Eoliennes et panneaux photovoltaïques sur le réseau électrique 

Prof. dr. Pierre L. Kunsch, physicien et économiste de l’énergie
Professeur honoraire de l’Université Libre de Bruxelles – Invited Professor Vrije Universiteit Brussel ; senior economist retraité de ondraf/niras (organisme public Belge de gestion des déchets radioactifs et des matières fissiles enrichies)

Contenu et objectif de la note

Cette note présente sept constats basés sur des réalités physiques irréfutables, prouvant que l’éolien et le solaire électrique sont non seulement inutiles, mais aussi nuisibles pour la production sur le réseau électrique Belge. Les sources renouvelables intermittentes du soleil et du vent ne peuvent en aucun cas répondre aux attentes exprimées par le Pacte Énergétique Belge d’une transition électrique aux objectifs ambitieux bas carbone, tout en sortant du nucléaire.

 Le nucléaire assure en 2020 environ la moitié de la production électrique du pays et le réseau électrique restera encore nécessaire pour longtemps. Une électricité qui serait entièrement distribuée sans passage par le réseau, et qui serait basée principalement sur des éoliennes et des panneaux photovoltaïques privés, poserait de très nombreux défis insolubles, non seulement techniques, mais aussi économiques et de justice sociale. Le gouvernement doit pouvoir répondre aux attentes de la population Belge de maintenir un réseau électrique performant, fiable et assurant une sécurité d’approvisionnement à tout moment, à un coût acceptable pour tous les citoyens, tout en émettant le moins possible de CO₂ pour répondre aux défis du changement climatique. Cela ne sera pas réalisable sans l’apport indispensable du nucléaire. La loi de sortie du nucléaire prévue dans la période 2022-2025 est donc totalement irresponsable : nos concitoyens doivent en être correctement informés pour pouvoir exiger sans délai son abrogation pure et simple avant que l’irréparable ne soit commis.

Sept constats

1. L’intermittence du soleil et du vent rend l’électricité éolienne et solaire inutilisable sans l’appoint permanent de sources thermiques 

Des sources thermiques pilotables par les gestionnaires du réseau électrique doivent être maintenues en activité pour compenser l’intermittence du vent et du soleil, et ainsi éviter des coupures de courant, voire des pannes de longue durée. En Belgique il s’agit surtout des turbines à gaz, turbines gaz-vapeur et réacteurs nucléaires, avec un faible apport de la biomasse. Aucune solution de stockage d’électricité intermittente n’est économiquement réalisable à grande échelle en Belgique du fait des faibles capacités hydrauliques de ce pays sans grands reliefs. Par exemple, une capacité de stockage par batterie ne pourra jamais compenser des variations sur des longues périodes ou saisonnières. De plus, même un stockage sur une journée seulement nécessiterait des quantités considérables de batteries, soit environ 5 kg de batteries Lithium-ion par kWh, les plus avancées sur le plan technologique. Le stockage de la demande journalière des ménages Belges (environ 21% de la production totale) nécessiterait alors environ 250.000 tonnes de batteries Lithium-Ion, contenant de grandes quantités de métaux rares.

2. L’éolien et le solaire ne remplacent pas du tout les réacteurs nucléaires et fossiles 

Les capacités renouvelables soleil et vent s’ajoutent, mais ne se substituent pas aux capacités nucléaires et fossiles maintenues en support. En Belgique, la puissance maximum appelée pendant l’année (8.760 heures) est d’environ 13 gigawatts (1 GW=1 million kW). Il faut donc disposer d’une puissance pilotable de 13 GW environ pour éviter toute interruption dans la fourniture d’électricité, soit de fait 15 GW en prévoyant une réserve de 2 GW pour les périodes de maintenance des réacteurs nucléaire et des turbines à gaz. Cette puissance pilotable de 15 GW est restée quasi inchangée depuis le début du présent siècle, à demande également quasi constante d’environ 85-90 TWh/an. Ceci est illustré par la Figure 1.

3. L’éolien et le solaire sont superflus pour l’approvisionnement en électricité par le réseau 

Les productions par le soleil et le vent sont toutes deux sans lien aucun avec la demande effective d’électricité du fait de leur caractère intermittent. Par exemple en hiver, lorsque la demande est plus importante il y a très peu de production photovoltaïque, en été la production maximum se situe en milieu d’après-midi lorsque la demande est la plus faible dans la journée. En effet, la puissance intermittente du soleil, comme celle du vent, n’est pas active en permanence, elle varie rapidement, voire s’annule, de façon non contrôlable. A titre d’exemple, la Figure 2 montre l’évolution quasi aléatoire du soleil et du vent par rapport à la demande pour le mois de juillet 2020 sur le réseau Belge. On voit sur cette figure que la capacité intermittente active ne représente la plupart du temps qu’une faible fraction de la puissance nominale d’environ 8 GW. Les capacités d’appoint, principalement gaz et nucléaire et l’importation doivent donc compenser continuellement la variabilité pour répondre à la demande d’électricité sans risque de coupures.  

Cette anti-corrélation entre production et demande est confirmée par une comparaison statistique pour toutes les saisons entre cette production et la demande d’électricité. Un coefficient de corrélation négatif entre -0,4 et -0,3 est obtenu par l’analyse statistique si on ajoute les deux productions éolienne et photovoltaïque pour les comparer aux demandes journalières. Cette électricité intermittente largement déphasée par rapport à la demande est donc en pratique superflue. Pour le dire avec les mots de tous les jours, elle est produite quand on n’en a pas besoin, et elle n’est pas produite quand on en a besoin. Et il n’y a aucun moyen de la stocker à grande échelle et pour des durées longues, sauf avec de l’hydraulique dont on ne dispose pas ou trop peu en Belgique – contrairement à la Norvège, Suède ou Suisse. De plus, elle est produite au détriment de la rentabilité et des performances des sources d’appoint apportées par les fossiles et le nucléaire. Celles-ci sont amplement suffisantes à elles seules pour satisfaire toute la demande, comme on le voit bien dans la Figure 2. Dans une association contre nature avec les énergies intermittentes, elles ne travaillent plus dans leurs conditions de fonctionnement optimales comme on le signalera encore plus loin, – elles ne sont pas faites pour jouer en permanence au yo-yo ! -, elles deviennent moins, ou plus du tout rentables lorsque la proportion de production intermittente devient trop importante. On doit alors les rémunérer par un « Mécanisme de Rémunération de Capacité » (MRC) dont le coût doit être couvert par une majoration du prix de l’électricité, ou par l’impôt. Elles utilisent davantage de combustible non renouvelable, émettent plus de CO₂ pour ce qui est des sources fossiles indispensables pour l’appoint, contrairement à l’objectif principal recherché par la transition énergétique.

4. Le soleil et le vent sont certes gratuits mais l’électricité éolienne et solaire est très chère

Malgré la forte diminution des coûts d’investissement des installations – pour les panneaux photovoltaïques obtenue en grande partie grâce aux coûts faibles de la main d’œuvre Chinoise – les électricités éoliennes et solaires entraînent de nombreux coûts cachés et des coûts indirects comme le MRC et les subsides accordés aux promoteurs (voir plus loin). On peut citer comme coûts cachés : la duplication superflue des capacités pour satisfaire à une demande comparable, les interconnexions, la gestion bien plus complexe du réseau pour maintenir l’équilibre impérieux pour le bon fonctionnement du réseau entre production et demande d’électricité (‘smart grids’ et compteurs intelligents), les coûts de démantèlement et de remplacement des équipements éoliens et solaires dont la durée de vie moyenne courte est estimée à 20 ans (alors que la durée de vie d’un réacteur nucléaire est de 40 ans au moins, et pourra évoluer vers 60 ans et plus), etc. La rentabilité est créée et maintenue artificiellement sans limite dans le temps par un privilège d’accès au réseau – non justifiable économiquement – et par l’octroi de subsides généreux et prix garantis hors marché aux investisseurs et promoteurs qui s’ajoutent au prix du kWh à charge des consommateurs qui n’ont pas accès au marché de gros, ou qui ne disposent pas de panneaux photovoltaïques privés pour réduire leurs factures par l’injection d’excédents sur le réseau (les compteurs tournent alors à l’envers compensant en partie ou souvent totalement la consommation du fait de l’installation fréquente de surcapacités par rapport aux besoins propres). Ceci conduit à une forte majoration du prix moyen du kWh au consommateur résidentiel, comme le montrent les comparaisons internationales : la Belgique présente le prix du kWh le plus élevé dans l’Union Européenne après le Danemark et l’Allemagne qui disposent de capacités de production encore plus importantes d’électricité intermittente. On peut évaluer qu’avec 15% d’éolien et de solaire le prix moyen de l’électricité hors TVA est passé de 14 cents/kWh hors renouvelables (2004) à 24 cents/kWh (début 2020). Ceci représente une majoration annuelle de près de 1,8 milliards d’euros par an pour les ménages Belges.  

5. L’éolien et le solaire photovoltaïque ne sont ni renouvelables ni verts

La production d’électricité intermittente nécessite de nombreuses ressources minières non renouvelables pour les rotors des éoliennes et les panneaux photovoltaïques ; les combustibles en appoint de cette production sont eux-mêmes non renouvelables. Des surfaces considérables sont utilisées sur terre et sur mer pour capter et concentrer cette énergie très diffuse, (en Belgique les éoliennes onshore occupent en 2020 une surface estimée entre 300 km² et 500 km² prise sur les terres agricoles dans un des pays les plus densément peuplés d’Europe ; le éoliennes offshore occuperont un jour le long de nos côtes avec 4 GW planifiés quelques 800 km²) ; il faut ensuite la transformer et la transporter par des interconnexions coûteuses et démultipliées vers le consommateur final. Des quantités importantes de déchets sont générées (socles en béton des éoliennes à jamais enterrés, aciers spéciaux pour les mâts et rotors, terres rares et métaux rares souvent produits dans des conditions écologiques et humaines désastreuses en dehors de la Belgique). Il n’existe souvent aucun procédé de traitement, ni non plus de provisions en application du principe du pollueur payeur pour un traitement ultime ou un recyclage de ces déchets. A contrario, des provisions nucléaires sont constituées sous le contrôle de l’État Belge pour le traitement et stockage des déchets radioactifs, ainsi que pour le démantèlement des réacteurs nucléaires.

6. Les sources solaires et éoliennes sont inutiles et nuisibles dans la lutte contre le changement climatique. Leur croissance est limitée par les performances thermiques des réacteurs d’appoint et par les contraintes de stabilité du réseau électrique

Un système de production éolien et solaire devra, comme on l’a dit, être appuyé par des capacités thermiques surtout le gaz et la biomasse, afin de conserver la puissance pilotable d’environ 15 GW pour après la sortie complète d’environ 6 GW nucléaires en 2025 (voir la Figure 1). La sortie du nucléaire prévue entre 2022 et 2025 aura dès lors deux conséquences gravissimes. Tout d’abord, les puissances thermiques non nucléaires seront augmentées de 6 GW également, soit une augmentation de puissance de 70% environ dans les conditions actuelles de demande et de la proportion – encore assez réduite en 2020 – de 15% de production intermittente. Comme une production thermique non-nucléaire est émettrice de CO₂, ces émissions augmenteraient considérablement – puisqu’au lieu des quelques 65 % de production bas carbone actuelles – soit 50% grâce au 6 GW nucléaire, auquel on ajoute 15% d’éolien et solaire début 2020 – on tomberait d’un coup à 15% avec la suppression du nucléaire. Rappelons que cette dernière production n’est pas un processus de combustion, elle n’émet donc pas du tout de CO₂ en opération – le grand public mal informé et nombre de politiques semblent ignorer cette réalité. Ensuite, la forte croissance de la production intermittente prévue par le Pacte de transition énergétique en 2030, soit 40% incluant la biomasse – pourtant émettrice de CO₂, se heurterait, dès avant l’atteinte de l’objectif aux limites imposées par le réseau, particulièrement le maintien impérieux de la fréquence à 50 Hertz. Cela impose le rétablissement quasi immédiat à cette valeur à la suite d’incidents affectant l’équilibre instantané entre production et demande. Or cela devient problématique avec une trop grande proportion de puissance intermittente (40% et plus) du fait du manque d’inertie des rotors éoliens et des panneaux photovoltaïques. Une autre limite technique serait atteinte par les réacteurs thermiques d’appoint : ils ne pourraient plus fonctionner correctement, car trop peu sollicités avec 40% et plus de puissance intermittente appelée pendant une longue période. 

Avant même d’atteindre ces deux limites, l’utilisation réduite des machines thermiques fossiles conduirait à une forte dégradation de leurs performances, entraînant une importante augmentation de leur consommation de combustible, le gaz en l’occurrence pour la majorité d’entre elles. Ceci réduirait fortement, jusqu’à les annuler presque complètement, les réductions d’émissions de CO₂ espérées sur la base d’une simple règle de trois portant sur les proportions de renouvelables.

7. L’éolien et le solaire ne créent pas d’emplois qualifiés en Belgique mais créent de nouvelles dépendances par rapport à d’autres pays

La Belgique, comme l’ensemble de l’Union Européenne, n’a pas ou plus de filière industrielle pour la fabrication de panneaux photovoltaïques, laquelle a été largement délocalisée en Chine par suite des faibles coûts de main d’œuvre et d’une croissance importante de la demande, stimulée par les rendements financiers plantureux générés par les (trop) généreux subsides accordés pendant des années aux ‘prosumers’ (producteurs & consommateurs photovoltaïques). Les promoteurs et constructeurs éoliens sont rarement Belges mais Allemands, Danois, Néerlandais et Japonais (voir la société Eneco Energy), Portugais et Français (EdPR en Wallonie), etc. De nouvelles dépendances sont ainsi créées ; il faudra aussi tenir compte des importations accrues de gaz naturel en provenance entre autres de Russie et des pays du Golfe, afin d’alimenter les nouveaux réacteurs au gaz à installer en remplacement des réacteurs nucléaires.

Conclusion

Il faut mettre fin à l’illusion savamment entretenue auprès du public trop peu informé qu’on réussira à brève échéance – à partir de 2023 en Belgique – à remplacer les réacteurs fossiles et nucléaires en démultipliant des surcapacités éoliennes et photovoltaïques à travers le territoire et la mer du Nord. Comme exemple de tel propos, une étude en 2020 d’Energyville https://www.energyville.be/, se cachant derrière des modèles mathématiques, annonce des proportions d’au moins 50% de production renouvelable en 2030 – dans le scénario le plus prudent. Il faut supposer des capacités éoliennes et solaires totalement irréalistes de 21,8 GW contre 8,7 GW en 2020, ce qui révèle déjà l’impossibilité technique par rapport aux contraintes du réseau exposées dans la présente note (la puissance totale serait plus de 2,5 fois la puissance maximum appelée, ce qui menacerait gravement l’équilibre du réseau). Ceci confirme que la plupart des modèles utilisés par les thuriféraires du soleil et du vent se basent sur de simples opérations arithmétiques sans tenir aucun compte ni des réalités physiques, ni des contraintes d’occupation du territoire exigu et très peuplé de la Belgique, ni de la surface limitée de ses eaux territoriales.

Il faut contrer ces messages simplistes propagés sous le couvert de démarches pseudo-scientifiques, qui cachent en réalité d’importants intérêts économiques. Ils nous promettent, presque toujours en abusant de nos craintes relatives au changement climatique, une électricité renouvelable intermittente qui serait à la fois à la fois propre, sans émissions de CO₂ ni d’impacts environnementaux, abondante et bon marché parce que reposant entièrement sur le soleil et le vent, gratuits à première vue. Il ne faut certes pas négliger l’intérêt de ces nouvelles technologies pour des usages privés hors réseau, mais sans intervention d’argent public et de privilèges réseau. C’est pourquoi des professeurs, des scientifiques et des ingénieurs, dont fait partie l’auteur, se sont groupés autour du professeur André Berger, le climatologue Belge bien connu, pour demander instamment la suppression des privilèges accordés aux énergies renouvelables et l’abrogation immédiate de la loi de sortie du nucléaire de 2003. 

Nb1: Egalement se reporter à: Plaidoyer pour une transition électrique réaliste après la crise du covid-19

Nb2: L’avis de SCE : Il est évident que l’engouement actuel pour les
énergies renouvelables intermittentes est en premier lieu motivé par l’illusion démontée dans l’article qu’elles ne seraient pas ou peu émettrices de CO2.
Si on estime sur la base des nombreux articles parus dans SCE que le CO2 n’a qu’un impact minime sur le changement climatique, l’utilisation à marche forcée des énergies renouvelables sur les réseaux électriques perd totalement sa pertinence.