ménagers, agricoles, de déchets des industries agroalimentaires et des résidus de traitement des eaux usées.
• Méthanisation : Une fois collectés, les déchets sont transportés sur le site de traitement. Ils y sont stockés et transformés en biogaz dans les digesteurs. Le résidu solide et/ou liquide appelé digestat, est à son tour stocké pour en faire de l'engrais organique.
• Epuration : Etape où le biogaz est traité afin d'obtenir un gaz aux propriétés équivalentes à celles du gaz naturel, qu'on appelle biométhane.
• Injection : C'est à cette étape que le biométhane est odorisé et contrôlé. S'il est conforme aux spécifications du réseau, il y est alors injecté.
• Valorisation : Produit localement, le biométhane permet le développement du territoire et favorise l'émergence d'une économie circulaire. Utilisations : chauffage, cuisson, eau chaude, process, engrais (utilisation du digestat) et biocarburant.

La méthanisation en quelques chiffres

La production mondiale de biogaz provient principalement d'Europe et d'Asie, la part des Amériques augmentant progressivement (avec le développement du marché US et Canada).
La croissance de la production de biométhane depuis 2010 a stimulé le marché mondial du biogaz. La croissance du marché européen du biogaz est principalement due à l'essor de la production de biogaz à partir de matière agricole (cultures dédiées et déchets)

Figure 1 : production de biogaz par continent (2018). Source ENEA Consulting
Historiquement développée autour de la cogénération à partir de gaz de décharge et de petites unités agricoles, la filière biogaz est actuellement portée par le développement du biométhane avec des unités plus importantes, principalement dans l'UE

Figure 2 : Sources de biogaz dans l'UE (2000 - 2018). Source : ENEA Consulting

Externalités positives

Les services rendus sont complexes à évaluer économiquement ; la pertinence de la filière passe pourtant par la valorisation de ces bénéfices.
Etat 30 €/MWh
• Émissions de gaz à effet de serre évitées
• Coût évité pour le traitement de la pollution des nappes phréatiques
• Création d'emploi
• Bénéfices additionnels non monétisés :
o -10 à -30 % importation de NG (indépendance énergétique et balance commerciale)
o Dynamique de Transition Énergétique au sein des territoires et du monde agricole
o Création d'emploi en territoire rural
Consommateurs d'énergies (industriels, particuliers) 20 €/MWh
• Production d'une énergie non variable et stockable (pour un usage final chaleur, coût d'adaptation du réseau gaz pour le biométhane inférieur à celui de l'intégration des EnR variables sur le réseau électrique)
• Limitation de l'augmentation des coûts de distribution et de transport du gaz, grâce au maintien d'un certain volume de gaz en transit
Producteurs de biodéchets (IAA, collectivités) de 0 à 20 €/MWh
• Réduction des coûts de traitement des biodéchets
Agriculteurs, 5 €/MWh (nombreux bénéfices non monétisés)
• Diminution du recours aux engrais minéraux azotés
• Bénéfices additionnels non monétisés
o Diminution du recours aux autres intrants minéraux (phosphore, potassium, etc.)
o Impact positif des CIVE sur la culture principale
o Préservation de la biodiversité en lien avec le développement des CIVE (pollinisateur)
o Diversification des sources de revenus

ENEA Consulting illustre les innovations de la filière par plusieurs initiatives, répondre aux enjeux de demain :
• La collecte des biodéchets des professionnels et des ménages triés à la source à partir de 2023 (Axibio, Biotank, etc…).
• La valorisation des biodéchets des collectivités à petite échelle (Tryon, BioBeeBox, etc…).
• La « collecte du laitier » pour la production du biogaz non épuré auprès de petites unités au plus près du gisement (Sublime Energie).
• L'accès à l'énergie et le renforcement des performances de l'agriculture dans les pays en voie de développement (Atec* Biodigesters, Sistema.Bio, etc…)

Mécanismes de soutien actuels

Le Gestionnaire du registre des garanties d'origine (GO) - GrDF
• Créé une garantie d'origine sur demande du fournisseur de gaz naturel
• Détruit la garantie d'origine après la déclaration de vente ou d'utilisation de la GO auprès du fournisseur de gaz naturel
Producteur de biométhane :
• Produit puis vend du biométhane au tarif d'achat réglementaire (+éventuellement premium pour la GO) au fournisseur de gaz naturel
• Injecte le biométhane sur le réseau après contrôle du gestionnaire du réseau de gaz naturel
Fournisseur de gaz naturel
• Achète du biométhane à un producteur (prix de la GO inclus)
• Peut proposer des offres de gaz renouvelables à ses clients grâce à l'utilisation des GO.
• Verse 75% de la valorisation de la GO au Gérant du compte de compensation – Caisse des Dépôts (sauf usage de mobilité 0%)
Gestionnaire du réseau de gaz naturel - GrDF
• Achemine le biométhane jusqu'au consommateur final
Gérant du compte de compensation
• Verse une compensation au fournisseur (pour l'achat de biométhane au tarif de rachat, hors valeur de GO)

Evolutions réglementaires en cours
• Nouveaux tarifs d'achat (fin 2020 ?), mise en place d'un guichet ouvert sur les projets < 20 ou 25 GWh/an et appel d'offre pour les autres (baisse perspectives 2030 de 5 à 15% des niveaux de rémunérations), fin des tarifs pour ISDND et STEP
• Gestion des GO par l'Etat et mises aux enchères : entrée en vigueur en novembre 2021, mises aux enchères en 2023
• Fin d'exonération de TICGN ciblée pour les GO
• Transposition au plus tard en juillet 2021 de la directive européenne RED II, pour la mise en place d'un marché européen de la Garantie d'Origine
• Evolution du Système EU-ETS (quotas de CO2 sur les marchés) et de la prise en compte du biométhane dans ce dispositif

Perspectives à 2030

• La plupart des pays européens pourraient présenter un registre de GO biométhane, contribuant à un marché européen ouvert et intégré.
• 2 leaders de marché, l'outsider italien : La France et le Danemark devraient constituer les principaux exportateurs européens de GO biométhane. L'Italie constitue potentiellement un exportateur sérieux, grâce une forte stratégie de soutien à la mobilité.
• Des importateurs nets : La Pologne, la Suède, l'Autriche, la Suisse et la Belgique devraient présenter des demandes en biométhane supérieures aux offres nationales et donc recourir à l'importation de GO sur le marché européen en 2030.
• Des importateurs probables : L'Allemagne, déjà importatrice en2020, devrait continuer à recourir au marché européen, tout comme les Pays-Bas, L'Espagne ne devrait pas développer massivement sa production d'ici 2030 et pourrait recourir à l'importation pour décarboner ses usages gaz.
• Avec sa sortie de l'Europe, il est difficile de prévoir le positionnement du Royaume-Uni sur le futur marché européen de GO. Sans stratégie définie, la production pourrait être amenée à stagner alors que la demande devrait croitre pour accélérer la décarbonation du mix national.
Rapport de l'AIE “outlook for biogas and Biomethane“

Clément Lefebvre (X2012) Consultant énergie chez ENEA-Consulting, en particulier dans le secteur des Bioénergies
Adrien Zyngerman (UTC2013) Responsable de l'agence France Biométhane chez ENGIE Entreprises et Collectivités
Cécile Adnot (ECM2006) Vice-Présidente Centrale-Energies

Quels impacts de la crise sanitaire du COVID-19 sur le secteur de l'énergie en France ? - Flash 71

Cécile Adnot (ECM 06) — 2020-07-27T20:39:47Z

A l'écriture de cet article en juin 2020, la crise sanitaire liée à la maladie COVID-19 est toujours active en France, avec la perspective d'une potentielle « seconde vague » à l'automne 2020. A l'évidence, pour avoir une vision claire des impacts de la crise sanitaire sur le secteur de l'énergie et sur l'environnement, il faudra attendre plusieurs mois, voire plusieurs années. Pour l'écriture de cet article, le départ de la crise du COVID-19 en France est estimée à mars 2020, le confinement de la France ayant été mis en place du mardi 17 mars au lundi 11 mai.

Impact sur la consommation électrique en France
Selon la note de RTE Impact de la crise sanitaire COVID-19 sur le système électrique publiée en avril 2020, la consommation d'électricité en France est stable depuis plusieurs années, voire en légère baisse de façon structurelle. Les nouveaux usages de l'électricité, liés à la multiplication des appareils électroniques et à l'utilisation accrue du véhicule électrique sont en grande partie compensés par les progrès d'efficacité énergétique, comme par exemple dans l'électroménager.

Début mars 2020, à l'issue d'un hiver particulièrement doux, caractérisé par une consommation d'électricité faible par rapport aux hivers précédents, la consommation d'électricité quotidienne était prévue en déclin par RTE. La consommation a décru de façon significative et sans précédent, avec une consommation journalière d'électricité en forte baisse de l'ordre de -15% à -20% en moyenne. Cette forte réduction de la demande illustre l'arrêt brutal de l'activité économique et de la forte baisse de l'utilisation des transports en commun. La consommation d'électricité est alors équivalent à ce qui est observé habituellement un jour férié, avec effacement de la pointe matinale.

Seul le secteur résidentiel présente une augmentation de la consommation d'électricité, liée à la hausse des besoins de chauffage, des appareils de cuisson et des ordinateurs, due au recours massif du télétravail.

Source fig 1 et 2 : RTE (avril 2020), Impact de la crise sanitaire COVID-19 sur le système électrique

La part des énergies renouvelables a augmenté dans le mix énergétique, dans la mesure où ces sources de production électrique à partir de moyens de production à coût marginal nul ou faible sont favorisées, selon le principe du merit order. La part des énergies renouvelables dans le mix électrique a augmenté sur la période, avec un pic le 29 mars 2020 avec 46% du mix énergétique, contre une moyenne à 23% en 2019. RTE souligne que la variabilité de taux (de 28% à 46% en quelques heures) révèle les enjeux auxquels fait face le système électrique, en termes de variabilité et d'adaptation en temps réel.

Dans son étude L'impact de la Crise Sanitaire (COVID19) sur le fonctionnement du Système électrique, France Stratégie analyse l'impact de la crise sanitaire sur le marché spot d'électricité. Concernant la période de confinement, les prix de marché ont chuté drastiquement, d'environ 50-55 €/MWh en début d'année 2020 pour atteindre 20 €/MWh au début du confinement.

Source : France Stratégie, Impacts de la crise du Covid-19 sur le système électrique

Réduction brutale des déplacements
L'INSEE a publié une étude Conjoncture française : fin mai, les trajets matinaux n'atteignaient que 60% de leur volume habituel, apportant un éclairage sur le comportement des français par rapport aux transports dans la période de confinement. Les données s'appuient sur des estimations de mobilité des utilisateurs de téléphones mobiles réalisées par Orange Business Services France.
Les déplacements matinaux ont fortement chuté, se rapportant à des trajets du domicile vers le lieu de travail, avec une diminution à un quart du volume habituel durant la période du confinement, pour ne remonter qu'à 60 % de ce niveau fin mai. L'activité économique reprenant très progressivement sur la période avec un recours encore fort au télétravail.

Source : INSEE, Conjoncture Française, Fin mai, les trajets matinaux n'atteignaient que 60% de leur volume habituel

Impact environnemental du confinement en France
De façon mécanique, le confinement a créé une contraction de l'activité économique, sans impliquer l'arrêt de toutes les sources d'émissions de GES. Les secteurs du transport et de l'industrie représentant 47% des émissions de GES (source : Citepa, inventaire Secten, édition 2019), la baisse des émissions sur ces deux secteurs devrait avoir un effet positif sur les émissions de CO2 sur la période de confinement.
Dans son étude Les émissions de CO2 par secteur en France publiée le 18 mars, Sia Partners estime que les mesures mises en place durant le COVID-19 ont entraîné une réduction des émissions quotidiennes nationales de CO2 de 55%. L'étude présente l'estimation suivante : une période de confinement de 15 jours entraînerait une réduction des émissions nationales de seulement 2% sur l'année 2020, chiffre atteignant 7% pour un confinement étendu à 45 jours.
Dans le secteur de la production électrique, la majeure partie du parc de production électrique français étant à 93 % décarboné, l'impact sur les émissions de CO2 de ce secteur reste faible. RTE considère dans son étude "L'impact de la Crise Sanitaire (COVID19) sur le fonctionnement du Système électrique" qu'il n'y a pas eu d'impact significatif sur les émissions de CO2 en France.
A noter, que les faibles prix de l'électricité notamment ont entrainé une forte chute du prix marché des quotas d'émissions de CO2 (EU ETS) chutant d'environ 40 % depuis mars, passant de 25 €/t au début de l'année 2020 à 15 €/t environ mi-mars 2020.

Source : France Stratégie, Impacts de la crise du Covid-19 sur le système électrique

A plus long-terme, le ralentissement de l'activité économique due à la récession économique qui pourrait toucher la France à moyen ou à long-terme apporterait des effets de plus grande ampleur sur les secteurs industriel et tertiaire, et donc sur la demande énergétique. L'année 2021 devrait permettre aux analystes de disposer d'une vision plus claire sur les effets de cette crise sans précédent.

Sources :
• France Stratégie, Impacts de la crise du Covid-19 sur le système électrique
• RTE France, L'impact de la Crise Sanitaire (COVID19) sur le fonctionnement du Système électrique
• Sia partners, Les émissions de CO2 par secteur en France.
• INSEE, Conjoncture Française, Fin mai, les trajets matinaux n'atteignaient que 60% de leur volume habituel
• Inventaire Secten, édition 2019