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La flexibilité électrique, levier de décarbonation pour le mix énergétique français

Comment la France peut-elle utiliser la flexibilité des consommations électriques pour décarboner son mix énergétique ?

4 décembre 2023

Les énergies fossiles représentent encore environ 60 % de la consommation d’énergie de la France. Pour répondre aux objectifs environnementaux que le gouvernement s’est fixés, la réduction de cette dépendance aux énergies fossiles est une étape obligatoire. La sobriété et l’efficacité énergétique ont un rôle important à jouer pour limiter la hauteur de la marche à franchir, mais l’électrification des usages fossiles sera également nécessaire. L’augmentation de la consommation d’électricité est par conséquent inéluctable en France dans les prochaines décennies.

Toutes les sources de production d’électricité décarbonée auront un rôle à jouer pour répondre au besoin d’électricité, et en particulier les énergies renouvelables. La variabilité de leur production soulève toutefois de nouvelles problématiques rendant nécessaire le développement de sources de flexibilité, notamment de la flexibilité de la demande. Celle-ci joue  un rôle majeur dans cette transition, au bénéfice du consommateur flexible, du système électrique et de la baisse des émissions de gaz à effet de serre !

Le mix énergétique de la France et ses objectifs de décarbonation

Les objectifs de la France et de l’Union européenne (UE) en matière de décarbonation sont ambitieux. Ils ont récemment été relevés d’un cran avec l’adoption du paquet « fit for 55 », ou « paquet climat », en mars 2023 qui vise une réduction de 55 % des émissions de gaz à effet de serre de l’UE en 2030, par rapport à 1990. C’est peu dire qu’il s’agit d’une véritable révolution alors que celles-ci n’ont diminué que d’une vingtaine de pourcents entre 1990 et 2018[1].

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Panorama du mix énergétique français

En France, l’électricité consommée est déjà majoritairement décarbonée depuis le milieu des années 80 grâce au programme de développement du nucléaire. Cependant, elle ne représente qu’un quart de l’énergie consommée en France contre environ 60% pour les énergies fossiles (dont ~40% pour le pétrole, ~20 % pour le gaz et <1 % pour le charbon). Les énergies renouvelables (EnR) thermiques et les déchets complétant le mix énergétique français.

Mix énergétique france

Consommation d'énergie finale en 2020. Source : Chiffres clés de l'énergie édition 2021

Il apparaît comme essentiel pour la France de cibler en priorité ses usages d’énergie fossile afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre. La principale piste pour atteindre cet objectif est d’électrifier les usages. Cette solution a pour double avantage de décarboner l’énergie consommée tout en augmentant bien souvent l’efficacité énergétique de l’usage. C’est notamment le cas des transports et du chauffage, les deux premiers consommateurs d’énergie fossile, qui peuvent être électrifiés grâce au passage aux véhicules électriques pour l’un, et aux pompes à chaleur pour l’autre, tout en réduisant la consommation d’énergie d’un facteur 3 grâce à la grande efficacité de ces équipements.

C’est également une des pistes préconisées par RTE, le gestionnaire du réseau de transport d’électricité en France, dans son rapport « Futurs énergétiques 2050 ».

Consommation énergie finale France

Evolution de la consommation d’énergie finale en France entre 2023 et 2035. Source : RTE

Qui dit électrification des usages, dit augmentation de la consommation électrique qu’il sera nécessaire d’accompagner côté production avec une augmentation de l’offre décarbonée pour que l’électricité française reste un vecteur énergétique décarboné. Pour respecter ses objectifs de baisse des émissions de gaz à effet de serre, la France devra augmenter fortement sa production d’électricité décarbonée dans les prochaines décennies.

Augmenter la production d’électricité décarbonée

Le mix électrique français est déjà très largement décarboné (à plus de 90 % si l’on omet l’année 2022 marquée par la faible disponibilité du parc nucléaire) grâce aux deux principales sources d’électricité décarbonée en France et dans le monde : le nucléaire et les EnR, composés notamment de l’hydraulique, de l’éolien, du photovoltaïque, et, dans une moindre mesure, de bioénergies.

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Panorama du mix électrique français

Le nucléaire est la principale source d’électricité décarbonée en France avec 360 TWh produits en 2021, soit 69% de la production d’électricité totale. Elle est suivie par l’hydraulique (environ 60 TWh, où 11 %), l’éolien (~40 TWh en 2022), le solaire (~20 TWh en 2022) et la production thermique renouvelable (~10 TWh), tandis que les énergies fossiles ont produit environ 40 TWh en 2021.

Mix électrique france

Production électrique en 2021. Source : Bilan électrique 2021 de RTE

Cependant, la part actuelle de la production de ces énergies bas carbone n’est pas représentative des augmentations possibles de production d’ici à 2035. La construction de nouveaux réacteurs nucléaires est un processus long. Ainsi, malgré les annonces gouvernementales, il n’y aura pas de nouveaux réacteurs en service avant 2035 à l’exception de l’EPR (réacteur pressurisé européen) de Flamanville. Au niveau de la production nucléaire, l’objectif pour la prochaine décennie est de maximiser la production des réacteurs en service en limitant au maximum les périodes d’indisponibilité (à la charge de l’exploitant), mais également les périodes sans débouchés pour la production, c’est-à-dire les périodes où la production électrique est abondante et ne peut être consommée intégralement.

Du côté de l’hydraulique, des améliorations peuvent être apportées pour augmenter la production existante et la discussion est ouverte autour de la construction éventuelle de nouveaux barrages, mais le gisement reste limité. L’augmentation de la production hydraulique devrait rester marginale par rapport à l’augmentation de la consommation électrique attendue.

Le constat est identique pour la production d’électricité par les bioénergies qui ne devrait pas beaucoup progresser, le gisement étant restreint et déjà exploité par ailleurs en dehors de la production d’électricité.

La solution pour répondre à la forte hausse de la consommation d’électricité est à chercher du côté du duo éolien/solaire photovoltaïque. Fort heureusement, le gisement pour ces deux énergies en France est bien supérieur au besoin, et le coût de production de ces filières, qui a fortement diminué ces dernières décennies, est aujourd’hui très compétitif. L’éolien et le solaire fourniront très probablement la majorité de l’effort d’augmentation de la production d’électricité décarbonée d’ici à 2035. RTE table sur une production, toutes filières renouvelables confondues, comprise entre 270 et 320 TWh en 2035, contre 120 TWh aujourd’hui (dont environ 60 TWh d’hydraulique) !

production d'électricité décarbonée

Production d'électricité décarbonée entre 2020 et 2022 et projection du scénario central de RTE entre 2023 et 2035 permettant de répondre à la hausse de consommation. Source : RTE - bilan 2035

Toutefois, la non-pilotabilité de la production de l’éolien et du solaire soulèvent une problématique majeure pour la gestion du système électrique. Ainsi, augmenter leurs parts respectives dans le mix électrique français requiert de se doter en parallèle de solutions de flexibilité pour compenser leur production intermittente.

Gérer un système électrique à la production non pilotable

Historiquement, la flexibilité du système électrique provenait de la production qui pouvait s’ajuster pour répondre au niveau de demande. L’arrêt progressif des centrales thermiques fossiles et l’ajout de centrales EnR non pilotables change la donne : de nouvelles sources de flexibilité doivent être trouvées.

La bonne nouvelle, c’est que ces nouvelles sources de flexibilité existent déjà ! Les batteries, qui se développent massivement en Europe et à travers le monde en sont la preuve. Cependant, leurs coûts et leurs utilisations de matières premières critiques pour d’autres pans de la transition énergétique incite au développement d’alternatives, dont la flexibilité de la demande en est la principale.

La flexibilité de la demande correspond à la capacité des consommateurs à ajuster leurs consommations en fonction de la tension du système électrique.

Flexibilité électrique décarbonation

En ajustant à la hausse (« flexibilité à la hausse ») ou à la baisse (« effacement électrique ») les consommations d’électricité flexibles selon le besoin du système électrique, la flexibilité de la demande permet de limiter :

  • les périodes de pénurie d’électricité décarbonée, donc les besoins de stockage ou l’utilisation des centrales thermiques très polluantes ;
  • les périodes de surplus de production décarbonée, donc les pertes de production décarbonée, diminuant ainsi le coût de production de ces centrales.

Elle joue déjà un rôle important pour la gestion du système électrique en apportant une flexibilité court terme nécessaire au maintien permanent de l’équilibre entre l’offre et la demande. Avec la croissance des énergies renouvelables, son rôle deviendra crucial dans la prochaine décennie.

La flexibilité de la demande apporte un double gain pour le système électrique :  financier et environnemental

La hausse de la consommation d’électricité est nécessaire et souhaitable, mais elle devra s’accompagner d’efforts importants d’efficacité énergétique (chasse au gaspillage, rénovation des bâtiments, installation d’équipements performants, sensibilisation aux économies d’énergie, etc.) et de sobriété (report modal vers le transport ferroviaire et dans une autre échelle les transports en commun et le vélo, baisse de la température du chauffage, etc.) pour permettre à l’offre de production décarbonée de suivre. Offre de production qui devra également répondre aux nouveaux besoins créés par la relocalisation industrielle et la volonté française et européenne de renforcer leur souveraineté énergétique.

Face à l’accélération de la crise climatique, la sobriété et la flexibilité de nos systèmes électriques deviennent un enjeu majeur pas uniquement à l’approche de l’hiver.

Emmanuelle WARGON
Présidente de la Commission de régulation de l'énergie (CRE)
Rapport de la CRE sur le pilotage des bâtiments, septembre 2023

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