Le tournant énergétique en Suisse

En août 2019, le Conseil fédéral a arrêté un objectif ambitieux pour limiter le changement climatique: dès 2050, la Suisse ne doit plus émettre de gaz à effet de serre. La Suisse se conforme ainsi à l’objectif international convenu: limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C au maximum par rapport à l’ère préindustrielle.

Une étude de l’Institut Paul Scherrer, conduite dans le cadre de la Joint Activity «Scenarios and Modelling» des huit Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER), explore à présent les possibilités qui permettraient d’atteindre cet objectif dans le secteur de l’énergie.

«Atteindre l’objectif zéro net en matière d’émissions de dioxyde de carbone nécessite des transformations radicales au niveau de l’approvisionnement et de la consommation d’énergie, et ce dans pratiquement tous les domaines», résume Tom Kober, responsable du groupe de recherche Economie énergétique au PSI et l’un des principaux auteurs de l’étude.

Dans leur analyse, les chercheurs ont pris en compte les émissions de dioxyde de carbone (CO₂) liées à la consommation d’énergie et les émissions de CO₂ issues des processus industriels. Ces émissions représentent aujourd’hui environ 80% de l’inventaire suisse total des émissions de gaz à effet de serre. Le trafic aérien international, l’agriculture – excepté les émissions liées à la combustion de carburants –, l’utilisation des terres, le changement d’affectation des terres et la foresterie n’ont pas été pris en compte, de même que les déchets, hormis les émissions liées à leur incinération. L’étude n’a pas traité non plus les émissions à l’étranger liées à la consommation de biens en Suisse.

La production d'électricité photovoltaïque doit au moins doubler tous les dix ans

Les principales conclusions de l’étude sont les suivantes: la puissance installée des modules photovoltaïques doit au moins doubler tous les dix ans, de telle sorte qu’en 2050, la production des installations photovoltaïques atteigne 26 térawattheures, ce qui hisserait le photovoltaïque au deuxième rang des technologies de production derrière l’énergie hydraulique (environ 38 térawattheures en 2050). Des centrales de cogénération, des éoliennes, des piles à combustible à hydrogène et des importations d’électricité contribuent à couvrir la demande restante d’électricité. Dans le scénario principal permettant d’atteindre l’objectif zéro net en matière d’émissions, la production d’électricité issue de centrales et d’installations de stockage en Suisse augmente d’environ un cinquième par rapport au niveau actuel pour atteindre 83 térawattheures en 2050. L’étude présuppose que d’ici 2045, les centrales nucléaires suisses seront mises hors service. Il faudrait que d’ici 2050, le parc automobile privé compte une majorité de voitures électriques. Et donc que d’ici 2030, une nouvelle immatriculation sur trois soit une voiture 100% électrique. Par ailleurs, il faudrait accélérer nettement le recours aux pompes à chaleur dans les domaines des services et du logement, de telle manière que ces dernières couvrent d’ici 2050 près des trois quarts de la demande de chauffage et d’eau chaude. Dans le même temps, il serait nécessaire de réaliser des économies d’énergie significatives en accélérant la rénovation des bâtiments d’habitation.

Si la Suisse veut atteindre son objectif et réussir à ramener ses émissions à zéro net, il faut compter avec une augmentation marquante de la consommation électrique. En 2050, la consommation d’électricité pourrait ainsi augmenter de 20 térawattheures par rapport au niveau actuel. L’un des principaux moteurs de cette croissance serait l’utilisation de courant pour alimenter les voitures, les bus et les camions, soit directement avec des véhicules à batterie électrique, soit indirectement en passant par l’hydrogène ou ce qu’on appelle les e-carburants, c’est-à-dire des carburants synthétiques produits, entre autres, avec de l’électricité à partir d’hydrogène et de CO₂. Dans les secteurs stationnaires, l’utilisation de l’électricité ira croissant en raison de l’augmentation du nombre de pompes à chaleur. Mais ces augmentations de la consommation pourront être compensées si des gains d’efficacité dans le chauffage et l’approvisionnement en eau chaude sont réalisés au niveau nécessaire. Les secteurs stationnaires pourraient atteindre une consommation électrique presque constante.

Outre l’énergie électrique, d’autres formes d’énergie auront leur rôle à jouer. Ainsi, par exemple, le trafic grandes lignes, le transport de marchandises et les industries énergivores offrent des perspectives pour de nouvelles applications de l’hydrogène. Pour produire l’hydrogène nécessaire moyennant peu ou pas d’émissions, il faudrait pouvoir disposer de quantités considérables d’électricité produite durablement (9 térawattheures en 2050).

Probablement impossible sans captage de CO₂

«Si la Suisse veut atteindre son objectif zéro émission d’ici 2050, il faudra qu’à l’avenir les émissions de CO₂ soient réduites chaque année d’un million à un million et demi de tonnes en moyenne», relève Evangelos Panos, principal auteur de l’étude. Au niveau des émissions de CO₂, nous avons vu des changements de cet ordre de grandeur entre 1950 et 1980, mais dans la direction inverse: à l’époque, ces émissions ont massivement augmenté.» Pour réaliser cette réduction des émissions moyennant des coûts raisonnables, il est nécessaire d’envisager ce qu’on appelle le captage du CO₂. Ceci pourrait même déboucher sur un bilan négatif des émissions de CO₂ dans certains sous-secteurs. C’est ce qui se produit, rappelle-t-il, si l’on utilise la biomasse comme source d’énergie et si le CO₂ lié à la production d’énergie n’est pas émis, mais capté puis stocké dans le sous-sol. Si cela devait s’avérer impossible en Suisse, en raison d’un rejet par la population ou du nombre limité de sites de stockage de CO₂, le réseautage international et le stockage à l’étranger pourraient offrir une solution. Dans leur étude, les chercheurs partent du principe qu’un total d’un peu moins de 9 millions de tonnes de CO₂ serait capté en Suisse d’ici 2050.

«Plus de deux tiers de ce qui est nécessaire pour atteindre l’objectif du zéro net en termes d’émissions peut être réalisé avec des technologies qui sont déjà disponibles sur le marché ou qui se trouvent en phase de démonstration», résume Evangelos Panos. Le système énergétique décarbonisé de l’avenir peut être réalisé, estime le chercheur, mais nécessite des vecteurs énergétiques sans carbone, par exemple l’électricité produite de manière adéquate, des biocarburants et des e-carburants, un accès à une infrastructure de transport et de distribution appropriée, de même que la possibilité d’importer des carburants et de l’électricité propres.

Des coûts difficiles à estimer

Sur la question des coûts, les chercheurs restent prudents. «Les coûts sont très difficiles à estimer en raison du rôle joué par un nombre énorme de composants», souligne Tom Kober. Dans le scénario principal zéro net retenu dans l’étude, pour la période allant jusqu’à 2050, la moyenne des coûts supplémentaires actualisés du scénario de protection du climat par rapport au scénario de référence avec une protection modérée du climat (-40 % de réduction des émissions de CO₂ en 2050 par rapport à 1990) s’élèverait en Suisse à 330 francs par personne et par année (base: 2010). Si l’on considère tous les scénarios étudiés, on constate une fourchette de coûts moyens comprise entre 200 et 800 francs par année et par habitant, qui reflète les différents développements des technologies énergétiques, la disponibilité des ressources, l’intégration du marché, l’adhésion aux technologies et les préférences en matière de sécurité d’approvisionnement. L’évolution des coûts présente avant tout une augmentation à long terme, si bien qu’il faut s’attendre à des coûts importants même après 2050.

L’étude se base sur des calculs réalisés avec le Swiss TIMES Energy system Model (STEM) du PSI, qui reproduit l’ensemble du système énergétique suisse avec les différentes interactions entre les technologies et les secteurs. STEM combine un horizon temporel à long terme avec une résolution temporelle intra-annuelle élevée, et calcule pour divers séries d’hypothèses cadres les configurations de coûts minimum du système énergétique et de la réalisation des différents objectifs énergétiques et climatiques. Le modèle a été considérablement développé dans le cadre de ce projet de recherche, surtout en ce qui concerne les options pour atteindre les scénarios zéro net d’émissions de CO₂. Le modèle est utilisé pour calculer des scénarios qui ne constituent en aucun cas des prédictions. Ces scénarios donnent plutôt un aperçu des diverses interactions qui se jouent au sein du système énergétique, et contribuent ainsi à l’aide à la décision en politique, dans l’industrie et dans la société. Concrètement, trois scénarios principaux ont été examinés dans cette étude: outre le scénario de référence, un scénario zéro net de réduction des émissions de CO₂ et un scénario qui implique les objectifs de la Stratégie énergétique 2050 de la Suisse sans spécifier explicitement un objectif de réduction du CO₂. Par ailleurs, sept variantes des principaux scénarios ont été analysées: par exemple une variante avec un haut potentiel d’innovation technologique et une variante visant à réduire la dépendance envers les importations d’énergie.

Outre le PSI, les institutions suivantes collaborent dans le cadre de la SCCER Joint Activity Scenarios and Modelling: l’Empa, l’EPFL, l’ETH Zurich, la Haute école spécialisée de Lucerne, l’Université de Bâle, l’Université de Genève et le WSL. L’étude a été financée par Innosuisse – Swiss Innovation Agency.

Texte: Institut Paul Scherrer

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2100 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 400 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage). (Mise à jour: mai 2020)