Que pouvons-nous faire pour poursuivre nos progrès vers la décarbonisation

En 2015, 196 pays se sont réunis lors de la Conférence des Nations Unies sur le changement climatique à Paris. Un accord a été conclu pour limiter le réchauffement climatique à une moyenne de 2 °C au-dessus des niveaux préindustriels, et pour « poursuivre les efforts » qui limiteront cette hausse de température à 1,5 °C.

Il s’agissait de la 21e session annuelle de la Conférence des Parties (COP21) découlant de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) de 1992 et de la 11e session de la Réunion des Parties (CMP) du Protocole de Kyoto de 1997. Cet accord historique devait entrer en vigueur une fois signé par 55 nations ou plus, représentant ensemble un minimum de 55 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Cet objectif a été atteint le 4 novembre 2016. Au 22 avril 2016 (Jour de la Terre), 174 pays avaient signé l’accord à New York et ont commencé à l’adopter dans leurs propres systèmes juridiques (par ratification, acceptation, approbation ou adhésion).

Pour atteindre cet objectif, les climatologues ont convenu que l’augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère devait avoir cessé, de sorte que à ce que l’on atteigne zéro émission nette de gaz à effet de serre anthropique, au cours de la deuxième moitié de ce siècle, entre 2030 et 2050. Dans ce scénario, la modélisation actuelle indique que le réchauffement climatique peut potentiellement rester dans la limite supérieure des 2 °C.

L’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) a par la suite publié un plan^[1] détaillé que le monde pourrait suivre pour atteindre cet objectif. Il présente plus de 400 étapes importantes allant de l’isolation domestique au captage du carbone et, peut-être plus important encore, la génération d’électricité et sa distribution.

En ce qui concerne la production d’électricité, des changements fondamentaux doivent rapidement être implémentés pour atteindre ces étapes. Actuellement, la consommation d’énergie est responsable de 76 % des émissions de gaz à effet de serre (GES), soit la plus grande source d’origine humaine[2]. Le secteur de l’énergie comprend les transports, l’électricité et le chauffage, les bâtiments, la fabrication et la construction, les émissions fugitives et d’autres combustibles. Dans le secteur de l’énergie, la production de chaleur et d’électricité est responsable d’environ 32 % du total des GES.

Dans le cadre du plan de l’AIE, les centrales à charbon cesseront leur activité dans les premiers pays du monde d’ici 2030. Une capacité éolienne et solaire de plus d’un térawatt doit être active d’ici la même année, accompagnée de capacités de production d’énergies renouvelables étendues et continues. D’ici 2035, la production d’électricité doit atteindre zéro émission nette dans les pays développés et les ventes de moteurs à combustion interne doivent cesser. L’énergie solaire doit représenter 70 % de l’électricité mondiale d’ici 2050, un objectif vers lequel je suis fier de dire que les leaders des énergies renouvelables, comme notre entreprise phare en énergies renouvelables FRV, qui fait partie d’Abdul Latif Jameel Energy, montrent déjà la voie.

Il s’agit d’une feuille de route très ambitieuse, mais, surtout, qui ne dépend pas d’avancées technologiques miraculeuses qui viendraient nous sauver. Les technologies énergétiques nécessaires pour nous permettre d’atteindre ces objectifs sont déjà utilisées dans le monde entier à différents degrés, aujourd’hui ! Les gouvernements sont incités à augmenter leurs dépenses en recherche dans des domaines tels que les systèmes de stockage de batteries, la production d’énergie éolienne, solaire et houlomotrice, et l’énergie nucléaire sûre, mais aucun type de technologie complètement nouveau et jamais encore testé n’est mentionné dans le rapport.

Cependant, une chose est claire : chaque processus qui le peut doit être électrifié. La capacité de production d’électricité doit évoluer pour produire encore plus d’énergie qu’elle ne le fait actuellement, de manière neutre en carbone ; et le réseau lui-même doit subir un changement profond pour que cette énergie puisse être fournie de manière cohérente, à tout moment et partout où elle est nécessaire.

Des progrès prometteurs – jusqu’à présent…

De nombreux progrès ont déjà été réalisés dans la réduction des émissions, mais nous entrons dans une nouvelle phase qui nécessitera une réflexion plus approfondie et une action concertée. Le Royaume-Uni, par exemple, a réduit ses émissions de 44 % depuis 1990. Sur la même période, la croissance de son économie a été de 75 %^[3]. Mais aujourd’hui, sans changement fondamental au niveau des technologies que nous utilisons chaque jour à la maison, dans les transports et dans l’industrie, nous n’avons plus de marge d’amélioration.

Jusqu’à présent, nous arrivions à faire des progrès par le biais d’une plus grande efficacité énergétique, plutôt que grâce à un changement radical. Les combustibles fossiles sont encore très largement utilisés pour le chauffage, le transport, la production d’électricité et l’industrie lourde. Évoluer vers les voitures et le chauffage électriques sans modifier la façon dont l’électricité est générée augmentera le rendement d’une même quantité de carburant, mais cela pourrait potentiellement exercer une plus grande pression sur le réseau.

Si nous ne changeons rien en termes de production, nous risquons de faire fonctionner notre technologie propre avec une énergie qui ne l’est pas.

L’énergie utilisée par les bâtiments représente 27 % des émissions mondiales de carbone. Actuellement, plus de la moitié des émissions d’une maison moyenne aux États-Unis ne provient pas de l’électricité, mais du gaz utilisé pour le chauffage central et l’eau chaude. Convertir les chaudières et radiateurs du monde entier en systèmes électriques tels que les pompes à chaleur au sol et à air offre une excellente opportunité d’augmenter l’efficacité énergétique, mais surtout, c’est la seule façon pour la consommation domestique de devenir neutre en carbone.

Les chaudières électriques sont plus efficaces que les chaudières au gaz, mais le fait de continuer à produire des émissions de carbone via des centrales électriques fonctionnant au moyen de combustibles fossiles ne nous permettra pas d’atteindre zéro émission nette.

Solutions de stockage

La feuille de route de l’AIE nomme l’éolien, le solaire et le nucléaire comme les principales sources d’énergie à faible émission de carbone. Des pays tels que la Norvège font également un usage considérable de l’hydroélectricité et de la géothermie islandaise, mais tous les pays n’ont pas accès à un tel terrain montagneux hydrologique ni à une chaleur souterraine.

Bien que le vent et le soleil soient déjà utilisés pour générer une grande quantité d’énergie (19 % de l’énergie dans l’UE en 2021)^[4], ces sources sont, par nature, intermittentes. Pour faire face à ce mode de production plus lent, mais plus stable et plus propre, l’énergie doit être stockée. D’un point de vue technologique, nous sommes encore loin du stockage à long terme de ce type d’énergie. Mais il existe déjà beaucoup de batteries locales, que ce soit au sein des infrastructures ou dans les voitures.

Par exemple, dans le cas d’épisodes très venteux en pleine nuit, les éoliennes peuvent produire une grande quantité d’énergie renouvelable bon marché, mais il y a peu de demandes à ce moment-là. L’énergie produite peut alors être stockée au niveau d’un foyer individuel ou d’une petite communauté et utilisée lorsque cela est nécessaire.

Les voitures électriques restent inutilisées pendant la majeure partie de la journée et offrent une forme de stockage mobile facilement accessible. Brancher une voiture électrique sur le réseau électrique ne crée pas une nouvelle source d’alimentation, mais la batterie de la voiture peut stocker l’énergie et la libérer aux heures de pics de consommation, réduisant ainsi la nécessité d’ajouter des capacités de production supplémentaire. Lorsque la voiture elle-même est usée en tant que moyen de transport, sa batterie conserve toujours la majeure partie de sa capacité d’origine et peut être recyclée pour être utilisée au sein d’un foyer.

Plutôt que d’être une contrainte sur un réseau démodé, les voitures deviennent un atout pour les infrastructures modernes. Un essai mené au Royaume-Uni et soutenu par le département des Affaires, de l’Énergie et de la Stratégie industrielle a révélé qu’un seul véhicule électrique pouvait alimenter 100 maisons pendant une heure[5]. Des études ont montré que les tarifs flexibles, l’adoption des véhicules électriques et la gestion des réseaux intelligents pouvaient réduire d’un quart la demande en énergie pendant les heures de pics de consommation^[6].

Les batteries domestiques seraient donc encore plus utiles.

Les grandes « batteries communautaires » fournissent des solutions à plus grande échelle. La plupart d’entre elles se présentent sous la forme de matrices de cellules lithium-ion (comme les trois projets de stockage de batteries à l’échelle des services publics développés par FRV-X et Harmony Energy au Royaume-Uni) ou de système d’eau pompée vers des positions élevées grâce à des pompes solaires disponibles, puis libérée lorsque l’énergie est requise.

Les « batteries à sable » pourraient bientôt venir s’ajouter à cette liste d’options^[7] de stockage d’énergie : de grands silos remplis de sable chauffé pouvant conserver la chaleur pendant des mois, ainsi que des technologies émergentes telles que les réserves d’hydrogène gazeux^[8].

Prendre le contrôle de votre énergie

Même dans les pays où le soleil se montre peu, comme en Europe du Nord, le temps nécessaire pour générer la quantité d’électricité qui couvrirait le prix d’achat des panneaux solaires et des batteries domestiques est estimé entre 10 et 15 ans, la durée de vie d’un panneau étant de 25 à 30 ans^[9]. Dans les pays plus ensoleillés comme l’Espagne, l’Australie ou le Moyen-Orient et l’Afrique, le temps nécessaire pour générer cette quantité d’électricité serait beaucoup moins long. Les prix élevés de l’énergie au détail le raccourcissent davantage.

Une maison avec des panneaux solaires de taille moyenne et des batteries domestiques réduit d’un tiers sa tension sur le réseau. Les installations plus importantes pour les appartements et les petites communautés peuvent être encore plus rentables et efficaces.

Travailler ensemble

Les programmes communautaires visant à tirer parti des sources d’électricité disponibles localement et à réduire les factures ne datent pas d’hier. Les centrales de chauffage urbain étaient utilisées à Dresde et Hambourg, en Allemagne, en 1900^[10], dont les énormes chaudières à pétrole fournissaient de la chaleur aux maisons et aux bâtiments publics directement par le biais de conduits fortement isolés, à un coût beaucoup plus faible que les systèmes individuels.

Pour prendre un exemple plus récent, Microsoft et son partenaire Fortum ont annoncé en mars 2022 que la chaleur éliminée de ses centres de données près de Stockholm, déjà alimentée par de l’électricité zéro carbone, serait utilisée pour chauffer les maisons et les écoles voisines^[11].

La Chartered Institution of Buildings Services Engineers (institution agréée des ingénieurs en génie civil) estime que 14 % du chauffage et de l’eau chaude au Royaume-Uni pourraient être fournis par la chaleur rejetée par l’industrie.^[12] C’est une quantité significative d’électricité qui n’aurait pas à être produite.

Des installations solaires et éoliennes financées par le quartier sont déjà utilisées pour mener les développements dont l’approbation de planification dépendait de leur neutralité carbone. L’utilisation de réseaux filaires privés, c’est-à-dire de petits micro-réseaux fonctionnant indépendamment au sein d’un réseau national plus grand, garantit que l’électricité générée localement profite aux foyers locaux, tout en facilitant la gestion du plus grand réseau.

Le transport adopte l’électrique

Les véhicules électriques (VE) sont une partie essentielle du plan global pour arrêter de consommer des combustibles fossiles et pour atteindre la neutralité carbone. La Norvège présente la meilleure infrastructure de recharge de véhicules électriques au monde : 4 600 chargeurs rapides pour un pays d’un peu plus de cinq millions d’habitants[13]. En comparaison, l’Écosse, de taille similaire, en a moins de 700.[14] Par conséquent, 73 % des voitures neuves en Norvège sont alimentées uniquement par des batteries^[15] et, combinées au réseau électrique norvégien presque zéro carbone, elles constituent une réelle forme de transport à faible émission de carbone.

Au Royaume-Uni, des sociétés de recharge telles que Gridserve intègrent déjà de grands parcs solaires dans leurs plans de service de recharge des véhicules électriques, sachant que la demande en énergie est supérieure à l’offre que le réseau peut fournir. Le plus grand parc solaire du pays génère près de 10 GWh d’énergie par an, et il alimente directement les batteries d’alimentation des chargeurs rapides.

Zéro émission nette au travail

Les perturbations causées par le changement climatique catastrophique sont désormais reconnues comme un grave problème commercial, démontré en partie par l’attention accrue portée sur les facteurs environnementaux, sociaux et de gouvernance  dans les performances commerciales. Les incertitudes de la chaîne d’approvisionnement mondiale causées par la pandémie de COVID-19 ont déjà provoqué des pénuries de micropuces, d’engrais à base d’ammoniac et d’essence,^[16] et les hypothèses selon lesquelles les activités pouvaient continuer sans être affectées par les défis survenant ailleurs ont été fermement renversées. Les entreprises de toutes tailles et de tous les secteurs reconnaissent désormais qu’elles ont un rôle essentiel à jouer dans la décarbonisation.

Les applications commerciales – magasins, bureaux, hôtels et logistique d’entreprise – représentent 20 % de la demande totale en électricité, et bon nombre des techniques qui ont fait leurs preuves dans le contexte domestique pourraient être utilisées pour réduire les émissions dans ce cadre également. L’espace sur les toits des bâtiments commerciaux est souvent très grand et inutilisé, offrant un grand potentiel pour l’énergie solaire, en particulier dans les secteurs à faible énergie tels que l’entreposage ou le stationnement automobile.

À mesure que la popularité des véhicules électriques augmente, le réseau pour les centres de charge commerciaux gagnera en exigence, et des solutions intelligentes seront nécessaires pour soulager la pression sur ledit réseau. Étant donné que la charge aura lieu principalement la nuit, non seulement en dehors des pics de consommation des foyers, mais également en absence de soleil, des solutions de stockage local devront prendre le relai, en utilisant soit l’énergie des parcs éoliens et solaires centralisés, soit l’énergie des installations sur les toits, puis en rechargeant les batteries pendant les heures de fermeture des bâtiments.

Ce modèle permettra non seulement d’éviter le rejet d’une énorme quantité de carbone, mais également de faire d’importantes économies en termes de coûts d’exploitation. McKinsey estime que les véhicules électriques permettent des économies de 15 à 25 %^[17] sur toute la durée de vie du véhicule, en utilisant uniquement l’électricité du réseau. Les entreprises qui génèrent leur propre électricité et l’utilisent pour recharger leurs véhicules électriques économiseront encore plus.

Un réseau plus intelligent

Les compteurs intelligents peuvent déjà informer les consommateurs sur les coûts de leurs habitudes énergétiques, mais leur potentiel est encore plus important. Connectés à des tarifs intelligents, ils peuvent être la clé de la décarbonisation du réseau tout en permettant aux consommateurs de faire des économies et en optimisant la charge lorsque la production renouvelable est à son maximum.

Les maisons intelligentes bénéficiant de tarifs attractifs peuvent stocker de l’énergie dans des dispositifs tels que les réservoirs d’eau chaude, les batteries domestiques et les VE lorsque l’énergie verte est abondante et bon marché (les consommateurs pourraient même être rémunérés pour stocker de l’énergie et aider à équilibrer le réseau) et puiser dans ces ressources stockées pendant les pics de consommation. Ce fonctionnement réduit la nécessité de produire une énergie coûteuse, polluante mais à réaction rapide, comme les turbines à gaz, lorsque la demande augmente.

Des compteurs et chargeurs entièrement connectés pourraient même équilibrer la charge au sein d’une communauté, garantissant à chacun l’accès à l’électricité dont il a besoin en temps voulu, tout en réduisant considérablement la charge sur le réseau tout au long de la nuit, étant donné que les foyers seraient alimentés successivement et non plus tous en même temps. Cela pourrait soulager les « pics de temporisation », qui surviennent lorsque les chargeurs programmés individuellement s’allument tous au moment où les tarifs traditionnels des pics de consommation prennent fin.

Économiser de l’argent, vivre de manière indépendante, aider le climat

Dans le spectre de la nouvelle technologie verte, l’histoire se répète : l’investissement initial peut être plus élevé, mais cela mène à une réduction des coûts d’exploitation et des pics de demande grâce à la micro-génération et au stockage local.

Les conséquences pour notre planète seront désastreuses si le changement climatique continue sa course effrénée. Même sans les catastrophes apocalyptiques prédites par certaines projections, un monde qui fonctionne avec des énergies renouvelables plus propres, moins chères, plus silencieuses et des transports électriques reste largement préférable.

En plus des avantages économiques, la nécessité d’une production d’énergie centralisée est réduite, la pollution est moindre et la sécurité énergétique est renforcée. L’énergie est un bien fondamental pour tous les pays du monde. Plus nous pouvons en générer pour nous-mêmes, moins nous sommes exposés à l’instabilité géopolitique.

Il n’est pas trop tard pour agir

Le changement climatique et la limite des 2 °C prévue dans l’Accord de Paris ne sont plus de lointaines menaces. Ils sont la réalité quotidienne pour une grande partie du monde et causeront très probablement beaucoup plus de perturbations au cours des trois prochaines décennies.

Les mauvaises récoltes, les conditions météorologiques extrêmes, les inondations, les sécheresses, la migration forcée et la pénurie d’aliments et d’eau engendrant au pire, des famines, et au mieux, une hausse des prix, ont plus de chances de se produire que d’être évités.

Au-delà de la limite des 2°C, peu de scientifiques sont disposés à modéliser ce à quoi ressemblerait le climat. Heureusement, nous n’en sommes pas encore à un stade où ils sont dans l’obligation de le faire.

Mais si nous n’agissons pas de manière décisive, voici un aperçu effrayant des scénarios possibles modélisés par les graphiques de la CCNUCC.

La feuille de route vers le « zéro émission nette » d’ici 2050 est ambitieuse, mais je crois vraiment qu’elle est réalisable, avec la volonté politique et la coopération mondiale que cela mérite. La conversion du chauffage, des procédés industriels et du transport en alternatives électriques et la décarbonisation du réseau électrique lui-même sont à notre portée.

Cela ne concerne pas uniquement les centrales électriques. Les installations solaires domestiques, le stockage d’énergie commerciale et domestique, la production d’électricité sur les lieux de travail, le chauffage communautaire, la récupération de la chaleur industrielle rejetée, l’équilibrage grâce aux réseaux intelligents, l’intégration des véhicules au réseau, les chaudières intelligentes et les tarifs pro-efficacité ont tous un rôle vital à jouer pour atteindre l’avenir zéro carbone que nous devons atteindre d’ici 2050.

L’avenir doit et peut être propre, sûr, non polluant et économiquement viable. Et avec la coopération et l’action nécessaires, nous pouvons y arriver.

^[1] https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050

^[2] https://www.wri.org/insights/4-charts-explain-greenhouse-gas-emissions-countries-and-sectors

^[3] https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/1033990/net-zero-strategy-beis.pdf

^[4] https://ember-climate.org/insights/research/european-electricity-review-2022/

[5] The Sunday Times, 21 août 2022.

^[6] https://www.nationalgrideso.com/news/domestic-flexibility-could-reduce-peak-electricity-demand-23-new-study-shows

^[7] https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520

^[8] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319919310195

^[9] https://www.nrk.no/norge/interessen-for-solenergi-oker-_-sa-lang-tid-tar-det-for-det-blir-lonnsomt-1.15660232

^[10] https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/district-heating-plant

^[11] https://www.fortum.com/media/2022/03/fortum-and-microsoft-announce-worlds-largest-collaboration-heat-homes-services-and-businesses-sustainable-waste-heat-new-data-centre-region

^[12] https://www.cibsejournal.com/technical/wasted-opportunity-using-uk-waste-heat-in-district-heating/

^[13] https://elbil.no/english/norwegian-ev-policy/

^[14] https://www.gov.uk/government/statistics/electric-vehicle-charging-device-statistics-october-2021/electric-vehicle-charging-device-statistics-october-2021

^[15] https://ofv.no/bilsalget/bilsalget-i-mai-2022

^[16] https://www.imperial.ac.uk/stories/global-supply-chain-crisis/

^[17] https://www.mckinsey.com/business-functions/sustainability/our-insights/charging-electric-vehicle-fleets-how-to-seize-the-emerging-opportunity