Efficacité énergétique : faire de l'innovation le moteur de nos économies d'énergie

PROBLÉMATIQUE

La question énergétique impose la prise en compte des grandes tendances qui vont affecter l'évolution de la planète au cours des prochaines décennies. Ces mégatendances sont :

- l'urbanisation accélérée : 280 millions de personnes vivent aujourd'hui dans des mégapoles de plus de 10 millions d'habitants ; cette population s'élèvera à 350 million d'ici 2015 ;
- les mutations démographiques : l'espérance de vie moyenne à l'échelle mondiale sera passée de 46,6 ans en 1950 à 72 ans en 2025. La population mondiale sera alors de 8 milliards d'individus contre 6 milliards aujourd'hui ;
- les changements climatiques : la température moyenne à la surface de la terre a augmenté de 0,76°C par rapport au 19e siècle. Avec l'industrialisation, les émissions de gaz à effet de serre ont fortement augmenté et aujourd'hui, nous avons la plus forte concentration de CO2 dans l'atmosphère depuis 350 000 ans.

Plusieurs initiatives politiques viennent répondre à ces défis : le Grenelle de l'Environnement, l'Engagement Europe « 20-20-20 », le Plan Solaire Méditerranéen (qui se fonde notamment sur 20 GW de capacité additionnelle de production d'électricité à partir d'énergies renouvelables) et évidemment la politique énergétique américaine qui va émaner de la nouvelle présidence.

TROIS DOMAINES D'EXERCICE DE L'INNOVATION EUROPÉENNE

D'ores et déjà apparaissent trois domaines où l'innovation européenne apporte des réponses concrètes à la problématique des économies d'énergie : l'amélioration de l'efficacité des moyens de production ; l'amélioration de l'efficacité du transport et de la distribution d'énergie ; enfin, l'amélioration de l'efficacité énergétique des bâtiments.

1. L'amélioration de l'efficacité des moyens de production

L'électricité générée par des énergies renouvelables sera insuffisante pour palier la croissance des besoins, estimée à + 70 % entre 2000 et 2020. Nous ne pourrons plus faire abstraction de la réalité industrielle, économique et géologique - face à l'émergence de nouvelles économies, disposant de ressources propres, notamment en charbon - et nous ne pourrons en conséquence éliminer l'utilisation des énergies fossiles. Il nous revient dès lors de rendre la production, le transport et la distribution de ces énergies fossiles plus efficaces.

Actuellement, le rendement des centrales thermiques « classiques » à cycle ouvert n'est que de 40 %. Les solutions de cycle combiné - CCPP, Combined Cycle Power Plant - où les gaz d'échappement sont récupérés dans une chaudière produisant de la vapeur d'eau qui entraîne une seconde turbine, peuvent permettre d'améliorer ce rendement jusqu'à 57 % aujourd'hui. Les centrales à gazéification intégrée à un cycle combiné - IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle - permettent elles-mêmes de convertir du charbon (mais aussi fiouls, pétrole, goudron...) en gaz de synthèse. Ce gaz est ensuite purifié, traité et brûlé pour générer de la vapeur qui va elle-même alimenter une turbine. Le procédé a la particularité de rendre possible la séparation du CO2 'avec l'hydrogène.

L'efficacité des turbines à vapeur peut être améliorée par la technologie dite des 700 degrés. Cette innovation vise à augmenter la résistance des turbines à de très hautes températures de vapeur ; en effet plus la température est élevée, plus le rendement est grand. Les recherches portent sur les matériaux et procédés de fabrication qui résistent à 700°C et 350 bars, ce qui représente une amélioration de 100°C et 65 bars par rapport à aujourd'hui. Le procédé devrait permettre un rendement global de 50 % environ, contre 30 à 40 % actuellement.

Toujours par rapport aux énergies fossiles, il s'agit aussi évidemment de favoriser la pratique du captage de CO2 afin de réduire les émissions atmosphériques. L'objectif est de séparer le CO2 des autres éléments constitutifs des fumées, comme la vapeur d'eau ou l'azote. Plusieurs techniques sont aujourd'hui disponibles (la postcombustion, la précombustion et l'oxycombustion) qui chacune présente des avantages et des inconvénients.

Parallèlement à ces recherches, des efforts sont fournis pour améliorer l'efficacité énergétique des énergies nouvelles. Les fabricants travaillent déjà sur la réalisation d'éoliennes plus hautes, avec des pales plus grandes. La production moyenne d'une éolienne est aujourd'hui de 2,3 MW. Leader dans les solutions off-shore, Siemens travaille sur une nouvelle génération d'éoliennes à 5MW ainsi que sur les premières éoliennes flottantes destinées à la haute mer et dont le prototype est en cours de développement avec des partenaires norvégiens.

Le domaine de l'énergie solaire est également très dynamique tant sur les solutions voltaïques que thermiques. En matière de centrales thermo-solaires, l'Espagne fait figure de fer de lance. Siemens va prochainement y raccorder deux turbines à vapeur à des collecteurs solaires couvrant une surface totale de près de 512 000 m2 pour une production totale de 50 MW. Des réservoirs thermiques, contenant un mélange d'eau et de sel, sont également en cours d'installation qui permettront de maintenir la production d'électricité dans les périodes de faible ensoleillement (soit un gain de production de 6 heures).

2. L'amélioration de l'efficacité du transport et de la distribution d'énergie

Aujourd'hui, on parle beaucoup des investissements nécessaires dans la production, mais peu de ceux nécessaires dans le domaine du transport et de la distribution. Des innovations sont pourtant ici à l'?uvre. C'est par exemple le cas des réseaux électriques haute tension en courant continu - HVDC, High Voltage Direct Current, permettant de transporter de l'électricité sur de très longues distances (6 000 kilomètres ou plus) avec très peu de pertes (3 % pour 1 000 kilomètres) et qui pourraient se raccorder, par exemple, à des centrales solaires ou éoliennes. On peut citer l'initiative du TREC - Transmediterranean Renewable Energy Coopération, lancée en 2003, au sein de laquelle figure le projet DESERTEC qui permettrait la mise en place d'une boucle HVDC raccordant l'EUMENA (UE, Afrique du Nord, Moyen-Orient) à des centrales thermo-solaires situées dans le Sahara.

Un autre domaine, extrêmement complexe, est celui des Smart Grids, les réseaux intelligents, qui visent à réduire les pertes en transport et distribution et les dysfonctionnements préjudiciables à la production et à la consommation en utilisant des solutions de contrôle et de commande intelligents. Ils permettent également d'intégrer les solutions d'énergie renouvelable dans le réseau et de gérer des fluctuations associées à la surproduction (par exemple des éoliennes) et à la réduction rapide de la production des centrales conventionnelles. Les réseaux intelligents entreront aussi en ?uvre dans l'Energy Trading, le commerce d'énergie, et la nécessité de gérer des flux imprévisibles entre les pays.

3. L'amélioration de l'efficacité énergétique des bâtiments

La France s'est fixée comme objectif de diviser par quatre ses émissions CO2 d'ici 2050. Tous les secteurs sont concernés et notamment les bâtiments, responsables de 40 % de la consommation globale en énergie et d'environ 21 % des émissions de CO2. Les solutions imposent : de moderniser les systèmes de ventilation, de chauffage, de climatisation et de gestion électrique par la mise en place de moyens de régulation actifs ; il s'agit, par exemple, de ventilateurs avec variateurs de vitesse pour régler l'air chaud et froid par rapport aux besoins et non en continu. Siemens a développé pour ses clients un business modèle, le Performance Contracting, qui permet d'autofinancer, grâce aux économies d'énergie, des solutions qui vont augmenter la performance des installations techniques tout en réduisant les factures énergétiques et en améliorant le confort des occupants.

Dans l'industrie, il s'agit par exemple de moderniser les lignes de production en remplaçant les moteurs électriques standards par des moteurs industriels à haut rendement. Ces nouveaux moteurs permettent de réduire la puissance non-exploitée (et transformée en chaleur) de 45 %.

Enfin, le consommateur comprend bien aujourd'hui l'intérêt de s'éclairer mieux en consommant moins. C'est l'avantage procuré par les lampes fluo-compactes à économie d'énergie, fabriquées par Osram (filiale de Siemens), et qui permettent d'économiser jusqu'à 80 % d'énergie par rapport aux lampes conventionnelles. Les LEDs et les OLEDs (organiques luminescentes) révolutionnent progressivement l'éclairage ; leur durée de vie exemplaire - 50 fois plus longue que celle des ampoules à incandescence - les rend à la fois économiques et particulièrement efficaces pour de multiples usages.

ÉLÉMENTS POUR UNE RÉFLEXION PROSPECTIVE

À quel coût évaluer le réchauffement climatique ? - 3 700 milliards de livres, soit 5 500 milliards d'euros, une baisse de 5 % à 20 % du produit intérieur brut mondial d'ici à 2050 : c'est que l'humanité devra payer si elle n'engage pas dès maintenant des actions pour lutter contre le réchauffement climatique, a estimé l'économiste britannique Nicholas Stern . Parallèlement, à quel coût évaluer la lutte contre le changement climatique ? Faut-il d'ailleurs parler de coût ?

En 2001, l'économiste Marcel Boiteux avait fixé à 27 euros le prix de la tonne de CO2 et le voyait évoluer au même rythme que l'inflation, soit 58 euros à l'horizon 2030. Les modèles de calcul se sont depuis affinés et les objectifs de réduction se sont parallèlement durcis, aussi le Centre d'Analyse Stratégique a estimé la valeur d'une tonne de CO2 à 32 euros pour 2010, 56 euros pour 2020, 100 euros pour 2030 et 200 euros pour 2050 . Cependant, en dépit des « bonnes intentions » un peu partout proclamées, des experts américains ont fixé un prix plafond à 15 dollars la tonne, ce qui laisserait peu de marge pour les investissements.

Dès lors comment favoriser l'investissement et la diffusion des nouvelles technologies ? Le prix des énergies sera-t-il un argument suffisant en faveur de ces nouvelles technologies ? Ou faudra-t-il, au contraire, compter sur le renforcement des réglementations ? Pour l'instant, cet effort est largement financé par l'industrie.

Quelle place pour l'Europe ? - L'innovation en matière d'énergie va stimuler la création de nouvelles industries, de nouvelles formes de commerce et de nouveaux emplois. L'Europe semble avoir pris le leadership, plusieurs exemples en témoignent, dans le domaine de la production d'énergie mais aussi dans la recherche de nouveaux process, « énergétiquement plus efficients ». En matière de transport, on peut citer le projet Neoval, de nouvelle génération de métro sur pneus, entièrement automatique et modulaire, et évidemment optimisé en matière de consommation d'énergie .

Cependant, quels sont les freins aux projets d'efficacité énergétique ? - S'agit-il d'un problème d'innovation, ou d'un problème de financement ou encore de problèmes de standards ? L'efficacité énergétique représente, selon McKinsey, plus du tiers des moyens à notre disposition pour réduire les émissions de gaz à effet de serre . Le McKinsey Global Institute a aussi chiffré le potentiel d'amélioration de cette efficacité énergétique en Europe : en prenant en compte uniquement des changements réalisables avec les technologies déjà existantes, et qui n'affecteraient pas le confort des consommateurs finaux, le potentiel a été évalué à 17,4 quadrillions de BTU - British Thermal Unit, unité standard d'énergie, chaque année à horizon 2020. Exprimés dans des termes plus parlants, ces « mégawatts » représentent l'équivalent de 8 millions de barils de pétrole par jour, ou 23 % de la consommation d'énergie totale actuelle de l'Europe, ou encore le double de la consommation d'électricité totale des pays membres de l'Union Européenne. Les mesures d'amélioration de l'efficacité énergétique permettraient aussi à l'Europe de réduire de près de 1 milliard de tonnes par an ses émissions de gaz à effet de serre, plus que les émissions de la France et du Royaume-Uni additionnées. De plus, le coût pour la société serait globalement négatif, c'est-à-dire que les économies d'énergie réalisées feraient plus que compenser les investissements initiaux.

Cependant, si elle souhaite réaliser ces objectifs et conserver son leadership dans le domaine, l'Europe devra renforcer ses investissements et ses efforts de R&D et ce d'autant plus que les États-Unis seront dorénavant dans la course. McKinsey estime l'investissement nécessaire à 30 milliards d'euros chaque année d'ici 2020, qui pourraient être financés avec un taux de rentabilité supérieur à 10 % par an.

Néanmoins, des barrières demeurent, qui sont liées à des inefficiences du marché : défaut d'information, dilemme principal-agent, prix élevé du « ticket d'entrée » notamment dans les secteurs du bâtiment ou des transports. Pour les lever, les pouvoirs publics ont un rôle primordial à jouer, et disposent de plusieurs axes d'intervention : subventions ou incitations fiscales, relèvement des normes et standards, labellisation... Les marchés et services innovants seront nombreux : matériaux et produits pour le bâtiment, équipements électriques, transports, dispositifs de mesure et de gestion de la consommation d'énergie, services énergétiques, financements, etc. ; un pan nouveau de l'économie est en train de s'édifier.

L'exercice pour les entreprises est difficile, notamment lorsque la croissance est en panne. L'efficacité énergétique est difficile à « capter », ses gisements se cachent un peu partout et surtout dans les gains de productivité, en langage industriel, dans le « dégoulotage » (opération qui permet de rendre les process plus fluides). Les entreprises sont donc déjà en train d'étudier avec un intérêt accru les opportunités liées à l'amélioration de leur efficacité énergétique. Des exemples sont particulièrement significatifs. Ainsi, DuPont et Dow Chemicals ont réalisé des économies cumulées de 2 et 4 milliards de dollars respectivement, grâce à la redéfinition de leurs processus industriels. Cela est possible aussi dans d'autres secteurs industriels. Dans les télécommunications par exemple, Nokia Siemens Networks estime que ses clients, les opérateurs de réseaux téléphoniques, peuvent économiser jusqu'à 30 % de l'électricité nécessaire au fonctionnement des antennes relais, ce qui représente pour un opérateur de taille moyenne environ 20 millions d'euros par an.

Quelle place pour le nucléaire et l'EPR - European Pressurized Reactor, aux États-Unis rebaptisé Evolutionnary Power Reactor ? Il n'y a de la part de Siemens aucune remise en question de son engagement au sein de Areva NP, ex-Framatome ANP, créée en 2001 pour la fourniture à l'industrie nucléaire. Siemens poursuit sa recherche dans le secteur et développe en parallèle des technologies dans le domaine des énergies fossiles. Cette stratégie répond à l'analyse déjà évoquée selon laquelle les économies, notamment les économies en développement, ne pourront s'abstenir de recourir aux énergies fossiles. Il est à ce jour nettement moins cher de mettre en exploitation une centrale charbon que de s'engager à l'échelle nécessaire dans les énergies renouvelables ou le nucléaire - REPONSE A REVOIR PAR L'INTERVENANT puisqu'elle a été posée à l'intervenant le 14 janvier et que le 23, Siemens annonçait la cession de sa participation de 34 % dans Areva NP.

Captage et stockage de CO2 - Quel sont l'état d'avancée de l'industrie et les perspectives de mises en ?uvre ? PARTIE A PRECISER - La mise en ?uvre pourrait survenir relativement rapidement. Une initiative européenne a été engagée - sous le nom CO2 Think, et un projet de séquestration devrait prochainement démarrer dans la région de Berlin. Siemens collabore à ce programme. Pour la première fois aussi, un programme va tester en France la chaîne complète du processus de captage et stockage du CO2, depuis l'installation émettrice de CO2 (une chaudière), jusqu'au stockage souterrain. Initié par Total, le projet va convertir en oxycombustion l'une des chaudières de vapeur existantes de la centrale du site de Lacq, de capter et de comprimer les émissions de CO2, pour ensuite les transporter par gazoduc, et les injecter dans un réservoir en fin de vie, à une profondeur de 4 500 mètres. Ce pilote, qui fait suite à deux années d'études et de préparation, vise trois objectifs principaux : 1. améliorer la maîtrise de la filière oxycombustion, notamment en vue de son utilisation pour la production des huiles extra lourdes ; 2. réduire de 50 % le coût de captage par rapport aux procédés existants ; 3. développer une méthodologie et des outils de surveillance, afin de démontrer à plus large échelle, la fiabilité et la pérennité du stockage à long terme du CO2. D'autres projets ont été annoncés par d'autres industriels, dont le Français Veolia. Il s'agirait en l'occurrence de stocker le CO2 émis par le site de valorisation des déchets de Claye-Souilly, en Seine-et-Marne . Cependant, la généralisation de ces technologies - qui devront être déployées à l'échelle industrielle, ne surviendra sans doute pas avant 2020. Le temps peut-être aussi que ces projets deviennent complètement acceptés par l'opinion publique.

R&D - Quelle répartition des efforts ? Les efforts d'investissements vont engager toutes les industries. Pour sa part, le groupe Siemens réalise 25 % de son chiffre d'affaires consolidé dans le secteur de l'énergie et de l'environnement, ce qui représente 19 milliards d'euros. L'objectif est de porter cette activité à 25 milliards d'euros d'ici 2011.

En R&D, le groupe a, en 2008, augmenté son portefeuille de brevets de 10 %, pour un total de 55 000 brevets. Siemens a aussi depuis quelques années réparti ses ressources R&D à travers le monde. L'idée qui a prédominé ce choix était d'impulser une dynamique d'innovation sur chacun des marchés et d'être capable pour le groupe de proposer des solutions adaptées, notamment aux pays en développement.

CONCLUSION

L'innovation dans le domaine des énergies n'est pas uniquement poussée par l'épuisement futur des réserves de pétrole. Elle est autant influencée par les grandes tendances Megatrends, la problématique du réchauffement climatique et le coût croissant des énergies. L'énergie sera la clé du développement futur de l'économie mondiale, car elle est au c?ur des préoccupations premières de l'homme : la santé, la production et transformation de nourriture, les échanges - le commerce et les transports... Par ailleurs, alors que les moyens actuels de production ont un impact important sur l'environnement, le double défi de l'augmentation de la demande énergétique et de la préservation de l'environnement, va imposer de mieux gérer nos procédés industriels.

La question de la sécurité des approvisionnements n'est plus un enjeu majeur pour l'Occident uniquement, mais pour l'ensemble des pays. Les tensions risquent en conséquence de se renforcer.