Suite du feuilleton : l’ouvrage consacré aux énergies renouvelables est rédigé par la commission énergie du collectif Toutes Nos Énergies – Occitanie Environnement; il est coordonné par Marcel Caron. 
Continuez à nous faire des remarques et des commentaires. Les auteurs en tiendront compte et les intègreront dans la version finale.

Voici la troisième partie du chapitre consacré aux énergies pilotables :  la biomasse, qui  utilise des matériaux d’origine biologique employés comme combustibles pour la production de chaleur, d’électricité ou de carburants. (PDF)

Chapitre 3 Les énergies renouvelables pilotables

3ième partie : la biomasse

La biomasse, ce sont des matériaux d’origine biologique employés comme combustibles pour la production de chaleur, d’électricité ou de carburants.
Elle comprend trois familles principales : 

• Le bois énergie ou biomasse solide, énergie primaire produisant par combustion de la  chaleur
• La  méthanisation par décomposition des déchets agricoles et ménagers produisant du biogaz
• La synthèse chimique de plantes agricoles pour produire des biocarburants

La biomasse correspond donc à la part biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de la sylviculture et de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, et des industries connexes, ainsi que de la part biodégradable des déchets industriels et ménagers. 

De fait, cette énergie dite renouvelable est un peu un fourre-tout, car elle est produite à partir du bois certes, mais aussi des déchets ménagers et industriels, mais encore d’algues, de champignons… voire de plantes cultivées, et chacune des « familles » mérite d’être examinée séparément.

L’utiliser pour produire de l’électricité n’est pas une bonne solution. Le rendement énergétique global moyen de transformation de sa chaleur de combustion en électricité est faible, au mieux de 30 % : c’est le plus faible de toutes les centrales thermiques. Elle est mieux utilisée pour produire de la chaleur, car le rendement énergétique bien que très variable suivant les installations, est alors meilleur et peut atteindre jusqu’à 90 % par exemple dans certaines chaudières à granulés.

C’est encore la première source d’énergie « renouvelable » en Europe, avec 4 à 5 % de son approvisionnement en énergie primaire.

Le bois-énergie

Le bois a été essentiellement la seule source d’énergie, depuis l’origine, avant l’hydraulique ; il n’a été concurrencé et dépassé en tant que tel que très récemment, de l’ordre de deux siècles, par les sources fossiles que sont le charbon, puis le pétrole, puis le gaz. Heureusement, car au 19ème siècle, avant l’avènement du charbon, l’utilisation massive du bois était un facteur massif de déforestation en Europe.

Aujourd’hui encore, dans le monde, « 2,5 milliards de personnes n’ont que le bois pour se chauffer, s’éclairer, et cuisiner » (source Planète énergie). Mais pourquoi ajouter « énergie » au bois ? Simplement, parce que le bois a de multiples usages et que l’énergie n’en  qu’un parmi les autres.

Et pourquoi le bois énergie est-il catalogué comme source renouvelable mondialement, alors que les professionnels, dont France Nature Environnement estiment qu’il faut, en moyenne, 30 ans pour retrouver une absorption de CO2 égale après une coupe d’arbres ? La seule réglementation est que la quantité de bois coupée annuellement soit inférieure à celle produite par la nature sur l’ensemble d’un pays ; au-delà, c’est de la déforestation (voir aussi un peu plus loin).

Actuellement encore, le bois est utilisé surtout pour le chauffage domestique, surtout en milieu rural et industriellement, dans des centrales produisant de la chaleur et, parfois aussi, de l’électricité. 

 Le plus souvent, on utilise des déchets forestiers comme à Saint-Affrique en Aveyron où s’est construit un réseau de chaleur qui fournit les 34 bâtiments de la ville (hôpital, écoles, piscines, HLM…). La chaufferie est alimentée par la filière bois locale qui fournit un mélange de plaquettes forestières (bûches, bois d’élagage, branchages, bois abimés, paille, donc résidus de toute origine…) et est d’une puissance de 3 MW. 

La chaufferie bois collective semble être choisie pour des raisons financières, le prix de la chaleur bois étant inférieur au prix de référence (gaz). La facture énergétique est stable aussi dans le temps. Mais les gens qui vivent près d’une chaufferie bois respirent des GES et même des particules fines qui sont dangereuses pour la santé. Le principal reproche que l’on fait à la filière bois- collective, c’est le coût (financier et en CO2) du transport des matières ligneuses  (15% du prix final de l’énergie bois). Enfin le bois doit avoir 12% d’humidité pour aller en chaufferie, ce qui oblige parfois à le sécher (avec du combustible fossile !) Nous avons même appris que, pour améliorer la combustion du bois, on y ajoute de la poudre de pneu ! Cette pratique  extrêmement polluante devrait être prohibée…

La filière bois, à une échelle plus modeste, c’est le chauffage des logements des particuliers qui utilisent des inserts, des poêles et  des âtres ouverts (beaucoup de déperditions, déconseillé, car 30 fois plus de pollution qu’un foyer fermé ), pour brûler les bûches , des pellets ou granulés… Les milieux officiels estiment que d’ici 2020, l’amélioration des appareils de chauffage au bois domestiques devrait permettre d’équiper 9 millions de logements en France contre près de 6 millions aujourd’hui avec une consommation de combustible égale (7,4 Mtep). En effet, près de 4 millions d’appareils anciens seraient remplacés par des appareils modernes moins consommateurs de bois. 

Quelles sont les limites de cette filière ? 

D’une part, même si les appareils sont beaucoup plus efficaces et si l’émission de particules est réduite (par l’utilisation d’un filtre), les rejets de particules fines, de monoxyde de carbone, des oxydes d’azote, des organochlorés, du dioxyde de soufre persistent à l’intérieur des maisons et sont toxiques (alors qu’à l’extérieur, l’air est brassé). 

La biomasse solide est en fait la source carbonée qui émet lors de sa combustion le plus de CO2, mais aussi de polluants atmosphériques pour une même quantité d’énergie produite, plus encore que le charbon ! On nous explique alors que le CO2 ainsi produit étant utilisé par les végétaux lors de leur croissance, la combustion de la biomasse est neutre en émissions de CO2, mises à part les quantités émises par les engins utilisés pour la culture, la collecte et le conditionnement ! Cela ne serait valable que si la croissance des végétaux utilisait immédiatement autant de CO2 qu’il en est produit par la combustion de la biomasse utilisée. C’est faux, et cette affirmation est une des très nombreuses zones d’ombre où s’abrite l’Ecologie politique.

On a plébiscité cette filière bois énergie en France depuis 15 ans parce que le bois de nos forêts est bien exploité et est donc renouvelable, cependant on n’avait pas anticipé que le bois est très polluant. La ressource n’est pas illimitée : elle n’est considérée comme une énergie renouvelable que dans la mesure où on ne prélève pas plus que la capacité de renouvellement et surtout si on ne va pas chercher le bois à des milliers de kilomètres comme c’est parfois le cas. Au delà, répétons-le, on déstocke, comme c’est le cas pour les énergies fossiles. Et c’est ce qui nous attendrait si la filière prenait trop d’ampleur.

 On  voit ce qui se passe à l’échelle mondiale : selon la FAO, la forêt mondiale perd 13 millions d’ha par an, quasiment l’équivalent de la forêt française ! (15,6 millions d’ha). À ce rythme-là, la forêt mondiale (4 milliards d’ha) est condamnée à terme dans environ 300 ans. En France (où on pourrait l’exploiter une fois et demi plus (en termes de gestion durable), la forêt n’est épargnée qu’en raison d’importations massives de bois d’œuvre d’Afrique, livrée à une surexploitation éhontée.

Le film récent produit par Michael Moore (« Planet of Human ») montrerait, s’il en était besoin, à quel point les industriels, aux Etats-Unis, se soucient fort peu de la capacité de renouvellement des forêts et ont déjà dévasté de nombreuses forêts magnifiques. Ce schéma, dans le contexte actuel, peut se produire partout, y compris en France.

Notre jugement par rapport à cette filière est donc mitigé.

Les médias n’évoquent guère la pollution atmosphérique produite par les centrales électriques à biomasse, d’autant plus importante que l’on mélange à la biomasse des déchets de toutes sortes, comme par exemple des broyats de pneus usagés (cf. plus haut). En cela, les centrales à biomasse servent souvent à se débarrasser de déchets organiques, en dépit de la pollution qui en résulte. Certains pays, comme les Pays-Bas, ne considèrent plus la combustion de la biomasse comme « soutenable » d’un point de vue climatique.

Ceci était la principale utilisation de matières carboniques sous forme de combustion. Il en existe d’autres :

Dans le dernier numéro de l’Oiseau Mag, une des publications de la LPO, son président, Allain Bougrain Dubourg, signe un éditorial d’une actualité brûlante. Le voici dans son intégralité, dans l’attente de vos commentaires et de vos réactions.

“Les climatosceptiques sont à court d’arguments. L’été 2022 s’est imposé comme la vitrine des conséquences dramatiques du dérèglement. La sécheresse conjuguée aux incendies a frappé douloureusement l’Europe tandis qu’aux États-Unis, les inondations emportaient l’espoir de sérénité. C’est dans la précipitation qu’il a fallu réagir, comme si cette situation n’était pas prévisible. Mais les solutions ne seraient-elles pas pires que le mal ?

Lorsque l’on voit se multiplier des “bassines” couvrant 8 hectares (parfois 18 hectares) pour arroser, au prix du déclin de la ressource sans se poser la question d’un autre modèle agricole, on reste plus que perplexe. Cette nouvelle pratique ajoute à une artificialisation galopante.

Au nom de l’indispensable développement des énergies renouvelables, notre territoire se couvre de panneaux photovoltaïques qui sont autant d’espaces fermés à l’épanouissement de la biodiversité. L’éolien ou l’hydroélectrique implanté dans des zones inopportunes participent à l’appauvrissement. Et comme si cette progression ravageuse n’y suffisait pas, les textes de simplification permettant d’accélérer la démarche se profilent à l’Assemblée Nationale et au Sénat.

Dans la même veine, la guerre en Ukraine contribue à dégrader la nature au niveau européen. La Commission européenne a, en effet, autorisé les États membres à sacrifier les jachères, à nouveau en 2023, pour produire davantage de céréales en prévision du blocage ukrainien. 
En France, nous exportons déjà plus de 40% de notre production, faut-il mettre à mal les derniers refuges pour la faune afin de produire davantage ?

Partout la biodiversité recule devant les circonstances jugées prioritaires. Il y a près d’un an, à Marseille, lors du Congrès Mondial de l’UICN, le Président de la République avait affirmé que la biodiversité devait être considérée au même niveau que la question climatique. Qu’en est-il aujourd’hui ? Il est urgent de prendre en compte le vivant qui nous entoure. Dans l’intérêt de l’humanité et par simple devoir éthique.

Voici donc la suite de la publication en ligne de l’ouvrage consacré aux énergies renouvelables. Ce livre est rédigé par la commission énergie du collectif Toutes Nos Énergies – Occitanie Environnement, il est coordonné par Marcel Caron.
Plusieurs d’entre vous ont déjà fait des remarques et des commentaires. Merci de votre intérêt et de vos suggestions. Les auteurs en tiendront compte et les intègreront dans la version finale. (Ici en PDF)

Il y aurait bien une solution à l’intermittence de l’éolien et du solaire, à savoir la possibilité de stocker l’électricité à grande échelle. Mais apparemment, ça ne sera pas possible avant bien longtemps. Voyons ce qu’il en est.

Chapitre 2 Les énergies intermittentes

3ème partie : Le stockage de l’énergie

L’idée est répandue que, si l’on parvenait à stocker convenablement l’électricité, alors il suffirait de stocker la production des énergies alternatives lorsqu’elle est excédentaire pour la réutiliser lorsqu’elle redeviendrait utile et améliorer ce faisant sa valorisation et donc la compétitivité de la filière considérée. Malheureusement cette façon de voir relève assez largement du sophisme.

« Le stockage a nécessairement un coût : coût d’investissement, coût d’exploitation et renchérissement du kWh restitué lié à une efficacité toujours inférieure à 1 et oscillant selon les technologies entre 25 et 95 %. Ce coût s’ajoute au prix de l’électricité stockée et vient donc le renchérir.
La panoplie des solutions de stockage comprend les stations de pompage/turbinage (STEP), les stockages thermodynamiques (CAES (Compressed Air Energy Storage)) à air comprimé et systèmes dérivés), les batteries, les super-condensateurs, les piles à combustible rechargeables, les bobines supraconductrices (SMES), les volants d’inertie, etc. sans oublier les modes de stockage indirects et hybrides : chauffe-eau à accumulation et autres stockages thermiques, hydrogène, lingots d’aluminium ou autres produits finis ou semi-finis. » (Jean-Pierre Hauet, article extrait de la Revue de l’électricité et de l’électronique)…

Il faut savoir, d’emblée, qu’il n’y a qu’une seule solution de stockage de l’électricité utilisée intéressante à l’échelle industrielle : ce sont les STEP (Stations de Transfert d’Energie par Pompage ) qui représentent la plus grande partie du stockage (99 % de la capacité de stockage de l’énergie électrique dans le monde). Elles complètent des barrages-réservoirs (ou barrages-lacs). Elles sont composées de deux réservoirs séparés verticalement. L’eau du réservoir aval est pompée jusqu’au réservoir amont durant les périodes creuses, donc souvent de nuit) afin de stocker sous forme gravitaire l’électricité prélevée.

Cette solution bien entendu n’est possible que près des barrages de montagnes. En France, la possibilité d’en installer de nouvelles est très réduite.

De nombreux autres moyens de stockage de l’électricité à l’échelle collective existent, à l’état de projets, et au mieux, au stade expérimental. Leur mise en oeuvre pose de nombreux problèmes techniques et/ou environnementaux.
Ils sont donc inutilisables aujourd’hui à l’échelle collective pour parer à l’intermittence de l’éolien et du solaire.

Citons-les :

Le stockage de l’électricité

• Le stockage par air comprimé : Les installations s’appellent des CAES (Compressed Air Energy Storage). Il en existe trois sortes selon qu’on stocke l’air comprimé en sous-sol ou en surface et selon les techniques utilisées (avec chaleur ou isotherme). Il existe très peu d’installations dans le monde, le stockage dans des cavités souterraines ou dans des anciennes mines n’étant pas simple, et pour celles qui sont envisagées en surface, elles prennent beaucoup de place.
• Le stockage inertiel : c’est un système de stockage d’électricité sous forme d’énergie cinétique. L’énergie est stockée par le biais d’un disque ou d’un rotor, tournant sur son axe dans un environnement visant à minimiser les frottements : enceinte sous vide et utilisation de paliers généralement magnétiques pour la liaison rotor/stator. Le couplage de la masse tournante à un générateur/alternateur permet de stocker et produire l’électricité. Mais l’énergie disponible n’est pas très élevée. En revanche, le coût d’investissement l’est.Le transfert d’énergie par lest : Un lest est relié à une plateforme flottante, à l’aide d’un câble. Pour stocker de l’énergie, le lest est remonté à la surface (de la mer), entrainé par un moteur électrique ; pour déstocker l’énergie, le lest descend en entrainant une génératrice. Pas simple non plus en raison de la profondeur nécessaire et du coût de la transmission de l’énergie.Une variante terrestre : une grue à six branches lève des blocs de béton de 35 tonnes et les empile comme dans un Lego géant pour former une tour. Pour restituer l’énergie et produire de l’électricité, la grue redescend les blocs de béton un par un pour reformer une seconde tour à l’extérieur de la première. L’inconvénient est que la grue et la tour de béton d’une hauteur de 120 mètres ne passeront pas inaperçues dans le paysage.
• Le stockage par pompage thermique : Le stockage de l’électricité est réalisé grâce à deux enceintes de matériaux réfractaires, respectivement à haute (entre 500 °C et 800 °C selon les technologies) et à basse température (entre -160 °C et -80 °C selon les technologies), qui servent de source chaude et de source froide à un cycle thermodynamique. Le stockage d’énergie est réalisé sous forme de chaleur sensible, en exploitant des variations de température dans le matériau. Faible maturité. Aucun retour d’expérience.-
• Le stockage électrostatique : Conçus sur le principe de base des condensateurs, les supercondensateursstockent l’énergie sous forme de champ électrique créé entre deux électrodes, avec comme différence de pouvoir atteindre des densités d’énergie et de puissance bien plus importantes, proches de celles des batteries, tout en bénéficiant d’un temps de recharge très court. Mais le temps de décharge étant court (24-48 h), l’énergie disponible est faible et ce type d’équipement est cher.

Font aussi partie de ces exemples de stockage peu productifs (à l’échelle collective) 

Le stockage électrochimique (les batteries) :

Il en existe de multiples : plomb-acide, nickel-zinc, zinc-air, sodium-soufre, zebra, lithium-ion et des batteries « à circulation » : zinc-bromine et vanadium-vanadium…
Nous ne pouvons faire un exposé complet sur chacune d’entre elles. Les batteries lithium-ion sont les plus efficaces, remportent les suffrages les plus nombreux, à telle enseigne que le coût du lithium est en augmentation constante au fil des ans, ce qui fait qu’on comprend mal les prédictions de baisse de coût des batteries de l’ordre de 50 % d’ici à 2030 par certains bureaux d’études et institutions, dont l’ADEME. Y aura-t-il assez de lithium dans le monde pour satisfaire les besoins ? Il est permis d’en douter puisque le prix qui était de 2920 $ la tonne en 2002 et de 6995 $ en 2015, est passé à 16 550 $ en 2018 : selon la

US Geological, avec une production globale de 37 tonnes par an, le monde aurait assez de réserves pour 365 ans (mais à condition que la demande reste la même). Or les experts prédisent que vers 2040, le monde aurait besoin de 800 tonnes par an, rien que pour la production de batteries (c’est-à-dire sans compter les smartphones, tablettes et nombreux autres objets « connectés ») !

En fait, des réserves existent, mais sont disséminées dans la nature. Le problème est surtout qu’il n’y a pas suffisamment de mines ouvertes.
Actuellement, du fait de l’insistance des gouvernements à mettre en oeuvre la mobilité électrique, il y a un décalage entre la demande et l’offre.

Notons qu’à Soulz-les-Forêts, lieu d’expérimentation de la géothermie profonde par excellence, où des forages existent à des profondeurs d’environ 1600 m pour produire de l’électricité, du lithium a été découvert en grande quantité, ce qui n’était pas prévu. Une capacité d’1/10 ème de la demande française.

Nous savons qu’actuellement les constructeurs automobiles envisagent de privilégier les voitures électriques à batterie (25 millions en 2025 selon les prévisions) au détriment des véhicules à hydrogène (piles à combustible).
On sait qu’il sera très difficile d’obtenir une autonomie des voitures supérieure à 400 km, sauf si les chercheurs réussissaient à mettre au point les batteries lithium tout-solide (auquel cas cette autonomie pourrait être portée à 800 km), mais selon eux, rien n’est sûr et on ne le saura pas avant 2030 dans le meilleur des cas. On reste donc dans une grande incertitude quant à l’efficacité des batteries dont l’utilisation pour le stockage à grande échelle est de ce fait quasi inexistante.

Pour être plus précis, des progrès considérables ont été obtenus en laboratoire, pour des solutions diverses comme les batteries nickel-cadmium, d’autres au nickel-métal hydrure, au fluorure (10 fois plus denses et plus autonomes), au lithium-air (plus légères et aux performances supérieures), ou encore au sodium-ion qui aurait l’avantage de poser moins de problème pour l’approvisionnement en matière première, de même, comme déjà indiqué, que la batterie lithium-ion solide, mais on est encoreloin de la fabrication industrielle et de la mise sur le marché, ce qui laisse de beaux jours à l’actuelle batterie lithium-ion (liquide).

La batterie lithium-soufre s’annoncerait également. Par rapport à celle au lithium-ion, elle pourrait stocker 5 fois plus d’électricité à poids égal, mais là encore, la mise au point demandera du temps Puisque nous venons de l’évoquer, le poids des batteries joue un rôle. La voiture Tesla, réputée avoir une autonomie de 800 km, a des batteries qui pèsent deux fois plus que celles de la Zoé.

La révolution technologique en matière de batterie tarde à venir.

L’Hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant dans l’univers : 93% de la matière.