Qu’est-ce que la transition énergétique et quelle est la place de l’énergie nucléaire ?

Le monde a besoin d’énergie pour assurer la vie quotidienne et favoriser le développement humain et économique. En 2019, plus de 26 000 térawattheures d’électricité ont été produits dans le monde. Cette électricité est produite par diverses sources d’énergie, principalement des combustibles fossiles, mais aussi l’énergie nucléaire et les énergies renouvelables telles que le solaire, l’hydraulique et l’éolien.

La production et l’utilisation d’énergie sont la principale source d’émissions de gaz à effet de serre dans le monde. Les gaz à effet de serre étant l’un des moteurs du changement climatique, les pays du monde entier travaillent activement à une transition vers une énergie propre en modifiant la façon dont l’énergie est produite.

Voici un aperçu de la transition vers une énergie propre et du rôle que joue l’énergie nucléaire. C’est également le thème central du forum scientifique de l’AIEA qui se tiendra cette année les 22 et 23 septembre à Vienne, en Autriche. D’éminents scientifiques et experts du monde entier se réuniront pendant deux jours pour examiner comment les solutions scientifiques de l’énergie nucléaire peuvent jouer un rôle essentiel pour ouvrir la voie à un avenir durable.

Qu’est-ce que la « transition vers une énergie propre » ?

La transition énergétique propre consiste à passer de la production d’énergie à partir de sources qui émettent beaucoup de gaz à effet de serre, comme les combustibles fossiles, à des sources qui n’en émettent pas ou peu. L’énergie nucléaire, l’énergie hydraulique, l’énergie éolienne et l’énergie solaire font partie de ces sources qui répondent à ces problématiques.

L’orientation de la transition mondiale vers les énergies propres a été convenue dans l’accord de Paris, un accord international entre plus de 180 pays membres de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC). L’objectif central de l’accord est de limiter l’augmentation des températures moyennes mondiales à bien moins de 2°C par rapport aux niveaux préindustriels en encourageant l’utilisation de sources d’énergie à faible teneur en carbone pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Les deux tiers environ de l’électricité mondiale provenant toujours de la combustion de combustibles fossiles, la réalisation de ces objectifs climatiques d’ici 2050 nécessitera le passage d’au moins 80 % de l’électricité à des sources à faible teneur en carbone, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE).

Que sont les gaz à effet de serre responsables du réchauffement de la planète et du changement climatique ?

Les gaz à effet de serre sont des gaz présents dans l’atmosphère terrestre qui piègent et laissent échapper la chaleur. Ces gaz comprennent le dioxyde de carbone, le méthane, la vapeur d’eau, l’oxyde nitreux et l’ozone. En absorbant et en renvoyant la chaleur vers la Terre, ils provoquent une augmentation de la température moyenne de la planète.

Bien que certains gaz à effet de serre proviennent de sources naturelles, la plupart proviennent désormais de l’homme. Depuis la révolution industrielle, à la fin des années 1800, les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté en raison de l’intensification des activités humaines, principalement la combustion de combustibles fossiles, par exemple lors de la conduite d’une voiture à essence ou de la combustion de charbon pour produire de la chaleur. Lorsque les combustibles fossiles brûlent, ils dégagent du dioxyde de carbone.

Depuis plus de 100 ans, les gaz à effet de serre s’accumulent beaucoup plus vite qu’ils ne peuvent se dissiper, ce qui, selon les théories scientifiques les plus reconnues, a accéléré l’augmentation de la température moyenne de la planète. C’est ce qu’on appelle le réchauffement climatique.

Le réchauffement de la planète entraîne des changements environnementaux, tels que des phénomènes météorologiques plus extrêmes, des précipitations irrégulières, des sécheresses et des changements de saison imprévisibles. Ces changements sont connus sous le nom de changement climatique. Au rythme actuel du réchauffement de la planète, le changement climatique et ses effets devraient devenir plus extrêmes et rendre la vie sur Terre plus difficile.

Comment l’énergie nucléaire s’inscrit-elle dans la transition vers une énergie propre ?

L’énergie nucléaire est la deuxième source d’énergie à faible teneur en carbone utilisée aujourd’hui pour produire de l’électricité, après l’hydroélectricité. Pendant leur fonctionnement, les centrales nucléaires ne produisent pratiquement aucune émission de gaz à effet de serre. Selon l’AIE, l’utilisation de l’énergie nucléaire a permis de réduire les émissions de dioxyde de carbone de plus de 60 gigatonnes au cours des 50 dernières années, ce qui représente près de deux ans d’émissions mondiales liées à l’énergie.

L’énergie nucléaire représente environ 10 % de l’électricité mondiale et environ un tiers de l’électricité mondiale à faible teneur en carbone. Actuellement, 440 réacteurs nucléaires sont en service dans 30 pays. Il y a 54 réacteurs en construction dans 19 pays, dont 4 pays qui construisent leur premier réacteur nucléaire.

Comme elles peuvent fonctionner à pleine capacité presque sans interruption, les centrales nucléaires peuvent fournir un approvisionnement continu et fiable en énergie. Cela contraste avec les sources d’énergie renouvelables variables, telles que l’énergie solaire et l’énergie éolienne, qui nécessitent une alimentation d’appoint pendant les périodes creuses de leur production, par exemple lorsque le soleil se couche ou que le vent cesse de souffler.

Les centrales nucléaires peuvent également fonctionner de manière flexible pour répondre aux fluctuations de la demande d’énergie et assurer la stabilité des réseaux électriques, notamment ceux qui comportent une part importante de sources renouvelables variables (pour en savoir plus, cliquez ici). Certaines centrales nucléaires sont désormais conçues pour fournir également des services non électriques, comme la production d’hydrogène. Ces services peuvent contribuer à décarboner d’autres secteurs, en plus de la production d’électricité.

Les progrès réalisés dans le domaine des technologies nucléaires ont conduit à la conception de réacteurs innovants, avancés et de nouvelle génération qui contribuent à faire de l’énergie nucléaire une option plus efficace, plus abordable et plus attrayante pour la décarbonisation. Une nouvelle ère de réacteurs plus petits, plus flexibles et, dans certains cas, transportables, devrait également contribuer à rendre l’énergie nucléaire et ses applications non électriques plus accessibles et plus rentables, notamment dans les régions éloignées et difficiles d’accès du globe.

Comment fonctionne l’énergie nucléaire ?

L’énergie nucléaire est de l’électricité produite par la libération contrôlée d’énergie nucléaire, c’est-à-dire l’énergie qui maintient ensemble le centre des atomes. Ces centres sont appelés noyaux. L’énergie nucléaire est libérée, en fin de compte sous forme de chaleur, par la fission nucléaire, qui est le processus de division des noyaux de matériaux spécifiques. Le matériau le plus couramment utilisé est l’uranium, un métal lourd faiblement radioactif que l’on trouve naturellement dans la croûte terrestre.

L’uranium est normalement chargé dans des barres de combustible, souvent après avoir été enrichi pour augmenter sa capacité de fission. Ces barres sont placées à l’intérieur d’un réacteur nucléaire.

Lorsqu’elles sont utilisées dans un réacteur à eau pressurisée, qui est le type de réacteur nucléaire le plus courant actuellement en service dans le monde, les barres de combustible sont placées dans la cuve du réacteur, qui est remplie d’eau. Là, les barres de combustible sont bombardées de particules nucléaires appelées neutrons, qui sont initialement générées par un dispositif (source de neutrons) à l’intérieur du réacteur. Ces neutrons provoquent la scission des noyaux d’uranium dans les barres de combustible, libérant ainsi de l’énergie et des neutrons. Ces neutrons nouvellement libérés provoquent la scission d’autres noyaux d’uranium dans les barres de combustible, et ainsi de suite, créant une réaction de fission nucléaire en chaîne.

Dans les réacteurs à eau pressurisée, l’énergie libérée pendant la fission nucléaire réchauffe les barres de combustible et l’eau environnante. L’eau est maintenue sous pression pour éviter l’ébullition, et la chaleur est évacuée pour faire bouillir l’eau dans une cuve voisine. L’eau bouillante produit de la vapeur, qui est utilisée pour faire tourner une turbine géante à très grande vitesse. La turbine est reliée à un générateur qui tourne également, produisant ainsi de l’électricité. L’électricité est ensuite acheminée vers un réseau électrique, qui est un réseau interconnecté permettant d’acheminer l’électricité des producteurs aux consommateurs.

La fission nucléaire se poursuit jusqu’à ce que des barres de contrôle composées de matériaux qui absorbent les neutrons sans générer de fissions supplémentaires, comme le cadmium, soient insérées entre les barres de combustible. Cela arrête la réaction en chaîne de la fission nucléaire.

La place des Enr dans la transition énergétique

Il est désormais évident que les énergies renouvelables, l’efficacité énergétique et l’électrification doivent être les moteurs de la décarbonisation profonde dont nous avons besoin. Selon une nouvelle analyse de l’IRENA, les énergies renouvelables sont désormais la forme d’énergie la moins chère, et leur capacité devrait augmenter considérablement au cours des prochaines décennies.

Pour lutter contre le changement climatique, nous devons décarboner l’offre et la demande d’énergie d’ici à 2050. Les États-Unis, l’Europe et la Chine se sont engagés à atteindre un niveau net zéro ou la neutralité carbone d’ici le milieu du siècle. D’autres pays leur emboîtent le pas. Cela aura un effet profond sur la transition énergétique mondiale, plaçant l’électricité comme un vecteur clé de la décarbonisation de l’ensemble du secteur énergétique.

Les derniers résultats du World Energy Transitions Outlook de l’IRENA ont été publiés le 16 mars 2021 lors du Dialogue sur les transitions énergétiques de Berlin. Il fournit une analyse approfondie de ce à quoi ressembleront ces effets, à partir de l’objectif de l’accord de Paris sur le climat de limiter le changement climatique bien en dessous de 2˚C et avec un effort pour 1,5˚C d’ici la fin du siècle. Si plusieurs options sont envisagées pour une décarbonisation profonde, il est clair que les énergies renouvelables, l’efficacité énergétique et l’électrification sont au centre de la transition énergétique mondiale.

Si l’atténuation du changement climatique est un puissant moteur de l’abandon de la production d’électricité à partir de combustibles fossiles, ce n’est pas le seul. Dans le même temps, l’énergie renouvelable est devenue la forme la moins chère de production d’électricité et les coûts continuent de baisser grâce aux améliorations technologiques et aux économies d’échelle. La part de l’énergie renouvelable continue d’augmenter d’année en année, avec près de 30 % d’énergies renouvelables dans le mix électrique mondial à l’heure actuelle et les énergies renouvelables dominent les ajouts annuels de capacité

Une nouvelle analyse de l’IRENA indique que la transition vers la production d’énergie renouvelable se poursuivra rapidement dans le monde entier au cours des trois prochaines décennies, la part des énergies renouvelables variables (ou intermittentes) – solaire photovoltaïque et éolienne – augmentant particulièrement vite. Les énergies renouvelables variables domineront l’approvisionnement total en électricité dans le monde d’ici 2050, ce qui représente un changement majeur par rapport à la situation actuelle. Pourtant, l’expérience acquise dans le monde entier montre qu’il est possible d’exploiter des systèmes électriques avec une part élevée d’énergies renouvelables variables, comme on a pu le constater en Allemagne, en Irlande et au Royaume-Uni, entre autres. En 2020, malgré la pandémie de COVID-19, la part des énergies renouvelables (principalement variables) dans la production totale d’électricité était de 40 % en Europe, soit une augmentation de plus de 4 % par rapport à 2019. Surtout, la part des autres sources de production a diminué en Europe sur la même période entre 6 % et 16 %, comme dans le cas de la production à base de charbon.

L’exploitation de systèmes électriques avec une part élevée d’énergies renouvelables variables nécessite une flexibilité beaucoup plus élevée. Aujourd’hui, les centrales fossiles dispatchables (c’est-à-dire celles qui peuvent produire de l’électricité à la demande) fournissent cette flexibilité, mais cela va changer à l’avenir, car leur rôle diminue. L’IRENA a identifié 30 options pour accroître la flexibilité à travers quatre piliers principaux : le matériel, les marchés et les réglementations, ainsi que les pratiques opérationnelles et les modèles commerciaux. Cette panoplie d’options doit être déployée dans le contexte des caractéristiques spécifiques de chaque système électrique. Le côté de la demande offre des possibilités intéressantes, car la tendance à l’électrification se traduit par de nouvelles charges connectées au système – comme les véhicules électriques, les batteries derrière le compteur et les pompes à chaleur – qui, si elles sont exploitées intelligemment, peuvent contribuer à l’équilibrage du réseau. Cette évolution est favorisée par la numérisation rapide des systèmes électriques. La tarification en fonction de l’heure de consommation, les agrégateurs, la gestion de la demande sont quelques-unes des stratégies qui bénéficient de la numérisation et les réseaux intelligents continuent de se développer dans le monde entier. De nombreux réseaux de transport et de distribution devront encore être étendus et modernisés pour faire face aux nouvelles réalités du système électrique.

Les réglementations et les codes de réseau doivent également être adaptés afin de permettre le déploiement complet des nouvelles options de flexibilité. C’est un domaine qui mérite une plus grande attention.

L’électrification, notamment des bâtiments, des transports et de l’industrie, ainsi que la production d’hydrogène vert, joueront un rôle essentiel dans un avenir où les émissions nettes de CO2 seront nulles.

L’analyse de l’IRENA suggère que jusqu’à un quart de l’électricité totale sera utilisée pour la production d’hydrogène vert. Dans le même temps, l’électrification des transports routiers connaîtra une évolution massive, tandis que les carburants de synthèse produits à partir d’hydrogène propre joueront un rôle croissant dans l’aviation et la navigation. L’amélioration de l’efficacité des bâtiments réduira les besoins en chauffage et en refroidissement, mais cette évolution sera compensée par le recours aux pompes à chaleur électriques. L’analyse suggère que l’utilisation directe d’électricité et l’utilisation indirecte d’électricité pour la production d’hydrogène vert et de synfuels dérivés pourraient représenter 60 % de l’utilisation finale totale d’énergie en 2050, contre environ 21 % aujourd’hui. En conséquence, la demande d’électricité sera multipliée par trois ou quatre par rapport au niveau actuel. Le secteur de l’électricité deviendra le pilier central de l’offre et de la demande d’énergie dans le monde, un rôle bien plus important que celui qu’il a joué au cours des décennies précédentes. Les acteurs traditionnels du secteur de l’énergie, tels que les compagnies pétrolières et gazières, observent déjà cette tendance et élaborent des stratégies pour devenir des acteurs du marché de l’électricité. Reste à savoir qui deviendra l’acteur dominant de ce marché dans les décennies à venir.

Que fait le Forum économique mondial pour la transition vers les énergies propres ?

Le passage à une énergie propre est essentiel pour lutter contre le changement climatique. Pourtant, au cours des cinq dernières années, la transition énergétique a stagné.

La consommation et la production d’énergie contribuent aux deux tiers des émissions mondiales, et 81 % du système énergétique mondial repose toujours sur les combustibles fossiles, soit le même pourcentage qu’il y a 30 ans. De plus, les améliorations de l’intensité énergétique de l’économie mondiale (la quantité d’énergie utilisée par unité d’activité économique) ralentissent. En 2018, l’intensité énergétique s’est améliorée de 1,2 %, soit le rythme le plus lent depuis 2010.

Des politiques efficaces, une action du secteur privé et une coopération public-privé sont nécessaires pour créer un système énergétique mondial plus inclusif, durable, abordable et sûr.

L’évaluation comparative des progrès est essentielle pour réussir la transition. L’indice de transition énergétique du Forum économique mondial, qui classe 115 économies en fonction de leur capacité à équilibrer la sécurité et l’accès à l’énergie avec la durabilité environnementale et l’accessibilité financière, montre que le plus grand défi à relever en matière de transition énergétique est le manque de préparation des plus grands émetteurs mondiaux, notamment les États-Unis, la Chine, l’Inde et la Russie. Les dix pays qui obtiennent les meilleurs résultats en termes de préparation ne représentent que 2,6 % des émissions annuelles mondiales.

Afin d’assurer l’avenir du système énergétique mondial, la plateforme Façonner l’avenir de l’énergie et des matériaux du Forum travaille sur des initiatives telles que l’efficacité systémique, l’innovation et l’énergie propre et l’Alliance mondiale des batteries, afin d’encourager et de permettre des investissements, des technologies et des solutions énergétiques innovants.

En outre, la plateforme Mission Possible (MPP) s’efforce de réunir des partenaires publics et privés pour favoriser la transition industrielle et mettre les secteurs de l’industrie lourde et de la mobilité sur la voie des émissions nettes nulles. La MPP est une initiative créée par le Forum économique mondial et la Commission sur les transitions énergétiques.

Compte tenu de la croissance de la demande d’électricité et du passage aux énergies renouvelables, une expansion massive de la production d’électricité propre sera nécessaire et la planification des infrastructures doit être accélérée en conséquence. Les besoins en investissements sont considérables et il est essentiel de veiller à ce que la vitesse de déploiement des infrastructures soit proportionnelle aux besoins de la transition énergétique. Il faudra pour cela rationaliser davantage les processus de planification et d’approbation.