Par Federico Ferrario

La planète est actuellement partie pour connaître une hausse de la température mondiale de 2,7 °C d’ici la fin du siècle. C’est nettement plus que l’objectif de 1,5 °C fixé dans l’accord de Paris sur le climat et cela aurait pour conséquence des modifications marquées des régimes météorologiques dans le monde.

Il est urgent d’opérer un changement radical.

Optimiser la consommation énergétique ou, mieux encore, la réduire est un bon début. L’étape suivante consiste à rendre l’énergie propre.

L’ampleur et la rapidité de l’investissement dans des solutions et innovations dans le domaine des énergies propres détermineront si nous pouvons encore opérer une transition vers la neutralité carbone.

Mais quelles sont les évolutions les plus prometteuses dans les technologies vertes aptes à encourager la décarbonation de l’économie ? Faisons le point.

Le défi de la décarbonation

Alors que la demande mondiale en énergie se fait de plus en plus pressante et que les prix des combustibles fossiles continuent d’augmenter, l’Europe fait face à une pression considérable en matière d’énergie. L’invasion de l’Ukraine par la Russie n’a fait que mettre davantage en évidence cette problématique. L’approvisionnement de l’Europe en énergie repose encore largement sur les combustibles fossiles et 90 % de ses besoins en pétrole et plus de 60 % de ses besoins en gaz sont importés. En outre, certains pays s’approvisionnent en grande partie auprès de la Russie.

La nécessité d’avancer rapidement sur la voie de la décarbonation a pris une dimension entièrement nouvelle, à savoir celle de la sécurité énergétique ou, plus simplement, de l’indépendance et de la liberté. D’un point de vue climatique, il s’agit probablement d’une bonne nouvelle puisque les solutions sont les mêmes : encourager les énergies renouvelables, favoriser l’innovation dans les nouvelles sources et les nouveaux vecteurs d’énergie, utiliser l’énergie de la façon la plus optimale (et minimale) possible grâce à l’efficacité énergétique.

Pour y parvenir, nous avons besoin d’opérer une transformation systémique du secteur de l’énergie. Systémique, car il ne suffit pas de brancher de nouvelles centrales électriques en lieu et place des anciennes et de les faire fonctionner de la même façon. Ce sont des machines différentes de par leur mode de fonctionnement, que l’on utilise dans des lieux différents, à des moments différents et dans des conditions différentes. De fait, nous devons nous adapter à de nouvelles façons de transformer, de transporter, de stocker et d’utiliser l’énergie.

Le secteur de l’électricité est actuellement sous les feux des projecteurs et il va gagner en importance à l’avenir, étant donné que la décarbonation passera souvent par l’électrification des utilisations finales. En l’occurrence, nous devons intelligemment mettre en œuvre les technologies qui sont déjà entre nos mains, en commençant par construire des lignes électriques là où elles peuvent éliminer le plus de congestion du réseau, tout en regardant vers l’avenir et en nous attaquant aux problèmes de réseau avant même qu’ils ne se matérialisent et deviennent une menace pour la viabilité des centrales qui produisent de l’électricité propre.

Il est aussi essentiel de tirer le meilleur parti de ce que nous avons : gestion active et instantanée des réseaux, surveillance en temps réel et plus précise des lignes électriques, afin que nous puissions maximiser leur capacité de transmission réelle.

D’autres nouveaux vecteurs d’énergie tels que l’hydrogène auront probablement besoin de nouvelles infrastructures dédiées à mesure qu’ils gagneront en importance et en volume. Bien qu’il soit possible de réutiliser et d’adapter une partie des infrastructures déjà en place, il est certain que nous aurons besoin de nouveaux investissements.

Afin de pouvoir conjuguer le rythme de nos vies et de notre économie avec celui des nouvelles sources d’énergie propres (le soleil et le vent, pour commencer), un volume important de stockage sera nécessaire, et ce sous la forme la plus efficace et la plus économique possible. Il faudra pouvoir stocker l’énergie quand elle vient d’être produite, pour pouvoir l’utiliser lorsqu’on en a vraiment besoin.

L’étendue du problème posé par la transition vers la neutralité carbone est vaste et nous devons déployer tous les efforts possibles pour développer un large éventail de solutions, parce qu’il n’y a pas de recette miracle. Les batteries, les barrages hydroélectriques, l’hydrogène, les carburants synthétiques et le stockage thermique ont tous un rôle à jouer, que ce soit en raison de la durée pendant laquelle ils permettent de stocker de l’énergie, de la quantité d’énergie stockée ou tout simplement de leur meilleure adéquation avec des segments spécifiques du secteur de l’énergie.

Cependant, les deux principaux obstacles entre nous et un avenir neutre en carbone sont la production d’énergie propre en quantité suffisante et un stockage adéquat sur le long terme.

Des solutions dans les énergies renouvelables

Innovation en matière de production d’électricité grâce à l’éolien flottant et posé en mer

La décarbonation de l’économie mondiale nécessitera d’importantes quantités d’énergie électrique décarbonée. La demande vient d’applications classiques reposant sur l’énergie électrique, de l’électrification des industries à forte intensité énergétique, des secteurs des transports et du chauffage ainsi que de l’électrification indirecte sous forme d’hydrogène et de carburants synthétiques.

La production d’électricité décarbonée est essentielle pour assurer la transition vers une économie neutre en carbone. L’une des technologies les plus innovantes dans ce domaine est l’éolien en mer flottant.

L’éolien marin devrait jouer un rôle important et ce en raison de la puissance installée nécessaire pour fournir de l’énergie aux marchés locaux et internationaux. Son vaste potentiel en matière de ressources est un complément parfait pour compenser la diminution de la disponibilité des sites terrestres ou côtiers. L’énergie éolienne en mer est déjà produite de façon industrielle et les éoliennes dites « posées » peuvent être fixées sur des fonds marins à une profondeur d’environ 60 mètres. Cela permet d’éviter tout impact sur d’autres activités économiques, tout en bénéficiant de vents plus forts et plus constants. 

Les technologies relatives à l’éolien flottant pourraient être déployées dans des eaux plus profondes, ouvrant ainsi la porte à de nouvelles zones actuellement inaccessibles à l’éolien posé.

Innovation en matière de chargement de batteries

Les innovations dans le domaine du stockage de l’énergie pourraient changer la donne sur la voie de la neutralité carbone.

La mise au point et la production de batteries sont essentielles à la transition vers une énergie propre, car elles constituent une technologie clé générique pour la mobilité à faibles émissions, ainsi que pour le stockage stationnaire d’énergie.

Les technologies des batteries sont apparues comme l’un des principaux moyens de décarboner le transport routier et, en particulier, les véhicules routiers légers. Le secteur des transports est toujours à l’origine de 25 % des émissions mondiales de CO₂.

Les batteries stationnaires peuvent aider à combler les décalages entre la demande et l’offre intermittentes sur des périodes allant jusqu’à quelques jours. Elles contribueront :

• au développement de réseaux intelligents ;
• au renforcement de l’efficacité de l’exploitation quotidienne du réseau ;
• à l’intégration de la production d’énergies renouvelables ;
• à la planification d’investissements futurs dans le réseau d’un meilleur rapport coût-efficacité.

À long terme, les batteries devraient jouer un rôle important dans la gestion de la variabilité de la production d’énergie renouvelable issue de sources telles que l’éolien et le solaire. Elles stockeront l’électricité pendant les périodes de production excédentaire, puis la libéreront lorsque la demande est plus soutenue. Puisqu’elles répondent de façon très rapide et très souple aux signaux, elles sont un excellent atout pour gérer la flexibilité et les besoins de stockage à court terme, allant de quelques millisecondes à des heures, voire des jours. D’un point de vue technique, les batteries sont un bon complément aux solutions de stockage à long terme comme l’hydrogène ou les carburants synthétiques, qui sont mieux adaptés au stockage de grands volumes d’énergie sur des périodes plus longues, comme des mois ou des saisons entières.

La marge d’innovation dans la technologie des batteries va au-delà de la simple amélioration du rapport coût-efficacité. Des efforts constants s’imposent également pour réduire le besoin de matériaux rares et coûteux utilisés comme intrants dans la fabrication, accroître la sécurité et réduire l’empreinte environnementale de la fabrication et de la chaîne d’approvisionnement des batteries.

Hydrogène propre et innovation industrielle

L’innovation industrielle verte est essentielle pour parvenir à une transition neutre en carbone. L’une des innovations les plus prometteuses est la production d’hydrogène propre.

L’hydrogène propre peut jouer un rôle important dans la réalisation de l’objectif de neutralité carbone de l’UE à l’horizon 2050. Il peut être un facteur clé du verdissement des transports et de l’industrie, des secteurs où il est difficile de réduire les émissions.

D’ici à 2050, l’électricité sera le principal vecteur énergétique, atteignant une part de la consommation finale d’énergie supérieure à 50 % (contre 22 % en 2015). Dans ce contexte, l’hydrogène propre présente un fort potentiel dans plusieurs secteurs, puisque les applications de l’électricité seule sont limitées.

À l’heure actuelle, la quasi-totalité de l’hydrogène est produite dans le cadre et à destination de processus industriels à partir de gaz naturel et de charbon, qui rejettent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Le rôle de l’hydrogène en tant que mesure d’atténuation des changements climatiques peut être renforcé par :

• l’électrolyse, qui utilise l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables et dont la production n’émet pas de gaz à effet de serre ;
• le captage, l’utilisation et le stockage du CO₂ libéré lors de la production d’hydrogène à partir de gaz naturel, de charbon ou même de biomasse.

Dans le secteur des transports, l’hydrogène et les carburants synthétiques pourraient représenter entre 20 % et 30 % de la demande d’énergie d’ici à 2050. Dans le secteur industriel, l’utilisation de l’hydrogène pourrait atteindre entre 5 % et 20 % de l’énergie totale consommée et probablement plus si des filières à forte intensité énergétiques comme les produits chimiques, les engrais, la céramique, l’acier et les métaux non ferreux fournissent des efforts considérables en recherche-développement. Dans le secteur de l’électricité et du chauffage, l’hydrogène pourrait être utilisé à des fins de stockage à long terme.

Afin d’accroître l’offre et la demande d’hydrogène vert et d’appuyer le développement de nouveaux marchés, l’Union européenne a publié une stratégie pour l’hydrogène, qui s’inscrit dans le cadre du pacte vert pour l’Europe.

Dans le prolongement de ce changement, la Banque européenne d’investissement a signé en 2021 un protocole d’accord concernant l’hydrogène avec la Flandre, afin de repérer les projets qui pourraient bénéficier de ses financements et d’appuyer leur aptitude à bénéficier d’un concours bancaire.

Prendre des mesures pour mettre en œuvre des solutions énergétiques

Toutes ces solutions fondées sur les énergies renouvelables (éolien marin, hydrogène propre et batteries vertes) bénéficient d’améliorations et d’évolutions constantes. Mais elles ne sont pas prêtes pour une commercialisation massive. L’importance d’encourager l’innovation pour les rendre plus compétitives va au-delà du secteur de l’énergie.

L’industrie et les transports affichant des niveaux de carbone particulièrement élevés, il est essentiel d’investir dans des solutions fondées sur l’hydrogène, qui peut se substituer aux combustibles fossiles et, en tant que vecteur d’énergie, parvenir à un équilibre entre l’offre et la demande d’énergie de manière centralisée, améliorant ainsi la flexibilité de notre système énergétique actuel.

Inclure des stratégies en faveur de l’efficacité énergétique dans le secteur des infrastructures urbaines peut rendre les bâtiments écologiques.

L’adaptation des systèmes photovoltaïques, l’utilisation de capteurs solaires thermiques en toiture pour produire de l’eau chaude et l’incitation à une transition vers l’électricité renouvelable sont quelques-unes des solutions dont les bâtiments ont besoin pour produire leur propre énergie de manière efficace et écologique.

Plusieurs technologies innovantes peuvent facilement profiter aux infrastructures nouvelles et existantes. Les systèmes de gestion de l’énergie, y compris des dispositifs tels que les compteurs intelligents, permettent une gestion de l’énergie très efficace dans chaque bâtiment. Ils aident à contrôler l’énergie nécessaire et consommée, s’adaptent automatiquement aux prix de l’énergie et à la faiblesse de la demande.

Enfin, les batteries sont la clé pour s’écarter des combustibles fossiles, si nous transformons leur plein potentiel en réalité. Il y a des décennies de cela, les batteries ont commencé à être utilisées pour alimenter les téléphones et les ordinateurs. Dans la décennie actuelle, elles sont utilisées pour alimenter les voitures et les logements. L’essor de la production de batteries lithium-ion a permis aux voitures électriques de devenir commercialement viables, à la fois en matière de performance et de coût. Outre l’hydrogène et d’autres carburants propres, les prochaines étapes consisteront à investir dans le stockage à grande échelle et à le développer, en palliant les décalages de la production d’énergie éolienne et solaire. Un stockage important pourrait ouvrir des perspectives en matière d’alimentation de filières ou même de villes entières en énergie propre. Investir dans des entreprises qui innovent dans les technologies vertes et cibler celles qui devraient bénéficier de la transition vers une économie neutre en carbone sont des priorités que les pays devraient envisager au moment de définir leur stratégie en matière de développement durable.

Notre défi consistera principalement à transformer le potentiel des solutions fondées sur les énergies renouvelables en réalité.