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OpenEdition Books

Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Quatrième partie - Les sociétés

18. Empreinte environnementale des énergies renouvelables

Isabelle Blanc et Catherine Guermont

Texte intégral

1La transition énergétique, et en particulier le bouquet électrique* du futur, fait l’objet de nombreux débats. Lors des vingt dernières années, le domaine de la production électrique a été régulièrement identifié comme participant à divers impacts environnementaux, aussi bien locaux (pollution de l’air dans les villes) que globaux (émission de gaz à effet de serre). Les émissions directes de gaz à effet de serre*, causées par la production d’électricité et de chaleur à partir des énergies fossiles, telles que le charbon, ont ainsi représenté 41 % des émissions mondiales en 2010.

2Pour lutter contre le changement climatique et assurer un approvisionnement en énergie plus durable et plus soutenable (cf. I.7), l’Union européenne s’est fixé la réalisation de l’objectif « 3 x 20 » à l’horizon 2020 : 20 % de réduction des émissions de gaz à effet de serre par rapport au niveau de 1990, 20 % d’économie d’énergie et une part de 20 % d’énergie renouvelable dans le mix énergétique* européen (cf. VI.16). L’essor des énergies renouvelables depuis le début des années 2000 devrait se poursuivre dans les années à venir et modifier substantiellement le bouquet électrique du futur tout en limitant les impacts environnementaux associés.

3Néanmoins, les énergies dites « renouvelables » ne sont pas nécessairement des « énergies propres ». En effet, même si certains systèmes de production d’énergies renouvelables ne causent généralement pas ou peu d’impacts durant leur phase de fonctionnement, différents impacts environnementaux sont causés en amont de la chaîne de production, durant la phase de fabrication des composants du système de production ; mais aussi en aval, pendant la fin de vie du système. En prévision de l’augmentation de la part des énergies renouvelables dans le bouquet électrique mondial, il paraît donc indispensable d’appréhender l’empreinte environnementale des énergies renouvelables avec une approche systémique*.

L’analyse du cycle de vie de filières renouvelables

4L’analyse du cycle de vie (ACV*) est une méthode d’analyse des impacts environnementaux d’un produit ou d’un service sur l’ensemble de son cycle de vie (cf. VI.22). Elle repose sur une approche systémique et est considérée comme un outil performant d’aide à la décision et d’optimisation environnementale.

5L’ACV est donc un outil particulièrement bien adapté à l’analyse environnementale de filières énergétiques. Grâce à ce type d’analyse, les impacts directs et indirects causés par la production d’énergie peuvent être qualifiés et quantifiés selon différents indicateurs. Parmi les catégories d’impacts potentiels évalués à l’échelle de la planète, figurent le potentiel de réchauffement climatique, la toxicité humaine, la formation d’ozone photochimique, la consommation d’énergie primaire* et la diminution des ressources minérales et fossiles.

6Le Groupe d’Experts intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC*) a publié dans son rapport sur les énergies renouvelables de 2011, une analyse de différentes études portant sur les émissions de gaz à effet de serre générées par les différentes filières de production électrique. L’analyse de la filière éolienne (terrestre et offshore), basée sur 126 publications récentes, montre que la génération d’un kWh d’électricité à partir d’éoliennes produirait entre 2 et 80 g de CO2 équivalent avec une valeur médiane inférieure à 25 g. Il est évident que ces valeurs doivent être interprétées avec discernement, en particulier au regard de la variabilité de paramètres-clés : la durée de vie des éoliennes (l’impact environnemental est ainsi plus ou moins amorti), le facteur de charge* (l’implantation en région très ventée est évidemment très propice à la production d’électricité ou au décrochage de certaines génératrices) et la prise en compte exhaustive ou non de certaines étapes dans le cycle de vie du système de production éolienne considéré. Comparée aux différentes énergies renouvelables, la filière éolienne présente un faible impact sur le réchauffement climatique. Ainsi, selon la publication du GIEC, la production d’un kWh à partir d’installations photovoltaïques générerait entre 10 et 220 g de CO2 équivalent, avec une valeur médiane proche de 50 g.

Cas d’une ferme éolienne offshore

7Dans le cas d’une ferme éolienne offshore, le cycle de vie est constitué des étapes de fabrication des différents éléments la constituant (éoliennes, postes de transformation, câbles de transport électriques sous-marins…), du transport de ces mêmes composants, de leur assemblage, du montage des équipements sur le site d’exploitation, et des phases de maintenance et de fin de vie (recyclage potentiel inclus).

8Une étude menée par MINES ParisTech en 2012 sur l’éolien offshore (projet européen EnerGEO) a montré que la production d’un kWh d’électricité à partir d’un champ d’éoliennes dite « flottantes » installées en mer du Nord à moins de 100 km des côtes pouvait générer entre en 6 et 101 g CO2 équivalent Les valeurs haute et basse de cette plage ont été obtenues à partir de la modélisation de scénarios extrêmes dits « optimistes » et « pessimistes » basés sur des hypothèses concernant la durée de vie des équipements, l’occurrence des pannes, la distance de la ferme par rapport au port le plus proche et le dimensionnement de la ferme par rapport aux infrastructures de transport d’électricité (transformateurs, câbles sous-marins…). Comme le montre la figure, ces impacts proviennent principalement de la fabrication des composants de la ferme éolienne (plus de 80 %), le reste étant dû essentiellement à la phase de maintenance. Cette configuration inclut notamment quatre inspections annuelles par hélicoptère, ainsi qu’une inspection terrestre après acheminement par tanker transocéanique (phase de maintenance). Les impacts engendrés par cette phase de maintenance pourraient néanmoins augmenter significativement dans les années à venir compte tenu de la tendance à éloigner les fermes éoliennes des côtes pour bénéficier de profils de vents plus avantageux. En effet, les difficultés d’accès aux fermes par bateau induites par les distances et les conditions météorologiques risquent d’alourdir les impacts causés par la maintenance. Par ailleurs, l’empreinte environnementale de l’éolienne pourrait être également modifiée au niveau de la phase de fin de vie, grâce notamment au recyclage des fibres composites constituant les pâles des éoliennes. En effet, dans le cadre de cette étude, la phase de fin de vie de la ferme éolienne offshore a été modélisée en intégrant uniquement le recyclage d’une partie des matériaux prépondérants (en masse), tel que l’acier utilisé pour le mât de l’éolienne.

Contribution des différents composants d’une ferme éolienne offshore à l’impact sur le changement climatique. Configuration de la ferme : 40 éoliennes de puissance nominale de 5 MW, facteur de charge* de 53 %, implantées à 50 km des côtes

9Tout système de production d’électricité a donc un coût énergétique et environnemental, qu’il convient d’étudier avec précision et attention. L’empreinte environnementale d’un tel système est une information essentielle devant alimenter le débat relatif au bouquet électrique du futur. Elle doit permettre d’identifier les points forts et faibles des systèmes étudiés, de contribuer à leur déploiement et de réduire les impacts environnementaux associés tout en apportant des réponses à des enjeux-clés. Où sont les implantations géographiques optimales des parcs ? Quelles sont les solutions technologiques à prioriser ? Quels matériaux faut-il choisir pour la fabrication de ces technologies ?

Bibliographie

Références bibliographiques

• A. ARVESEN et E. G. HERTWICH – Assessing the Life Cycle Environmental Impacts of Wind Power : a Review of Present Knowledge and Research Needs, Renewable Sustainable Energy Rev, 2012.

• IPCC – IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, Working Group III, Cambridge University Press, 2011.

• I. BLANC et D. BELOIN-SAINT-PIERRE – Analyse du cycle de vie et temps de retour énergétique, in L’énergie à découvert, CNRS Éditions, 2013.

Table des illustrations

Légende Contribution des différents composants d’une ferme éolienne offshore à l’impact sur le changement climatique. Configuration de la ferme : 40 éoliennes de puissance nominale de 5 MW, facteur de charge* de 53 %, implantées à 50 km des côtes
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10727/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 47k

Auteurs

Responsable des activités de recherche sur les impacts environnementaux des filières énergie, Maître de Recherche, MINES ParisTech, Sophia Antipolis.
isabelle.blanc@mines-paristech.fr

Ingénieur de Recherche, MINES ParisTech, Sophia Antipolis.
catherine.guermont@mines-paristech.fr

© CNRS Éditions, 2013

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