• Bilan Carbone® de l'électricité


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 qui en augmentent la demande (nouveau logement, voiture électrique, nouvel 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. 

Electricité

Monde
(2018, AIE)

France
(2019, RTE)

Production totale26 619 TWh   521,4 TWh  
Charbon38,2 %0,3 %
Gaz naturel23,1 %7,3 %
Fioul2,9 %0,3 %
Hydraulique15,8 %10,2 %
Nucléaire10,2 %72,4 %
Eolien4,7 %6,3 %
Photovoltaïque2,1 %2,2 %
Biomasse et divers3,2 %0,9 %


  • 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 (7 % en France).

 


  • La consommation électrique en France

Ci-dessous la courbe annuelle de consommation moyenne (source RTE), en demandes hebdomadaires, dont on perçoit immédiatement la saisonnalité :


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

Les variations horaires (ci-contre) 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".

 

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 aux pays voisins de la France 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). La France exporte ainsi chaque année plusieurs dizaines de TW.h, essentiellement nucléaires, et importe un peu moins de TW.h, d'origine 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 (surtout au gaz, mais aussi au fioul et au 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 d'environ 60 gCO2e / kW.h (source ADEME)

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



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







Ci-contre 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







Les écarts important entre les émissions moyennes de l'électricité de 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 de type "projet", sur des alternatives de conception, sur un plan d'actions, ou bien dans le cas d'une augmentation attendue 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 à la suite d'une économie d'utilisation, au retrait d'un produit ou à la mise en place d'un process industriel plus économe en électricité. 

Le guide de la méthodologie du Bilan Carbone® stipule 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, la Base Carbone® ne contient que des facteurs d'émission moyens de l'électricité, ce qui nécessite d'évaluer les facteurs d'émission marginaux appropriés à chaque cas.

Ce raisonnement conduit 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 la construction de nombreux réacteurs nucléaires supplémentaires, 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, 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 deux types de journées :

Projets en France
www.bco2.fr
jours gaz
intensif
gCO2e / kW.h
2020
gCO2e / kW.h
2030
Printemps50 %300250
Eté80 %500400
Automne90 %550450
Hiver100 %600500
Moyenne80 %500400

- des jours pendant lesquels les centrales thermiques ont une faible production, donc que le parc nucléaire est à même de sursoir à une augmentation de demande. Ces moments surviennent plus souvent au printemps, plus particulièrement au milieu de la nuit et le week-end.

- des jours pendant lesquels les centrales électriques au gaz sont en fonctionnement relativement intense. Cette proportion importante souligne la relativement faible disponibilité des centrales nucléaires françaises pour produire davantage (à moindre coût marginal par rapport aux centrales thermiques). Tout supplément de demande électrique conduit alors inévitablement à la suractivation de centrales thermiques (en France ou à l'étranger).

Ainsi et en première approximation, les émissions marginales françaises dépendent des saisons, avec en ordre de grandeur les valeurs ci-contre (source RTE arrondie) :

Dans le cas de dispositifs de consommation différés vers les moments de plus faible sollicitation de ces centrales thermiques (milieu de nuit, week-end), le contenu CO2 du kW.h marginal est alors à réduire (cas probable des voitures électriques).

Les projections "2030" sont adaptées aux produits dont l'utilisation s'écoulera sur les deux ou trois décennies à venir (cas d'un logement ou des véhicules électriques par exemple), qui prend en compte la modernisation des centrales au gaz et une diminution de la proportion de charbon au profit du gaz dans l'approvisionnement des centrales thermiques européennes.

Le contenu CO2 de l'électricité marginale au delà de 2030 est difficile à évaluer, car dépendant des échanges internationaux, des propensions de régions à développer massivement des productions d'énergie renouvelable, d'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 environnementaux