“Si vous voulez 100% de photovoltaïque et d'éolien pour votre système électrique, alors il vous faudra changer en profondeur votre comportement en tant que consommateur.” C'est ce qu'a martelé Mark O'Malley, directeur et professeur à la Energy Institute and Electricity Research Centre de la University College Dublin, à la question qui était sur toutes les lèvres du parterre de spécialistes venu assister à la conférence de l'UNESCO "Our Common Future Under Climate Change".

Comment expliquer une telle réponse au regard des progrès constants et avérés des technologies des secteurs photovoltaïque et éolien ? Pourquoi ne serait-il pas possible de produire toute notre électricité à partir de sources d'énergie aussi abondante que le Soleil et le vent ?

Des renouvelables “électriques” en constants progrès ...

La question se pose en tout premier lieu au regard de l'amélioration permanente des performances énergétiques et économiques des technologies photovoltaïque et éolienne. “L'efficacité des cellules photovoltaïques n'ont eu de cesse de s'améliorer depuis leurs début il y a une quarantaine d'années, certaines technologies dépassant maintenant les 40% de rendement”, indique Sally Benson, directrice du Global Climate & Energy Project à Stanford. Les coûts de production ont été divisés par cinq entre 2004 et 2015, notamment grâce à l'optimisation des procédés de fabrication impulsée par les constructeurs chinois.

Même son de cloche du côté de l'éolien : “Les pales et les turbines sont de plus en plus imposantes et le développement de l'offshore permettent d'envisager des éoliennes toujours plus puissantes”, explique Sally Benson.

… mais qui produisent de l'électricité différemment.

Au delà de leurs coûts d'investissement ou de production, ces énergies imposent un changement de paradigme pour l'ensemble du réseau électrique. Passer à des sources renouvelables, c'est avant tout passer du centralisé au décentralisé et d'une puissance “flat” (constante) à une puissance intermittente. Et c'est bien là tout le défi des énergies renouvelables, extrêmement compliqué à relever selon M. O'Malley : répondre à la demande tout en étant soumis aux cycles météorologiques.

Pour répondre à cette problématique, surdimensionner les capacités de production n'est pas envisageable tant du point de vue économique que du point de vue technique, car cela ne fera pas disparaître l'intermittence. Une réponse peut être les différentes solutions de stockage de l'électricité, qui joueraient le rôle de régulateur entre la production et la demande.

A ce jour, il existe trois possibilités : le pompage-turbinage, qui consiste à pomper de l'eau dans des bassins de stockage situés en altitude lorsque la production est supérieure à la demande et, dans le cas contraire, à déverser cette eau dans une turbine pour produire de l'électricité. Le stockage par batterie, lorsque la demande est faible, l'électricité est stockée dans des batteries pour être réutilisée par la suite. Et le stockage par électrolyse, l'électricité en surplus alimente un électrolyseur qui produit de l'hydrogène qui pourra par la suite générer de l'électricité dans une pile à combustible. Reste à savoir si cela sera suffisant face au défi des renouvelables.

Vous avez dit renouvelable ?

Des renouvelables à grande échelle nécessiteront donc du stockage à grande échelle. Il n'est pas certain qu'un tel déploiement soit possible, ni souhaitable. Le pompage-turbinage est une solution fiable utilisé depuis de nombreuses années mais qui nécessite un contexte hydro-morphologique particulier et rare, son potentiel global est donc limité.

Le stockage par batteries n'aurait pas ces contraintes et semble prometteur pour de nombreux observateurs. Elon Musk, patron de Tesla, affirme que 2 milliards de ses Powerpacks (son modèle de batterie domestique de 100 à 250 kWh) seraient suffisantes pour réaliser la transition énergétique dans le Monde entier. “Sur l'ensemble de ses cycles de fonctionnement, une batterie ne fournira que deux fois l'énergie nécessaire pour sa construction", rappelle toutefois Sally Benson. Sans oublier que les meilleures batteries sont construites à partir de lithium, minerai dont les réserves mondiales sont limitées, remettant en cause l'idée première d'un réseau électrique renouvelable.

Le stockage par électrolyse est quant à lui conditionné par le développement de l'utilisation de l'hydrogène comme vecteur énergétique. “C'est très prometteur, mais pour un futur plus lointain”, affirme Dan Kammen, directeur du Renewable and Appropriate Energy Laboratory à Berkeley.

Du gaz et des sciences humaines comme remèdes ?

"Dans les pays développés, 40% à 50% de renouvelables est envisageable relativement facilement, pour aller plus loin il faudra remettre le consommateur au centre du débat", estime Mark O'Malley. Le professeur irlandais avance une raison simple : augmenter la part de renouvelables dans le réseau implique d'augmenter substantiellement les infrastructures de transports d'électricité et les problématiques de contestation sociale qui vont avec.

Ensuite, il explique qu'une meilleure connaissance des typologies de consommateurs permettra de mieux intégrer ces nouveaux moyens de production : "un actif trentenaire ne consomme pas de la même manière qu'un retraité de 80 ans au cours de la journée". Une dose de sciences humaines apparaît donc comme un ingrédient essentiel pour pousser la transition plus loin.

Malgré tout, cela pourrait ne pas être suffisant dans tous les pays : “Dans les pays développés, nous avons été habitués à une fiabilité presque totale du réseau électrique, ce qui sera impossible avec 100% de renouvelables. Les pays en développement parviendront peut-être mieux à les intégrer totalement dans leurs réseaux car ils sont habitués à l'intermittence”, souligne O'Malley.