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Jeux et enjeux de l’énergie

Vignette du numéro 268 de Janvier 2017

Article publié dans le numéro 268 de Janvier 2017
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Pas une journée sans qu’il soit question d’énergie dans un débat politique, un magazine d’information ou une chronique scientifique. Et pour cause ! De l’énergie dépendent la plupart des activités et la façon de vivre des sociétés post-industrielles. Une interaction remise en jeu par la nouvelle donne environnementale… Pollution, réchauffement climatique, épuisement des ressources ont bouleversé les règles établies au siècle dernier, obligeant politiques, scientifiques et citoyens à sortir de nouvelles cartes de leurs manches. Les atouts sont entre les mains de tous, il reste à bien les jouer pour remporter la partie.


  

 

SOMMAIRE

- Tout doit disparaître

- Des technologies au service d’une culture nouvelle

- Géothermie : se servir dans les profondeurs de la Terre

- Trouver les bons verrous financiers

- Parler positif !

- L’éolien brasse une foule d’intérêts divergents

 
  

 

Accélérer la sortie du nucléaire, favoriser les centrales au charbon, développer des champs d’éoliennes, passer à l’hydrogène, s’en remettre aux profondeurs de la Terre… la question de l’énergie est complexe, très loin de faire l’unanimité, et les réponses, forcément multiples, se pressent dans un mix énergétique encore à définir.

Actuellement, 83 % de l’énergie produite dans le monde est issue du carbone (gaz, pétrole et charbon) ; 9 % de la biomasse ; 5 % du nucléaire et 3 % de sources renouvelables, l’énergie hydraulique représentant les deux tiers de cette énergie verte. La consommation d’énergie produite par le charbon a augmenté dix fois plus que celle issue de l’éolien, et trente-cinq fois plus que pour le solaire, entre 2000 et 2014. Le charbon reste l’énergie la mieux placée en termes de rentabilité, et la pire en termes d’environnement.

Des spécialistes estiment qu’il faut taxer lourdement les énergies fossiles pour contraindre les consommateurs à se diriger vers d’autres solutions. Le nucléaire, dont les gouvernements entendent sortir totalement ou en partie, et à plus ou moins longue échéance, pose le problème crucial de la sécurité et de l’enfouissement des déchets, mais le fonctionnement des centrales ne dégage pas de gaz carbonique et n’a aucune responsabilité sur l’émission de gaz à effet de serre, ce qui interpelle positivement certains experts. Des expériences en faveur de l’environnement font leurs preuves, comme au Maroc dans le domaine du solaire, ou au Brésil avec l’hydroélectrique, quand au plus haut niveau de l’État, aux États-Unis, on affiche son climatoscepticisme...

Pour David Bouquain, chercheur au département Énergie de l’Institut Femto-ST et enseignant à l’UTBM, et pour bien d’autres avec lui, il n’existe qu’une seule vérité : « d’ici 2020, il faudrait baisser de moitié la consommation en énergie carbonée si on veut limiter le réchauffement climatique à + 2°C ». Un pari insensé mais qui ne dispense pas de retrousser ses manches pour, au moins, inventer des formules pour dessiner un nouveau paysage énergétique d’ici deux générations. David Bouquain souligne l’importance d’attaquer le problème sur tous les fronts. « Les entreprises consomment 35 % de l’énergie pour produire leur valeur ajoutée ; 15 à 20 % sont consacrés aux transports, 6 % à l’agriculture, etc. Le problème énergétique, c’est la somme de toutes ces dépenses. » Avec son équipe, il travaille pour sa part à la question de la gestion et du stockage des énergies renouvelables, avec l’autoconsommation pour credo.

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Tout doit disparaître

Consommer sur place l’énergie produite sur place, voilà en effet une démarche frappée au coin du bon sens, mais encore peu entrée dans les moeurs. Pourtant, stocker l’énergie, qui représente encore un défi technologique et coûte cher, ne doit s’envisager qu’en deuxième solution ; vendre l’électricité sur le réseau ne devrait constituer qu’un dernier recours, alors que, largement encouragée par les opérateurs ces dernières années, cette tendance domine. Ce bilan une fois dressé par David Bouquain appelle un rapide état des lieux.


Du côté de la consommation, les initiatives sont nombreuses : smart grids pour distribuer intelligemment l’électricité dans une maison ou sur un quartier, récupération de la chaleur générée par les data centers des entreprises ou par le fonctionnement d’un moteur de voiture, soit pour chauffer un bâtiment, soit pour produire de l’électricité, choix de sources d’approvisionnement de proximité grâce à des technologies apportant chez le particulier ou dans une entreprise les énergies renouvelables telles que éolien, géothermie, solaire…

Du côté du stockage, les barrages hydrauliques équipés de stations de transfert représentent pour l’instant la meilleure façon de stocker de l’énergie. Alternant opérations de pompage et de turbinage, ils sont à même d’utiliser de l’électricité en surplus pour activer la montée de l’eau et la stocker dans leurs réservoirs, puis de la libérer pour produire l’électricité au moment opportun, en jouant sur les niveaux et la force gravitationnelle de l’eau de deux bassins, l’un supérieur et l’autre inférieur. Encore en gestation, le stockage de l’électricité sous forme d’hydrogène constitue une voie d’avenir. L’hydrogène est ici obtenu par électrolyse de molécules d’eau, grâce à de l’électricité par exemple produite par des panneaux photovoltaïques. L’hydrogène est ensuite stocké dans un réservoir, et reconverti à la demande en électricité, grâce à une pile à combustible. « C’est une électricité propre, sans rejet de CO2, mais le rendement global de l’opération, de 20 à 30 %, n’est pas suffisant », souligne David Bouquain, dont l’équipe travaille à améliorer ce transfert entre hydrogène et électricité.

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Des technologies au service d’une culture nouvelle

Mais la technologie la plus élaborée ne saurait remplir sa mission sans l’adhésion du consommateur. Économiser l’énergie, adopter de nouveaux comportements…, l’idée du changement ne se fait pas sans grincements de dents. Puisqu’il est inéluctable, plutôt que seulement s’y résoudre, autant en faire une source de satisfaction. Les spécialistes en économie ou en marketing entendent bien jouer sur cette corde.

Depuis 2014 en Suisse, le réseau SCCER CREST réunit huit universités, dont celle de Neuchâtel, et les écoles polytechniques de Lausanne et de Zurich, autour des perspectives d’avenir de l’énergie. Depuis 2015 et pour cinq ans, une vaste étude interdisciplinaire combine les compétences en économie, marketing et psychologie des différents établissements ; elle concerne cinq mille ménages, dont elle incite à modifier les habitudes de consommation, et dont elle suit les actions et enregistre les opinions. « L’idée est de segmenter le marché pour établir des typologies de consommateurs auprès de qui communiquer efficacement et proposer des incitations économiques adaptées, en faveur des économies d’énergie », explique Medhi Farsi, directeur de l’Institut de recherches économiques (IRENE) de l’université de Neuchâtel.

Si elle n’en est qu’à ses débuts, l’étude établit d’ores et déjà un bilan énergétique des ménages, et révèle que les paramètres structurels sont les plus prégnants dans les profils de consommation. On brûle davantage d’énergie à la campagne qu’en ville, mobilité oblige ; lorsqu’on est locataire plutôt que propriétaire ; si on possède une maison plutôt qu’un appartement ; si on vit seul ou en couple plutôt qu’en famille… ; il est à préciser que ces énoncés s’entendent en « consommation par personne ».

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Faut-il supprimer les premières classes sur les vols long-courriers ?

Manger des avocats ou des bananes arrivés par bateau de l’autre bout du monde, prendre un avion pour une réunion de trois heures à deux mille kilomètres de son bureau, tourner en ville avec sa voiture ou prendre le bus pour faire son shopping : sait-on vraiment ce que la mobilité liée à nos habitudes de consommation ou à nos activités représentent en émission de CO2 ? État des lieux et matière à réflexion avec ce tableau publié par l’ADEME en 2010.

graphique consommation

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En marge de cette enquête, Medhi Farsi et son équipe travaillent particulièrement sur « l’effet rebond », un effet pervers qui vient grever le bénéfice d’une mesure par ailleurs bien acceptée, voire choisie. L’effet rebond « autorise » le consommateur à adopter un comportement préjudiciable dès lors qu’il a le sentiment de bien faire par ailleurs. « C’est par exemple utiliser davantage une voiture sous prétexte qu’elle est peu gourmande en énergie… »

Dans le domaine de la mobilité, l’effet rebond est estimé à 70 % en Suisse, alors qu’il n’atteint que 30 % aux États-Unis. Cela s’explique par le fait que les coûts variables attachés à l’utilisation d’un véhicule, par exemple le carburant, sont plus élevés en Suisse. En matière de chauffage, l’effet rebond est dans la moyenne internationale, estimée entre 12 et 15 %. « On est ici dans un bien de nécessité, et non dans un objet de plaisir comme la voiture, et cela change tout. » Du coup, ce sont les niveaux de vie des ménages qui font la différence. Avec un système de chauffage de performance égale à celle d’un équipement antérieur, mais plus économique, les consommateurs les plus aisés ne changent rien à leurs habitudes ; les ménages les plus modestes, eux, consomment davantage, profitant du bénéfice financier pour mieux chauffer leur logement.

« En Suisse, la politique énergétique est largement basée sur une plus grande efficacité des équipements et sur les avantages financiers qui en découlent : il est indispensable de tenir compte des conséquences de l’effet rebond pour évaluer l’intérêt réel d’une mesure. »

évolution de la production des énergies carbonnées dans le monde

Évolution de la production des énergies carbonnées dans le monde depuis 1900.

Graphe AC sur base The Shift Project Data Portal et Exxon Mobil 2013's Outlook for Energy

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Géothermie : se servir dans les profondeurs de la Terre

La Chine ancienne et l’Empire romain avaient déjà recours à la chaleur de la Terre, la géothermie au sens littéral, pour chauffer les maisons et profiter d’eau chaude à la demande. Face aux spectres du changement climatique et de la pollution, la géothermie revient se camper en alternative naturelle et viable aux autres sources d’énergie. Grâce au progrès technologique, les hommes d’aujourd’hui entendent cependant l’exploiter au-delà de ce que les anciens pouvaient en espérer. Si la géothermie produit de la chaleur, celle-ci peut aussi désormais se transformer en électricité. Dans les deux cas elle est une source d’approvisionnement énergétique continue et garantie.

Les systèmes hydrothermaux permettent de récupérer la chaleur à partir de l’eau circulant dans les roches du sous-sol, chaleur qui sera réutilisée comme telle ou pour produire de l’électricité si elle dépasse les 100°C. Pour atteindre ce seuil de température, il faut descendre profondément sous la surface. Or le sous-sol en Suisse, composé de roches peu perméables, n’est que peu accessible à cette technique. Une solution consiste à créer artificiellement des fissures dans la roche par injection d’eau froide à haute pression : l’eau peut alors circuler à l’intérieur du massif rocheux et ramener en surface la chaleur qu’elle aura captée de la roche elle-même.

bandeau géothermie

À quatre ou cinq kilomètres de profondeur, ces systèmes dits pétrothermaux sont lourds à mettre en œuvre et exigent une grande maîtrise technologique, mais leur intérêt est tel qu’ils constituent un axe privilégié du développement de la géothermie en Suisse. Les chercheurs du CHYN, le Centre d’hydrogéologie et de géothermie de Neuchâtel intégré à l’université, sont largement impliqués dans cette démarche, inscrite par ailleurs dans les priorités du Centre de recherche énergétique suisse, le SCCER SOE. « Notre objectif est de créer des réservoirs dans la roche granitique, en développant des fractures déjà existantes ou en créant de nouvelles fissures », explique Benoît Valley, spécialiste de géomécanique des réservoirs au CHYN.

À plusieurs kilomètres sous la surface du globe, la connaissance du sous-sol est limitée. Il est impératif de faire appel à la modélisation pour simuler des scénarios prenant en compte ses caractéristiques et les contraintes tectoniques, afin d’anticiper le comportement des systèmes pétrothermaux lors de leur développement et de leur exploitation pour la production d’électricité.

Mais la géothermie n’oublie pas pour autant sa vocation première : fournir de la chaleur. Les expériences se multiplient pour extraire les précieuses calories qui serviront à tempérer des quartiers de maisons ou d’entreprises. Les sondes géothermiques associées à des pompes à chaleur sont particulièrement prisées en Suisse.

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Trouver les bons verrous financiers

Les motivations économiques sont également au cœur des travaux de Sylvain Weber, lui aussi chercheur à l’IRENE. L’étude FLEXI, qu’il pilote, montre d’autres limites aux mesures incitant à modifier les habitudes de consommation d’énergie. FLEXI invite les ménages à consommer de façon plus homogène, sur une journée, l’électricité solaire produite localement. « Stocker et transporter l’énergie coûte très cher et il est parfois nécessaire de détruire les surplus », déplore Sylvain Weber. L’idée est donc de déplacer la consommation vers des heures de forte production, soit de onze heures à quinze heures, en contrepartie de tarifs préférentiels, pour avoir moins recours à l’électricité en fin de journée et gommer les pics de consommation du soir, quand le soleil n’est plus présent.

Une première phase de l’étude montre qu’en réalité, au lieu de changer leurs habitudes, par exemple en programmant leurs appareils électroménagers, les ménages ont réduit de manière globale leur consommation, une façon de faire finalement plus usuelle pour eux. En outre, l’incitation financière classique avec réduction de prix sur une tranche horaire pourrait n’avoir que peu d’impact sur les comportements, car le gain potentiel, de trois ou quatre francs suisses par mois, n’est probablement pas suffisant pour motiver un changement des habitudes.

Le fait de pouvoir connaître leur consommation plus fréquemment qu’au travers de leur facture habituelle, un autre paramètre apporté par l’étude, est en revanche plus stimulant pour les ménages qu’un réajustement en fin d’année. « Ne pas avoir d’indication en cours d’année, c’est un peu comme faire ses courses au supermarché sans avoir de prix dans les rayons ! » souligne le chercheur.

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Des bâtiments au-dessus de tout soupçon ?

bâtiment

Isolation, ventilation, exposition au soleil et étanchéité à l’air sont les critères d’éligibilité d’un bâtiment au label BBC (bâtiment basse consommation). La consommation en énergie primaire de ces bâtiments ne doit pas excéder 50 kW/m2 par an, un chiffre pondéré par les conditions climatiques de la région, ce qui représente 50 à 80 % d’économie par rapport aux maisons construites jusque-là. L’appellation BBC stricto sensu est en réalité aujourd’hui réservée aux bâtiments en rénovation, et pour lesquels les travaux à engager restent au libre choix des propriétaires. Pour la construction neuve, la norme BBC a été redéfinie par la réglementation thermique française élaborée en 2012, dont elle a adopté l’appellation, RT 2012. Répondre à la norme RT 2012 est obligatoire depuis le premier janvier 2013 pour toutes les constructions neuves. Une nouvelle réglementation est prévue pour 2018. Elle ajoutera à la RT 2012 la production d’électricité pour l’usage propre de l’habitation.

Brigitte Vu est spécialiste en efficacité énergétique des bâtiments à l’UTBM ; elle y effectue ses recherches et dispense des cours au sein de la formation d’ingénieurs Bâtiment intelligent et haute efficacité énergétique, dont elle partage la responsabilité pédagogique avec Pascal Briois. Si elle est évidemment convaincue de l’intérêt de telles mesures, Brigitte Vu y apporte quelques bémols et milite pour que la physique du bâtiment soit prise en compte dans son ensemble. « En réalité, les critères d’isolation au froid sont les plus mis en avant. Pour de plus grandes économies d’énergie, en particulier en été, il faut prendre en compte d’autres critères, tels que le déphasage thermique, en choisissant des matériaux adéquats, ou être très pointilleux sur la mise en œuvre des menuiseries extérieures, ou encore gérer les consommations d’énergie grâce à la mise en place d’un peu de domotique. » La spécialiste pointe des mesures insuffisantes en matière de ventilation, sous couvert d’économies, financières celles-là. « Plus de 90 % des bâtiments neufs sont équipés de VMC simple flux, qui n’assurent pas un renouvellement d’air suffisant », déplore-t-elle. Résultat : une humidité difficile à évacuer, un taux d’hygrométrie supérieure à la moyenne et une chaleur excessive en été. « Nous espérons que la RT 2018 imposera l’installation de VMC double flux, beaucoup plus adaptées et performantes. »

Dans le cas de la rénovation, Brigitte Vu estime qu’un bilan thermique réalisé par un ingénieur est indispensable en préalable à toute intervention. L’usage d’une caméra thermique et des tests d’étanchéité à l’air sauront débusquer les points faibles d’une maison. « L’isolation par l’extérieur en polystyrène est formidable pour des maisons en béton ou en parpaings, qui sont des matériaux étanches, mais ne convient pas aux murs de pierre ou de brique qui doivent respirer, faute de quoi la maison s’expose au développement de champignons, et ses habitants à diverses pathologies respiratoires ou allergiques. »

Prise en compte plus globale des possibilités dans le neuf, recommandations au cas par cas pour la rénovation, pour Brigitte Vu, une meilleure réponse passera nécessairement par plus d’échanges entre professionnels du bâtiment, architectes, maîtres d’œuvre et d’ouvrage. En réponse à cette nécessaire concertation, un diplôme d’université (DU) sera même créé à l’UTBM à la rentrée prochaine sous le titre Manager de la coordination énergétique.

 

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Parler positif !

Pour compléter l’approche économique, Linda Lemarié, chercheure à l’Institut de l’entreprise (IENE) à l’université de Neuchâtel, met en avant les émotions associées à un comportement, la pression sociale qui incite à adopter la bonne attitude, la fierté d’agir pour une bonne cause, l’espoir d’une amélioration de la situation environnementale qui fait participer. Des considérations positives qui se révèlent des moteurs bien plus efficaces que les émotions chargées négativement, comme la peur ou la culpabilité, dont on a vu le résultat délétère de « l’effet rebond ».

« Il faut parier sur l’effet positif qui peut aussi se produire, et qui met en jeu d’autres ressorts. » Quand les gens font preuve d’un engagement limité, comme s’astreindre au recyclage des déchets, quand ils ne sont pas vraiment convaincus ou encore sont particulièrement hédonistes, il leur est très facile de se dédouaner : un comportement minimal en faveur de l’environnement les « autorise » à une consommation irresponsable par ailleurs, sans qu’ils en aient forcément conscience.

Mais un premier geste favorable à l’environnement, non pas contraint, mais dont on tire une certaine fierté ou de la satisfaction, peut être le signal d’une révélation voire d’un changement identitaire, et amener à un comportement pro-environnement durable. C’est sur ces aspects positifs qu’il faut jouer. « On assiste à une surenchère des discours alarmistes sur le réchauffement climatique, ce qui est contreproductif et nourrit les thèses des climatosceptiques », regrette Linda Lemarié. Parler positif serait donc une démarche, une philosophie même, à adopter pour changer les mentalités de façon… durable.

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L’éolien brasse une foule d’intérêts divergents

« Géants des airs », « ventilateurs à colère »…les diverses appellations données aux éoliennes sont révélatrices des polémiques qui entourent leur installation. La France compte 1 390 installations d’une puissance totale de 10 000 MW, et dont la production de 21?TW/h représente près de 4 % de la production d’électricité en France. C’est le quatrième parc en Europe en termes de puissance. Les chiffres de la Suisse sont, en toute logique, plus modestes. En 2014, une cinquantaine d’éoliennes produisaient 108 GW/h d’électricité, soit moins de 0,2 % de la production totale. Ces taux sont faibles et pourtant la nécessité de développer les énergies renouvelables telles que l’énergie éolienne est bien réelle. Conscientes de cet impératif, les Chambres fédérales ont approuvé le premier paquet de mesures de la Stratégie énergétique 2050, qui prévoient d’augmenter la part des énergies renouvelables en Suisse d’ici à 2035. En outre, même si la durée de vie des centrales nucléaires ne sera finalement pas limitée, la Stratégie énergétique 2050 interdira la construction de nouvelles centrales nucléaires en Suisse.

Le principal écueil technique de l’éolien en Suisse est que, contrairement à la France, le territoire bénéficie d’un potentiel modéré et de vents d’intensité capricieuse. Cependant, les éoliennes produisent de l’électricité la nuit et davantage que le solaire en hiver, alors que la Suisse importe plus de courant durant cette période de l’année. Il s’agit d’un des éléments relevés par Sophie Piquerez, qui, dans son mémoire de master en droit qu’elle a passé à l’université de Neuchâtel en 2015, établit un état des lieux de l’énergie éolienne, expose ses avantages et inconvénients, et indique les prérogatives relevant de l’autorité de la fédération et de celle des cantons en matière de droit.

éolienne en Suisse

Pas de déchets toxiques, pas d’émissions de gaz à effet de serre, des matériaux recyclables, des installations démontables, une production estimée au coût le plus bas parmi toutes les énergies renouvelables, les arguments en faveur de l’éolien font mouche auprès de ses partisans. Les nuisances sonores et impacts négatifs sur le paysage nourrissent, entre autres, la défense de ses détracteurs.

Considérations environnementales, économiques et juridiques, le domaine de l’éolien est complexe.

Une « pesée des intérêts » est indispensable pour tout projet de construction ; la coordination des différentes autorités également, elles qui peuvent être compétentes pour exercer leur droit sur ce projet. En droit, comme pour le bon sens citoyen, il convient d’entendre les différents points de vue pour prendre les décisions les plus éclairées et efficaces possibles… Sophie Piquerez a reçu le Prix académique interdisciplinaire du développement durable 2016 de l’université de Neuchâtel pour ce travail.

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Entreprise et gestion de l’énergie

Les dépenses d’électricité représentent 1 à 2 % du chiffre d’affaires des entreprises, et l’énergie dans son ensemble 4 %. Certaines industries comme les cimenteries voient même ce chiffre atteindre 20 % ! Gérer la consommation d’énergie apparaît capital, et c’est sous ce vocable qu’une vaste étude a été mise en place par des chercheurs des universités de Neuchâtel, Genève et Zurich, dans le cadre d’un programme financé par le Fonds national suisse (FNS).

Quels sont les investissements en efficacité énergétique décidés et réalisés par les entreprises ? Quels sont les facteurs qui favorisent ou défavorisent ces décisions ? Quel est le rôle des systèmes de gestion de l’énergie, leur impact sur la consommation, sur la performance énergétique et économique de l’entreprise ? Les investigations en cours, prévues sur trois ans, n’ont pas encore livré leurs résultats de manière fine ; l’étude montre cependant que les mesures prises représentent une baisse de la consommation d’énergie pour 60 % des entreprises consultées, mais qu’elles n’ont que peu d’impact sur la performance économique (70 %). Dans un autre registre, les entreprises sont conscientes de l’intérêt de prendre en compte le paramètre énergétique dans leur stratégie, pour améliorer leur réputation et leur image.

Partie prenante de cette étude à l’Institut de recherche économique (IRENE) de l’université de Neuchâtel, Alain Schoenenberger est aussi l’instigateur d’un cycle de conférences publiques intitulé Énergie, économie et entreprises. Après un premier semestre consacré à des sujets tels que L’efficacité de l’énergie électrique dans l’industrie - sujet négligé, le dernier en date, ou encore Les enjeux du management de l’énergie dans les entreprises, le cycle donnera très vite la parole aux entreprises pour un second semestre dédié aux retours d’expériences.

Le programme sera disponible sur le site de l’IRENE (https://www.unine.ch/irene) dès fin janvier.

 

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Contacts :

UTBM

David Bouquain / Brigitte Vu - Tél. +33 (0)3 84 58 20 38  / (0)6 71 26 37 82

 

UNINE

Benoît Valley - CHYN - Centre d’hydrogéologie et de géothermie de Neuchâtel – Tél. +41 (0)32 718 26 00

Medhi Farsi / Sylvain Weber / Alain Schoenenberger - IRENE – Institut de recherches économiques

Tél. +41 (0)32 718 14 50 / 14 42 / 14 34

 

Linda Lemarié - IENE – Institut de l’entreprise - Tél. +41 (0)32 718 14 53

 

Sophie Piquerez - Tél. +41 (0)32 79 428 26 03

 

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