Une transformation du système énergétique est-elle seulement possible ?

Il y a plus de 7 000 ans , l’homme a commencé à extraire du cuivre. Depuis, il en a extrait plus de 700 millions de tonnes. Selon une étude fascinante sur les besoins en métaux d’une transition énergétique zéro émission nette, le monde devra produire 700 millions de tonnes supplémentaires de cuivre au cours des 22 prochaines années.

Une trajectoire zéro émission nette impliquerait environ 700 millions de tonnes de cuivre au cours des 22 prochaines années. Cela équivaut à la totalité du cuivre extrait au cours de l’histoire de l’humanité. Source : Société géologique de Finlande .

L’ étude , menée par Simon Michaux du Service géologique de Finlande, fait le calcul de « ce qu’impliquerait une élimination complète des combustibles fossiles » pour la production de métaux. ¹ Chez THB, nous aimons quand les gens font le calcul — et, wow, les résultats sont décevants quant à l’ampleur massive de la réalisation du zéro net.

L’étude finlandaise conclut :

La quantité totale estimée de métaux nécessaire à la fabrication d’une génération d’unités de technologie renouvelable pour éliminer complètement les combustibles fossiles (remplacer le système existant) est bien plus importante que ce que permet la réflexion stratégique actuelle. (p. 252)

Qu’en est-il des quantités massives de stockage de batteries qu’implique une transition vers de grandes quantités de production d’électricité éolienne et solaire ?

Les parcs de batteries ne seront pas utiles pour le stockage stationnaire d’électricité en grandes quantités, même si les décideurs politiques estiment qu’il s’agit de l’option la plus efficace pour stabiliser les réseaux électriques intermittents (EMA 2020). Les chiffres présentés dans cette étude montrent que la production minière et les réserves minérales sont insuffisantes pour produire suffisamment de métal pour fabriquer suffisamment de batteries, alors que la majorité des métaux seraient nécessaires à la production de parcs de batteries pour la fourniture d’électricité tampon. Pour répondre aux exigences de stabilité du réseau électrique face aux variations saisonnières du rayonnement solaire et aux fortes fluctuations de la production d’électricité éolienne, une capacité de stockage de plusieurs mois pourrait être nécessaire, et non pas seulement de quelques jours. Au moment de la rédaction de ce document, aucune technologie viable ne permettait de stocker une telle quantité d’électricité sur une période aussi longue. Il n’existe peut-être aucune solution technologique visible pour un stockage d’électricité viable à long terme (Menton 2022), susceptible d’être mise en place à court terme (les cinq prochaines années). (p. 253)

L’étude est tout aussi pessimiste quant à l’hydroélectricité pompée et à l’hydrogène comme sources d’appoint à l’éolien et au solaire. Que signifie ce pessimisme pour les projets de développement rapide de l’éolien et du solaire ?

Cela pourrait signifier que les systèmes de production d’énergie éolienne et solaire ne seraient pas viables dans les grands réseaux avec l’ingénierie électrique sous sa forme actuelle. Cela pourrait changer si la recherche dans ce domaine aboutissait à une avancée technologique. Une avancée significative pourrait être le développement d’une technologie d’ingénierie électrique capable de fonctionner avec une alimentation électrique variable (fréquence, courant et tension variables). Si cela était possible, le besoin d’une réserve d’énergie serait considérablement réduit, voire supprimé. Cela étant dit, les résultats de cette étude montrent que l’éolien et le solaire ne sont pas viables pour devenir les principales sources d’énergie de la prochaine ère industrielle. On pourrait avancer que les batteries pourraient être fabriquées autrement que par la chimie lithium-ion, grâce à de nombreuses chimies de substitution disponibles (Corfe & Butcher 2022). Nombre de ces chimies de substitution utilisent des minéraux et des métaux réellement abondants et souvent présents dans les déchets industriels. (p. 253)

L’image ci-dessous illustre les besoins en métaux impliqués pour le cuivre, le nickel et le lithium, selon différentes hypothèses (l’étude aborde bien d’autres métaux). Dans chaque panneau, la courte barre noire de gauche indique la production minière mondiale totale de 1990 à 2023. Les barres à droite de la barre noire indiquent les besoins en métaux impliqués par différentes quantités de stockage dans les batteries d’un système énergétique à bilan carbone neutre. Concernant la grande barre bleue de droite, représentant 84 jours de stockage, l’étude indique qu’elle « pourrait bien être encore trop faible » pour assurer une distribution d’électricité adéquate.

Examinons de plus près certains détails méthodologiques de l’étude.

L’étude part de la trajectoire de 1,5 °C de l’ Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) et évalue ensuite les besoins nécessaires pour remplacer entièrement la consommation mondiale actuelle de combustibles fossiles et respecter le futur mix énergétique de la trajectoire de l’IRENA. Michaux n’évalue pas « si les résultats sont réalisables, ni même possibles ».

Bien sûr, un exercice similaire pourrait être réalisé avec toute trajectoire zéro émission nette proposée – et il le faudrait sans doute – afin de mettre en évidence les implications concrètes de propositions zéro émission nette, généralement opaques. Je serais particulièrement intéressé par les implications matérielles d’une trajectoire reposant principalement sur le nucléaire, plutôt que sur l’éolien et le solaire.

L’étude finlandaise explique que peu de propositions visant à atteindre le zéro net prennent en compte l’ampleur implicite de la transformation du système énergétique proposée (soulignement ajouté) :

La plupart des documents stratégiques de planification de l’élimination progressive des combustibles fossiles examinés dans cette étude ne comptaient pas d’audit du nombre d’unités technologiques (voitures, camions, etc.), du travail physique qu’elles accomplissaient au fil du temps, ni des besoins physiques nécessaires au remplacement de ces capacités. L’ampleur de la tâche qui nous attendait pour éliminer progressivement les combustibles fossiles était méconnue . (p. 18)

Un point de départ essentiel pour l’exercice est que les technologies explorées dans l’étude doivent exister ou devraient exister très bientôt :

Une technologie conceptuelle qui n’est pas encore viable mais qui pourrait être disponible sur le marché dans 5 à 10 ans, n’a pas été considérée comme utile. (p. 12)

Une implication importante de l’étude est que nous ne disposons tout simplement pas actuellement de technologies évolutives qui permettraient une transition vers le zéro net — malgré les affirmations fréquentes du contraire. ² L’innovation et les percées sont nécessaires dans de nombreux domaines.

La tâche de quantification de l’ampleur du défi est résumée dans les chiffres très utiles ci-dessous pour le charbon, le gaz naturel et le pétrole.

L’image du pétrole ci-dessus met en évidence son rôle fondamental dans la société moderne.

L’étude explique :

La majeure partie de l’énergie produite dans une société développée est consommée pour trois applications fondamentales : la chaleur nécessaire à la production industrielle (Département de l’Énergie des États-Unis, 2014), les transports (véhicules à moteur à combustion interne) et la production d’électricité. L’électricité est à la civilisation moderne ce que le sang est au corps humain (Schernikau et Smith, 2023 ; Smil, 2016a,b). La production d’énergie par combustion de combustibles fossiles est très inefficace. Plus de 60 % de l’énergie contenue est perdue sous forme de chaleur lors du processus de production (Fig. 4). Dans la Figure 4, le rendement affiché est de 38 %, ce qui correspondrait au parc actuel de centrales au charbon de l’Union européenne (alors que celui des États-Unis est légèrement moins performant). En revanche, les cycles combinés au gaz naturel (rendement des nouveaux systèmes > 60 %) et les centrales au charbon de nouvelle technologie (rendement > 45 %) présenteraient moins de pertes thermiques. (p. 20)

En ce qui concerne l’électricité, l’étude caractérise la production d’énergie électrique supplémentaire dans la figure ci-dessous.

L’ étude , qui compte 296 pages, est densément remplie de données et de tableaux et de figures incroyablement instructifs. ³ Cela vaut la peine d’y consacrer du temps.

En résumé : faites toujours le calcul. Vous pourriez être surpris de ce que vous apprendrez sur ce qui était supposé auparavant.