Le déclin pétrolier imminent commande des actions urgentes

Illustration – Courbe de production mondiale du pétrole et des gaz liquides (propane principalement) telle que présentée en 2004 par Colin Campbell, le fondateur de l’ASPO (Association for Study of Peak Oil and Gas). Une partie représente l’historique de production et une autre les prédictions. Ces dernières sont basées sur une estimation des réserves et une connaissance des technologies d’extraction. On constate que le maximum de la production mondiale se situe en 2008, selon Campbell.

Le confort moderne dont nous disposons dans les pays industrialisés est devenu tellement «normal» qu’on ne se pose pas de questions sur ce qui nous permet de vivre ainsi. En fait ce sont en très grande partie les carburants fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) bon marché qui nous rendent la vie si facile, puisqu’ils sont la source de 80% de l’énergie que nous consommons. Pensons à l’électricité produite aux Etats-Unis qui provient à 50% des centrales au charbon, au gaz naturel qui chauffe beaucoup de maisons et fait fonctionner un grand nombre de centrales électriques, au pétrole qui alimente 97 % des transports…

Mais ces carburants constituent des ressources finies qui s’épuisent rapidement, et nous agissons comme s’ils allaient être éternels. De plus, l’Inde et particulièrement la Chine ont présentement des taux de croissance accélérés de leur économie, ce qui, compte tenu de leur très grande population, engendre une pression supplémentaire très importante sur les ressources naturelles. Lorsqu’on conjugue l’ensemble de la consommation mondiale, il est bien évident qu’on court à la catastrophe, surtout que présentement la population planétaire de 6,7 milliards d’habitants augmente d’un milliard à tous les 12 ans! Les environnementalistes nous disent que si tous les habitants de la Terre voulaient vivre comme les Étatsuniens, avec les mêmes technologies et habitudes, il faudrait 5 planètes Terre pour fournir les ressources nécessaires et éliminer les déchets et émissions!

Le premier des carburants fossiles à s’épuiser sera le pétrole. L’ASPO (Association for the Study of Peak Oil and gas), fondée en 2001, a déjà tenu plusieurs congrès internationaux pour alerter la population et les décideurs de différents milieux. Cette organisation est constituée en bonne partie de géologues pétroliers indépendants et d’analystes des marchés pétroliers. Le fondateur de l’ASPO, Colin Campbell, a présenté en 2004 la courbe de production mondiale de pétrole et de gaz liquides (propane principalement) apparaissant au début de ce billet. Il place le maximum de production en 2008, après quoi la production devrait décroître du tiers d’ici 2030 alors que la demande monte! Il n'est pas le seul à être convaincu du déclin pétrolier imminent. Plusieurs rapports en font état depuis 2005.

Le jeu de l’offre et de la demande devrait donc entraîner une augmentation fulgurante du prix du baril de pétrole dans les années qui viennent, et il ne serait pas surprenant qu’on ait à payer 3$ ou même 4$ le litre d’essence d’ici 2015. De tels prix auront nécessairement des conséquences catastrophiques sur notre économie si dépendante du pétrole bon marché.

Pour le réaliser, il faut savoir que l’énergie contenue dans un litre de pétrole équivaut à l’énergie fournie par le travail d’un homme robuste pendant un mois (160 heures). Le pétrole peut donc remplacer, via des machineries diverses, la force musculaire d’un homme pour environ 0,02$ de l’heure (en considérant une efficacité de 33% des machines et un prix de 1,10 $/litre)! Par ailleurs, on sait qu’avec les pratiques modernes on consomme environ 10 fois plus d’énergie pour produire et amener notre nourriture dans notre assiette que l’énergie qu’elle contient, grâce principalement au pétrole. Le pétrole se retrouve également dans une myriade de produits de consommation à base de plastique ou de caoutchouc synthétique, dans beaucoup de produits pharmaceutiques, dans les pesticides, dans l’asphalte de notre système routier…

Mais l’utilisation principale de l’or noir est bien entendu comme carburant dans les transports, qui dépendent à 97% du pétrole. La motorisation électrique des véhicules routiers devient donc une NÉCESSITÉ ABSOLUE URGENTE.

Et puisqu’une image vaut mille mots et un film encore plus, je vous recommande fortement de visionner l'excellent documentaire «A Crude Awakening», dont vous avez la version française «Pétrole - Cruel sera le réveil» dans les vidéos suivants.

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Les émissions de CO2 des voitures électriques

Souvent, lorsqu’on parle de véhicules à motorisation électrique, on se demande si transférer les émissions des voitures traditionnelles vers les émissions des centrales électriques va réellement améliorer les choses concernant les gaz à effet de serre.

Pour répondre à ce questionnement, il faut d’abord considérer les émissions de CO2 des différents réseaux, exprimées en grammes de CO2 par kilowatt-heure d’électricité produite. Ces valeurs peuvent être obtenues via les statistiques des ministères ou départements de l’énergie ou de l’environnement des différents pays ou États, ou encore via les compagnies d’électricité d’État (EDF en France et Hydro-Québec au Québec).

Toutefois, les émissions de gaz à effet de serre données par ces organismes ou corporations sont souvent celles qui résultent de la combustion des carburants fossiles dans les centrales elles-mêmes. Il manque les émissions dues aux activités minières pétrolières ou gazières, pour aller chercher sous-terre les différents carburants, dont l’uranium pour les centrales nucléaires. Ces données ne tiennent pas compte non plus de la transformation des matières premières et de leur transport, ni de la construction des centrales. Il manque également les émissions qui résultent de la décomposition des arbres submergés dans les réservoirs des barrages hydroélectriques. Pour tenir compte de ces divers aspects, il faut effectuer une étude du cycle de vie d’un kiloWatt-heure d’électricité, de la terre à la prise. Diverses études nous apprennent, en gros, qu’il faut ajouter 15 % d’émissions pour le pétrole et le charbon et 25 % pour le gaz naturel. Pour ce qui est des centrales nucléaires, on compte généralement 15 gCO2/kWh, et il faut ajouter 18 gCO2/kWh pour les barrages hydroélectriques. En procédant de la sorte, on obtient pour la Californie, les États-Unis, la France, le Canada et le Québec les intensités d’émissions du tableau suivant.


Maintenant, une voiture intermédiaire à motorisation électrique, construite en 2009 avec les meilleures technologies disponibles commercialement, consomme environ 17 kwh/100 km d’électricité stockée dans sa batterie. Par ailleurs, avec des moteurs-roues, un allégement de la voiture et une meilleure aérodynamique, la consommation devrait se réduire à 12 kwh/100 km d’électricité stockée dans la batterie, disons vers 2020. Mais, pour évaluer les émissions de CO2, nous supposerons une consommation de 15 kwh/100 km à partir de l’électricité stockée dans la batterie. Nous y ajoutons 6 % pour les pertes de la prise de courant (alternatif) à l’électricité stockée dans la batterie (continu), ce qui porte la consommation effective à 16 kwh/100 km, de la centrale aux roues. Pour obtenir les émissions de CO2 de la voiture électrique, il suffit de multiplier cette consommation effective par les émissions des réseaux du tableau précédent.

Les résultats sont présentés sur le graphique au début de ce billet. On y retrouve également les émissions de CO2 de voitures à essences pour fins de comparaison. La voiture intermédiaire à essence de 1500 kg (ligne bleue épaisse) est celle qui équivaut à la voiture intermédiaire électrique pour laquelle nous avons fait les calculs d’émission.

Pour obtenir les émissions de CO2 des voitures traditionnelles, nous supposons que l’essence est entièrement brûlée, ce qui dégage 2,36 kg de CO2 par litre. On tient compte du CO2 dégagé du puits de pétrole au réservoir de la voiture, en ajoutant 15 %, ce qui correspond aux évaluations des diverses études sur le sujet.

Il est particulièrement intéressant de constater qu’aux États-Unis, avec un parc de centrales qui brûlent des carburants fossiles pour produire 70 % de l’électricité (50 % de centrales au charbon et 20% de centrales au gaz naturel), les émissions de CO2 d’une voiture électrique sont malgré tout meilleures que celles d’une voiture consommant 5 litres/100 km, comme une Prius. En France et au Québec, des voitures électriques y émettraient beaucoup moins de gaz à effet de qu’une Prius, comme on peut le constater.

Le Québec apparaît, en fait, comme un endroit quadruplement privilégié pour implanter la mobilité électrique en Amérique, dû à

- l’importante diminution des gaz à effet de serre qui en résultera,

- à l’abondance de l’électricité qu’on y retrouve et son aspect renouvelable,

- à son faible coût (0,07 $ / kWh),

- et à l’économie très importante sur les importations de pétrole (100% d’importation)

Pour mieux voir la différence entre les divers types de centrales électriques, le graphique suivant nous présente les émissions de CO2 d’une voiture électrique intermédiaire dont on rechargerait la batterie avec l’électricité issue des différents types de centrales.

La méthode de calcul est identique à celle du graphique précédent, à l’exception de l’intensité des émissions qui ne sont plus celles des réseaux dans leur ensemble, à différents endroits, mais plutôt les intensité d'émissions de GES des divers types de centrales, de la terre à la prise. Le tableau suivant regroupe les résultats obtenus en utilisant le calculateur de cycle de vie GHGenius développé pour Ressources naturelles Canada (www.ghgenius.ca).



Donc, comme on peut le constater, les émissions de CO2 des véhicules électriques ou hybrides branchables en mode électrique sont toujours considérablement inférieures à celles des véhicules traditionnels utilisant les carburants pétroliers. Le dernier graphique nous montre également l’importance d’utiliser les énergies renouvelables pour réduire de façon draconienne nos émissions.

Des centrales hydroélectriques pompées urbaines pour verdir la production électrique

Illustration – Principe de la centrale hydroélectrique pompée souterraine urbaine proposée par Pierre Couture. Elle permet de stocker l'énergie et réguler les variations des énergies renouvelables, entre autres, et constitue un élément incontournable des réseaux électriques de demain. (illustration: Paul Berryman, tirée de mon livre Rouler sans pétrole)

Le 5 mars 2009, Steven Chu, le secrétaire d’État à l’énergie des États-Unis, exposait devant une commission sénatoriale les priorités de son gouvernement en recherche et développement. Parmi les 5 secteurs identifiés, on retrouve le stockage d’énergie à grande échelle. Des unités de stockage de taille appropriée permettraient de compenser les variations journalières de l’énergie solaire et éolienne, et d’augmenter l’efficacité des centrales thermiques. Le stockage d’énergie est donc un maillon essentiel pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre et les émissions toxiques reliées à la production d’électricité.

La solution la plus utilisée présentement pour le stockage à grande échelle de l’énergie est la centrale hydroélectrique pompée. Dans sa version traditionnelle, il s’agit de deux réservoirs d’eau situés l’un plus haut que l’autre, reliés ensemble par une galerie souterraine où se trouve une turbine qui peut fonctionner dans les deux sens. Pendant les périodes de faible demande d’électricité (la nuit par exemple) le moteur-générateur électrique couplé à la turbine pompe l’eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur. Aux périodes de forte demande, on laisse couler l’eau du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur, ce qui entraîne la turbine et génère de l’électricité. On appelle également ces installations des centrales à pompage-turbinage. Dans une centrale bien conçue, l’aller-retour de l’eau entre les deux réservoirs entraîne une perte d’environ 20% de l’énergie stockée.

Mais, pour réguler les fluctuations journalières de l’énergie éolienne et solaire, ou pour réguler les variations de la demande au fil de la journée, on n’a pas besoin de stocker plus de 25% environ de l’énergie produite. La régulation entraîne donc une perte de seulement 5% de l’énergie totale produite.

Illustration – Principe de la centrale hydroélectrique pompée traditionnelle. (source : compagnie suisse FMV)

Il y a présentement près de 200 centrales hydroélectriques pompées sur la planète, totalisant 90 GW de puissance, soit environ 3% de la puissance installée à l’échelle mondiale, selon l’ESA (Electricity Storage Association).

L’obligation d’avoir une dénivellation importante entre les deux réservoirs d’eau a fait dire à plusieurs que le stockage d’énergie par pompage-turbinage était une technologie qu’on ne pouvait exploiter à grande échelle un peu partout. À preuve, l'affirmation suivante

«Expanded use of this technology depends on the availability of suitable geography»

«Une utilisation à grande échelle de cette technologie dépend de la disponibilité d'une géographie appropriée»

qu'on retrouve dans le document «National Energy Policy Recommandations» de l'IEEE-USA ( Institute of Electrical and Electronics Engineers), datée du 15 janvier 2009 (téléchargement ICI sous la rubrique Energy and Environment).

Mais, il semble bien qu’une telle affirmation relève d’un manque d’imagination, car on peut très bien construire des centrales hydroélectriques pompées au beau milieu de vastes plaines ou encore au cœur d’une ville. Il suffit de creuser un puits profond dans le rock et de construire des galeries au fond pour obtenir le deuxième réservoir.

C’est le concept qui a été proposé par Pierre Couture, chercheur pour Hydro-Québec et inventeur du moteur-roue moderne (billet du 11 février 2009). Louis-Gilles Francoeur, journaliste au journal Le Devoir a dévoilé ce projet dans un article daté du 22 janvier 2004.

Pour éviter de trop grands travaux d'excavation pour les galeries, on a intérêt à les situer à une plus grande profondeur. Pierre Couture préconise de creuser un puits d’environ 2 mètres de diamètres et trois kilomètres de profondeur. Des turbines qui peuvent également être inversées et agir comme pompes sont disposées à tous les kilomètres en descendant, avec une caverne tampon juste derrière (voir l’illustration au début du billet).

Les calculs démontrent que pour obtenir une puissance de 1 GW pendant 10 heures, il faut creuser 3 kilomètres de galeries de 20 mètres x 20 mètres d’ouverture (1,2 millions de mètres cubes) pour emmagasiner l’eau au fond. Le coût d’une telle centrale pompée souterraine serait dans la fourchette 700 M$ à 1000 M$, et pourrait réguler des centrales électriques de 3 à 4 GW de puissance maximale.

En comptant une durée de la centrale pompée de 50 ans, on arrive au bout du compte à un coût inférieur à 0,2 cents/kWh d’énergie produite et régulée, ce qui ne représente que quelques pourcents du coût de production.

Les centrales hydroélectriques pompées peuvent être utilisées de multiples façons. On peut, bien sûr, augmenter le pourcentage d’énergies renouvelables en régulant leurs fluctuations inhérentes. Pour diminuer le besoin de régulation, on a intérêt à mettre en place des lignes à haute tension efficaces pour relier les parcs éoliens sur des milliers de kilomètres, car il y a toujours du vent quelque part. Les lignes à haute tension DC sont particulièrement intéressantes à cet égard puisqu’elles ne génèrent que 3% de pertes par 1000 km. Les centrales solaires, quant à elles, suivent assez bien la demande journalière en électricité (plus de soleil à midi). En les plaçant dans des endroits désertiques, on s’assure d’un minimum de couverture nuageuse, ce qui requerra moins de stockage d’énergie pour les fluctuations. La plus grande partie du stockage servirait à reporter à la nuit une partie de l’énergie produite dans le jour.

Par ailleurs, les centrales hydroélectriques pompées sont également intéressantes pour augmenter l’efficacité des centrales thermiques. On sait, par exemple, que les centrales au gaz naturel à cycle combiné peuvent atteindre une efficacité de 60%. Malheureusement on ne peut varier de façon importante la puissance de telles centrales pour suivre la demande journalière. On doit utiliser pour cela des centrales au gaz dont l’efficacité est inférieure à 40%. On voit donc tout l’intérêt d’une centrale hydroélectrique pompée qui serait couplée à une ou plusieurs centrales au gaz naturel. On pourrait alors utiliser les centrales au gaz les plus efficaces et les faire fonctionner toujours à régime constant optimal. Les fluctuations quotidiennes seraient prises en charge par la centrale pompée. En procédant de la sorte, on obtiendrait 50% plus d’électricité avec le même gaz naturel!

Avec l’électricité supplémentaire ainsi récupérée on pourrait fermer des centrales au charbon beaucoup plus polluantes, en attendant de fermer également, à terme, les centrales au gaz pour les remplacer par de l’énergie renouvelable.

Les centrales hydroélectriques pompées sont donc un élément ESSENTIEL de toute politique énergétique intelligente! Et avec le concept souterrain proposé par Pierre Couture, elles vont devenir de plus en plus intéressantes.