Préparer l’effondrement du secteur de l’énergie :

la résilience par la chaleur renouvelable coopérative

 

1er juin 2019 – Dominique Fourtune dftbook@ouvaton.org

 

Avertissement : Ecrit par un énergéticien, ce texte s’adresse aux personnes qui s’intéressent à l’effondrement possible du secteur de l’énergie. Il présente quelques concepts de base de l’énergie d’une manière pratique, fait une analyse critique du système électrique français, pointe certains discours dominants qui confondent électricité renouvelable et énergie renouvelable, et propose des solutions « low-tech » et naturellement distribuées qui pourraient fournir une chaleur renouvelable illimitée à des petits groupes d’habitations.

En effet, 40 % des besoins d’énergie de la France servent, au final, à chauffer de l’air à 20 °C et de l’eau sanitaire à 45 °C, et la chaleur solaire peut se stocker pendant l’été dans l’eau ou le sol, pour être utilisée l’hiver pour chauffer les bâtiments et les logements.

Ce texte n’est pas un projet de politique publique en matière de transition énergétique, quoique les solutions qu’ils propose pourraient y jouer un grand rôle. Il a pour seule ambition de présenter aux militants motivés soucieux de leur avenir une voie efficace et d’un impact environnemental très limité, condition essentielle pour l’existence à long terme des sociétés humaines.

 

0- Qui suis-je ?

Mon intérêt pour la planète date de 1972, quand les premières réflexions issues du Club de Rome ont commencé à se diffuser dans la société française. J’avais alors quinze ans, et, par peur du nucléaire civil, je me suis orienté vers les questions d’énergie. J’ai suivi une formation de base en énergétique, puis j’ai fait partie de la première génération de professionnels français à étudier l’énergie solaire et ses possibilités, dès le début des années 1980, à l’université de Perpignan. J’ai mesuré les immenses avantages de cette source d’énergie : une quantité colossale et inépuisable, gratuitement fournie et distribuée sur tout le territoire. Aucun opérateur public ou privé entre la ressource et l’utilisateur, aucune servitude, aucun comptage !

 

Puis j’ai intégré l’AFME en 1984, devenue l’ADEME en 1992. Je n’ai pas, alors, développé le solaire, mais je me suis spécialisé, depuis le début des années 1990, dans le domaine des systèmes énergétiques, et en particulier du système électrique (production, transport, distribution, consommation), qui est très particulier en France. Car il revendique de savoir tout faire, c’est à dire de rendre tous les services énergétiques possibles. Et il est vrai qu’à l’exception de faire voler les avions, l’électricité sait tout faire. Sur cette base, et grâce à la nationalisation du secteur électrique en 1946, qui a mis en place une entreprise monopolistique EdF, l’électricité est devenue le vecteur énergétique central dans la vie du pays.

 

De cette place au sein de l’ADEME, j’ai essayé pendant plus de vingt ans d’inciter les collectivités territoriales à réduire leurs consommations d’électricité, motivé par cette question lancinante : cette croissance permanente aura forcément une fin, il est vital de l’anticiper. Quoiqu’il se passe dans le futur de l’histoire humaine, on ne pourra pas éternellement construire des maisons, des bureaux et des usines sur le territoire, on ne pourra pas éternellement tirer des fils électriques dans le paysage, on ne pourra pas éternellement construire de nouvelles centrales nucléaires ou de nouvelles éoliennes.

 

Pourtant, après plus de deux décennies de travail dans ce sens, et en étant particulièrement bien placé au sein de l’ADEME, j’ai acquis la certitude que très peu d’humains sont conscients de cette évidence. Et qu’ils sont encore plus incapables de s’organiser collectivement pour anticiper l’inéluctable. Je sais donc depuis longtemps qu’un changement forcé de système interviendra, un jour.

 

 

1- Certains discours actuels sur l’effondrement constatent la fragilité des systèmes énergétiques existants mais ne voient aucune solution car ils sont prisonniers de la pensée électrique

 

Le sujet de l’effondrement de nos sociétés énergivores a pris récemment une place importante dans les débats concernant l’environnement. Je m’y suis naturellement intéressé, car il ravive mes anciennes préoccupations. J’ai été frappé de constater que certains discours charrient largement les poncifs français sur l’énergie. Les deux principaux sont les suivants : les énergies renouvelables sont intermittentes (donc n’assurent pas le service nécessaire), et nécessitent des matériaux rares (donc participent au pillage des ressources). Ce cul-de-sac est terrifiant, et rend apparemment inéluctable l’intérêt pour le nucléaire, qui passe alors comme un honnête pis-aller pour de nombreuses personnes non expertes en énergétique, et qui sont le jouet des discours dominants.

 

J’écris cet argumentaire pour mettre à bas cet insoluble dilemme. Il disparaît dès que l’on réussit à sortir du système de pensée « tout électrique », qui s’est installé en position hégémonique.

 

 

2- Le lavage des cerveaux français par EdF

 

L’un des plus beaux hold-up intellectuels des cinquante dernières années a été largement réussi par EdF. Il a fait croire à tous les Français qu’électricité et énergie sont une même chose, que l’énergie c’est l’électricité. A tel point que les deux termes sont maintenant utilisés de manière quasiment indifférenciée, dans la presse et la plupart des discours.

 

Beaucoup de Français savent que la production française d’électricité, très largement nucléaire, est réalisée en faisant bouillir de l’eau, qui devient vapeur et fait tourner les turbines puis les alternateurs. En revanche, ce que peu de gens réalisent, c’est que, ce faisant, l’électricité produite ne représente qu’environ un tiers du total de toute la chaleur produite au départ, avant la turbine. Ainsi, les deux tiers de cette énergie sont perdus dans le milieu ambiant (rivières, mer ou atmosphère). Quand on estime le total de cette chaleur perdue, on voit qu’elle est du même ordre de grandeur que la totalité des besoins de chaleur de tous les bâtiments français (logements et bureaux). Le système électronucléaire français gaspille dans le milieu naturel plus que la totalité des besoins actuels de chauffage du pays.

Voir annexe : diagramme de Sankey et calcul des besoins de chaleur.

 

Un énergéticien soucieux de limiter les impacts humains sur la planète ne peut pas penser qu’un tel système représente l’avenir. Pourtant, cette soumission des esprits français à l’électricité a été telle que, lors de la relance des énergies renouvelables consécutive au « Grenelle de l’Environnement », ce sont les renouvelables électriques (capteurs photovoltaïques et éoliennes) qui se sont « naturellement » retrouvées à profiter d’une nouvelle dynamique d’investissements publics et privés. Celles-ci se sont fortement développées, et sont maintenant largement visibles, dans tous les sens du mot, dans le paysage énergétique français. Laissant de côté tout un pan beaucoup moins « noble » (au sens des électriciens français) : le bois-énergie, la géothermie, le solaire thermique, le biogaz, etc. EdF, qui a intérêt à vendre toujours plus, a fait oublier à la plupart des Français que ces énergies ont un énorme avantage par rapport à l’électricité : elles se stockent très facilement, et certaines sont distribuées gratuitement (solaire et géothermie).

 

Pour celles et ceux qui se préparent à l’effondrement des sociétés occidentales, il est clair que les systèmes les plus résilients, qui apportent les services les plus fiables à long terme, sont ceux qui sont basés sur des vecteurs diversifiés, stockables et naturellement distribués, plutôt que ceux qui se basent sur un vecteur unique, non stockable, et géré de manière centralisée par un petit groupe d’experts.

 

 

3- Les différentes formes d’énergie et comment les utiliser

 

L’analyse offre-demande en matière d’énergie permet d’approfondir la notion de « services énergétiques » (= de quoi a besoin l’usager / consommateur / client), et d’établir les relations optimales entre les différents services (chauffage, froid, éclairage, audio-visuel et numérique, cuisson, eau chaude, transport des marchandises et mobilité, process mécaniques, etc.) et les différents vecteurs disponibles (réseaux publics d’électricité, de gaz, de chaleur, réseaux virtuels de distribution de combustibles et de carburants, etc.).

 

Il y a en effet des relations optimales. Car la thermodynamique nous apprend que certaines formes d’énergie, à certains endroits, sont plus efficientes (disponibilité plus facile, moins de pertes), plus adaptées à certains usages que d’autres. Et donc que, à rebours de la pensée commune, formatée par les électriciens français tout-puissants, il faut, dans une pensée sobre, concevoir les systèmes comme des optimums territorialisés, spécifiques aux situations locales de besoins et de ressources. C’est ce que l’on peut appeler « l’économie circulaire de l’énergie » : une série de relations locales entre demande et offre, la mieux adaptée possible. Pourquoi chauffer un bâtiment à l’électricité quand il y a un réseau de chaleur alimenté par du bois-énergie ou des ordures ménagères à proximité ? Pourquoi brûler du bois pour le chauffage quand des éoliennes peuvent alimenter des pompes à chaleur avec capteurs enterrés ? Pourquoi brûler du gaz naturel importé de très loin, quand on peut brûler du biogaz produit par l’agriculteur du coin, à partir des déchets organiques ménagers produits en partie par votre immeuble ?

 

Deux systèmes, méconnus, sont très intéressants en termes de diversification. Le premier est la cogénération. Cette technique consiste à produire de l’électricité à partir d’un moteur à explosion qui fait tourner un alternateur, et à récupérer la chaleur du moteur pour alimenter des usages de chaleur à proximité. Il se trouve que, pour des raisons physiques, on ne peut récupérer qu’une quantité d’électricité correspondant en gros au tiers de l’énergie brûlée dans le moteur, tout le reste, soit les deux tiers, étant, comme avec les centrales nucléaires, « perdu » sous forme de chaleur, sauf si on installe ce système à proximité d’un bâtiment qui peut l’utiliser pour se chauffer. Dans ce cas, le rendement est maximal, de l’ordre de 80 à 90 % (il reste des pertes non récupérables), car la chaleur excédentaire peut être directement utilisée, ou stockée dans des ballons d’eau chaude ou dans le sol (voir plus loin). Le second système est un type de moteur particulier, appelé moteur Stirling, qui peut produire du mouvement en consommant seulement de la chaleur. Et quand on produit du mouvement, il est facile de produire de l’électricité. Il est donc possible, en utilisant, par exemple, la chaleur du sous-sol, de produire de l’électricité (en plus de la chaleur) inépuisable et permanente en n’importe quel endroit du globe, sans aucune installation aérienne.

Sources :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cog%C3%A9n%C3%A9ration

https://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_Stirling

 

Ces exemples permettent de comprendre que les systèmes énergétiques peuvent être très variés, selon les ressources locales et les types de besoins, contrairement à ce que nous dit le système électrique français qui nous abreuve de sa pensée unique.

 

 

4- Les principes de la résilience énergétique

 

A partir de cette connaissance, comment se préparer au mieux à un avenir incertain ? L’une des voies possibles est de s’inspirer des règles de base de l’écologie : diversité, autonomie raisonnée, collaboration. Ainsi, les systèmes les plus efficaces et les plus résilients, et donc les mieux adaptés quel que soit l’avenir (« sans regret »), sont faits d’un assemblage de petits systèmes semi-autonomes, qui profitent au mieux des ressources locales, tout en étant capables de collaborer avec les systèmes voisins, grâce aux réseaux publics d’énergie (électricité, gaz, chaleur) et d’information. Comme en écologie, la diversité des systèmes et des organisations apporte toujours une meilleure capacité d’adaptation et une meilleure résilience. Pas d’appel, ici, à l’autonomie énergétique totale : les réseaux publics, qui ont coûté très cher à la collectivité, restent précieux pour que les consommateurs / producteurs puissent s’échanger leurs productions, selon leur besoins et disponibilités du moment.

 

Mais comme il n’est pas certain que les réseaux publics soient, dans l’avenir, toujours en état de fonctionner (l’électricité, très sophistiquée, est particulièrement sensible, voir ce qu’il se passe au Venezuela), il faut donc opter pour des systèmes qui soient capables d’assurer les fonctions de base en cas de rupture des liens collectifs. Et la fonction de base est d’avoir chaud chez soi en hiver. Et pour avoir chaud, la meilleure façon est d’abord de se couvrir. Le meilleur système énergétique est donc toujours celui qui consomme le moins. Plus un bâtiment est isolé, plus on diminue sa dépendance aux sources extérieures. Et plus on limite les impacts environnementaux. Et plus les ressources locales renouvelables peuvent apporter une quantité d’énergie significative pour cette fonction de base qu’est le chauffage. Il se trouve que les énergies solaire et géothermique, du fait de leur potentiel gigantesque et de leur excellente distribution naturelle à la surface du globe, jouent un rôle central dans la vision présentée ici d’un avenir énergétique soutenable. Leur utilisation, qui pourrait être à grande échelle, pour des usages de chauffage des bâtiments, logements et d’eau chaude sanitaire, ne nécessite que des technologies très rustiques, et ne provoque en aucun cas un gaspillage de matières premières et de métaux rares, ni d’atteinte majeure aux paysages.

 

 

5- Les ressources du système terre : comparatif énergie / matériaux

Le soleil nous envoie chaque jour une énorme quantité d’énergie. Par exemple, par une belle journée avec ciel dégagé de mi-saison ou d’été, en France, la densité de rayonnement reçue sur une surface de 1 m² perpendiculaire au rayons du soleil est d’environ 1000 W. Imaginez placer un convecteur électrique de 1000 W sur chaque m² du sol, sur toute la surface du pays, et vous aurez une idée de la quantité colossale qui est en jeu. Même en prenant en compte les pannes de soleil (ciel nuageux), elle est de plusieurs milliers de fois supérieure à la consommation humaine actuelle. Et cela va continuer très longtemps, sauf dans le cas d’un hiver nucléaire.

Source :

https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_solaire#Ressources_solaires

 

Le seul problème est de récupérer cette chaleur quand le soleil est là, pour l’utiliser quand il n’est pas là. On a donc besoin, sous nos latitudes de pays développés du Nord, de systèmes pour la récupérer et la stocker, au maximum environ six mois. Il se trouve que deux matériaux abondants et peu coûteux peuvent faire cela : l’eau et la terre.

 

Pour les matières premières et matériaux, en revanche, la situation est radicalement différente : notre planète ne reçoit pas, chaque jour, des milliers de tonnes de nouvelles ressources minérales. Nous sommes absolument obligés d’être très économes, et de n’utiliser les matériaux rares qu’à condition de pouvoir les récupérer pour les réutiliser après usage. Cela donne un énorme paradoxe : on parle beaucoup plus de la transition énergétique que de la transition de l’économie des matériaux, alors que les difficultés à très long terme seront largement inverses.

 

 

6- Le stockage de chaleur solaire dans l’eau chaude

 

L’eau est un matériau très particulier : il peut stocker beaucoup de chaleur par unité de volume. Le moyen le plus simple de conserver la chaleur solaire produite par les capteurs thermiques est donc d’utiliser des ballons d’eau chaude, ce qui est fait depuis très longtemps pour l’eau chaude sanitaire. Pour stocker sur de longues durées, il faut limiter les pertes : gros volumes cylindriques et sur-isolation. Il faut aussi que ces stockages soient placés au centre des volumes chauffés, pour que leurs pertes soient utiles. Dans ces ballons, comme l’eau chaude monte et l’eau froide descend, il se produit un phénomène de stratification des températures, que l’on peut utiliser selon les besoins : pour l’eau chaude sanitaire à 45°C, on peut puiser (via un échangeur) en haut du ballon, tandis que pour alimenter un plancher chauffant ou une ventilation à air chaud, on peut puiser à mi-hauteur de l’eau à 30°C.

 

En Allemagne et en Suisse, pays qui n’ont pas la « chance » d’avoir été formatés par EdF, l’expérience de ces installations est bien supérieure à celle de la France. Les centres de recherche et les entreprises ont maintenant un savoir-faire important. Un exemple de réalisation particulièrement frappant est celui d’un immeuble solaire à Bonstetten dans la banlieue de Zurich. Il est composé de 7 logements et couvert de 92 m² de capteurs solaires thermiques qui alimentent un ballon d’accumulation de 25 m³, placé au centre du bâtiment. Le « taux de couverture solaire » (la proportion d’énergie fournie par le solaire par rapport aux besoins totaux) est de 100 %. La chaleur récupérée l’été est stockée dans le ballon et assure la totalité du chauffage et de l’eau chaude sanitaire pour l’hiver entier. Le stockage est inter-saisonnier.

Picture Bonstetten Zurich


Source :

http://jenni.ch/bonstetten.html

 

7- Le stockage de chaleur solaire dans le sol

 

Le sous-sol de notre planète est chaud. La géothermie est une énergie renouvelable et gratuite, disponible partout. Un flux de chaleur constant venant des profondeurs du globe fait que la température du sol est constante toute l’année à une certaine profondeur selon les régions. En France, elle est d’environ +12°C à -5 m. Et cette température augmente d’environ un degré tous les trente mètres de profondeur.

Sources :

http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml

https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie


Cette chaleur du sol, énergie basse température, est couramment utilisée par des pompes à chaleur géothermiques qui transforment beaucoup de cette chaleur « froide » en un peu de chaleur « chaude ». Mais le sol peut aussi être réchauffé par des capteurs solaires thermiques, en utilisant la qualité naturelle de la terre à stocker de la chaleur sur de longues durées. Le couplage des deux systèmes est un stockage inter-saisonnier.

Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Seasonal_thermal_energy_storage

 

Au Canada, dans la province d’Alberta, une installation en vraie grandeur a été réalisée en 2007, pour chauffer 52 maisons individuelles à basse consommation, grâce à un réseau de chaleur et une série de puits (diamètre 15 cm) creusés à 35 m de profondeur dans le sol, dotés de simples tuyaux dans lesquels circule l’eau chaude solaire. Trois ans plus tard, en 2010, le stockage ayant accumulé suffisamment grâce aux apports solaires, ce système a fourni 97 % des besoins de chaleur de ces maisons. L’électricité nécessaire aux pompes de circulation du système est fournie par des capteurs photovoltaïques couplés à un stockage sur batteries. L’ensemble du système fonctionne de manière autonome. Seuls les usages domestiques autres que chauffage et eau chaude sont alimentés par le réseau électrique.

 

Picture of Drake Landing Solar
        Community


Sources :

https://www.dlsc.ca/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Communaut%C3%A9_solaire_de_Drake_Landing

(voir notamment l’annexe sur les principes physiques mis en jeu pour le stockage)

 

Ainsi, ce système peut lui aussi assurer à des bâtiments (basse consommation bien entendu !) un excellent niveau de confort domestique pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire grâce à une fourniture d’énergie 100 % solaire renouvelable. Cette expérience étant réalisée dans une province du Canada (latitude 50° Nord, climat froid), ses enseignements sont aussi valables en France, où les besoins de chauffage sont moins importants. Et comme quasiment tous les bâtiments sont posés sur le sol, cette solution peut être largement diffusée. En cas d’habitat dense, il suffit de creuser plus profond pour augmenter la capacité de stockage. La seule difficulté peut provenir de nappes phréatiques circulantes : dans ce cas, toutes les calories sont emmenées par l’eau souterraine et le stockage est impossible, ce système ne peut pas fonctionner. Il faut alors utiliser un stockage par ballon d’eau chaude.

 

Les impacts environnementaux de ces systèmes sont très limités :

1- Phase construction / déconstruction : les capteurs solaires thermiques utilisent le verre et l’acier, les ballons et tuyauteries sont en acier et laiton, les isolants sont minéraux ou peuvent être biosourcés. Tous ces matériaux sont rustiques, ont une longue durée de vie et sont intégralement recyclables. Si les capteurs photovoltaïques posent problème, un moteur Stirling pourra être utilisé pour la force motrice du pompage.

2- Phase utilisation : seuls les capteurs solaires sont visibles, tout le reste est enterré. Les puits peuvent être réouverts périodiquement pour changer les tuyaux. Aucune énergie extérieure n’est nécessaire autre que les apports solaires. Quant aux impacts sur la biodiversité, ils sont inexistants, car, sauf exception il n’y a pas d’activité biologique sous les bâtiments.
 

Les investissements qui ont été nécessaires pour réaliser ces installations ne sont pas chiffrés ici, et sont certainement plus importants que pour des installations conventionnelles. Cela est du essentiellement au fait que ces solutions de stockage intersaisonnier sont en très petit nombre, et n’ont donc pas pu profiter des réductions de coûts (aides publiques au développement et diffusion en grand nombre) dont ont bénéficié les solutions conventionnelles et, plus récemment, les énergies renouvelables électriques. Il reste que les technologies décrites ici sont très rustiques, ce qui devrait permettre une diminution sensible des investissements si elles se multiplient.

8- Une autre énergie partagée est possible


Le principe des solutions présentées ici consiste à récupérer la chaleur solaire librement disponible partout, puis à la stocker de manière discrète, dans les bâtiments et le sol, par des systèmes rustiques et des matériaux recyclables. C’est un modèle quasiment idéal pour les petits groupes de logements ou de bâtiments, qui peuvent partager ainsi, de manière collective, une énergie inépuisable qui fournit le service de base pour les humains : la chaleur. Exemplaire en matière de « low tech », c’est sans nul doute l’une des meilleures voies à utiliser pour les coopératives d’habitat partagé, qu’elles soient sous forme de groupe de maisons individuelles ou d’un bâtiment collectif. A l’instar des nouvelles coopératives d’auto-production / auto-consommation d’électricité photovoltaïque qui se multiplient actuellement, des coopératives de chaleur renouvelable pourraient ainsi voir le jour.


Rien n’est inéluctable. L’électricité, nucléaire ou éolienne, n’est pas l’alpha et l’oméga de la transition énergétique, et il existe des solutions qui peuvent apporter indépendance et confort aux habitants de cette planète sans qu’ils ne se comportent comme des prédateurs de toutes les ressources disponibles et sans que les infrastructures énergétiques ne perturbent gravement l’environnement. Ces solutions, sans regret, peuvent nous aider à préparer une évolution des systèmes énergétiques, avant d’y être contraints dans l’urgence. Mais, pour cela, il faut sortir de la pensée « tout électrique », et réhabiliter la noblesse de la chaleur renouvelable, énergie discrète qui correspond, dans les pays tempérés, à une grande partie des besoins de l’humanité.


Ressources :

L’association negaWatt (https://negawatt.org/) est un centre de ressources sur l’efficacité énergétique, qui a notamment développé un scénario 100 % renouvelable pour la France.

L’association SEBASOL (http://www.sebasol.ch/), basée en Suisse, propose un centre de ressources et des formations à l’auto-construction d’installations solaires thermiques individuelles (ou petit collectif), pour « reconquérir » son indépendance énergétique.

L’association européenne Solar Heat Europe (http://solarheateurope.eu/) est un groupement de chercheurs, d’experts et d’entreprises qui œuvre pour promouvoir le solaire thermique en Europe, par des actions de diffusion des techniques ainsi que d’influence des politiques publiques européennes.

L’entreprise suisse allemande Jenni (http://jenni.ch/chauffer-avec-le-soleil.html), a de nombreuses références de bâtiments et logements individuels ou petits collectifs chauffés au solaire thermique avec des taux de couverture de 80 % à 100 %. 



Annexe - L’analyse des sources / vecteurs / besoins énergétiques par le diagramme de Sankey
 

Ce diagramme explicite les relations entre sources d’énergie, vecteurs et usages finaux de l’énergie. Réalisé par l’association négaWatt, il présente l’évaluation chiffrée des flux énergétiques pour la France, pour l’année 2015.



Diagramme de
          Sankey France 2015


Calcul du total des besoins de chaleur des bâtiments pour la France en 2015 :

Voir en haut à droite du diagramme ainsi que le détail de la production nucléaire


1- On considère que la quasi-totalité des besoins de chaleur du résidentiel (450,9 TWh) et du tertiaire (175 TWh) correspondent à des besoins de chauffage d’air chaud à 20 °C et d’eau chaude sanitaire à 45 °C.

2- Pour l’industrie, une part de chaleur correspond à des process industriels à haute température, et une autre part au chauffage des locaux (air à 20 °C). On peut estimer cette part à 50 % du total, soit 276,8 TWh / 2, soit environ 138 TWh. A vérifier, mais à 50 TWh près, cela ne change pas la conclusion du raisonnement.

3- Au total, pour les bâtiments d’habitation, tertiaires et industriels, les besoins de chauffage et d’eau chaude pour la France entière sont d’environ 451 + 175 + 138 = 764 TWh. Cette valeur est inférieure aux pertes de chaleur de la production électronucléaire qui est de 821,6 TWh.