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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Huitième partie. Les impacts environnementaux et sanitaires

15. Analyse du cycle de vie et temps de retour énergétique

Isabelle Blanc et Didier Beloin-Saint-Pierre

Texte intégral

1Dans un contexte économique et environnemental de plus en plus contraint (pollution des ressources vitales, compétition d’usage des sols, raréfaction des ressources…), l’enjeu de la réduction des impacts environnementaux des filières énergétiques consiste à répondre aux questions suivantes : Quels impacts environnementaux ? En réponse à quelle demande et à quelle consommation ? À quel endroit ? Apporter des éléments de réponse permet de contribuer à la définition de stratégies de minimisation de ces impacts. Pour cela il est nécessaire de recourir à des approches systémiques* d’analyse environnementale telles que la méthode de l’analyse du cycle de vie (ACV*) et les indicateurs de temps de retour énergétique et climatique.

Analyse du cycle de vie

2L’ACV est une méthode d’analyse des impacts environnementaux d’un système, d’une filière ou d’un service sur l’ensemble de son cycle de vie. L’évaluation du cycle global repose sur l’agrégation des impacts environnementaux des soussystèmes qui en permettent la réalisation. Par exemple, le cycle de vie d’une ferme éolienne offshore est constitué des étapes de fabrication, de transport, d’assemblage et montage sur le site d’exploitation, et de fin de vie (figure 1). Cette méthodologie s’appuie sur des inventaires de polluants et de consommation de ressources recensant ainsi les impacts environnementaux à l’échelle d’une filière énergétique. Cette approche du « berceau à la tombe » a fait l’objet de nombreux travaux de standardisation par l’ISO* (normes 14 040 et 14 044) et la Commission européenne. Parmi les indicateurs le plus souvent utilisés, on recense ceux relatifs au potentiel de réchauffement climatique, à la toxicité humaine, à la formation d’ozone photochimique, à la consommation d’énergie primaire* et à la diminution des ressources minérales et fossiles. Il s’agit d’indicateurs d’impacts potentiels évalués à l’échelle de la planète. Il est donc possible de considérer qu’un module photovoltaïque (PV) installé en France peut recourir à des fabrications asiatiques de cellules multicristallines et au montage en Allemagne.

Temps de retour énergétique et climatique

3Les temps de retour énergétique et climatique sont deux indicateurs proposés pour caractériser la performance environnementale des filières d’énergies renouvelables (ENR). Celles-ci se caractérisent par un investissement énergétique important en phase de fabrication et une faible consommation de ressources énergétiques en phase d’utilisation. Le temps de retour énergétique détermine le temps nécessaire pour qu’une filière produise une quantité d’énergie primaire* équivalente à celle qui a été nécessaire à sa fabrication. Il s’exprime en années et est calculé par le ratio de l’énergie consommée lors de la fabrication du système sur l’énergie produite par le système sur une année. Cette énergie produite par la filière renouvelable est calculée selon une approche dite d’équivalence. Celle-ci est basée sur l’énergie primaire nécessaire pour produire l’énergie électrique équivalente du pays où le système renouvelable est installé. Il s’agit d’un calcul spécifique relatif au bouquet électrique du pays concerné par cette production d’énergie renouvelable. Le temps de retour climatique exprimé en années, quant à lui, est calculé par le ratio des émissions de gaz à effet de serre (GES*) lors de la fabrication du système sur les émissions de GES correspondantes à l’électricité qui serait produite par le bouquet électrique* du pays d’installation sur une année. Ces émissions de GES correspondantes sont calculées en se basant sur le contenu carbone moyen de l’énergie électrique du bouquet électrique du pays concerné. À titre illustratif, la figure 2 propose les temps de retour énergétiques et climatiques pour deux éoliennes de différentes puissances fabriquées en Europe et installées en France. Cette précision géographique est importante, car ces temps de retour dépendent du contenu énergétique du kWh du pays d’installation. Dans cet exemple, le bouquet électrique français présente des valeurs de 13,6 MJ d’énergie primaire par kWh d’électricité produite à basse tension et de son contenu carbone fixé ici à 108 g CO2eq/kWh. Il faut donc noter que ces temps de retours seraient différents pour des installations identiques mais implantées dans des pays avec d’autres bouquets énergétiques. Les inventaires de cycle de vie de ces systèmes sont nécessaires pour le calcul des énergies et des GES de fabrication, en couvrant tous les sous-systèmes et le transport induit lors de leur fabrication. Dans le cadre de cet exemple, les valeurs d’inventaire de cycle de vie (ICV*) de ces systèmes, fabriqués en Europe, sont issues de la base de données ecoinvent* v2.2. La conversion des GES* en CO2eq retenue est celle proposée par le GIEC 2007 V1.02 à l’horizon 100 ans.

Fig. 1 – Les étapes du cycle de vie d’une éolienne offshore. Photo transport : © AdvancedInternational

Indicateurs

Unité

Éolienne onshore 800 kW

Éolienne offshore 2 MW

Durée de vie de l’installation

années

partie mobile/fixe 20/40

20

Énergie produite annuellement

kWh

~ 1 404 0001

~ 5 600 0001

Énergie primaire nécessaire à la fabrication en Europe

GJ

~ 10 600

~ 21 760

Temps de retour énergétique

années

~ 0,6

~ 0,3

Gaz à effet de serre émis lors de la fabrication en Europe

Tonnes de CO2eq

~ 623

~ 1 476

Temps de retour climatique

années

~ 4,1

~ 2,4

1 Pour un facteur de charge* représentatif d’une situation moyenne en Europe de 20,8 %.
Fig. 2 – Temps de retour énergétique et climatique d’éoliennes installées en France

4Les temps de retour énergétique sont de moins d’une année pour ces deux types d’éoliennes et les temps de retour climatique sont estimés entre 2 et 4 ans. Ils sont plus importants que ceux relatifs au temps de retour énergétique, en partie, à cause du niveau relativement faible de GES émis par le cycle de vie du bouquet électrique français. Cette approche de temps de retour devrait s’appliquer à d’autres indicateurs d’impact, comme les impacts sur la santé humaine ou l’épuisement des ressources, par exemple pour couvrir l’ensemble des catégories d’impacts environnementaux et ne pas se limiter aux seuls aspects de rendement énergétique et de poids carbone du cycle de vie des filières renouvelables.

5Le développement de l’analyse de cycle de vie et des indicateurs de temps de retour permet d’alimenter le débat technique et sociétal que fait émerger le développement croissant des filières ENR dans les bouquets de production électrique. La caractérisation des filières énergétiques avec ces indicateurs permet d’identifier des solutions d’amélioration au sein de chaque filière et de comparer des bouquets énergétiques de production électrique.

Bibliographie

Références bibliographiques

• O. JOLLIET, M. SAADÉ, P. CRETTAZ et S. SHAKED – Analyse du cycle de vie - Comprendre et réaliser un écobilan, Presses polytechniques et universitaires romandes, 2010.

• R. DONES et al. – Life Cycle Inventories of Energy Systems : Results for Current Systems in Switzerland Systems and Other UCTE Countries, Ecoinvent report n° 5, Paul Scherrer Institute Villigen, Swiss Center for Life Cycle Inventories, Dübendorf, 2007.

• I. BLANC – Évaluation des impacts environnementaux de filières énergies : vers une approche intégrée, Habilitation à diriger les recherches, Université de Savoie, 2010.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Les étapes du cycle de vie d’une éolienne offshore. Photo transport : © AdvancedInternational
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11174/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 297k

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

Chercheur, Mines ParisTech, Sophia Antipolis.
didier.beloin.saint.pierre@minesparistech.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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