IEER | Énergie et Sécurité No. 39


Sans carbone et sans nucléaire
Une feuille de route pour la politique énergétique des États-Uni

Principales Conclusions de L’étude

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Conclusion 1 : L’objectif d’une économie zéro-CO2 est nécessaire pour limiter autant que possible les méfaits du changement climatique.

Selon le Groupe intergouvernemental d'experts pour l'étude du changement climatique, les émissions mondiales de CO2 devraient être réduites de 50 à 85 % par rapport à leur niveau de 2000 de façon à limiter l’élévation de la température mondiale à 2-2,4 degrés par rapport à l’époque pré-industrielle. Une réduction de 80 % de l’ensemble des émissions américaines de CO2 d’ici 2050 serait parfaitement insuffisante pour parvenir à ce but puisque les émissions américaines seraient encore de 2,8 tonnes par personne.

Une norme mondiale des émissions à cette hauteur maintiendrait les émissions de CO2 dans le monde à un niveau presque aussi élevé qu’en l’an 2000.3 En revanche, une norme mondiale des émissions approximativement égale par personne en 2050, créée conjointement à une réduction mondiale de 50 pour cent des émissions, se traduirait par une réduction d’environ 88 % des émissions américaines. Une réduction de 85 % des émissions mondiales de CO2 correspond à une réduction de 96 % pour les États-Unis. Une allocation des émissions sur la base de l’historique des contributions cumulées serait encore plus stricte.

Un objectif zéro-CO2 pour les États-Unis, défini comme étant faiblement supérieur ou inférieur à zéro par rapport à 2000, est à la fois nécessaire et prudent pour la protection du climat mondial. Il est aussi atteignable à un coût raisonnable.

Conclusion 2 : Un plafond strict sur les émissions de CO2 (c’est-à-dire une limite fixe des émissions qui baisse d’année en année jusqu’à atteindre zéro) offrirait aux gros utilisateurs de combustibles fossiles une méthode souple pour éliminer les émissions de CO2. Toutefois, des quotas d’émissions gratuits, des mécanismes de compensation qui autorisent des émissions grâce à des réductions réalisées par des tierces parties4, ou un système international d’échanges de quotas, notamment avec des pays en développement qui ne sont pas soumis à des plafonds de CO2, affaibliraient le système et iraient à l’encontre de sa finalité. Une limite physique basée sur des mesures, avec une mise en œuvre adaptée, doit être mise en place.

Un plafond fixe sur les émissions de CO2 est recommandé pour les plus gros utilisateurs de combustibles fossiles, définis par une utilisation annuelle de 100 milliards d’unités thermiques britanniques (Btu) ou plus, ce qui correspond à la l’énergie livrée à environ 1 000 ménages. À ce niveau, les utilisateurs disposent des moyens financiers nécessaires pour suivre le marché, effectuer des achats et des ventes, et évaluer le moment où il est plus intéressant d’investir dans des technologies de réduction du CO2 ou d’acheter des crédits. Ceci permettrait de couvrir environ les deux tiers de la consommation en combustibles fossiles. Les véhicules particuliers, l’utilisation de gaz et de fuel pour le chauffage dans le secteur résidentiel et du petit tertiaire, et d’autres utilisations similaires à petite échelle, ne seraient pas soumis à ce plafond.

Dans ces domaines, la transition serait assurée par des normes d’efficacité énergétique, des normes sur les émissions de gaz d’échappement, et d’autres définies et mises en œuvre par les autorités fédérales, étatiques et locales. Cette étude n’envisage pas de taxes, sauf peut-être pour des véhicules neufs dont les performances énergétiques seraient très inférieures à la moyenne ou aux normes d’émissions. Le plafond fixe baisserait chaque année et passerait à zéro avant 2060.

Une accélération du rythme serait possible, en fonction de l’évolution de la technologie et des impacts sur le climat.

La vente de ces quotas d’émissions permettrait au gouvernement de faire rentrer annuellement des recettes de l’ordre de 30 à 50 milliards de dollars pendant la plus grande partie de la période, dans la mesure où le prix des quotas d’émissions de CO2 aurait tendance à augmenter au fur et à mesure de la baisse de l’offre.

Ces recettes seraient utilisées pour faciliter la transition à tous les niveaux (local, étatique et fédéral) ainsi que pour des projets de démonstration et la recherche et développement.

Conclusion 3 : Un secteur électrique américain fiable, sans émissions de CO2, peut être atteint sans recours à l’énergie nucléaire ou aux combustibles fossiles.

Les États-Unis disposent en termes d’énergies renouvelables d’un vaste potentiel pratiquement inexploité. Les ressources éoliennes disponibles dans 12 États du Middle West et des Rocheuses sont équivalentes à 2,5 fois la production électrique totale des États-Unis.

Le Dakota du Nord, le Texas, le Kansas, le Dakota du Sud, le Montana et le Nebraska disposent chacun d’un potentiel éolien supérieur à l’électricité produite par l’ensemble des 103 centrales nucléaires américaines.

Avec seulement un pour cent de la superficie des États-Unis, les ressources en énergie solaire seraient environ trois fois supérieures à celles de l’énergie éolienne, si la production était concentrée dans les zones à très fort ensoleillement dans le Sud-Ouest et l’Ouest.

Aux États-Unis, les parcs de stationnements et les toits des bâtiments à eux seuls pourraient fournir la plus grande partie de l’approvisionnement électrique du pays. Ceci a également l’avantage d’éviter de recourir à un développement des lignes de transport d’électricité, même si un certain renforcement de l’infrastructure de distribution peut s’avérer nécessaire. Un premier pas a été fait. La Marine américaine possède une installation de 750 kW dans l’un de ses parkings à San Diego qui offre des places ombragées pour plus de 400 véhicules, avec beaucoup d’espace libre en réserve pour un développement de la production électrique.

Figure 1 : Installation solaire photovoltaïque de 750 kW sur un parking de la Marine américaine près de San Diego

Avec l’aimable autorisation de PowerLight Corporation

L’énergie éolienne est d’ores et déjà plus économique que l’énergie nucléaire. Au cours des deux dernières années, le coût des cellules photovoltaïques a baissé jusqu’au point où des installations de taille moyenne, comme celle qui apparaît sur la photo de couverture, sont rentables dans les zones ensoleillées dans la mesure où elles fournissent de l’électricité essentiellement pendant les heures de pointe.

Le principal problème avec l’énergie éolienne et l’énergie solaire est leur caractère intermittent. Il peut être réduit par une intégration de l’énergie éolienne et de l’énergie solaire au niveau du réseau ; l’énergie éolienne est, par exemple, plus abondante la nuit. La diversité géographique réduit aussi l’intermittence de chaque source et la combinaison des deux. L’intégration dans le réseau de ces deux sources jusqu’à environ 15 pour cent de la production totale (pratiquement la contribution de l’électricité nucléaire aujourd’hui) peut être faite sans coût important ou difficulté technique majeure avec la technologie disponible, sous réserve de prendre les mesures d’optimisation adaptées.

Le solaire et l’éolien devraient également être associés à l’hydraulique, cette dernière étant utilisée quand la production éolienne est faible ou nulle. Ceci existe déjà dans le Nord-Ouest. Les conflits avec les apports d’eau nécessaires à la gestion de la faune piscicole peuvent être résolus en combinant ces trois sources avec une capacité de réserve au gaz naturel. Le coût élevé du gaz naturel en fait un choix rentable pour une utilisation dans des centrales à cycle combiné comme capacité de réserve et réserve tournante pour l’éolien plutôt que pour une production en base ou demi-base. En d’autres termes, étant donné le prix élevé du gaz naturel, la mise en veille de ces centrales pendant une partie du temps peut être économique et elles peuvent venir en complément de l’éolien. L’air comprimé peut aussi être utilisé pour le stockage de l’énergie en combinaison avec ces différentes sources. Aucune nouvelle technologie n’est nécessaire pour ces méthodes de production ou de stockage.

La production électrique en base peut être fournie par des centrales géothermiques et à biomasse. La demi-base en soirée peut être assurée par des centrales thermiques solaires qui disposent d’une capacité intégrée de stockage thermique de quelques heures.

Finalement, de nouvelles batteries peuvent alimenter des véhicules hybrides plug-in et des véhicules électriques appartenant à des flottes ou garés dans de grands parkings pour assurer un stockage relativement bon marché. Des batteries au lithium-ion basées sur la nanotechnologie, dont Altairnano a commencé la production, peuvent être déchargées complètement un nombre de fois bien supérieur à celui qui est nécessaire à un véhicule au cours de sa durée de vie (10 000 à 15 000 fois à comparer à environ 2 000 fois).

Dans la mesure où les performances de la batterie excèdent largement les nombres de cycles de charge et décharge nécessaires au véhicule lui-même, les batteries de véhicule pourraient devenir une source très bon marché de stockage d’électricité qui peut être utilisée dans un système véhicule à réseau (vehicle-to-grid – V2G). Dans un tel système, des voitures garées seraient raccordées au réseau, et chargées et déchargées en fonction de l’état des besoins du réseau et de la charge de la batterie du véhicule. Les technologies de communication permettant de réaliser ce système avec des câbles ou des dispositifs sans fil sont déjà parvenues à une phase commerciale. Une petite fraction du nombre total des véhicules routiers (quelques pour cent) pourrait assurer une capacité de réserve suffisante pour stabiliser un réseau électrique bien conçu basé sur des sources d’énergie renouvelable (y compris biomasse et géothermie).

La figure 2 ci-dessous montre une configuration possible du réseau électrique. Une importante capacité de réserve devient disponible. Ceci permet à une combinaison d’électricité éolienne et solaire de fournir la moitié ou plus de l’électricité sans nuire à sa fiabilité. La plus grosse partie de la capacité de réserve serait assurée par un stockage stationnaire et/ou du V2G, et par des centrales à cycle combiné dont le combustible est issu de la biomasse. Un stockage thermique lié à des centrales thermiques solaires offrirait un stockage supplémentaire. L’utilisation de l’énergie hydraulique serait optimisée en fonction des autres sources de stockage et de réserve. L’énergie éolienne peut aussi être complétée par un stockage d’air comprimé, ce dernier étant utilisé pour réduire la consommation de méthane dans des centrales à cycle combiné.

Figure 2 : Une configuration future possible pour un réseau électrique américain, sans charbon ou énergie nucléaire, en 2050

Avec une combinaison de technologies judicieuses, il est probable que même l’utilisation du charbon pourra être éliminée, ainsi que celle de l’électricité nucléaire. Toutefois, nous sommes conscients du fait que les technologies particulières qui sont à la pointe du progrès aujourd’hui ne se développent pas comme prévu actuellement. Il paraît donc prudent d’avoir une stratégie de repli. Le dioxyde de carbone des centrales à charbon peut être capturé à un coût modéré si ces centrales fonctionnent avec une technologie appelée cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI). La capture et séquestration du carbone peuvent aussi être nécessaire pour retirer le CO2 de l’atmosphère à l’aide de la biomasse, si cela s’avérait nécessaire.5

Les tableaux 1 et 2 donnent des informations détaillées et une estimation des échéances technologiques, ainsi que quelques remarques sur les coûts pour les composantes essentielles du scénario de référence de l’IEER. Le scénario de référence de l’IEER donne une description des combinaisons globales de technologies et de mesures politiques qui permettraient de parvenir à une économie zéro-CO2 sans aucun combustible fossile ni énergie nucléaire d’ici 2050. Nous recommandons une interdiction des nouvelles centrales à charbon sans capture du carbone parce que la construction de nouvelles centrales à ce stade induirait des pressions en faveur de l’augmentation des quotas d’émissions de CO2 et/ou des coûts supérieurs pour la capture du CO2 ultérieurement.

Tableau 1 : Feuille de route technologique jusqu’en 2025 – Technologies de production et de stockage

Technologie État d’avancement Déployable pour une utilisation à grande échelle Prochaines étapes Coût de la réduction des émissions de carbones ; obstacles; commentaires
Solaire photovoltaïque – taille moyenne Stade pratiquement commercial avec la tarification horo-saisonnière 2010 à 2015 Commandes du secteur industriel et du gouvernement ; tarification horo-saisonnière 10 à 30 $ la tonne ; pas de stockage ; absence de grandes usines de fabrication de panneaux PV (~1 GW/an/installation) ; un certain développement des techniques de fabrication est nécessaire.
Solaire photovoltaïque – grande installation Presque au stade commercial 2015 à 2020 Démonstration à grande échelle avec une infrastructure de transport ~5 000 MW vers 2015-2020 20 à 50 $ la tonne ; pas de stockage ; une infrastructure de transport peut être nécessaire dans certains cas.
Centrales solaires thermiques à concentration Presque au stade commercial ; nécessité d’une démonstration du stockage 2015 à 2020 ~3 000 à 5 000 MW sont nécessaires pour stimuler la demande et faire la démonstration d’un stockage de 12 heures, d’ici 2020 20 à 30 $ la tonne dans le Sud-Ouest. La faiblesse de la demande est le principal problème.
Capture du CO2 par des micro-algues et production de combustible liquide Technologie développée, installations pilotes en cours de construction 2015 Démonstrations à grande échelle — 1 000 à 2 000 MW d’ici 2012 ; stockage du CO2 pendant la nuit et installations pilotes de capture du CO2 pendant la journée, d’ici 2012. Mise en œuvre à grande échelle par la suite. Installations de démonstration pour la production de combustible liquide : 2008–2015 Prix nuls à négatifs pour des prix du pétrole au-dessus de 30 $ la tonne environ pour la capture en journée ; la capture pendant la nuit reste à être définie. Potentiel de combustible liquide : 48 à 95 000 litres l’hectare (à comparer à 6 200 litres pour l’huile de palme).
Énergie éolienne : à grande échelle, à terre Stade commercial Déjà utilisée Les problèmes liés aux infrastructures et aux règles de transport doivent être résolus ; optimisation du fonctionnement avec des centrales hydrauliques ou à cycle combiné au gaz naturel Entre négatif et 46 $ la tonne pour un fonctionnement avec une capacité de réserve à cycle combiné. Les zones très ventées ne sont pas proches des populations. Nécessité de développer les infrastructures de transport.
Solaire photovoltaïque – stockage intermédiaire Les batteries perfectionnées et les supercondensateurs sont encore très coûteux ~2020 Démonstration d’un système véhicule-à-réseau (V2G) à l’aide d’un stockage fixe (supercondensateurs et batteries à nanotechnologie lithium-ion) – plusieurs installations sur parking ~1 MW Une réduction par cinq du coût des supercondensateurs et des batteries au lithium-ion est nécessaire. Principaux problèmes : absence de fabrication à grande échelle et nécessité d’un certain développement de la technologie de fabrication.
Solaire photovoltaïque – à moyenne échelle avec système véhicule-à-réseau Encore au stade de projet. Composantes technologiques disponibles. Nécessité d’une intégration ~2020 à 2025 D’ici 2015, plusieurs réalisations de démonstration de la technologie V2G de 5 000 à 10 000 véhicules La technologie V2G pourrait réduire le coût du stockage de l’électricité PV de plusieurs cents à peut-être un cent par kWh.
Centrale à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI) à biomasse Stade de la première démonstration ~2020 Installations pilotes et de taille moyenne (de quelques MW à 100 MW) avec différents types de biomasse (micro-algues, plantes aquatiques), 2015 à 2020 Production en base
Biomasse aquatique à taux élevé de capture de l’énergie solaire Expérience essentiellement dans le contexte du traitement des eaux usées ; quelques données sur des installations de laboratoire et pilote ~2020 2010 à 2015 évaluations en installations pilotes de la production de combustible liquide et de méthane avec et sans connexion avec le traitement des eaux usées Peut être comparable à la production de biocombustibles par les micro-algues. 125 à 250 tonnes à l’hectare.
Géothermie roches chaudes Concept démontré, le développement de la technologie reste à faire 2025 ? Constructions d’installations pilotes et de démonstration : période 2015–2020 Production en base
Énergie des vagues Concepts démontrés 2020 à 2025 ? Installations pilotes et de démonstration nécessaires Production en base possible
Hydrogène photolytique Développement en laboratoire Inconnu – peut-être 2020 ou 2025 Augmentation significative du financement de la R&D, avec pour objectif des installations pilotes en 2015 Possibilité de taux élevé de capture de l’énergie solaire Pourrait jouer un rôle clé pour surmonter les difficultés liées à l’emprise foncière importante de la plupart des biocombustibles.
Hydrogène photo-électrochimique Concept démontré, le développement de la technologie reste à faire Peut-être 2020 ou 2025 Augmentation significative du financement de la R&D, avec pour objectif des installations pilotes en 2015 Taux élevé de capture de l’énergie solaire Pourrait jouer un rôle clé pour surmonter les problèmes posés par les biocombustibles agricoles (notamment les résidus de cultures).
Batteries avancées Batteries au lithium-ion à nanotechnologie ; début du stade commercial avec subventions 2015 Certification indépendante de la sécurité (2007?) ; usines de fabrication de grande taille Fabrication à grande échelle pour réduire les coûts. Pourrait jouer un rôle clé dans l’obtention d’une technologie V2G à bas coût.
Séquestration du carbone Technologie démontrée dans un autre contexte que les centrales électriques Inconnu. Peut-être 15 ou 20 ans Essais d’étanchéité à long terme. Projet de démonstration ~2015 à 2020 Pour une utilisation avec de la biomasse, plus une capacité de réserve, si du charbon est nécessaire.
Supercondensateurs Stade commercial dans certaines applications mais pas pour un stockage d’énergie à grande échelle 2015 à 2020 ? Essai de démonstration avec du solaire photovoltaïque à moyenne échelle. Démonstration avec des véhicules hybrides plug-in en complément du fonctionnement sur batterie pour une alimentation stop-and-start Complète et teste la technologie V2G. Une réduction des quatre cinquièmes est nécessaire pour arriver à un prix d’environ ~50 $/tonne de CO2. Prix de CO2 inférieur avec une tarification horo-saisonnière.
Nanocondensateurs Essais en laboratoire des concepts Inconnu. Finir le travail de laboratoire et démontrer la méthode Offre la possibilité de réduire les coûts du stockage stationnaire de l’électricité et d’amener la technologie des supercondensateurs à l’étape suivante.
Production d’hydrogène électrolytique Technologie démontrée Dépend d’améliorations de l’efficacité et du développement des infrastructures Nécessité d’une installation de démonstration avec des véhicules à hydrogène comprimé ~2015 à 2020 Peut-être utilisé conjointement avec de l’énergie éolienne hors pointe

 

Tableau 2 : Feuille de route technologique jusqu’en 2025 – Technologies de gestion de la demande

Technologie État d’avancement Déployable pour une utilisation à grande échelle Prochaines étapes Prix CO2 ; obstacles ; commentaires
Véhicules de transport de passagers économes à essence et diesel Commercial jusqu’à ~5 litres au 100 km ou moins En cours d’utilisation Nécessité de normes d’efficacité L’efficacité dépend du véhicule. Peut être très supérieure.
Véhicules hybrides plug-in

La technologie a été démontrée

 

2010

Normes d’efficacité énergétique, commandes de véhicules par les gouvernements et les entreprises

Il est nécessaire d’avoir une fabrication des batteries à grande échelle pour réduire le coût des batteries lithium-ion d’un facteur cinq environ.

Voitures électrique Technologie démontrée pour une autonomie d’environ 300 km ; faible volume de production commerciale en 2007 (voitures de sport et camionnettes) 2015 à 2020 Essais de sécurité, infrastructure de recyclage pour les matériaux des batteries, commandes à grande échelle, démonstration solaire photovoltaïque-V2G Un des éléments clés pour réduire le recours aux biocombustibles et augmenter les composantes solaire et éolienne.
Véhicule à moteur à combustion interne à hydrogène Technologie démontrée Dépend du développement des infrastructures Développement et essais de véhicules 10 000 psi (700 bar). Projet de démonstration.  
Biocarburants pour l’aviation Différents carburants en cours d’essais 2020 ? Développement des carburants, essais de sûreté, tests des émissions  
Carburant hydrogène aviation La technologie a été démontrée 2030 ? Conception de l’avion, essais de sûreté, démonstration des infrastructures En association avec la production d’hydrogène solaire, pourrait réduire le recours aux biocarburants liquides.
Conception des bâtiments Stade commercial, bien connu Déjà utilisée Normes de construction, diffusion des connaissances, suppression du hiatus économique entre les promoteurs et les utilisateurs des bâtiments La consommation énergétique des bâtiments résidentiels et commerciaux par mètre carré peut être réduite de 60 à 80 % avec des technologies existantes et des méthodes connues. Prix du CO2, de négatif à 50 $ la tonne.
Pompes à chaleur géothermiques Stade commercial Déjà utilisées Des normes de construction qui spécifient les performances permettront d'accroître son utilisation Convient dans de nombreuses régions ; surtout pour les nouvelles constructions.
Cogénération chaleur et électricité (CHP), bâtiments commerciaux et industries Stade commercial Déjà utilisée Des normes de performance sur les constructions et un plafond CO2 permettront d’en développer l’utilisation Prix du CO2 négatif à <30 $ la tonne dans de nombreuses situation
Microgénération Semi-commerciale Déjà utilisée Des normes de performance sur les constructions permettront d’en développer l’utilisation  
Lampes fluorescentes compactes (LFC) Stade commercial Déjà utilisées Nécessité de réglementations sur les appareils ménagers et les bâtiments Prix de CO2 négatif. Une solution doit être trouvée à l’impact du mercure lors de l’élimination.
Éclairage hybride solaire à fibre optique et LFC . Technologie démontrée ; test bêta en cours de réalisation dans des établissements commerciaux 2012 à 2015 ? Commandes du secteur public et commercial Les concentrateurs solaires concentrent la lumière à l’intérieur ; fonctionnent avec des CFL. Nécessité de diviser le coût par cinq
Secteur industriel : exemples d’approches technologiques et de gestion : alternatives à la distillation, gestion de circuit vapeur, cogénération, nouveaux matériaux, amélioration de la proportion de la production « bonne du premier coup » (first pass) Développement continu des procédés Divers Un plafond ferme pour le CO2 avec des baisses annuelles assurées et sans quotas gratuits aboutira à une augmentation de l’efficacité énergétique. Variable. De négatif jusqu’à peut-être 50 $ par tonne, éventuellement plus dans certains cas. Il existe un important potentiel d’augmentations économiques de l’efficacité énergétique aux coûts actuels, dans la mesure où les coûts de l’énergie ont monté brusquement. Des réductions réussies de la consommation énergétique montrent que le coût global sera modeste, avec une éventuelle réduction dans le coût net des services énergétiques.

Une élimination complète du CO2 pourrait intervenir dès 2040. L’élimination de l’énergie nucléaire pourrait aussi intervenir dans ce délai. L’élimination rapide des émissions de CO2 et de l’énergie nucléaire dépend des avancées technologiques, par exemple en ce qui concerne l’efficacité de la production solaire d’hydrogène. Si d’importants obstacles existent dans les hypothèses technologiques, par exemple si le système V2G ne peut être mis en place dans les délais envisagés ici (à grande échelle d’ici 15 à 20 ans), alors il peut être nécessaire de recourir à des technologies telles que la co-combustion du gaz naturel avec de la biomasse (ou même d’un peu de charbon avec de la biomasse) accompagnée d’une séquestration du CO2. Dans ce cas, une économie zéro-CO2 pourrait être retardée jusqu’à environ 2060.

La figure 3 montre l’énergie fournie pour les utilisations finales dans le scénario de référence de l’IEER (les pertes de la production électrique et de la production des biocombustibles ne sont pas prises en compte), ce qui indique les grandes lignes de la montée en puissance des nouveaux combustibles et la disparition des combustibles fossiles et de l’énergie nucléaire. Elle fait également apparaître le rôle de l’efficacité énergétique par rapport à un scénario tendanciel. Le scénario de référence envisage une économie zéro-CO2 et sans nucléaire d’ici 2050.

Figure 3 : Energie fournie : Scenario IEER de référence

La figure 4 indique la structure correspondante pour la production d’électricité. Les faibles baisses suivies d’augmentations traduisent l’essor plus rapide de l’efficacité que laisse prévoir l’introduction à grande échelle des véhicules électriques.

Figure 4 : Électricité fournie : Scenario IEER de référence

Conclusion 4 : L’utilisation de l’énergie nucléaire entraîne des risques de prolifération nucléaire, de terrorisme et d’accidents graves.

Elle exacerbe le problème des déchets nucléaires et perpétue au niveau du système énergétique des vulnérabilités et des insécurités qui sont évitables.

La technologie nucléaire industrielle est actuellement préconisée, notamment par le gouvernement américain, comme une manière de réduire les émissions de CO2. Avec la Russie, les États-Unis mettent en avant un dispositif visant à limiter l’enrichissement de l’uranium et la séparation du plutonium (retraitement) à des fins civiles aux pays qui en disposent déjà. (Il s’agit des deux procédés permettant de produire des matières nucléaires utilisables pour la fabrication d’armes atomiques.) Il s’agit d’une tentative transparente visant à modifier le Traité de non-prolifération nucléaire (TNP) sans avoir à passer par le processus de travail avec les signataires pour l’amender.

Cette initiative va affaiblir ce traité qui donne aux parties non nucléaires un « droit inaliénable » à la technologie nucléaire civile. Il est de toutes façons bien peu probable que les États non détenteurs d’armes nucléaires soient d’accord avec les restrictions proposées.

Il n’est pas difficile de discerner que l’intérêt croissant pour l’énergie nucléaire constitue au moins partiellement une stratégie visant à acquérir une capacité nucléaire militaire. Ainsi, le Conseil de coopération du Golfe (Bahreïn, Koweït, Oman, Quatar, Arabie saoudite et Émirats arabes unis), faisant allusion à l’Iran et Israël, a déclaré qu’il allait ouvertement acquérir la technologie nucléaire civile.

La presse rapporte qu’en faisant cette annonce, le ministre des Affaires étrangères saoudien, le Prince Saud Al-Faisal, a précisé : « Ce n’est pas une menace […] Nous le faisons ouvertement. » Il a également qualifié le réacteur nucléaire d’Israël, utilisé pour produire le plutonium de son arsenal nucléaire, de « péché originel ». Dans le même temps, il a appelé la région à être une zone sans nucléaire.6

L’intérêt pour le retraitement civil pourrait se développer du fait des politiques du gouvernement américain. Les problèmes du retraitement sont déjà décourageants. Par exemple, la Corée du Nord a utilisé une centrale nucléaire civile et une usine de retraitement pour obtenir le plutonium nécessaire à son arsenal nucléaire.

Outre les États dotés d’armes nucléaires, environ une trentaine de pays, dont l’Iran, le Japon, le Brésil, l’Argentine, l’Égypte, Taïwan, la Corée du Sud et la Turquie, possèdent la capacité technologique de fabriquer des armes nucléaires. Il est crucial que les États-Unis prêchent par l’exemple et parviennent aux nécessaires réductions des émissions de CO2 sans recourir à l’énergie nucléaire. Un recours accru à l’énergie nucléaire transformerait le difficile problème de la prolifération nucléaire aujourd’hui en un casse-tête pratiquement insoluble.

Le nombre actuel des centrales et des infrastructures nucléaires a déjà créé des tensions entre la non-prolifération et les droits d’acquérir la technologie nucléaire dont disposent les pays dans le cadre du TNP. Augmenter leur nombre exigerait d’autres usines d’enrichissement de l’uranium, alors qu’une seule de ces installations en Iran a généré des tensions politico-militaires au niveau mondial jusqu’au point où cela représente un facteur majeur dans les fluctuations des cours du marché spot du brut. De plus, il existe des risques de terrorisme, dans la mesure où les centrales sont des cibles annoncées par les terroristes. Il semble par conséquent difficile de préconiser une augmentation du nombre des cibles.

Aucune solution n’a jusqu’ici été trouvée au problème des déchets nucléaires. Augmenter le nombre des centrales nucléaires ne ferait qu’aggraver le problème. Aux États-Unis, cela obligerait probablement à créer un second site de stockage, voire un troisième, alors que le premier, à Yucca Mountain au Nevada, connaît de sérieuses difficultés. Jusqu’à présent, aucun pays n’a été capable de résoudre les graves problèmes à long terme, au niveau de l’environnement, de la santé et de la sûreté, associés à l’évacuation du combustible usé ou des déchets de haute activité, même si les évaluations officielles du risque de dommages résultant de l’exposition à la radioactivité continuent de croitre.7

Finalement, depuis le début des années 1980, les milieux financiers ont été, et restent, sceptiques vis-à-vis de l’énergie nucléaire du fait des coûts et des risques associés. C’est pourquoi, plus d’un demi-siècle après que le président de la Commission américaine de l'énergie atomique de l’époque, Lewis Strauss, a proclamé que l’énergie nucléaire serait « trop bon marché pour être comptabilisée », l’industrie continue de se tourner vers le gouvernement pour obtenir des garanties de prêts et autres subventions. La situation n’est pas meilleure du côté des assurances. L’assurance très limitée qui existe est très loin des estimations officielles des dommages qui résulteraient des accidents les plus graves ; elle est presque totalement financée par le gouvernement.

Conclusion 5 : L’utilisation de technologies et d’architectures à haut rendement énergétique, généralement disponibles aujourd’hui, peut grandement faciliter la transition vers une économie zéro-CO2 et réduire son coût. Une augmentation annuelle de deux pour cent de l’efficacité par unité de produit national brut, par rapport aux tendances récentes, entraînerait une baisse d’un pour cent de la consommation énergétique, tout en assurant une croissance annuelle de trois pour cent du PIB. C’est tout à fait à la portée des performances technologiques disponibles.

Avant la première crise de l’énergie en 1973, on estimait généralement que la croissance de la consommation énergétique et la croissance économique exprimée par le produit intérieur brut (PIB), suivaient la même courbe. Mais peu après, le paysage énergétique américain a radicalement changé et, pendant une décennie, on est parvenu à une croissance économique sans croissance de l’énergie.

Depuis le milieu des années 1990, le rythme de la croissance énergétique a été inférieur d’environ deux pour cent à celui de la progression du PIB, malgré l’absence de politiques nationales visant à augmenter l’efficacité énergétique. Par exemple, avec les techniques actuelles, on peut construire des locaux résidentiels et commerciaux qui consomment entre un tiers et un dixième de la consommation énergétique moyenne actuelle par mètre carré( aujourd’hui). On peut remarquer, également, que la consommation énergétique industrielle des États-Unis est restée à peu près la même depuis le milieu des années 1970 même si la production a augmenté.

Nos recherches révèlent que la consommation énergétique finale annuelle (c’est-à-dire, en excluant les pertes d’énergie lors de la production d’électricité et de biocombustibles) peut être réduite d’environ un pour cent par an tout en maintenant la croissance économique prévue dans les projections officielles sur l’énergie.

Conclusion 6 : Les biocombustibles, dans leur acception la plus large, peuvent jouer un rôle crucial dans la transition vers une économie zéro-CO2, sans effets secondaires graves sur l’environnement ou, au contraire, ils peuvent entraîner des dommages collatéraux considérables ou même être très nuisibles pour l’environnement et augmenter les émissions de gaz à effet de serre. Le résultat dépendra essentiellement des choix politiques, des mesures incitatives et de la recherche et développement publiques et privés.

Le biodiesel et l’éthanol produits à partir de cultures vivrières peuvent générer, et génèrent effectivement, des nuisances sociales, économiques et écologiques, notamment des prix élevés pour l’alimentation, une pression foncière sur les terres utilisées par les pauvres dans les pays en développement pour une agriculture ou un élevage de subsistance, et des émissions de gaz à effet de serre qui annulent en bonne partie ou entièrement l’effet de l’utilisation de l’énergie solaire contenue dans les biocombustibles. Même s’ils peuvent réduire les importations d’hydrocarbures, l’éthanol issu du maïs et le biodiesel provenant de l’huile de palme démontrent que ces deux biocombustibles ont déjà créé ces types de problèmes, même avec des niveaux de production modestes.

Par exemple, au nom des énergies renouvelables, le recours à la production d’huile de palme pour une utilisation dans le biodiesel européen a aggravé le problème des émissions de CO2 suite aux incendies dans les tourbières qui sont actuellement détruites en Indonésie (là où la majeure partie de l’huile de palme est produite) pour y cultiver les palmiers. L’augmentation rapide de la production de l’éthanol issu du maïs est déjà partiellement responsable de l’augmentation des prix des tortillas au Mexique. En outre, même si l’éthanol issu du maïs peut contribuer à réduire les importations d’hydrocarbures, son impact sur la réduction des gaz à effet de serre ne peut-être, au mieux que limité du fait de l’intensité énergétique de la culture du maïs et de la production de l’éthanol, et de l’utilisation de grandes quantités d’engrais artificiels qui émettent d’autres gaz à effet de serre (particulièrement d’oxyde nitreux). Toutes les subventions en faveur des combustibles dérivés des cultures vivrières devraient être supprimées.

En revanche, une biomasse qui capture très efficacement l’énergie solaire (environ cinq pour cent), comme les micro-algues cultivées dans un environnement riche en CO2, peut constituer une bonne partie de l’approvisionnement en énergie aussi bien pour la production d’électricité que pour la fourniture de combustibles liquides et gazeux pour le transport et l’industrie.

Il a été démontré que les micro-algues peuvent capturer plus de 80 pour cent des émissions de CO2 des centrales thermiques pendant la journée et peuvent être utilisées pour produire annuellement jusqu’à 95 000 litres de carburant liquide à l’hectare. Certaines plantes aquatiques, comme les jacinthes d’eau, possèdent la même efficacité pour la capture de l’énergie solaire, et peuvent être cultivées dans des eaux usées dans le cadre de systèmes combinant traitement de l’eau et production d’énergie.

Les figures 5 et 6 donnent deux exemples déterminants de biomasse qui ont un potentiel de capture de l’énergie solaire d’environ 5 pour cent, soit environ dix fois celui du maïs, en tenant compte du grain et des résidus de récolte. La centrale à charbon NRG en Louisiane, est actuellement utilisée par GreenFuel Technologies Corporation pour des essais de terrain. La centrale est le site potentiel d’un système de bioréacteur à algues de taille commerciale destiné à recycler les émissions de CO2 de l’installation en biodiesel ou en éthanol.

Figure 5 : Bioréacteur à algues de démonstration en fonctionnement près d’une centrale à charbon en Louisiane

Avec l’aimable autorisation de Greenfuel Technologies Corporation

Des jacinthes d’eau ont été utilisées pour dépolluer des eaux usées parce qu’elles poussent rapidement et absorbent de grandes quantités de nutriments. Leur productivité dans des climats tropicaux ou subtropicaux est comparable à celle des micro-algues : jusqu’à 250 tonnes par hectare et par an. Elles peuvent être utilisées comme matière première pour la production de combustibles liquides ou gazeux.

Figure 6 : La production de jacinthes d’eau peut atteindre 250 tonnes à l’hectare dans les climats chauds

Avec l’aimable autorisation du Centre des plantes aquatiques et invasives, Institut de l’alimentation et des sciences agricoles, Université de Floride

Les herbes de prairie n’offrent qu’une productivité moyenne, mais elles peuvent être cultivées sur des terres marginales de façon à permettre un stockage du carbone dans le sol. Cette méthode peut donc être utilisée aussi bien pour une production renouvelable de combustible que pour enlever du CO2 de l’atmosphère.

Enfin, l’énergie solaire peut être utilisée pour produire de l’hydrogène ; cette voie pourrait être très prometteuse pour une transition vers l’hydrogène comme importante source d’énergie. Parmi les techniques figurent la production photo-électrochimique de l’hydrogène avec des équipements très comparables à des cellules photovoltaïques, la séparation de l’hydrogène et de l’oxygène de l’eau à haute température grâce à l’énergie solaire, et la conversion de la biomasse en monoxyde de carbone et hydrogène dans une usine de gazéification. Des algues adaptées au sein d’un environnement parfaitement contrôlé et une fermentation de la biomasse peuvent aussi être utilisées pour produire de l’hydrogène. Certaines méthodes permettent de produire simultanément de l’énergie, de la nourriture et des produits pharmaceutiques. Les avancées ont été beaucoup plus lentes qu’elles auraient dû l’être du fait de l’absence de financement.

La figure 7 montre une production directe d’hydrogène à partir de la lumière du soleil à partir d’algues privées de soufre.

Figure 7 : Ce schéma/graphe a éte conçu pour le National Renewable Energy Laboratory pour le Département à l’énergie des Etats-Unis

Note : En mode batch la production est arrêtée périodiquement pour renouveler les nutriments. Dans le mode « chémostat » les nutriments sont apportées en permanence pour maintenir la production. « Chl » signifie chlorophylle.

Conclusion 7 : Une bonne partie de la réduction des émissions de CO2 peut être obtenue sans aucune pénalité de coût (comme, par exemple, pour l’éclairage et les réfrigérateurs de basse consommation). Le coût de l’élimination du reste des émissions de CO2 issues de l’utilisation des combustibles fossiles devrait se situer entre 10 et 30 $ par tonne de CO2.

Le tableau 3 fait apparaître les coûts estimés pour l’élimination du CO2 du secteur électrique en utilisant différentes méthodes. Il s’appuie sur les coûts de l’énergie en 2004. En adoptant les prix 2007 (environ 8 $ par million de Btu de gaz naturel et presque 9 cents par kilowatt-heure (kWh) d’électricité, en moyenne de l’ensemble de tous les secteurs) les coûts seraient inférieurs.

Tableau 3 : Synthèse des coûts de réduction du CO2 (et prix implicite des quotas d’émissions de CO2) – Secteur électrique (à partir des coûts de l’énergie de 2004)

Source de CO2 : Méthode de réduction Échéance Coût en $ par tonne de CO2 Commentaires
Charbon pulvérisé Énergie éolienne hors pointe Court terme De quelques dollars à 15 $ Sur la base du coût marginal hors pointe du charbon
Charbon pulvérisé

Capture par micro-algues

Court et moyen terme Zéro à négatif En supposant un prix du pétrole >30 $ le baril.
Charbon pulvérisé Éolien avec capacité de réserve au gaz naturel Moyen et long terme De négatif à 46 $ Centrale à cycle combiné mise en attente pour assurer une capacité de réserve. Coût le plus élevé au prix du gaz le plus bas : 4 $ par million de Btu.
Charbon pulvérisé Énergie nucléaire Moyen à long terme 20 à 50 $ Vraisemblablement non rentable comparé à l’éolien avec une capacité de réserve au gaz naturel
Charbon pulvérisé Cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI) avec séquestration À long terme 10 à 40 $ ou plus De nombreuses incertitudes sur l’estimation actuellement. Le développement de la technologie reste à effectuer.
Composante d’éolien avec capacité de réserve au gaz naturel Véhicule-à-réseau électrique (V2G) Long terme Inférieur à 26 $ Le développement de la technologie reste à effectuer. Estimation incertaine. Prix à long terme du gaz naturel : 6,50 $ par million de Btu ou plus.

Remarques :
1. Rendement thermique pour le charbon pulvérisé = 10 000 Btu/kWh ; pour un cycle combiné au gaz naturel = 7 000 Btu/kWh.
2. Coûts de l’électricité éolienne = 5 cents par kWh ; charbon pulvérisé = 4 cents par kWh ; nucléaire = 6 à 9 cents par kWh.
3. Coûts du pétrole 30 $ du baril ou plus.
4. Les coûts du CO2 liés aux catégories comportant de l’éolien peuvent être abaissés par un déploiement optimisé du solaire et de l’éolien ensemble/associés.

En outre, l’impact des augmentations des coûts des réductions des émissions de CO2 sur le coût total des services énergétiques est suffisamment bas pour que la part globale du PIB consacrée à ces services reste au niveau actuel d’environ 8 %, ou peut-être moins. Elle a varié essentiellement entre 8 et 14 pour cent depuis 1970, atteignant son maximum en 1980. Elle a baissé brièvement jusqu’à environ 6 pour cent à la fin des années 1990 quand les cours du pétrole ont chuté brusquement, atteignant un minimum de 12 $ le baril en 1998.

Le Tableau 4 montre les coûts d’énergie et d’investissements annuels totaux estimés pour les secteurs résidentiel et commercial en terme d’impact sur le PIB. Le scénario de référence de l’IEER prend en compte une réduction de la consommation énergétique par logement et par mètre carré, les investissements plus élevés nécessaires, et les prix de l’électricité et des combustibles prévus à un niveau quelque peu supérieur. L’impact net estimé sur le PIB pour la réduction de la consommation énergétique du secteur résidentiel et tertiaire par des améliorations de l’efficacité énergétique et pour une reconversion totale aux sources d’énergie renouvelable reste compris dans la plage d’incertitude de calcul .

Tableau 4 : Coûts de l’énergie et des investissements annuels pour les secteurs Résidentiel (R) et Tertiaire (T) en 2050, en milliards de dollars constants 2005

  Catégorie Scénario de référence IEER Scénario tendanciel
R + T Électricité 326 $ 442 $
R + T Combustible

150 $

247 $
Sous-total coût de l’énergie 476 $ 689 $
Investissement annuel supplémentaire pour l’efficacité énergétique

205 $

0 $
Montant total sur la base du PIB (arrondi) 681 $ 689 $
PIB en 2050

40 000 $

40 000 $
Fraction du PIB : services énergétiques secteurs résidentiel et tertiaire

1,70%

1,72%

Remarques :
1. Prix tendanciels (BAU) pour le combustible et l’électricité : environ 12 $ par million de Btu et 9,6 cents par kWh. Prix IEER : 20 $ par million de Btu et 14 cents par kWh respectivement. Le prix tendanciel de l’électricité date de janvier 2006.
2. Investissements supplémentaires pour l’efficacité énergétique : Résidences existantes : 20 000 $ par résidence à chaque fois ; supposé se passer pour un tiers des ventes de bâtiments existants entre 2010 et 2050 ; neuf = 10 $ par pied carré (env. 100 $ par mètre carré, 20 000 $ par maison, coût supplémentaire d’une maison certifiée LED) ; plus le coût de remplacement des appareils électroménagers tous les 15 ans avec les modèles plus perfectionnés du moment. Les investissements pour le chauffage thermique solaire, la cogénération et les pompes à chaleur géothermiques s’ajoutent à ces chiffres en proportion des surfaces résidentielles qui les utilisent. Le sigle LED correspond à Leadership in Energy and Environmental Design ; c’est un programme de certification des bâtiments.
3. Investissements pour l’efficacité énergétique : 10 $ par pied carré ; c’est plus que les exemples d’investissements LED au niveau platinum. Les investissements pour le chauffage thermique solaire, la cogénération et les pompes à chaleur géothermiques ont été ajoutés à ces chiffres.
4. PIB = dépenses de consommation + investissements + dépenses publiques (sur les biens et services) + exportations – importations.

La fraction du PIB consacrée aux services énergétiques dans tous les secteurs devrait se maintenir à environ 8 % ou moins selon le scénario de référence de l’IEER. Pour un particulier qui vient d’acquérir un nouveau logement, l’augmentation nette des coûts, compte tenu de l’augmentation des remboursements de prêts, se situera entre 20 et 100 $ par mois ; ce dernier chiffre représente moins de 0,7 pour cent du revenu moyen par ménage prévu pour 2050.

Conclusion 8 : La transition vers un système zéro-CO2 peut se faire de façon compatible avec le développement économique local dans des régions qui produisent maintenant des combustibles fossiles.

Aujourd’hui une grande partiedes combustibles fossiles sont produits dans la région des Appalaches, dans le Sud-est et l’Est, et dans certaines parties du Middle-west et des États des Rocheuses. Ces régions sont également bien pourvues en ce qui concerne les principales énergies renouvelables, le solaire et l’éolien.

Les politiques aux niveaux local, étatique et fédéral destinées à aider les travailleurs et les communautés locales dans leur transition vers de nouvelles activités industrielles, apparaissent donc possibles sans les mouvements importants de populations ou d’autres événements déstabilisateurs qui se sont manifestés dans les États-Unis d’après-guerre. Il est reconnu qu’une bonne partie de ces migrations ont été dues à la dislocation et à la fermeture d’industrie, avec comme conséquence des épreuves importantes pour les travailleurs et les communautés locales. Une partie des ressources obtenues par la vente des quotas de CO2 devrait être consacrée à la réduction de ces difficultés. Par exemple, l’utilisation des technologies de capture du CO2, notamment la capture par micro-algues du CO2 dans les centrales à combustibles fossiles existantes, peut créer de nouvelles activités industrielles et de nouveaux emplois dans les régions mêmes où l’arrêt de l’utilisation des combustibles fossiles aurait l’impact économique négatif le plus important.

Des politiques et des orientations publiques des ressources financières peuvent aider à la création de nouveaux emplois bien payés dans le secteur de l’énergie.

 

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Énergie et Sécurité No. 39 Index
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(La version anglaise de ce numéro, Science for Democratic Action v. 15, no. 1, a été publiée en août 2007.)

Mise en place décembre 2007