Les atouts de l'électricité : cours de Terminale

Quand tu allumes une lampe, tu ne penses pas à la centrale, au barrage ou au champ de panneaux solaires qui se trouvent peut-être à des centaines de kilomètres. Pourtant, cette lumière est le dernier maillon d'une longue chaîne de transformations. Ce chapitre explique pourquoi l'électricité tient une place centrale dans les scénarios pour le futur des énergies : quels sont ses atouts, quelles sont ses limites, et comment on cherche à les dépasser.

Tu as vu dans le chapitre précédent l'histoire de l'énergie électrique sur deux siècles. Ici, on change de point de vue : on ne raconte plus comment l'électricité s'est développée, on cherche à comprendre pourquoi elle est si présente dans les projets de transition énergétique. Le chapitre suivant s'intéressera à l'optimisation de son transport, puis aux choix énergétiques et à leurs impacts sur les sociétés.

Cette distinction est la clé du chapitre. Le pétrole brut est une énergie primaire ; l'essence à la pompe est une énergie finale. Le rayonnement du Soleil est une énergie primaire ; l'électricité de ta prise est une énergie finale. Entre les deux, il y a des conversions : on transforme une forme d'énergie en une autre (chaleur, travail, électricité…) ².

Premier atout de l'électricité : on peut la fabriquer à partir de sources très différentes. Beaucoup de centrales reposent sur une machine tournante qui entraîne un alternateur ; d'autres technologies, comme le photovoltaïque, produisent de l'électricité sans pièce en mouvement.

Cette idée donne une grande liberté. Ce qui compte pour l'alternateur, c'est l'énergie mécanique qu'on lui apporte ; la source primaire peut changer sans que le consommateur s'en aperçoive. Un pays peut faire évoluer son parc de production sans modifier ce qui sort de la prise.

Deuxième atout : à service rendu égal, un équipement électrique dépense souvent moins d'énergie qu'un équipement qui brûle directement un combustible. Frédéric Wurtz, directeur de recherche au CNRS, prend l'exemple du véhicule : pour avancer, un véhicule électrique a besoin de moins d'énergie qu'un véhicule thermique. Il en déduit que les systèmes électriques sont efficaces ⁴.

Pour le comprendre, raisonne en rendement. Le rendement d'une conversion est le rapport entre l'énergie utile obtenue et l'énergie reçue. Plus il est élevé, moins on gaspille d'énergie primaire pour un même service.

Ce rendement progresse. Le Journal du CNRS indique que, pour les panneaux, il est passé de 16 % à 23 % en dix ans ⁴. Les chercheurs espèrent atteindre 30 à 35 %, et la limite théorique se situe bien plus haut : aucun plafond technologique n'est atteint ³.

Troisième atout, le plus souvent invoqué dans les débats : l'électricité peut être produite sans émettre de carbone. Pour Frédéric Wurtz, la décarbonation passera largement par ce vecteur, parce qu'on sait fabriquer de l'électricité sans carbone avec des éoliennes ou des panneaux solaires ⁴.

Le raisonnement comporte deux volets complémentaires :

1. on électrifie des usages qui utilisent aujourd'hui des combustibles (déplacements, chauffage, industrie) ;
2. on décarbone la production d'électricité.

Électrifier avec une électricité très carbonée déplace le problème sans le résoudre ; produire une électricité propre qu'on n'utilise pas laisse intacts les usages qui brûlent encore des combustibles.

Le réseau électrique profite de qualités uniques de l'électricité : flexibilité, versatilité, facilité de transport et de distribution ⁵. Une même ligne peut alimenter un hôpital, une usine ou une maison. Le revers est tout aussi important : l'électricité ne se stocke pas à large échelle ⁵.

On parle d'équilibre : sur chaque portion du réseau, la quantité d'énergie injectée doit toujours compenser celle que les consommateurs prélèvent ⁶. Cette égalité doit être respectée à tout instant et en tout lieu pour que le réseau fonctionne ². Il n'existe pas, pour l'électricité, de stock tampon énorme comme le réservoir d'essence ou le tas de charbon.

Le photovoltaïque compte parmi les sources d'électricité les moins coûteuses à produire ³. Son principe est simple : avec du soleil, on produit ; sans soleil, on ne produit pas. On peut aussi arrêter une installation solaire sur-le-champ, sans procédure lourde, ce qui n'est pas le cas d'une centrale thermique ou nucléaire ³. Sa principale limite n'est donc pas technique mais tient à sa variabilité ³.

Le cas de la France donne un ordre de grandeur. Les pointes de consommation atteignent 100 gigawatts, soit l'équivalent d'une centaine de tranches nucléaires, qui sont parfaitement pilotables. En théorie, les renouvelables peuvent fournir un peu moins du tiers de ce pic. Elles se composent de plus de 500 000 unités dispersées sur le territoire, dont la production n'est guère pilotable ⁵. Les intégrer représente donc un chantier phénoménal ⁵.

Le solaire seul ne peut pas tout faire. Il doit s'insérer dans un système qui associe stockage (batteries), gestion intelligente du réseau et complémentarité avec l'éolien, l'hydraulique ou d'autres sources ³. De plus en plus de centrales solaires sont couplées à des batteries et peuvent fournir du courant en continu, comme à Masdar ou au Chili ³.

Pour tenir l'équilibre malgré des sources nombreuses et variables, on équipe le réseau d'outils de mesure, de communication et de calcul : ce sont les réseaux intelligents. Les véhicules électriques se branchent à des endroits et à des moments très divers : ce sont des consommations mobiles que les gestionnaires du réseau doivent apprendre à anticiper ⁵.

Grâce au courant porteur en ligne (CPL) et à un compteur intelligent, le réseau peut dialoguer avec les appareils branchés. Certaines technologies coupent brièvement des chauffe-eau ou des réfrigérateurs, sans gêner le consommateur ⁵. C'est un exemple d'ajustement temporel de la demande, l'une des trois voies vues plus haut ⁶. Mieux connaître sa consommation aide aussi à économiser l'énergie ⁵.

Pour répondre à une question du type « pourquoi l'électricité est-elle au cœur de la transition énergétique ? », organise ta réponse en parties : les atouts, les limites, puis les réponses apportées. Précise toujours la source primaire dont on parle, car un atout de l'électricité comme vecteur ne dit rien, à lui seul, sur l'impact de la production.