L'hydraulique, seul stockage opérationnel à grande échelle

Le parc hydraulique français

En France, le parc hydraulique installé a un potentiel (année moyenne) de 70 TWh et une puissance de 25,4 GW (production maximale instantanée). Il est réparti entre 37 TWh produit par les centrales au fil de l'eau (non modulables), 30 TWh par les usines en contrebas des lacs-réservoirs (modulables) et 5 TWh par les STEP.

Les STEP (stations de transfert d'énergie par pompage)

Ce sont des installations capables de pomper de l'eau d'un réservoir aval vers un réservoir amont et donc de stocker de l'énergie. Leur rendement est estimé à 75% (énergie dépensée pour le pompage par rapport à l'énergie restituée au turbinage).

Ce parc a donc un double intérêt pour les énergies renouvelables aléatoires (éolien, solaire) de permettre une compensation des périodes creuses (potentiel de 10 GW - à confirmer) et de stocker les surplus dans les STEP (puissance instantanée: 5 GW, soutenable pendant 5 à 50 heures). L'exploitation à plein des STEP et, a fortiori, leur développement est fortement contrariée par la privatisation (notamment la séparation RTE-production) tant que les centrales thermiques ne doivent pas payer leurs émissions de CO2.
Voir sur cette question le chapitre 5 du rapport de la DGEM.

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D'autres pistes sont explorées pour le stockage

Elles sont pour l'instant expérimentales, certaines sous forme de prototype à taille réelle.

Sont notamment l'objet de travaux, pour le stockage:

• A grande échelle (plusieurs MWh):
  • les batteries Redox au vanadium, encombrantes et complexes, bon rendement (75%),
  • l'air comprimé (rendement moyen: 40%) ou les volants d'inertie pour des stockages de courte durée,
  • stockage thermique dans un accumulateur à chaleur latente (rendement estimé de 90%)
• A moyenne échelle (des kWh):
• les accumulateurs électriques restent les plus adaptés

Consulter le bulletin (français) sur les récents développements d'accumulateur de chaleur par le DLR. L'original sur le site du DLR (allemand).

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A défaut de beaucoup stocker, il est possible de mieux dompter

Le soleil facile à prévoir mais fermé la nuit

La précision des prévisions météorologiques actuelles permettent aisément de prévoir l'ensoillement et donc la production d'électricité photovoltaïque plusieurs jours à l'avance, permettant donc de planifier en conséquence les autres sources modulables (nucléaire compris). Toutefois à distance raisonnable de transport d'électricité (500 km) la nuit tombe en même temps et, hélas, la production hivernale est 1/6 de celle obtenue en juillet tout du moins avec une installation fixe (toiture). Le soleil ne peut donc alimenter que les consommations diurnes (industrie, commerce, transport, climatisation par exemple) qui constitue la part prépondérante de la consommation tertiaire.

Le vent, très irrégulier mais désormais prévisible

La production de chaque parc éolien (ensemble d'éoliennes sur un même site) dépend principalement de la force du vent et, dans une moindre mesure de sa direction. Celles-ci peuvent se prédire avec une précision désormais suffisante. En France, grâce aux efforts conjoints de Météo-France et de RTE (le gestionnaire du Réseau de Transport d'Électricité), le système IPES (Insertion de la Production Éolienne dans le Système électrique) fournit toutes les 6 heures une prévision à 24 heures, délai suffisant pour permettre un ajustement des sources d'énergies modulables. L'outil a été validé et sa précision atteint ±5%. Restaient à raffiner les caractéristiques particulières de certaines zones et à prendre en compte le décrochage (mise en sécurité des éoliennes en cas de vent trop fort) puis, bien sûr, à l'intégrer complètement dans la gestion opérationelle du réseau, opération en cours sous la conduite d'AREVA T&D.

Consulter la présentation du système IPES par RTE (pdf) et le dossier de presse de sa mise en service (pdf)

La grille intelligente devrait permettre d'accorder la consommation à la production

Avec une sophistication des installations des usagers (industriels puis domestiques) et pas mal de ressources de calcul il est possible de télécommander des baisses (voire des augmentations) de consommation de quelques minutes à quelques heures et donc de compenser les erreurs de prévisions.

Vendre des économies

Il existe déjà des équipements exploités à petite échelle, notamment le BluePod proposé par Voltalis avec lesquels une expérimentation à plus grande échelle (5000 boîtiers en cours d'installation en Bretagne) va démarrer. Il faut noter que cette technique n'est utilisable pour les logements chauffés à l'électricité.

Assouplir la grille

Consciente du défi technologique, la Commission Européenne a inclus les "Smart Grid" parmi les 5 applications majeures des technologies de l'information et finance la plate-forme technologique "SmartGrids".

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Les apprentis sorciers rôdent

Alors que beaucoup de questions restent ouvertes sur les mécanismes du climat planétaire, que les voix se font toujours plus nombreuses pour recommander de d'abord freiner la production, certains pensent sérieusement à manipuler le climat. Pour la Science mais aussi dans l'espoir de pouvoir racheter (de plus en plus cher) du CO2 aux industries qui ne veulent pas économiser.

Les puits débordent de CO2

Un papier d'un groupe international de chercheurs (Australie, UK, USA, France, Autriche) met en évidence la simultanéité de l'accélération de la teneur atmosphérique en CO2 et de la baisse de la capacité des puits de carbone (océans, espaces naturels) à absorber ce surplus. D'après leurs estimations, ces puits de carbone sont débordés par l'augmentation annuelle de 2,3% des émissions d'origine humaine.
Consulter cet article sur le site de la National Academy of Science américaine.

Ensemencer les mers avec du fer: manque de crédit (scientifique)

De façon à accélérer le développement du plancton qui fixera plus de CO2 avant de mourir et de précipiter au fond de l'océan sous forme de calcaire. Bien sûr ceci doit se faire à très grande échelle pour avoir le moindre impact significatif. A moins que des effets secondaires viennent contrarier ce mécanisme vertueux... Sans en savoir plus, deux ingénieurs américains, Michael Markels (GreenSea ventures) et Russ George (Plantkos), sont en compétition, ont ramassé des fonds, commercialisent leurs services et tentent d'obtenir l'autorisation de procéder à des expériences de grande taille.

Des scientifiques du laboratoire LEGOS (Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales) du CNRS ont mené une étude au large des îles Kerguelen qui "laissent peu de crédit aux ajouts artificiels de fer préconisés par la géo-ingénierie" d'après un résumé sur le site de l'Institut national des sciences de l'Univers.

Consulter l'article "Le fer... ou l'inutile fertilisation des océans (campagne KEOPS)" sur le site de l'Institut national des sciences de l'Univers.

Le site web de GreenSea Venture (Springfield, Virginia) n'est pas encore ouvert.
Le site de Planktos qui compte bien transformer le CO2 en profits.
Greenpeace a commandité un rapport critique (anglais, pdf)

Faire pomper les vagues pour nourrir les algues et acidifier les pluies

Dans la même veine maritime, deux chercheurs britanniques (James Lovelock et Chris Rapley) proposent d'installer en mer des millions de tubes verticaux (200 m de long, 10 m de large) dans lesquels l'eau profonde serait pompée en surface grâce au mouvement de la houle et un système de clapets. Dans l'espoir que les algues ainsi alimentées là où la photosynthèse est la plus active, fixeront le CO2 tout en rejetant du sulfure de diméthyle. Ce dernier se transforme en anhydride sulfureux (SO2) et acide méthanesulfonique (CH3SO2OH) qui favoriserait la formation de nuages qui nous priverait à leur tour d'une partie du rayonnement solaire. Ce faisant cet ajout augmenterait l'acidité des pluies....

L'article complet (dans Nature) est payant. Un court résumé gratuit sur le site Ocean acidification (anglais).

Jouer avec le feu

Il s'agit pourtant d'un prix Nobel, Paul Crutzen, celui-là même qui avait dénoncé l'effet nocif des CFC sur la couche d'ozone... Il s'était inspiré de l'explosion du volcan Pinatubo en 1991 pour proposer l'injection dans la stratosphère de 5 millions de tonnes de sulfates par an.

Il reste heureusement quelques scientifiques conscients dont ceux du NCAR (National Center for Atmospheric Research) pour relever le danger qu'une telle initiative ferait courir, par exemple à la couche d'ozone.

Consulter le résumé "Stratospheric Injections to counter global warming could damage ozone layer" par Simone Tilmes, Rolf Müller et Ross Salawitch sur le site de l'Earth and Sun systems laboratory du NCAR (anglais).

Une idée enterrée il y a 10 ans ressuscite: jeter de la chaux à la mer

Un consultant anglais, Tim Kruger, de la société Corven investiguant pour le compte de Shell pense avoir (re)trouvé la pierre philosophale avec la chaux (CaO) issue de la calcination du calcaire (CaCO3). Cette proposition est supportée par le professeur Klaus Lackner de l'Université de Columbia qui a repris l'idée émise dans les années 90 par Haroon Kheshgi, chercheur chez Exxon.

C'est certain, jeter une énorme quantité de chaux dans la mer va nous permettre de continuer à brûler du pétrole et du charbon sans faiblir! Pour produire de la chaux il faut "décarboniser" du calcaire (CaCO3 -> CaO + CO2) et donc produire autant de CO2 que l'océan pourra en absorber, en dépensant pas mal d'énergie.

Ben Matthews a estimé le poids nécessaire à 30 milliards de tonnes par an dans l'article "Climate Engineering proposals" publié sur son site Choose Climate où il passe en revue la plupart des tentatives citées ci-dessus.

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Les unités de l'énergie

W, MJ, kWh, calorie, mais c'est très simple!

L'unité d'énergie est le joule (symbole J), la quantité d'énergie nécessaire pour soulever 102 grammes d'un mètre. Le watt (symbole W) est l'unité de puissance correspondant à la fourniture (ou la consommation) d'un joule pendant une seconde. Le joule comme le watt sont des unités assez petites: un aspirateur consomme 1000 watts (1 kW); une petite voiture est équipée d'un moteur produisant 50 kW (50 000 W) ou 68 ch.

Vous voyez utiliser couramment le kWh (énergie fournie avec une puissance de 1 kW pendant 1 heure), pratique pour les calculs sur l'électricité. Il vaut 3,6 MJ. C'est, par exemple, la quantité d'énergie dépensée par un fer à repasser fonctionnant pendant 1 heure.

La calorie, c'est une unité ancienne correspondant à 4,185 joules. Mais la Calorie des aliments (symbole Cal) c'est 1000 fois cette "petite" calorie soit 4185 joules. Souvenez-vous juste de cette dernière qui est beaucoup utilisée dès qu'il est question de régime minceur.

Les préfixes multiplicateurs sont le kilo-mille (symbole k), le méga-un million (symbole M), le giga-un milliard (symbole G). Au-delà et moins utilisés communément le téra-mille milliards (symbole T) et le péta-un million de milliards (symbole P); pour l'énergie, on ne les utilise qu'au niveau d'un pays ou de la planète.

Une tranche de centrale nucléaire produit environ 1000 MW ou 1 GW; l'ensemble des 59 réacteurs nucléaires français, d'une puissance totale de 63 GW, ont produit 429 TWh en 2006, environ 1 540 000 PJ.

La tep, c'est plus compliqué

Il s'agit avec cette unité (la tonne équivalent pétrole) de mesurer la consommation de pétrole substituée. Pour comprendre son prix, il faut savoir qu'un tep correspond à l'énergie contenu dans 7,33 barils (ceux dont vous suivez régulièrement le cours dans les médias).

Tant qu'il s'agit d'énergie consommée directement sous forme de chaleur, l'équivalence est simple: 1 tep équivaut à 41,6 GJ ou 11,63 MWh; par contre dès qu'il s'agit d'autres utilisations les calculs font intervenir le rendement des installations (moteurs, centrales thermiques).

La convention de l'AIE, adoptée depuis 2001 en France, retient les équivalences suivantes:

• Un MWh d'électricité nucléaire = 0,261 tep
• Un MWh d'électricité renouvelable = 0,086 tep

Cette équivalence est très discutable et discutée. En effet, le rendement des centrales au fuel est de l'ordre de 38% et la non-production d'un MWh par ces centrales économise 0,23 tep.
Lire la discussion sur ce sujet sur www.manicore.com

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