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La transition énergétique
Cela fait longtemps que je me pose la question de savoir si une transition énergétique, telle qu'elle est propagée partout, est réellement possible. J'ai donc rassemblé diverses informations pour calculer la situation. De telles calculs ne sont pas très précis, car ils reposent souvent sur des moyennes ; en réalité, des calculs précis dépendent de valeurs individuelles exactes. Il est difficile d'obtenir des valeurs précises, non seulement parce qu'elles sont souvent cachées ou falsifiées, mais aussi parce que personne n'a encore vraiment réfléchi à ce sujet. Il existe bien sûr différentes techniques, chacune ayant ses propres valeurs et efficacités. Prenons par exemple une éolienne : dans mes calculs, je pars des éoliennes les plus récentes, d'une puissance d'environ 10 mégawatts. Il est tout à fait possible qu'il y ait dans dix ans des éoliennes d'une puissance de 15 mégawatts, qui nécessiteraient également d'autres espaces, et dans ce cas, les calculs devraient être refaits. Néanmoins, les calculs actuels montrent certaines limites et une direction claire, une direction vers une continuité sans égard pour les conséquences de cette action. Mais examinons de plus près les résultats de divers calculs :
En Allemagne, les voitures particulières consomment à elles seules environ 2 500 kWh d’électricité par véhicule et par an. Multiplié par les quelque 44 000 000 de voitures, cela représente une demande supplémentaire d’environ 110 TWh. Cela représente environ ~ 22 % de demande électrique supplémentaire, ou 11 nouvelles centrales électriques de 10 térawattheures chacune par an, produisant environ 1 gigawatt d’électricité, ou même environ 12 500 nouvelles éoliennes, si toutes les voitures étaient effectivement électriques demain. Cela nécessiterait environ 100 km² d’espace pour les éoliennes. Comme indiqué, cela ne concerne que les voitures particulières… Ne sont pas inclus dans le calcul les 3,8 millions de camions et les 2,5 millions de tracteurs routiers. Un camion consomme en moyenne 114 000 kWh par an, soit environ 706,8 TWh supplémentaires. C'est dommage, car cela nécessiterait environ 81 000 éoliennes supplémentaires, ce qui occuperait environ 648 km². La conversion des ménages privés du fioul, du charbon, des granulés de bois et du gaz naturel aux modes de chauffage électrique constituera un autre problème. La consommation énergétique des logements s'élève en moyenne à environ 17 644 kilowattheures par an et par ménage. Avec 41 millions de ménages privés, cela représente environ 723 TWh supplémentaires, ce qui nécessiterait environ 82 000 éoliennes supplémentaires, pour un espace requis d'environ 656 km². L'industrie allemande a consommé 911,11 TWh en 2023, soit environ 103 000 éoliennes supplémentaires, pour un espace requis d'environ 824 km². Il nous faudrait donc couvrir une consommation annuelle d'environ 2 450 TWh en électricité d'ici 2050, car nous souhaitons atteindre la neutralité climatique d'ici là . Nous pourrions certainement en fournir une partie grâce au photovoltaïque, mais même dans ce cas, les besoins en espace seraient considérables. Un kilomètre carré de photovoltaïque ne produit que 0,18 TWh par an. Pour couvrir la moitié de la demande, il faudrait une surface colossale de 6 800 km². Il faudrait également construire 245 centrales électriques conventionnelles d'une puissance de 1 gigawatt chacune. Une centrale à gaz de 1 GW, bâtiments d'exploitation compris, nécessite environ 2 à 3 km² d'espace ; les centrales à gaz nécessitent 530 millions de m³ d'eau par an ; les centrales à charbon n'ont besoin que de 0,5 à 1 km³ de surface, mais l'extraction du charbon nécessite 4 à 5 km² et consomme 1,54 milliard de m³ d'eau ; et les centrales nucléaires nécessitent 1,5 à 2 km² d'espace et 2,44 milliards de m³ d'eau. La construction de centrales à gaz à elle seule nécessiterait environ 500 km² d'espace et consommerait environ 130 milliards de m³ d'eau. Cela ne concernerait qu'un seul pays, l'Allemagne, un pays relativement petit.
Toutefois, cela n'inclut pas les centres de données et les expansions attendues liées à l'intelligence artificielle. Selon les prévisions, la consommation mondiale d'électricité des centres de données d'IA sera multipliée par onze entre 2023 et 2030, année de référence : elle passera de 50 milliards de kilowattheures à environ 550 milliards de kilowattheures. Avec les autres centres de données, cela signifie qu'environ 1 400 térawattheures d'électricité seront utilisés pour le traitement centralisé des données en 2030, ce qui correspond à environ 56 % de la demande énergétique totale de l'Allemagne. Ceci est associé à une augmentation des émissions de gaz à effet de serre des centres de données, de 212 millions de tonnes en 2023 à 355 millions de tonnes en 2030, malgré le développement attendu des énergies renouvelables pour la production d'électricité. Source : Öko-Institut
C'est pourquoi nous ne voulons pas aborder les différents projets de villes intelligentes ; je ne pense pas que cela se produira de toute façon, tout comme je ne pense pas qu'il y aura des fantasmes sur le captage du CO2.
La tendance est telle que la demande future d'électricité d'ici 2030 ne pourra être satisfaite par les « énergies renouvelables » tant vantées, qui ne représentent qu'environ 10 % du mix énergétique mondial. Des chiffres sont régulièrement présentés montrant que, pour la première fois en Allemagne, la part des énergies renouvelables dans la production d'énergie est supérieure (> 50 %) à celle des combustibles fossiles, et ce principalement en été. Cependant, il s'agit toujours de la demande actuelle, sans tenir compte de la conversion des véhicules, des ménages, du traitement des données et de l'industrie. D'ici 2030, l'UE vise 90 % d'énergie renouvelable et non 90 % de neutralité climatique, comme on pourrait le penser, car c'est impossible, et je pense que les responsables en sont conscients. Je ne pense pas non plus que la neutralité climatique d'ici 2050 soit possible.
De plus, tous ces équipements : éoliennes, photovoltaïques et les nombreux composants électroniques nécessaires à leur fonctionnement contiennent de grandes quantités de terres rares et de métaux critiques. Après 25 à 30 ans maximum, lorsque ces installations devront être remplacées, des milliards de tonnes de déchets et de ferraille seront produits dans le monde, actuellement irrécupérables.
De plus, des études démontrent déjà clairement que les terres rares et les métaux critiques ne suffisent pas à une telle transition énergétique mondiale via l'éolien et/ou le photovoltaïque. Seuls certains métaux sont disponibles en quantité suffisante, et l'absence de recyclage – il n'existe même pas d'infrastructure pour le flux initial de déchets – n'y change rien, car il faudrait d'abord approvisionner chaque pays en matériaux avant de pouvoir financer le renouvellement constant et nécessaire des installations à partir de matériaux recyclés.
Selon certaines études, la Chine produira la plus grande part de déchets photovoltaïques d'ici 2050, avec 13,5 millions de tonnes. Les États-Unis suivent avec 7,5 millions de tonnes, le Japon avec 6,5 millions de tonnes et l'Inde avec 4,5 millions de tonnes. L'Allemagne arrive en cinquième position et pourrait accumuler environ 4,4 millions de tonnes de modules photovoltaïques usagés d'ici 2050. La plus grande usine de recyclage de modules solaires d'Europe n'en recycle qu'environ 4 000 tonnes par an.
L'énergie utilisée pour la production et le recyclage est actuellement produite à 90 % à partir de combustibles fossiles. La logistique nécessaire repose encore presque exclusivement sur ces combustibles. L'ensemble du processus de recyclage cause initialement plus de dommages environnementaux que de bénéfices. Des métaux critiques tels que l'argent, l'indium, le cadmium, le plomb, le sélénium et l'étain (selon le type) ne sont toujours pas valorisables et continuent de finir dans des décharges de déchets dangereux. Le rendement d'un système photovoltaïque, contrairement à celui des éoliennes, n'est que de 15 à 22 % si l'on considère la complexité et la forte consommation d'énergie de son processus de production. Un module solaire fabriqué en Chine est produit à 90 % à partir de combustibles fossiles, puis livré en Europe par des navires transportant du fioul lourd. Sa durée de vie extrêmement courte (25 à 30 ans), sa production divisée par deux après seulement 15 ans et l'électronique complexe nécessaire à son fonctionnement (un onduleur, par exemple, ne dure que 15 ans) font chuter ce rendement à seulement 2 à 3 %. Il faut également tenir compte du recyclage insuffisant des matières premières utilisées et de l'énergie nécessaire à l'élimination et au stockage des déchets pendant des années.
Le bilan est encore plus désastreux pour les éoliennes. Celles-ci contiennent de grandes quantités de cuivre et de terres rares ; une éolienne peut contenir jusqu'à 25 tonnes de cuivre et jusqu'à 3 tonnes de terres rares. Une éolienne de taille moyenne, infrastructure comprise, nécessite jusqu'à 400 tonnes de cuivre et 45 tonnes de terres rares comme le praséodyme, le dysprosium, le terbium ou le néodyme. Une éolienne d'une capacité de dix mégawatts nécessite à elle seule 2 tonnes de néodyme. Outre le PRV, les pales de rotor les plus récentes contiennent également du balsa, ce qui signifie qu'une pale contient environ 50 arbres. Une éolienne entière nécessite donc environ 150 arbres. Le carter de la nacelle, le réducteur et le générateur sont fabriqués en aluminium ou en composants en aluminium, dont la quantité peut atteindre 350 tonnes par éolienne. Lorsqu'une éolienne tombe en panne, les bases sont généralement laissées dans le sol, car leur récupération serait trop coûteuse et elles contaminent les environs en se décomposant. Le béton des tubes ne convient que comme matériau de remplissage pour la construction routière. La nacelle, contenant les métaux précieux, est généralement déchiquetée. Le métal, grossièrement séparé, est vendu, généralement sous forme de métaux mélangés. Le néodyme issu des éoliennes est également quasiment impossible à réutiliser. Bien qu'il soit techniquement possible de le récupérer à partir de vieux produits, cette récupération est souvent peu rentable ou les procédés ne sont pas encore totalement au point.
Le principal problème concerne les pales. Les plastiques renforcés de fibres de verre (PRV) ne peuvent pas être mis en décharge car ils ne se décomposent pas. Ils ne peuvent pas non plus être brûlés car ils brûlent difficilement. Ils sont donc transformés en combustible de substitution par des convoyeurs à combustion, puis brûlés avec d'autres matériaux, ce qui réduit considérablement la valeur des éoliennes comme source d'énergie verte.
Les gaz d'échappement produits lors de ce processus doivent être épurés dans des systèmes extrêmement complexes. Il reste ensuite des poussières hautement toxiques et un liquide tout aussi toxique, qui doivent ensuite être éliminés dans des décharges de déchets dangereux.
Une seule éolienne de 7 mégawatts rejette environ 4 500 tonnes de CO2 dans l'atmosphère au cours de sa durée de vie, de sa production à son élimination finale. Ce CO2 y reste mille ans, économisant seulement environ 6 790 tonnes CO2.
Enfin, il faut parler des batteries. Des millions de tonnes de batteries sont nécessaires pour permettre une telle « transition énergétique », car l'énergie éolienne et solaire est extrêmement peu fiable sur terre et doit être stockée. Les batteries ne sont donc pas seulement nécessaires dans les véhicules, mais pratiquement partout où l'énergie électrique est produite. En 2050, un stockage de l'ordre du térawatt serait nécessaire, notamment d'octobre à mars, et bien plus que prévu, car la demande réelle n'a pas encore été correctement calculée. Je sais, grâce à certaines sources en ligne, que les capacités de stockage sont probablement d'environ 40 térawattheures, même si ce chiffre est certainement basé sur les besoins actuels, sans voitures, sans camions et sans conversion des ménages et de l'industrie. Cependant, si nous voulons réellement atteindre la neutralité climatique d'ici 2050, nous devons au moins satisfaire aux besoins annuels de 2 450 TWh calculés ci-dessus et être capables d'en stocker une très grande partie. Si nous voulons poursuivre une croissance économique exponentielle, comme le souhaite l'industrie, il faudra bien plus. Nous n'y parviendrons pas avec seulement 40 TWh. Comme je l'ai dit, je suppose au moins cinq fois plus, soit 200 TWh.
Et tout ce dont nous disposons jusqu'à présent pour résister aux périodes d'obscurité est un système de gestion énergétique intelligent qui allume les appareils lorsque l'électricité est bon marché. C'est particulièrement utile si vous prenez l'autoroute à 5 h du matin, mais que l'appareil n'a pas besoin de recharger votre voiture électrique avant 10 h, lorsque le soleil brille et que l'électricité est moins chère. C'est donc une bêtise absurde et inefficace. Rares sont ceux qui s'engagent dans ce genre de projet, et l'acquisition et le déploiement de tels systèmes sont une entreprise longue et complexe. Bien sûr, cela nécessite un stockage de plusieurs centaines de térawatts d'électricité.
On a du mal à imaginer la taille de la plus grande installation de stockage de batteries de Chine, avec une capacité de seulement 16 gigawattheures. Mais si ces batteries LFP étaient réparties entre les voitures électriques, elles ne suffiraient qu'à environ 250 000 véhicules. Or, cela nécessiterait une surface d'environ 8 km². Calculons maintenant rapidement l'espace nécessaire pour nos 200 TWh estimés, ce qui représenterait un volume imbattable de 100 000 km² – prenons l'exemple de l'Allemagne. Ces chiffres sont extrapolés à partir de la plus grande installation de stockage de batteries allemande à laquelle j'ai accès. Mais même avec des batteries de meilleure qualité et/ou empilées verticalement, l'espace requis serait tout simplement gigantesque.
Mes calculs ne sont pas forcément la vérité absolue ; la vérité dépend de nombreux facteurs, pour lesquels des données très précises, dont la plupart des soumissionnaires ne disposent même pas encore, sont nécessaires. Néanmoins, les problèmes fondamentaux sont visibles.
Les coûts d'un tel système de stockage sont également très élevés et dépendent de la technologie et de la taille. Pour le stockage industriel, les coûts se situent entre 400 et 700 euros par kWh stockable. Même avec d'autres types de conversion, comme l'hydrogène par exemple, des pertes surviennent et les coûts explosent. Les centrales de pompage-turbinage font état d'un besoin d'espace particulier, et là encore, les pertes sont considérables. Par ailleurs, les besoins en matériaux nécessaires à des milliers de parcs de batteries de ce type seraient quasiment impossibles à réaliser. Les batteries ont généralement une durée de vie d'environ 8 à 10 ans, soit 1 000 cycles de charge complets, après quoi elles doivent être remplacées ou recyclées. Cela représente trois à quatre cycles de remplacement par système ; L'effort serait considérable, ce qui expliquerait probablement la disparition du chômage, car tous seraient employés à la maintenance de ces systèmes et des parcs de batteries.
Il ne faut pas pour autant abandonner tous les efforts. Certains gouvernements se tournent de plus en plus vers les centrales à gaz, voire nucléaires, allant jusqu'à les qualifier de « sans émissions », alors que les déchets restent irradiants pendant quelques millions d'années et représentent également des émissions radioactives. Cela ne permettra d'atteindre aucun de nos objectifs, car si le monde entier passait au nucléaire, les réserves déjà limitées de matières nucléaires seraient rapidement épuisées, et nous ne pourrions pas atteindre nos objectifs climatiques avec le gaz.
Néanmoins, il est clair que les éoliennes et le photovoltaïque ne peuvent à eux seuls assurer la transition énergétique. Au mieux, ils pourraient couvrir une partie, voire la totalité, de la consommation actuelle – voitures, camions, ménages, commerces et industrie – et ils ne seraient même pas capables d'alimenter de nouveaux centres de données grâce à l'intelligence artificielle. L'espace serait insuffisant, les terres rares et les métaux critiques ne suffiraient pas à couvrir la demande mondiale, et pour garantir le remplacement des systèmes tous les 30 ans, il faudrait créer un gigantesque système de recyclage capable d'assurer un recyclage pratiquement sans pertes ; sinon, le projet échouerait dès le premier cycle de remplacement, faute de matériaux.
L'énergie de fusion pourrait permettre de contourner tous ces problèmes, mais la question de savoir si un réacteur fonctionnel verra le jour un jour le jour reste entière. Même le dernier réacteur, pourtant prometteur au départ, du NIF de 2009 est tombé en panne en 2024 et a fait l'objet de recherches minimales faute de perspectives d'avenir. La mission principale du NIF était de tester le comportement des matériaux dans des conditions similaires à celles rencontrées lors d'une explosion nucléaire (Document du Bundestag allemand 20/14352). Au lieu d'être achevé en 2025, ITER ne sera opérationnel qu'en 2034. Les premières véritables réactions de fusion utilisant les isotopes de l'hydrogène deutérium et tritium comme combustible seront également retardées et ne démarreront pas avant 2039. Mais même ce réacteur gigantesque ne produira jamais d'énergie. Il faudra encore au moins cent ans avant qu'un réacteur opérationnel puisse réellement être mis en service, si tant est qu'il le soit. L'énergie de fusion ne peut résoudre les problèmes climatiques actuels.
Une solution qui pourrait fonctionner
Le premier miroir parabolique fonctionnel, équipé d'un moteur Stirling et d'un générateur de tension, a été construit vers 1900. La technologie est bien connue, performante, suffisamment efficace et de conception très simple. Les systèmes de miroirs paraboliques fonctionnent avec des moteurs conventionnels ; aucun néodyme n'est requis. Le contrôle est extrêmement simple et peut être mis en œuvre à l'aide d'un seul ordinateur portable par champ. Ces systèmes sont extrêmement durables et, avec un entretien et des soins appropriés, peuvent fonctionner pendant plus de cent ans et sont ensuite recyclables à au moins 95 %.
Ces systèmes sont techniquement simples et peuvent être construits rapidement. Les temps d'installation dans les déserts sont très courts, généralement trois ans seulement, et les systèmes produisent de l'énergie dès le départ.
En standardisant les miroirs paraboliques dans le monde entier en trois ou quatre tailles différentes, ceux-ci ou leurs composants pourraient être fabriqués partout dans le monde et réparés et/ou entretenus par n'importe quel technicien, où qu'il soit, réduisant ainsi considérablement les coûts par rapport à la fabrication sur mesure.
Ces systèmes sont également techniquement simples et peuvent être construits rapidement. En répartissant des centrales adaptées à la production d'énergie dans les déserts du monde et en reliant toutes les centrales (éoliennes, hydrauliques, géothermiques et photovoltaïques) à un réseau énergétique international, il serait relativement facile d'assurer un approvisionnement énergétique 24 heures sur 24, 365 jours par an.
Le stockage d'énergie thermique est relativement facile dans les déserts, permettant aux centrales de continuer à fournir de l'énergie la nuit. Les grands systèmes de stockage par batteries seraient ainsi éliminés.
En combinant cela avec un réseau international d'eau alimenté par des usines de dessalement d'eau salée côtières, c'est-à -dire par les océans, il serait non seulement possible de reconstituer divers réservoirs d'eau souterraine épuisés, mais aussi de produire de l'hydrogène localement dans de plus petites centrales partout dans le monde et de le distribuer aux ménages via des réseaux locaux à basse pression. Les usines industrielles pourraient produire leur propre hydrogène selon leurs besoins.
Cela ne résoudrait probablement pas les problèmes actuels du réchauffement climatique, mais permettrait au moins de le stabiliser à un niveau élevé.
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