L’énergie solaire est surabondante

Alors, pourquoi continuer à se faire peur avec le nucléaire et à changer le climat avec les énergies fossiles.

Souvent les gens croient qu’il faudrait beaucoup trop de Km² de panneaux photovoltaïques (PV) pour se passer des centrales à charbon, au fuel, au gaz et surtout pour « sortir du nucléaire ». Les premières relâchent du CO₂ qui réchauffe le climat, et le nucléaire nous laisse ses stocks de déchets à gérer pour des millions d’années, sans compter les risques en cas d’incident grave.

Alors, voici quelques petits calculs permettant de démontrer que l’énergie solaire récupérable sous forme d’électricité avec la technique photovoltaïque (PV) existante est une énergie vraiment surabondante !

Tout d’abord voyons quelle quantité d’électricité serait théoriquement disponible si on pouvait couvrir totalement le territoire de la France métropolitaine de panneaux PV. Ensuite, voyons les statistiques de l’INSEE pour comparer la consommation finale énergétique⁽¹⁾ de la France à l’énergie solaire ainsi théoriquement récupérable.

La surface de la France métropolitaine⁽²⁾ est de 551.000 Km² ce qui est à convertir en m² :
D’abord, 551.000 Km² = 551 • 10³ Km², puis,

Comme 1 Km² = 1.000.000 m² = 10⁶ m² (le Km² est un carré de 1.000 mètres de côté !), la surface de la France métropolitaine est de :
551 • 10³ • 10⁶ m² = 551 • 10⁹ m².

Pour le calcul de l’énergie récupérable par exemple sur des panneaux PV en silicium cristallin, montés sur des supports assurant une ventilation d’au moins 15 cm, Transénergie⁽³⁾ mets à notre disposition un simulateur « SunSim »⁽⁴⁾ de production électrique qui nous apprend que 10 m² de panneaux PV orientés plein sud sur un toit à 30° d’inclinaison produisent :
1.271 kWh par an dans le nord de la France, soit 127,1 kWh/m² de panneaux PV, et
1.834 kWh par an dans le midi ou en Corse, soit 183,4 kWh/m² de panneaux PV.

Un autre simulateur, le PVGIS⁽⁵⁾, de la Commission européenne⁽⁶⁾, pour les mêmes panneaux PV, mais d’une surface de 8 m², soit une puissance nominale de 1 kWc (kiloWatt-crête), nous donne une production de :
0,870 kWh par an à Lille, soit 108,75 kWh/m² de panneaux PV, et
1,340 kWh par an à Marseille, soit 167,50 kWh/m² de panneaux PV.

La différence entre les deux simulateurs est due à des pertes dans l’installation PV (température des panneaux, réflexions angulaire des rayons solaires, pertes électriques dans les câbles et l’onduleur, etc.) dont tiens compte le PVGIS.

En conséquence, nous choisirons pour la France métropolitaine une moyenne de 125 kWh/m² de panneaux PV installés, moyenne plutôt basse tenant compte des données PVGIS !

Ainsi, si on pouvait couvrir tout le territoire métropolitain de ces panneaux PV, on aurait une production théorique annuelle de :
551 • 10⁹ m² • 125 kWh/m² = 68.875 • 10⁹ kWh = 68.875 TWh (par an)

1 TWh (Térrawattheure) = 10³ GWh (Gigawattheure) = 10⁶ MWh (Mégawattheure) = 10⁹ kWh.

En consultant les statistiques de l’INSEE sur le bilan énergétique de la France⁽⁷⁾, on retiendra que la consommation finale énergétique en 2009 était de 155,9 Mtep (Mégatonnes équivalent pétrole). Ce chiffre représente toutes les formes d’énergies consommées en France.

Pour convertir les Mégatonne-équivalent-pétrole en Térrawattheure, nous avons recours au tableau⁽⁸⁾ d’EUROSTAT, l’Office Statistique européen :
1 Mtep = 11.630 GWh = 11, 63 TWh

Ainsi, la consommation finale énergétique de la France en 2009 était de :
155,9 Mtep • 11,63 TWh/Mtep = 1.813 TWh.

Le rapport : 1.813 TWh / 68.875 TWh = 2,63 % est la partie de la surface totale du territoire qu’il faudrait couvrir en panneaux PV pour produire toutes les énergies consommées en France métropolitaine. Mais heureusement, il y a bien d’autres énergies renouvelables qui peuvent encore être développées en parallèle avec l’énergie solaire, et en premier lieu les économies d’énergies.

Alors, pourquoi continuer à se faire peur avec le nucléaire et à changer le climat avec les énergies fossiles ?
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(1) L'énergie finale consommée est l'énergie livrée au consommateur pour sa consommation finale (essence à la pompe, électricité au foyer,...). [Définitions INSEE] ; http://www.insee.fr/fr/methodes/default.asp?page=definitions/energie-finale.htm

(2) Voir Wikipedia, Géographie de la France ; http://fr.wikipedia.org/wiki/Géographie_de_la_France

(3) Transénergie est un bureau d'études indépendant spécialisé dans les énergies renouvelables (EnR) et la maîtrise de l'énergie (MDE) ; http://www.transenergie.eu

(4) Sun Sim, l’outil pour simuler la performance d’un projet photovoltaïque, en fonction de la zone géographique pour l’ensoleillement, de la ventilation des panneaux PV, de l’orientation et de l’inclinaison de la toiture, de la surface totale des panneaux, et qui permet de calculer le revenu de la production selon des tarifs courants ; http://www.transenergie.eu/simulation-photovoltaique.php

(5) PVGIS, Photovoltaic Geographical Information System, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

(6) Commission européenne, Centre Commun de Recherche, Institute for Energy, Unité Énergies Renouvelables. L’Unité qui s’occupe des énergies renouvelable est située au Centre Commun de Recherche d’Ispra en Italie. http://ec.europa.eu/dgs/jrc/index.cfm

(7) INSEE, Bilan énergétique de la France, Consommation finale énergétique corrigée des variations du climat : 155,9 Mtep. http://www.insee.fr/fr/themes/tableau.asp?reg_id=0&ref_id=NATTEF11346

(8) Conversion d’unités d’énergie. Source : EUROSTAT, Energy Statistics Manual 2004, Annex 3, Conversion equivalents, Energy Units, Table A3.4 : 1 Mtoe = 11.630 GWh, soit un million de tonnes équivalent pétrole = 11.630 Giga Watt Heure (Mtoe, Million Tonnes of Oil Equivalent = Mtep, Mégatonnes équivalent Pétrole) ; http://ec.europa.eu/eurostat/ramon/statmanuals/files/Energy_statistics_manual_2004_EN.pdf
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Dernières modifications : 20 mai 2011.
Notes : En plus du simulateur de Transénergie⁽³⁾, il est tenu compte du simulateur PVGIS⁽⁵⁾.

Transition vers les énergies renouvelables

L'énergie solaire est surabondante pour nos besoins énergétiques toutes consommations confondues. Elle est distribuée sur tout le territoire, et présente donc l’avantage de pouvoir être consommée là où elle a été produite. Elle est intermittente et nécessite un stockage si on souhaite en disposer tout le temps sous forme d’électricité.

Pour préserver le climat, ce stockage ne doit pas produire de CO₂, et c’est le cas, par exemple dans la filière de stockage à hydrogène. Cette filière de stockage, si on la développe industriellement, permet aux collectivités locales de gérer production éolienne, photovoltaïque (PV) et consommation d’électricité. Y compris la recharge des véhicules électriques et à hydrogène. Les municipalités et les groupements de communes peuvent même atteindre une certaine autarcie locale dans leur gestion de l’électricité en recherchant le bon équilibre entre productions renouvelables, stockages et consommations.

Pour le moment, les producteurs européens d’électricité (comme EDF) se tournent vers l’énergie éolienne, elle-même dérivée de l’énergie solaire, pour produire leurs quotas européens d’énergies renouvelables. Leur chiffre d’affaire est maintenu aussi longtemps que les petites éoliennes ne fleurissent pas dans nos jardins. Car l’entretien d’une éolienne est plus coûteux que celui d’un panneau PV, ce qui amène le plus souvent les petits producteurs domestiques à ne s’intéresser à l’éolien qu’après s’être équipés en PV. Néanmoins, l’énergie éolienne reste un complément très appréciable la nuit au PV intermittent.

Mais alors, si, comme on peut le souhaiter, l’autarcie locale électrique fait tache d’huile en Europe, le problème se déplace. Quelle électricité va-t-on encore faire circuler dans les lignes à haute tension prévues pour franchir de longues distances ? Tout d’abord, la sécurité de ces petits ensembles autarciques de « consommateurs – producteurs » d’électricité exige une connexion aux réseaux à haute tension car, en cas de panne, en cas de niveau de stockage trop bas, en cas de modifications techniques, les kWh manquants seront facilement disponibles. De plus, en cas de surplus de stockage, il sera toujours utile de revendre des kWh en trop.

A tout le moins le prix du kWh par Km transféré va augmenter suite à la rareté des électrons circulant encore sur les lignes à haute tension qu’il faut continuer à entretenir. C’est à la fois une bonne et une mauvaise nouvelle. Une bonne nouvelle pour la revente des kWh en trop, et une mauvaise pour les entités territoriales qui auront trop tardé à gérer leur autarcie électrique. Et pour ces immenses communautés urbaines qui peineront à s’équiper en PV, en éolien, et en systèmes de stockage, de par la nécessité de trouver les espaces requis dans des communes rurales adjacentes.

Un retour vers la campagne n’est pas à exclure tant pour l’industrie que pour le secteur résidentiel. Pour les entreprises, c’est la surface au sol disponible qui déterminera leur degré d’autarcie, donc leurs prix de revient. La mobilité des travailleurs devenant une mobilité électrique, les entreprises devront se préoccuper de ne pas se trouver isolées des zones résidentielles où vivent leurs travailleurs.

Le prix du kWh issu du PV coûte seulement l’amortissement des installations car le soleil est gratuit. Au tarif actuel du kWh les installations PV sont amorties en 4 à 7 ans, pour des panneaux d’une durée de vie qui s’allonge toujours plus (20 ans > 25 ans). Le prix d’un stockage fabriqué industriellement devrait devenir aussi très abordable. Au total, le prix du kWh dans une communauté autarcique devrait être nettement inférieur au prix actuel. C’est une très bonne nouvelle.

Depuis des décades, le modèle des producteurs d’électricité est basé sur de longs réseaux entre centrales et consommateurs. Et les champs d’éoliennes offshore (et à terre) installés depuis 2008 restent considérés par les producteurs comme de nouvelles centrales électriques intégrées dans le modèle prévalent jusqu’ici. Mais ce modèle est remis en question par les municipalités et groupements de communes qui recherche un kWh meilleur marché. Ceci est possible grâce au stockage local de l’électricité renouvelable produite localement et à la recherche de l’équilibre autarcique entre production et consommation. Cela va aussi dans le sens d’une responsabilisation du citoyen pour des investissements locaux allégeant leurs tarifs de l’électricité.

Le nouveau modèle permettant de gérer des réseaux d’électricité locaux est appelé « Smart Grid » (réseau intelligent). L’explication est donnée par une Communication⁽¹⁾ de la Commission européenne sur les « Réseaux intelligents: de l'innovation au déploiement » :
Un réseau intelligent pourrait être défini comme un réseau électrique mis à niveau auquel ont été ajoutés un système numérique de communication bidirectionnelle entre fournisseur et consommateur, un système intelligent de mesure et un système de contrôle, le système intelligent de mesure faisant généralement partie intégrante des réseaux intelligents. Les fonctionnalités du Smart Grid sont en cours de normalisation. Cette phase préparatoire devrait être terminée fin 2012.

La reconversion des travailleurs de la production d’énergie d’origine fossile (nucléaire inclus) vers la production des énergies renouvelables pose des problèmes de formation au début. La production des systèmes PV et éoliens, leurs installations, leur entretien, la gestion de l’équilibre électrique et la commercialisation locales, vont embaucher beaucoup de personnels assez spécialisés. Il est probable que la période de transition demande une génération.

Les entreprises actuelles qui produisent et commercialisent l’électricité seront confrontées à une baisse drastique de leur chiffre d’affaire. Les réductions de personnel inéluctables devront être accompagnées d’une priorité absolue pour la reconversion des travailleurs vers les énergies renouvelables. Ces changements d’emploi massifs doivent être accompagnés par des filières d’embauche et de relogement organisées depuis les entités territoriales recrutantes.

Il faut se battre dès maintenant pour que, pendant cette longue période de transition, les travailleurs de l’ensemble du secteur énergétique soient placés sous un statut public suffisamment protecteur de manière à ne pas freiner ou allonger cette difficile et longue période de transition.
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(1) http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2011:0202:FIN:FR:PDF