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Energie, Puissance … et de regrettables confusions

FESSENHEIM

QUELQUES MISES AU POINT PREALABLES

dimanche 8 avril 2012, par Georges Messin

Un kWh représente en fait l’utilisation, pendant une heure, d’une autre entité dite de puissance, dont l’unité la plus courante pour les particuliers est le kW. Pour son foyer, chaque particulier passe avec le fournisseur d’énergie un contrat qui l’autorise à utiliser à sa guise un maximum, fixé le plus souvent entre 5 et 20 kW. Ce contrat de puissance, dit abonnement, est indépendant de la consommation d’énergie : il est rémunéré par le client par un montant mensuel fixe, aujourd’hui de l’ordre d’un € TTC / kW. Un contrat de 12 kW coûte annuellement environ 150 €, quelle que soit la durée de la présence du client à son domicile au cours de l’année.

Ce qui nous est familier et semble simple à l’échelle individuelle, mérite d’être précisé à grande échelle parce que les medias, ainsi que les hommes politiques qui les alimentent et s’y alimentent, confondent en permanence les notions et les unités de puissance, consommation (et production, cette dernière ne reflétant que la précédente puisque l’énergie électrique ne peut se stocker en grande quantité). Le débat actuel sur la production nucléaire d’énergie électrique montre à cet égard une effarante ignorance des lois qui sous-tendent les bienfaits de la fée électricité.

Fonction du réseau

Infiniment rares également sont, dans les régions développées, les consommateurs d’énergie électrique qui ne seraient connectés qu’à une propre production personnelle, potentiellement aléatoire. L’indispensable mutualisation d’alea en amont ou aval, justifie l’existence d’un réseau qui collecte des productions, et alimente des consommations. Plus le réseau est vaste et puissant, mieux est assuré l’équilibre entre offre et demande d’énergie électrique.
Quelques précisions permettront d’éclairer les éventuels débats :
- une puissance ne se consomme pas. Elle est simplement en attente d’un appel au réseau, qui peut aller de celui d’une lampe de chevet de 0,04 kW à celui d’un gros outil industriel de 100 milliers de kW.
- une consommation mesurée dans la durée, ignore totalement la multitude des puissances individuelles qui ont été appelées entre le début et la fin de cette durée.
- une puissance appelée ne se mesure pas directement. Les valeurs publiées résultent, pour chaque tranche de 10 minutes, d’un calcul de moyenne horaire basé sur la consommation mesurée.

Le côté aléatoire des nouvelles énergies renouvelables.

Il est clair que les énergies alternatives renouvelables les plus à la mode, c’est-à-dire celles basées sur les énergies naturelles : énergie cinétique de l’air et de l’eau en mouvement, ou énergie véhiculée par le rayonnement solaire, sont par nature aléatoires. À cet égard, la nouvelle mode consistant à exprimer une puissance en termes de capacité à alimenter des milliers de foyers, devient ridicule puisque la tombée du vent et de la nuit ou l’alternance des marées priveraient fréquemment d’électricité les foyers en question. Les consommateurs d’énergie électrique ne sont pas alimentés par telle ou telle unité de production, mais par telle ou telle partie d’un réseau. Les puissances des productions aléatoires ne peuvent être directement comparées aux productions classiques, qui peuvent fonctionner régulièrement durant, disons tout une année, soit environ 9000h. Une production annuelle liée aux conditions météo (la force du vent) ou aux marées, ne sera statistiquement que d’environ un tiers, ce qui ouvre un nouveau concept, celui du nombre d’heures équivalentes, obtenu en divisant la production annuelle effective par la puissance nominale. On pourra dire d’une production classique (thermique) que, compte tenu des opérations d’entretien, elle pourra fonctionner 8000 h/an tandis qu’une production éolienne ne produira que l’équivalent de 3000 h à sa puissance nominale. Ce nombre d’heures constitue une image de l’efficacité d’un champ éolien situé dans en endroit précis. Le cas de l’énergie solaire est encore plus éloigné de la réalité puisque la puissance affichée d’un champ solaire photovoltaïque s’exprime en puissance dite "crête".

Énergies éolienne et solaire

Celle-ci ne mesure en effet que l’efficacité de panneaux placés dans des conditions idéales et exceptionnelles : un flux solaire de 1 kW / m2 pour un panneau orienté en permanence vers le soleil à un angle de 45 ° par rapport au niveau du sol. Cette notion ne permet en effet que la comparaison de l’efficacité de telle ou telle marque de panneau. Les statistiques montrent qu’en moyenne française, un panneau dont la puissance-crête est de un kW produit annuellement 1000 kWh, équivalant à 1000 h de production à la puissance nominale. On devra par conséquent retenir annuellement, en gros 8000 h pour le thermique classique, 3000 h pour l’éolien et 1000 h pour le photovoltaïque.

Des puissances

L’addition de puissances nominales éoliennes, hydroliennes ou solaires, à des puissances de productions thermiques classiques (nucléaires ou combustibles fossiles) n’a par conséquent aucun sens pratique dans les débats entre écologistes et pro-nucléaires qui animent la vie politique. .
Seules les productions annuelles, et éventuellement saisonnières, permettraient de raisonner sainement sur les sujets de politique énergétique.

LA SITUATION FRANCAISE DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Le réseau et les tensions de distribution

La France est couverte par un vaste réseau étroitement maillé, géré par un organisme appelé RTE, qui est indépendant aussi bien des fournisseurs que des consommateurs d’énergie électrique. Pour des raisons de transport et d’utilisation, ce réseau est composé de sous-réseaux distribuant l’énergie électrique à différentes tensions exprimées en Volts. Plus la tension est élevée, moindre est la perte d’énergie en ligne, mais plus elle est potentiellement dangereuse. La tension la plus basse correspond à un degré raisonnable de sécurité pour les particuliers. En gros et valeurs arrondies :
- provenant des producteurs de fortes puissances : 400 000 et 225 000 V
- intermédiaires : anciens réseaux en voie de disparitions 90 000 et 63 000 V
- alimentant directement les consommateurs : 20 000 V pour l’industrie et 225 V pour le public.
Les changements de tensions sont assurés dans un sens ou un autre par des transformateurs, regroupés en arrangements complexes et dangereux appelés postes de transformation. Ceux-ci sont équipés d’organes de coupure (disjoncteur) sur chaque élément du maillage, appelé barreau, afin de le protéger contre d’éventuelles surcharges. Notons à ce sujet que le kWh peut, au pire, être une cause de brûlures, mais que la tension, même faible, peut dans certaines circonstances domestiques, blesser voire tuer par électrocution quand un courant électrique traverse une partie ou la totalité du corps humain. Le danger s’accroît évidemment avec l’élévation de la tension. Notons enfin que, étant par nature très dispersées, les productions d’énergies renouvelables alternatives et aléatoires ne peuvent être raccordées qu’à des sous-réseaux 20 000V, ce qui leur donne une identité régionale marquée, avec l’avantage d’une réduction des pertes en ligne. Dans la problématique nationale, il est indispensable de bien distinguer l’appel instantané de puissance sur le réseau, qui s’exprime le plus couramment en milliers de MW, de la consommation annuelle, qui s’exprime en TWh, c’est-à-dire en milliards de kWh. Vaste casse-tête !

Consommation nationale annuelle

Ce point est au départ de la réflexion du candidat du PS à l’élection présidentielle, qui souhaite avant tout faire passer de 75 à 50%, la part de l’origine nucléaire dans la consommation électrique française, annuelle bien sûr. Ceci paraît tout à fait raisonnable puisque la puissance maximale appelée en été sur le réseau est d’environ la moitié du maximum appelé en hiver. À ce défi, les nouvelles énergies renouvelables (éolienne ou solaire photovoltaïque) peuvent apporter une partie de la solution en jouant sur les durées d’arrêts de groupes nucléaires en période estivale.. Des arrêts annuels en période de moindre consommation étant de toute façon indispensables pour le gros entretien et le réarrangement des crayons de combustible nucléaire, il est concevable que l’objectif de 50 % puisse être atteint grâce aux nouvelles énergies renouvelables.
La perspective d’arrêts de 25 réacteurs nucléaires pose en revanche un problème d’une tout autre ampleur, celui de la puissance requise à certaines heures des longues et froides nuits d’hiver.

Puissance de pointe d’heures d’hiver

Il est en effet indispensable qu’une puissance suffisante soit disponible sur le réseau aux heures dites de pointe d’hiver. Dans ces circonstances nocturnes, le solaire photovoltaïque est hors course. La seule nouvelle énergie renouvelable est l’éolienne, dont la puissance peut être prévue en fonction des prévisions météo. L’épisode de la première quinzaine de Février 2011, où tous les anciens records d’appel de puissance ont été largement dépassés, a montré que le réseau RTE a parfaitement répondu à la demande. Si aucun barreau régional n’a été coupé du fait d’une surcharge passagère, RTE le doit en particulier à la bonne volonté des Bretons et des habitants de PACA, qui étaient les plus menacés. En revanche, si la demande globale a pu être satisfaite à des niveaux supérieures à 100 000 MW, RTE le doit d’une part au fonctionnement d’un maximum de réacteurs nucléaires, et d’autre part au fait que le réseau français est étroitement connecté à l’immense réseau européen qui a pu fournir des compléments de puissance de pays voisins, Allemagne, Royaume Uni, Espagne. Il existe en effet un marché à court terme de milliers de MW, sur lequel il est possible d’acheter, à titre de précaution, et pour de faible durée des compléments de puissance.

LE CAS DE FESSENHEIM

Cette petite ville de 2300 habitants qui abrite une centrale électrique nucléaire se trouve au centre d’une polémique Droite-Gauche fortement teintée de postures idéologiques.
- à droite, fermeté pour tout ce qui touche au nucléaire, grande cause nationale.
- à gauche contradiction : d’un côté fermer la centrale dès que possible dans le cadre d’une promesse faire aux écologistes d’arrêter 25 réacteurs dans les 13 ans à venir, soit un tous les deux ans ; de l’autre poursuivre la construction du très puissant réacteur EPR de Flamanville qui sera au monde le quatrième du genre à entrer en service.

L’arbitrage de la réalité

Vouloir fermer 25 réacteurs signifie priver progressivement la France d’au moins 20 000 MW, soit 20% du pic de demande nocturne hivernale alors que les énergies renouvelables alternatives et aléatoires demanderont encore au moins une décennie pour commencer à faire leurs preuves d’une production de masse en matière de puissance. Face à cette réalité, la position de la Droite commence à fléchir devant la nécessité absolue de démanteler progressivement la partie la plus ancienne du parc nucléaire français, dont Fessenheim est l’aînée et impose des travaux de sécurisation sur un des deux réacteurs. Le démantèlement d’un réacteur, dont l’expérience montre qu’il pourra durer une vingtaine d’années, exige une main d’œuvre bien préparée à travailler en milieu radioactif. Faut-il y affecter le personnel de l’exploitation de la centrale, question déjà entrouverte à l’occasion du démantèlement du surrégénérateur Phénix de Creys-Malville. L’intérêt général voudrait que l’on n’attende pas trop longtemps pour concevoir et mettre en pratique un plan méthodique de démantèlement des plus anciens réacteurs nucléaires.

UNE SOLUTION DE BON SENS.

Si Fessenheim est arrêté dès le printemps 2013, les besoins hivernaux nocturnes de compléments extérieurs augmenteront de 1800 MW, en fréquence et/ou importance, à une période où l’Allemagne pourrait avoir plus de mal à les assurer . Il serait éventuellement possible de limiter cet arrêt au réacteur le moins sûr et ne perdre que 800 MW, perte qui pourrait être absorbée par une meilleure gestion des pointes régionales avec l’aide des industriels, grands demandeurs de puissance qui se sont déjà préparés à ce défi. L’entrée en service de l’EPR de Flamanville, dont le hasard veut que sa puissance soit du même ordre de grandeur que celle de Fessenheim (1600 contre 1800) rétablirait l’équilibre initial après l’arrêt du second réacteur. La sagesse voudrait par conséquent qu’on attende, pour arrêter Fessenheim, la mise en service de cet EPR prévue en 2016 (après la Chine en 2013 et 2014 et la Finlande en 2014) et de toute façon proche de la fin du quinquennat. Les idéologues écologistes pourront se gausser d’un aussi maigre résultat, mais une occasion royale sera donnée au monde politique de se féliciter d’une belle entrée en matière et exiger de la mouvance écologique de démontrer, en 5 ans, la capacité des énergies alternatives et aléatoires, et des économies d’énergie en général, à réduire nettement le potentiel nucléaire. L’éolien « off shore » qui devrait être plus performant que le terrestre parce que le vent y est plus régulier, le rendement solaire dont les études en cours permettront un accroissement sensible, l’automobile à motorisation électrique qui aura fait ses débuts sur le marché, les économies dans le secteur du bâtiment permettront de mieux apprécier les équilibres énergétiques que les incantations, l’empilage incohérent de MW installés et la soustraction de MWh par l’extinction des veilleuses des appareils audiovisuels ménagers.

Économies d’énergie

Sur ce point, des économies d’énergie électrique, dont les écologistes avancent, à bon droit, que son bilan thermodynamique est loin d’être optimum, il faut reconnaître que sa production localise les pollutions sur des sites concentrés, qu’elle est moins sujette aux risques d’accidents que les combustibles fossiles (gaz en particulier) et que sa distribution et son usage sont si efficaces que sa consommation ne devrait pas cesser d’augmenter. Nos voisins allemands nous auront, d’ici 5 ans, démontré la viabilité écologique d’une économie dénucléarisée. L’avenir dira alors si le potentiel nucléaire français devra - et à quel point - être plus ou moins renouvelé par des réacteurs plus puissants, intégrant des dispositifs plus sécurisants, tout en laissant une large place aux énergies alternatives et aléatoires, dont le développement sera plus ou moins encouragé par le coût des énergies d’origines fossiles.

Conclusion

Quel qu’il soit, le Président élu le 6 Mai 2012 ne pourra que se grandir en préparant en douceur la ville de Fessenheim et le personnel de la centrale nucléaire locale, à la perspective de son patient démantèlement à moyen terme après plus de 40 ans d’une première expérience nucléaire en France. Elle aura permis à cette ville de se structurer et de s’équiper alors que sa situation stratégique sur la rive d’un grand fleuve frontalier ne laisse entrevoir aucun signe d’un quelconque handicap économique.

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