Quelles sont les différentes sources d’électricité potentielles pour la Suisse à l’horizon 2050?

Le Laboratoire d’analyses des systèmes énergétiques de l’Institut Paul Scherrer PSI examine à quoi pourrait ressembler l’approvisionnement en électricité de la Suisse d’ici 2050 sous différentes conditions. Sur base de leurs calculs, les chercheurs du laboratoire peuvent se prononcer sur de futurs développements et déterminer, par exemple, par quels biais atteindre les objectifs ambitieux de réduction d’émissions de CO₂, moyennant des coûts aussi bas que possible.

Énergies renouvelables Environnement Plateforme ESI Transition énergétique

Le Laboratoire d’analyses des systèmes énergétiques de l’Institut Paul Scherrer PSI examine à quoi pourrait ressembler l’approvisionnement en électricité de la Suisse d’ici 2050. Les chercheurs utilisent à cet effet des outils informatiques de modélisation des systèmes énergétiques. Ces derniers mettent en évidence quelles sont les technologies susceptibles de s’avérer concurrentielles à l’avenir, quel serait leur impact sur l’économie et l’environnement, et à quelles conditions il serait possible d’assurer un approvisionnement fiable en électricité après la fermeture des centrales nucléaires suisses.

Multitude de possibilités

Lors de nos calculs, nous avons pris en compte plus de 800’000 variables, explique Kannan Ramachandran, senior scientist dans le groupe d’Economie de l’énergie. Cela consiste, par exemple, à inclure dans les calculs la disponibilité des différentes sources d’énergie et des diverses technologies de production d’électricité, ainsi que leurs émissions et leurs coûts. L’évolution vraisemblable de la demande en électricité en Suisse est également prise en compte, de même que le rendement électrique de l’énergie solaire et de l’énergie éolienne, qui connaît d’importantes fluctuations suivant les saisons et diffère d’une région à l’autre.

En 2015, le mix suisse de production d’électricité était composé d’un tiers d’énergie nucléaire et de presque deux tiers d’énergie hydraulique. Seuls 2,6% étaient issus d’énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien et 4% d’autres sources comme l’incinération des déchets.

Partant de cette base, le PSI a maintenant calculé différents scénarios pour 2050. Dans le cadre de chaque scénario, les chercheurs ont établi différentes conditions susceptibles de régner en 2050. Ils ont ainsi défini dans chaque cas le niveau des réductions d’émissions de CO₂ à réaliser par rapport à 1990, et si la Suisse était intégrée au réseau énergétique européen ou fonctionnait plutôt en autarcie.

L’intégration a un bon rapport coût-efficacité

Sur la bases des calculs, Stefan Hirschberg, directeur du Laboratoire d’analyses des systèmes énergétiques, est en mesure de se prononcer sur de futurs développements et, par exemple, de déterminer par quels biais les objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO₂ pourraient être atteints, moyennant des coûts aussi bas que possible. Pour la Suisse, une intégration poussée dans le système électrique européen présente le meilleur rapport coût-efficacité, affirme-t-il. De cette manière, les ressources seraient le mieux exploitées. Il est nettement plus facile d’atteindre l’objectif climatique dans un effort commun, ajoute-t-il. En raison des différentes conditions climatiques, il serait par exemple intéressant de réaliser dans les pays du Sud une grande partie des investissements dans le domaine du solaire et de construire des éoliennes dans un environnement plus adapté comme la Mer du Nord. En parallèle, la Suisse développerait largement les technologies de stockage dont elle aurait besoin.

Avec ou sans objectif climatique, la production de courant sera plus chère qu’aujourd’hui. En 2050, les coûts de production d’électricité par kilowattheure en Suisse seront 20% à 120% plus élevés qu’actuellement, et évidemment, plus on réduit les émissions de CO₂, plus ces coûts augmentent explique encore Stefan Hirschberg. Mais au final, leur montant varie beaucoup, suivant si la Suisse prévoit de réaliser ses investissements en collaboration avec les pays de l’UE, ce qui est meilleur marché, ou si elle vise un système électrique autonome.

Importance des technologies de stockage

L’analyse met aussi en évidence la valeur des technologies de stockage. Un système électrique avec une part importante de solaire et d’éolien suppose que l’on est en mesure d’assurer le stockage intermédiaire de deux fois plus de courant qu’aujourd’hui, car ces énergies sont disponibles de manière irrégulière. Il faudrait donc pouvoir stocker l’électricité sur une journée, mais aussi entre les saisons. Si la Suisse devait vouloir éviter des importations massives de courant en hiver, un stockage de l’électricité entre les saisons de l’ordre de 2 à 3 térawattheures serait nécessaire, soit 40 à 60 fois la capacité des centrales de pompage-turbinage aujourd’hui disponible en Suisse. Dans ce contexte, Stefan Hirschberg rappelle les recherches intensives qui sont menées au PSI sur le sujet: La plateforme ESI (Energy System Integration) sert entre autres à tester et à poursuivre le développement de technologies de stockage chimiques prometteuses.

Les scénarios énergétiques

Actuellement, ce sont l’énergie hydraulique et l’énergie nucléaire qui fournissent la majorité de l’électricité produite en Suisse. La Stratégie énergétique 2050 prévoit d’éliminer l’énergie nucléaire helvétique de l’approvisionnement énergétique du pays. Le profil du mix électrique en 2050 dépendra de nombreux facteurs, comme par exemple des exigences qui seront formulées en matière de protection de l’environnement. Les chercheurs du Laboratoire d’analyses des systèmes énergétiques sont en mesure de calculer le profil du mix électrique le plus économique dans différents scénarios (le diagramme illustre deux exemples). Ce qu’on appelle le scénario de référence ne prévoit l’existence d’aucune exigence en matière de protection du climat; en conséquence, les centrales à gaz y jouent un rôle essentiel. En revanche, dans le scénario de protection du climat, qui établit une réduction de 95% des émissions par rapport à 1990 pour la production électrique européenne, les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire jouent un rôle important. Dans les deux cas, les importations d’électricité sont significatives, mais dans le scénario de protection du climat, elles doivent aussi se conformer aux directives de réduction des émissions. Dans tous les scénarios, l’énergie hydraulique conserve la même importance. Dans chaque cas, de nouvelles conditions – comme l’étendue de la collaboration avec d’autres pays – peuvent venir s’ajouter, ce qui induit chaque fois de nouvelles variantes du mix électrique le plus économique.

Les coûts pour la version la plus économique diffèrent d’un scénario à l’autre et d’une variante à l’autre au sein du même scénario. Ainsi, le scénario de protection du climat entraîne au niveau européen 10% d’augmentation des coûts par rapport au scénario de référence; cela correspond à des coûts supplémentaires de 1800 milliards de francs d’ici 2050 pour l’ensemble de l’Europe. La Suisse devrait assumer 36 milliards de ce montant – pour autant qu’elle soit complètement intégrée dans le marché européen. En revanche, si la Suisse souhaitait produire seule son électricité avec un bilan carbone neutre, cela entraînerait un surcoût de 71 milliards de francs d’ici 2050. En d’autres termes, la protection du climat coûterait environ le double à la Suisse si elle devait décider de rester à l’écart.

Texte: Alexandra von Ascheraden

Contact

Dr Stefan Hirschberg
Chef du Laboratoire d’analyses des systèmes énergétiques, Institut Paul Scherrer, 5232 Villigen PSI, Suisse
Téléphone: +41 56 310 29 56, e-mail: stefan.hirschberg@psi.ch

Publication originale

Alternative low-carbon electricity pathways in Switzerland and its neighbouring countries under a nuclear phase-out scenario
Rajesh Pattupara and Kannan Ramachandran,
Applied Energy 172, 152–168 (2016)
DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.03.084