première diffusion octobre 2009 - dernière mise à jour octobre 2014

L'objet de cette page est de faire un état des lieux du contenu en gaz à effet de serre de l'électricité française, dans le but d'éclairer les réflexions sur :

- la conception de produits en augmentant la demande (nouveau logement, voiture électrique, appareil électroménager, etc...)

- l'étude de nouveaux moyens de production (éoliennes, panneaux photovoltaïques, etc...)

Il sera dans un premier temps rappelé quelques notions de base sur la nature de la production française comparativement à celle d'autres pays, puis il sera donné des valeurs moyennes, mais aussi, et surtout, des valeurs "marginales", caractérisant l'impact de tout écart de production ou de consommation.

 

  • La production d'électricité en France et dans le monde

(rappel sur les unités : 1 TéraW.h = 1 000 GigaW.h = 1 000 000 MégaW.h = 1 000 000 000 kiloW.h)

Cette énergie a représenté 15 % de l'énergie finale consommée dans le monde (21 % en France), pour 20 % des émissions de gaz à effet de serre mondiales (6 % en France).

Electricité

Monde
(AIE 2012)

France
(RTE 2013)

Production totale 22 668 TWh    551 TWh  
Thermique 67,9 % 8,1 %
Hydraulique 16,2 % 13,8 %
Nucléaire 10,9 % 73,3 %
Eolien 2,4 % 2,9 %
Photovoltaïque 0,5 % 0,8 %
Biomasse et divers 2,1 % 1,1 %

 

  • La consommation électrique en France

Ci-dessous la courbe annuelle caractérisant la demande moyenne des consommateurs (source RTE), en demandes hebdomadaires :

Les variations quotidiennes sont caractérisées par une demande supérieure les journées travaillés par rapport aux samedi, dimanche et jours fériés.

Les variations horaires possèdent un creux en milieu de nuit, et une bosse en milieu de journée, complétée en hiver par une augmentation de demande en début de soirée appelée "pic de 19 heures" (graphique ci-contre).

 

Ces variations quotidiennes et horaires sont incluses dans une plage de + ou - 20 % autour de la moyenne hebdomadaire du premier graphique ; la demande du week-end est guère supérieure au creux des nuits de la semaine.

 

  • La production d'électricité française

En production mensuelle, cela correspond à :

La production et la consommation comporte deux sources d'écart : d'une part les pertes du réseau, de l'ordre de 10 %, d'autre part les exportations d'électricité nucléaire permettant à nos voisins d'éviter une part de production d'origine thermique (sauf quelques cas particuliers d'achat d'électricité excédentaire à bon compte permettant de remonter de l'eau en amont de certains barrages, et ainsi de la redescendre quelques heures ou quelques jours plus tard à des tarifs bien supérieurs). En 2013, la France a exporté 79,4 TW.h, essentiellement nucléaire, et importé 32,2 TW.h, essentiellement fossile et éolienne (source RTE).

On constate que la production mensuelle varie de + ou - 20 % autour de sa moyenne annuelle, et que l'hiver est caractérisé par un recours relativement important aux centrales thermiques (gaz, fioul, charbon) qui font baisser la proportion relative d'électricité nucléaire.

La production horaire varie aussi de l'ordre de + ou - 20 % autour de sa moyenne quotidienne pour suivre la demande. Ces variations sont absorbées selon les saisons et les disponibilités, majoritairement par l'hydraulique, un peu par les centrales thermiques et parfois par les centrales nucléaires.

 

  • Emissions moyennes de l'électricité

Le recours massif à l'électricité d'origine nucléaire permet à la France d'obtenir une moyenne annuelle d'émissions de gaz à effet de serre très performante de 78 gCO2e / kW.h (source ADEME)

Ci-dessous les consommations d'électricité de différents pays (source Observatoire de l'Energie) :

Ci-après le contenu de leur production d'électricité par type de source :

Ci-dessous un aperçu des ordres de grandeur des émissions des systèmes de production d'électricité (détails sur les pages dédiées : hydroélectricité, nucléaire, éolienphotovoltaïque, gaz et charbon

Cela conduit aux émissions moyennes annuelles suivantes de leur électricité :

Les écarts important entre ces pays sont directement la conséquence des très forts écarts d'émissions unitaires entre les centrales thermiques à gaz et au charbon et les autres sources.

On peut déduire des singularités assez extrêmes de ces données : les suédois sont les plus gourmands en électricité et pourtant quasiment les plus sobres en émission (derrière les suisses) ; les chinois consomment moins d'électricité par habitant, mais qui elle est très émissive et correspond au final au double des français ; les américains, pire résultat de cette liste, cumulent une forte consommation et la prédominance d'usage de centrales thermiques.

 

  • Emissions marginales de l'électricité

Dans un raisonnement sur projets, sur des alternatives de conception, ou sur un plan d'actions, et dans le cas d'une augmentation associée de la consommation d'électricité de réseau, il convient d'identifier la nature des moyens de production qui seront sollicités pour fabriquer l'électricité supplémentaire, à chaque moment. Ce sera aussi la source d'énergie qui sera moins sollicitée dans le cas d'une moindre demande, par exemple suite à une économie d'utilisation, au retrait d'un produit ou à la mise en place d'un nouveau moyen de production plus économe. 

Une synthèse de cette problématique est à lire dans cet extrait de la revue Global Chance n°27 de janvier 2010. Nous nous permettons d'y apporter une petite précision : il est sous-entendu page 42 que la méthode Bilan Carbone® indique d'utiliser des facteurs moyens. En fait son guide méthodologique stipule clairement que dans le cas de l'analyse de projets ou de plans d'actions, et en particulier pour l'électricité, la logique d'impact marginal doit être utilisée pour déterminer les moyens de productions sollicités en supplément, et donc le facteur d'émission adapté. Cependant, dans le cas de l'électricité, le fichier de calcul remis aux prestataires carbone ne contient que des facteurs d'émission moyens de l'électricité, ce qui nécessite d'évaluer eux-mêmes les facteurs d'émission marginaux appropriés à chaque cas.

Ce raisonnement conduit donc à devoir prendre des hypothèses prospectives sur l'évolution du parc de production. Par exemple, dans le cas du scénario NégaWatt de l'association "NégaWatt" pronant notamment la sortie du nucléaire à moyen terme, dans un contexte de très forte sobriété et d'un recours massif à des sources renouvelables d'énergie, tout écart de demande électrique est nécessairement associé un très fort impact carbone du kW.h (de l'ordre de 500 à 1000 gCO2e/kWh selon les cas d'usage). A l'opposé, le scénario NégaTep de l'association "Sauvons le Climat", qui prone une conversion massive à l'électricité des consommations directes d'énergie fossile (chauffage, transports, etc...), avec parallèlement la construction de nombreux réacteurs nucléaires supplémentaires pour maintenir à peu près constant le taux actuel d'utilisation d'énergie fossile dans la production d'électricité, conduit à associer au kW.h marginal des facteurs d'émission assez faibles, similaires aux valeurs moyennes actuelles (de l'ordre de 20 à 200 gCO2e/kWh selon les cas d'usage).

Constatant ces dernières années peu d'évolution dans le nombre et la puissance cumulée des réacteurs nucléaires français, ni de mise en route de véritable scénario de fermeture ou de redéploiement massifs, BCO2 Ingénierie préconise en France métropolitaine l'utilisation de facteurs d'émissions marginaux associés à une relative stabilité de la puissance nominale du parc à court et moyen terme.

Dans cette hypothèse, la production au cours de l'année peut se résumer de manière simplifiée en quelques périodes :

- une période pendant laquelle il existe des horaires de disponibilité d'électricité nucléaire. Ces moments surviennent plus souvent en été, plus particulièrement au milieu de la nuit et le week-end. Sa durée cumulée dans l'année est de l'ordre de 25 % du temps (source RTE ADEME) ; cette proportion est relativement faible car certains de nos voisins européens profitent de la disponibilité des centrales nucléaires françaises pour importer de l'électricité, ce qui leur permet un moindre recours coûteux à l'activation de leurs centrales thermiques.

- une période haute hivernale de l'ordre de 3 mois au cours de la quelle tous les moyens de production français disponibles à bas carbone sont sollicités à leur maximum. Tout supplément d'électricité est alors inévitablement produit par les centrales thermiques, en France ou à l'étranger lorsqu'elle est importée.

Ainsi et en première approximation, les émissions marginales françaises dépendent des saisons, avec en ordre de grandeur les valeurs suivantes :

Projets en France
www.bco2.fr
Marginalité
nucléaire
gCO2e / kW.h
2010
gCO2e / kW.h
2020/2025
Printemps 25 % 500 450
Eté 50 % 325 250
Automne 25 % 500 450
Hiver 0 % 650 600
Moyenne 25 % 500 440

Dans le cas de dispositifs de consommation différés vers les moments de relativement faible demande (milieu de nuit, week-end), donc vers un taux supérieur de marginalité nucléaire, le contenu CO2 du kW.h est alors à réduire (cas probable des futures voitures électriques).

Ces projections "2020/2025" sont adaptées aux produits dont l'utilisation s'écoulera sur les deux ou trois décennies à venir (cas d'un logement ou des prochains véhicules électriques par exemple), qui prend en compte une diminution de la proportion de charbon au profit du gaz dans l'approvisionnement des centrales thermiques européennes.

Le contenu CO2 en 2030 et au delà de l'électricité marginale est difficile à évaluer, car dépendant des échanges internationaux, et comme nous l'avons indiqué, des propensions des uns à développer massivement des productions d'énergie renouvelable, des autres (voire des mêmes) à augmenter la production des centrales thermiques, et encore d'autres à construire (ou fermer) massivement des tranches nucléaires... dans autant de contextes différents de transitions énergétiques.

 

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Analyse d'impacts envronnementaux