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Introduction

C’est une question qui vient très régulièrement, posée lors de réflexions sur l’émission de CO2 (plus généralement de GES), question portant sur la quantité que telle ou telle utilisation de l’énergie implique.

Bien sûr l’utilisation de carburants carbonés (fioul — gasoil — essence, gaz, charbons … mais aussi bois et dérivés naturels) mène à la production de CO2.

Par contre, l’usage de l’électricité rend moins directement visible cette production contre laquelle se développent des démarches de bonne gestion des ressources, de protection du climat, et de la santé.

Cependant, il suffit de réfléchir un peu pour reconnaître comme vrai le fait que, par exemple, tout bien évalué, l’utilisation d’une voiture propre, fonctionnant à l’électricité, est source de GES (fabrication des éléments constituant la voiture, production de l'éléctricité nécessaire au fonctionnement…).

Alors … lorsque nous utilisons de l’électricité, quelle quantité de CO2 est-elle libérée (très généralement) dans l’atmosphère ?

Cette question a un corollaire, important dans la période dite de transition énergétique dans laquelle nous sommes engagés : lorsque nous sommes producteurs d’électricité d’origine renouvelable (essentiellement éolienne ou photovoltaïque, qui sont intermittentes et fatales) quelles sont les quantités de GES qui sont alors évitées ?

La réponse est en fait compliquée. En témoignent les documents cités ci-dessous (§ quelques références utiles).

En exergue

Une citation de la référence [2] ci-après

« Les échanges d'électricité aux frontières sont supposés

— provenir de la ressource de base s'ils sont excédentaires ;

— être chargés en CO2 au niveau moyen européen s'ils sont déficitaires. »

Quelques références utiles

REF [1]  Le contenu en CO2 du kWh électrique : avantages comparés du contenu marginal et du contenu par usages sur la base électrique, note détaillée, RTE - ADEME, octobre 2007,
•  http://observ.nucleaire.free.fr/CO2-Chauffage-electrique-RTE-Ademe.pdf

REF [2] Détermination du contenu prospectif en carbone des usages de l'électricité, aspects méthodologiques, Jean-Pierre Hauet, Empreinte carbone des organisations, des produits et des services, Séminaire ADEME, 8 janvier 2015,
•  http://www.bilans-ges.ademe.fr/docutheque/docs/SESSION%20H.zip
ou plus directement
•  http://www.equilibredesenergies.org/nl-adherents/ADEME_seminaireCO2_EDEN_hauet.pdf

REF [3] , La France exporte de l'électricité vers l'Allemagne ! comprendre les échanges d'électricité franco-allemands, Frédérique Livet, CNRS, étude publiée sur la page internet ci-dessous

•  http://sauvonsleclimat.org/images/articles/pdf_files/etudes/Livet_Allemagne.pdf

REF [4], La lettre du carbone, éditée par Alain Grandjean et Jean-Marc Jancovici, mai 2011

 

chiffres trouvés dans des documents établis ou cités par l'ADEME

Le contenu en CO2 du kWh électrique :
 Avantages comparés du contenu marginal et du contenu par usages sur la base de l’historique, note détaillée, ADEME et RTE, octobre 2007

Evaluation des productions de CO2 associées à la filière électrique

(ordres de grandeur donnés par la source, REF [1])

  France | Europe
emission CO2 30 Mt

75 gCO2/kWh

| 1000 Mt

370 gCO2/kWh

production 500 TWh | 3200 TWh
consommation 400 TWh | 2700 TWh
contenu gCO2/kWh moyen | contenu marginal gCO2/kWh
par usage | par usage
dont Chauffage 50 TWh 180 |   550
Eclairage 30 TWh 100 |   650
Réfrigération 15 TWh 40 |   500
           
économie dans l'usage chauffage (en France) MtCO2 % CO2 | MtCO2 % CO2
10 TWh 1,8 6 | 5,5 0,6

Remarque 1 : il s'agissait principalement à cette date (2007) d'évaluer la production de CO2 associée aux différents usages. Le contenu annuel moyen par usage introduit la notion de saisonnalité (les sources appelées ont des importances différentes au cours de l'année). Le contenu marginal correspond au cadre suggéré dans la question posée : quelle source introduit-on lorsque l'on augmente la consommation ? La référence citée accordait un rôle de marginalité au nucléaire pour environ 25 % du temps, les 75 % restant étant couverts par les autres sources, en particulier les importations.

Remarque 2 : l'introduction des éoliennes joue ici le même rôle, en négatif. 1 MW fourni évite donc, en moyenne, la production des sources pilotables (les centrales nucléaires sont pilotables à la marge) appelées en dernier lors de l'augmentation de la production. En période hivernale, il s'agit souvent (mais pas toujours) des sources carbonées — nécessaires actuellement à l'équilibre production/consommation ; ces sources ne sont pas forcément en France.

Remarque 3 : dès 2007 l'ADEME intégrait une analyse prospective rendue nécessaire par la mise en place des programmes d'économie d'énergie envisagés ; l'organisme signalait ainsi une diminution du contenu CO2 de l'électricité produite en France, consommée en France et exportée. Bien sûr dans une période où les moyens de production sont en évolution constante (fermeture de centrales à charbon, développement de la puissance éolienne, de la puissance photovoltaïque… en France et à l'étranger) des changements dans l'évaluation des GES évités sont à considérer dans une vision dynamique (cf. le paragraphe suivant).

Remarque 4 : la dernière ligne du tableau, portant sur 10 TWh (sur les 50 admis pour cet usage en France), mérite une explication. Dans les colonnes de gauche on admet que ces économies portent sur le contenu moyen retenu pour l'usage, ie produit par le mix français et les importations moyennes (saisonnalité comprise) ; les colonnes de droite, elles, évaluent cette économie de CO2 à l'utilisation de kWh importés : le chauffage électrique est reconnu, dans cette optique, comme n'utilisant que de l'électricité importée.

Par ailleurs les évaluations utilisant le contenu marginal européen ne tiennent pas compte du fait important que de plus en plus les importations (en provenance d'Allemagne en particulier) sont liées à des sources intermittentes, pléthoriques par moments dans le pays producteur, à faible coût à ces moments là sur le marché international… et à faible production (marginale) de CO2, REF [3].

Analyse en cycle de vie (ACV)

En toute rigueur à une période où les sources du mix de production électrique français, et plus généralement européen, sont en grande évolution — en particulier du fait de l'installationde nombreux GW d'électricité d'origine renouvelable — il est nécessaire de considérer non pas le contenu marginal en CO2 du kWh, mais combien ce kWh a impliqué ou aura impliqué lorsque l'on fera le bilan de la source dont il est issu, tout au long de la vie de la source.

C'est d'autant plus nécessaire que ces sources ont des durées de vie très différentes (20 ans pour les éoliennes, idem pour les panneaux photovoltaïques, quelques dizaines d'années pour les centrales thermiques carbonées, de 40 à 60 ans pour les centrales nucléaires, plus de 100 pour une partie des barrages hydrauliques…).

En ce sens là les renseignements trouvés sur le site ECO2mix de RTE sont assez partiels : les quantités de CO2 données sont des quantités marginales, les moyens de production étant construits. C'est d'ailleurs bien signalé sur le site.

       Données et sources

Les promoteurs d'éoliennes indiquent souvent la durée au bout de laquelle la centrale éolienne qu'ils promeuvent aura remboursé le tonnage de GES qu'implique l'installation (6-7 ans), séparant alors le contenu marginal (0 gCO2/kWh) lorsqu'il y a un peu ou plus de vent [l'éolienne étant construite]. 7 ans ne sont pas négligeable vis à vis des 15 à 20 qui sont retenus comme durée de vie des installations.

Des données plus complètes se trouvent sur internet en très grand nombre. Elles sont souvent polémiques. Sont fournies ici celles — assez générales — trouvées sur la page "Eoliennes : quel est leur vrai bilan carbone ?"  publié le 16/02/2014 sur le site Contrepoints.

L'important est ici une évaluation en terme d'ACV tenant compte de toute la filière, depuis la construction jusque la démolition de la centrale.

ACV

éolienne 3MW  

nucléaire

hydraulique

charbon (moyenne)

charbon (supercritique)

gaz (TàC)

gaz (CC)

ACV (tCO2eq)

5530 (1)

           
               

contenu GES gCO2/kWh

52,6 (2)

20 à 50 (3)

35 (4)

1000 (5)

850 (5)

600-700

450-600

(1) C. Crawford, « Life cycle energy and greenhouse emissions analysis of wind turbines and the effect of size on energy yield », Renewable and Sustainable Energy Reviews, n° 113, pp. 2653-2660, 2009. il s'agit du tonnage de CO2 produit lors de la construction (acier, béton, cuivre, terres rares…) et de l'installation de l'éolienne. Bien sûr ces tonnages sont destinés à diminuer si le mix électrique ayant servi à la fabrication du matériel est de moins en moins carboné (mais alors l'évitement diminue aussi…).

(2) évaluation à partir de l'analyse du cycle de vie (note 1) pour une éolienne de 3 MW, de facteur de charge 0,2 travaillant sans usure sur 20 ans. Il n'est pas hors de propos de citer ici le fait que le facteur de charge d'une éolienne donnée diminue avec le temps, à conditions climatiques égales.

(3) étude de plusieurs dizaines de centrales nucléaires dans le monde (a priori définies pour une vie de 60 ans). EDF indique un contenu GES de quelques gCO2/kWh en ce qui concerne le combustible seul (pour l'éolien la source — le vent — donne bien sûr 0 gCO2/kWh) ; source : V. Nian, S. Chou, B. Su et J. Bauly, « Life cycle analysis on carbon emissions from power generation – The nuclear energy example », Applied Energy, n° 1118, pp. 68-82, 2014.

(4) La valeur indiquée ici est une moyenne sur la totalité des centrales hydrauliques étudiées. En ce qui concerne les centrales au fil de l'eau ou les lacs de barrages en Europe les quantités de GES/kWh sont bien en-dessous de la barre de 10 gCO2/kWh. Ce n'est pas le cas des barrages de grandes zones de pays chauds et humides, où la retenue dégage de grandes quantités de GES — dans cette situtation l'interêt de la grande hydraulique est la possibilité de créer de grandes quantités d'électricité, pilotable ! source : H. L. Raadal, L. Gagnon, I. S. Modahl et O. J. Hanssen, « Life cycle green house gas (GHG) emissions from the generation of wind and hydro power », Renewable and Sustainable Energy Reviews, n° 115, pp. 3417-3422, 2011.

(5) M. Whitaker, G. A. Heath, P. O’Donoughue et M. Vorum, « Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Coal-Fired Electricity Generation – Systematic Review and Harmonization », Journal of Industrial Ecology, vol. 16, n° S1, pp. 53-72, 2012. Le charbon est actuellement, et pour longtemps encore, la principale source d'électricité. Les centrales modernes ont des rendements meilleurs et, de plus, il est important de noter que ces centrales thermiques (ainsi que les autres centrales thermiques) peuvent travailler éventuellement en cogénération de chaleur, permettant de diminuer l'attribution des GES produits à la seule électricité.

(6) Les deux catégories introduites ici correspondent aux "turbines à combustibles" fort utiles pour gérer les pointes de consommation et les centrales à cycles combinés augmentant le rendement en fonctionnement base ou semi-base. Les TàC sont les plus polluantes.

 Les différences que l'on peut obtenir à partir des deux points de vue au sujet du contenu moyen en CO2 des usages français sont données dans le document ADEME 2015 via la référence [2] donnée ci-dessus :

en gCO2/kWh émissions directes émissions totales
chauffage 181 213
Eclairage résidentiel 93 115
Eclairage publique & industriel 72 92
Cuisson, résidentiel 57 75
Climatisation, tertiaire 42 59
Usages industriels de base 34 49
Eau chaude sanitaire 42 58
Autres usages (BTP, recherche, armée…) 40 55
Transports 32 53

On notera bien sûr que le chauffage électrique est bien saisonnalisé et son contenu en CO2 se trouve n'être qu'un peu plus faible que celui retenu pour les meilleurs chauffages au gaz (250-300 gCO2/kWh), hors évaluation des pertes (le CH4 est reconnu comme un GES 21 fois plus actif que le CO2). Rappel : la Réglementation Thermique (RT 2012) évalue les besoins énergétiques d'un bâtiment en énergie primaire : un kWh électrique correspond, à la date d'aujourd'hui, à 2,58 kWh d'énergie primaire.

Il faut cependant signaler que les chiffres du tableau ci-dessus sont évalués en tenant compte de la règle du jeu rapportée en exergue. Règle qui n'a de validité que parce ce que les organismes chargés d'évaluer les contenus des kWh échangés à travers les frontières ne gèrent pas de façon précise les sources et leur contenu GES lors des échanges internationaux.