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L’énergie dans le développement de la Nouvelle-Calédonie

 | 
Yves Le Bars
, 
Elsa Faugère
, 
Philippe Menanteau
, 
et al.

La maîtrise de l’énergie : un enjeu majeur pour le développement durable de la Nouvelle-Calédonie et sa sécurité énergétique

Le potentiel d’efficacité énergétique des systèmes industriels et la valorisation des déchets

Texte intégral

1L’accroissement de l’efficacité énergétique des systèmes industriels est un enjeu important pour les prochaines années. L’objectif est de réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère et de préserver les réserves en combustibles fossiles, grâce à la diminution de la demande énergétique. Pour cela, les gisements d’énergie doivent être identifiés, évalués puis valorisés grâce à une méthodologie adaptée et une approche des procédés dans leur globalité.

POUR UN ACCROISSEMENT DE LA MAÎTRISE DE L’ÉNERGIE DANS LE DOMAINE INDUSTRIEL

Les objectifs du paquet énergie-climat

2Les scénarios de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) montrent que l’essentiel du potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre, à l’horizon 2030, repose pour 29 % en moyenne sur les actions à mener en matière d’efficacité énergétique pour la demande en électricité, et pour 36 % sur les gains obtenus sur la combustion de carbone fossile. Le paquet énergie-climat a repris ces constatations et s’est fixé comme premier objectif un gain de 20 % de l’efficacité énergétique des systèmes industriels afin de réduire proportionnellement les émissions de CO2, à l’horizon 2020, grâce à une diminution de la consommation d’énergie.

3Notons que l’amélioration de l’efficacité énergétique du secteur industriel était de l’ordre de 2 à 3 % par an jusqu’en 1990, mais qu’il n’est plus que de 1 % par an depuis cette date. Autrement dit, les industriels ont développé un effort continu et important sur le gain d’efficacité, mais aujourd’hui, sans rupture technologique dans l’exploitation de leurs procédés, les objectifs fixés par le plan énergie-climat ne pourront pas être atteints.

De nombreuses actions de recherche sont en cours ou à venir

4Pour atteindre les objectifs de Kyoto, de nombreuses actions de recherche se développent dans le monde, en particulier en France, où l’Agence nationale de la recherche (ANR) a lancé, au printemps 2009, un programme thématique de recherche sur « L’efficacité énergétique et la réduction des émissions de CO2 dans les systèmes industriels (EESI) ». Cette réduction doit s’accompagner d’une diminution des coûts de fonctionnement et de la préservation de la ressource, d’où au final une économie pour le client. La mise en place de ces objectifs va générer un challenge technologique important susceptible de modifier profondément les modes de consommation énergétique.

La réponse des industriels

5Près de 70 % de l’énergie finale consommée par le secteur industriel sont destinés à couvrir des besoins en chaleur (chaudières, fours, séchage, chauffage), le reste relève pour l’essentiel de l’usage non thermique de l’électricité.

6Le gisement d’économies d’énergie est important, notamment sur les fours, les chaudières, les sécheurs, les moteurs électriques et thermiques et les procédés. Le taux de renouvellement d’équipements industriels qui est d’environ de 5 à 6 % par an, confère à ce secteur des perspectives importantes d’innovation et de gain en matière d’efficacité énergétique. Ce qui devrait permettre de remettre en cause des concepts de base, en intégrant des ruptures technologiques, et de revisiter des procédés en effectuant des analyses exhaustives des principales filières. Les technologies innovantes et leur transfert à l’industrie sont potentiellement source de valeur ajoutée et d’activités industrielles nouvelles.

7Trois leviers d’action permettent de réduire les émissions de CO2 dans l’industrie :

  • l’amélioration de l’efficacité énergétique des procédés, la valorisation des déchets et l’identification de nouvelles sources d’énergie renouvelables permettant à terme une réduction des coûts de l’énergie ;

  • la mise au point et le déploiement de nouvelles technologies pour capter et stocker le gaz carbonique ;

  • la mise en place d’incitations financières et/ou de pénalités par les gouvernements ainsi que celle de banques d’échange de permis d’émettre du CO2.

8Cette révolution technologique dans l’approche des procédés peut amener à reconcevoir l’efficacité énergétique, notamment à l’échelle de systèmes complets de production industrielle (définir l’énergie minimum nécessaire à l’élaboration du produit). L’énergie sera ainsi mieux utilisée, ce qui permettra d’améliorer la compétitivité de l’entreprise, la qualité des produits, l’économie pour le client et, enfin, l’emploi.

CONTRIBUTION À L’AMÉLIORATION DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE DES SYSTÈMES INDUSTRIELS EN NOUVELLE-CALÉDONIE

9L’objectif de cette partie du rapport n’est pas de s’ingérer dans la politique et les choix stratégiques des industriels, mais de leur proposer de nouvelles approches et de nouveaux procédés susceptibles d’être déployés en Nouvelle-Calédonie. On s’appuiera pour cela sur des résultats de la recherche ou sur de nouveaux procédés utilisés dans le monde ou en cours d’évaluation.

10(Lors de notre mission en Nouvelle-Calédonie, nous n’avons pas pu rencontrer les responsables de l’usine Goro Nickel ni visiter la centrale de Prony. Pour ces deux sites, l’expertise ne s’est effectuée que sur des données publiques et non techniques.)

11Près de 60 % de l’énergie primaire totale utilisée en Nouvelle-Calédonie sont consacrés à une utilisation dans les domaines de la métallurgie, de la production d’électricité et de chaleur. C’est donc une industrie à forts besoins énergétiques en électricité et en chaleur avec des sources d’émission qui se trouvent concentrées sur quelques sites rendant ainsi envisageable un futur captage et stockage du CO2 émis. Actuellement, il est envisagé d’utiliser une technologie CCS (Carbon Capture and Storage) uniquement sur les unités émettant au moins 100 000 tCO2/an.

12Si l’on peut faire une analogie avec des décisions récentes des gouvernements européens, un objectif de réduction de 20 % des émissions de CO2 peut servir de guide pour l’amélioration de l’efficacité énergétique dans l’industrie, avant même la capture du carbone.

13Pour obtenir un gain énergétique significatif, l’industriel doit explorer de nouvelles approches en effectuant :

    • 1 Dans « Les nouvelles technologies en matière de production et de stockage d’énergie » (p. 115), on (...)

    le meilleur choix de l’énergie primaire1 ;

  • une identification et une quantification de ses gisements d’énergie à valoriser (une amélioration de la conversion de l’énergie primaire se traduira par une augmentation du rendement énergétique) ;

  • la mise en place de technologies intégrées de récupération d’énergie thermique, même en présence de faibles températures (transport, stockage et valorisation de la chaleur) ;

  • la rénovation ou le remplacement d’éléments des procédés par du matériel plus performant ;

  • l’intégration énergétique avec optimisation informatique intelligente des procédés de contrôle-commande ;

  • la recherche de nouveaux débouchés pour ses déchets (chaleur principalement).

QUEL COMBUSTIBLE PRIMAIRE CHOISIR ?

14Aussi bien la SLN qu’Enercal ont choisi le charbon pour leurs nouvelles centrales thermiques, respectivement de Doniambo et Prony. Ce choix est à priori critiquable car le charbon est le combustible qui possède le plus défavorable facteur d’émission de CO2 (rapport CO2émis/kWh) ; il a donc la plus mauvaise empreinte écologique. Par contre, son prix est actuellement très attrayant et ses réserves sont importantes et bien réparties dans le monde (on en trouve notamment en Australie).

15L’hydrogène, dont la fabrication demande beaucoup d’énergie, brûle sans produire de CO2, mais aucun procédé de combustion n’est actuellement satisfaisant. Les hydrocarbures liquides comme le fioul lourd ou d’autres produits pétroliers sont chers et leur prix est lié au cours fluctuant du pétrole.

16L’hydrocarbure le plus respectueux de l’environnement serait le gaz naturel avec un rapport CO2émis/kWh optimal. Malheureusement, l’approvisionnement de la Nouvelle-Calédonie en gaz naturel semble peu concevable car la construction d’un terminal méthanier est difficile à envisager, faute de profondeur suffisante de la lagune pour un méthanier de taille standard (de l’ordre 70 000 à 150 000 m3) et de 10 m de tirant d’eau. De plus, de tels méthaniers ont des volumes qui seraient surdimensionnés pour l’utilisation locale ; il faudrait enfin que l’ensemble des utilisateurs industriels choisisse ce même combustible et décide de la construction d’un gazoduc entre les différents sites…

LES POINTS FORTS DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE SUR LE SITE DE LA SLN

17L’efficacité énergétique du site de Doniambo va être améliorée (environ 7 % de gain sur le rendement énergétique) grâce au remplacement à court terme de la centrale thermique à fioul lourd par trois unités de chaudières à lit fluidisé circulant (LFC) fonctionnant au charbon. Le choix de ce procédé paraît judicieux dans un contexte îlien comme celui de la Nouvelle-Calédonie car, malgré un rendement thermique légèrement inférieur et un coût d’acquisition légèrement plus élevé qu’une centrale à charbon pulvérisé (CP), ce type de technologie est réputé optimal et plus performant pour les petites puissances demandées (trois tranches de 70 MW à Doniambo). Malheureusement, cette chaudière ne pourra pas fonctionner avec de l’eau dans des conditions super critiques (Tc = 376 °C et Pc = 221 bar) ou hyper critiques (Tc = 700-720 °C et Pc = 350 bar). C’est la trop petite puissance de l’unité qui est préjudiciable à l’implantation de ce procédé, car on ne dispose pas techniquement de turbines à vapeur de puissance inférieure à 400 MWélectrique capables de fonctionner dans ces conditions de hautes températures et de pression, malgré l’emploi d’alliages réfractaires à base de nickel.

18Les LFC sont flexibles au combustible (polycombustibles), ce qui est un atout considérable, avec l’admission de différents types de charbon, de biomasse ou de boues de station d’épuration. La valorisation énergétique des boues d’incinération du grand Nouméa devrait fournir une énergie d’environ 7 700 MWh/an, soit 2 600 MWhélectrique/an. Un calcul identique peut être effectué sur la valorisation des 15 000 t de déchets verts de l’agglomération de Nouméa (environ 52 000 MWhthermique/an, soit 17 000 MWhelectrique/an). Ce qui reste tout de même négligeable par rapport à la production électrique nette en Nouvelle-Calédonie.

19Par ailleurs, les émissions de polluants (oxydes d’azote et soufre) de la future centrale LFC seront réduites par rapport à une centrale CP non équipée d’unités de dénitrification ou de désulfuration (le coût d’achat est prohibitif pour des petites puissances). En effet, dans un lit fluidisé circulant, où la température de combustion est comprise entre 850 et 920 °C, la production des oxydes d’azote est faible puisque les mécanismes chimiques de formation de ces oxydes ne deviennent actifs qu’à des températures supérieures à 1 500 °C. Quant aux rejets d’oxydes de soufre, ils sont neutralisés par ajout de calcaire broyé pour former du sulfate de calcium. Les effluents répondent donc aux conditions environnementales européennes actuelles.

20Le temps nécessaire à l’établissement d’une nouvelle consigne de fonctionnement ou d’accessibilité lors d’une maintenance est plus long que pour une chaudière à flamme (CP). Alors qu’une chaudière à gaz ou à fioul demande quelques minutes et une chaudière CP quelques dizaines de minutes, un LFC peut nécessiter plusieurs heures ou journées du fait de l’inertie thermique des réfractaires qui constituent ses parois. La souplesse d’utilisation et la disponibilité des installations ne seront donc pas optimales.

21Des technologies sont en cours de développement pour coupler deux unités de LFC afin de capter les émissions de CO2 à un coût très inférieur à celui des techniques plus classiques. En effet, en effectuant un cycle chimique qui utilisera un métal pour transporter l’oxygène, le CO2 sera naturellement concentré dans les effluents qui peuvent être directement dirigés vers le site de stockage.

22La proximité entre la centrale de production d’électricité et l’utilisateur principal qu’est l’usine garantira une sûreté d’approvisionnement en énergie et surtout une minimisation des pertes en ligne.

23N.B. Des informations plus détaillées concernant le fonctionnement et l’optimisation des procédés sont disponibles in « Les nouvelles technologies en matière de production et de stockage d’énergie » (p. 115) et « Les émissions et les réductions d’émissions de gaz à effet de serre en Nouvelle-Calédonie » (p. 193) à propos de la capture du CO2.

LES POINTS FAIBLES DE L’INDUSTRIE NÉO-CALÉDONIENNE DANS LE DOMAINE DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE

L’usine de Doniambo

24L’usine SLN consomme actuellement 40 % de son énergie sous forme électrique, les 60 % restants venant de la combustion de fioul lourd ou de charbon pour le traitement du minerai. L’augmentation de l’efficacité énergétique doit donc porter à la fois sur la centrale électrique et sur l’usine.

25La forte demande en nickel de ces dix dernières années cumulée à un coût raisonnable de l’énergie n’a pas incité la SLN à se rénover et à chercher de nouvelles niches d’économie énergétique de ses procédés. Une visite de l’usine de Doniambo montre que le personnel est extrêmement compétent et conscient des problèmes énergétiques et environnementaux. Cependant, quelques points noirs ont été constatés : Doniambo souffrirait d’une augmentation des coûts de production imputables à la baisse des teneurs du nickel, aux coûts de maintenance et de personnel, aux obligations gouvernementales, à la hausse du prix du fioul et du fret maritime, etc. Autant dire qu’un accroissement de l’efficacité énergétique de l’usine demeure possible.

26Le procédé pyrométallurgique comporte plusieurs étapes bien définies qui correspondent à des changements d’état physique et chimique du minerai avec des opérations de chauffage et de refroidissement. On doit certainement pouvoir identifier des récupérations d’énergie sur les transferts de chaleur entre les fours électriques et les fours rotatifs de calcination, et le séchage, même si des échanges de vapeur entre la centrale et les fours se font déjà.

27De plus, il semble que lors de la conception, on n’a pas suffisamment réfléchi à une approche de type « système couplé » nouvelle centrale/usine. Cette étape exige de revisiter le procédé dans sa globalité, en partant si possible du produit final, le nickel. À chaque étape, on doit évaluer l’aptitude de nouvelles technologies, de nouveaux matériaux ou de nouveaux composants à haute performance, à optimiser le procédé et sa gestion pour gagner en efficacité énergétique. En l’améliorant, on réduira le coût en énergie fossile et les rejets nocifs pour l’environnement et la santé du personnel et des populations avoisinantes.

La centrale thermique de Prony

28Un des atouts de cette centrale dont la chaudière fonctionne à charbon pulvérisé a été son coût minimal par rapport à des CP ou LFC. Malheureusement, ce type d’unité possède une empreinte écologique très défavorable à cause des émissions dues à l’emploi de lignite. La petite puissance des tranches fait que l’adjonction d’unités de dépollution des fumées n’est pas rentable. Par conséquent, il sera impossible, sans modifications majeures, de l’équiper d’une unité de captage de CO2.

29Pour limiter les rejets de polluants dans l’atmosphère, Enercal alimentera le foyer avec du brown coal d’Australie. La relative faiblesse de la teneur en soufre de ce charbon pauvre limitera les rejets de soufre, mais le facteur d’émission du CO2 de la centrale est encore plus mauvais (faible Pouvoir calorifique inférieur du lignite).

L’usine de Goro Nickel

30En utilisant un procédé hydro-métallurgique pour le traitement du minerai, cette usine exige un besoin moins important en énergie, puisqu’une partie vient de la fabrication in situ de l’acide sulfurique au moyen de la réaction très exothermique du soufre. La modernité de cette usine laisse penser que son efficacité énergétique a été considérée lors de sa conception. Mais attention à une pollution chimique de l’environnement !

La future centrale de Koniambo

31La conception de cette future centrale à charbon et de l’usine pyrométallurgique devra intégrer l’expérience de Doniambo concernant la chaudière à LFC.

QUELS RÉSULTATS ATTENDRE DE L’AMÉLIORATION DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE ?

32Et d’abord, quelques conseils pour savoir où faire porter les efforts.

Effectuer une veille scientifique

33La veille scientifique sur les procédés permet de réduire le coût de l’énergie et les émissions de polluants.

Optimiser les procédés

34En partant du produit, nickel ou production d’électricité, on revisitera le procédé à partir d’un bilan énergétique réalisé à chaque étape pour trouver le schéma énergétique optimal et mettre en œuvre du matériel performant. On peut aussi intégrer et coupler les systèmes énergétiques. On cherchera encore à utiliser des approches informatiques systémiques et des outils performants pour la conduite, le contrôle, la régulation et la gestion optimisée des procédés. Enfin, on produira un bilan financier et environnemental favorable en minimisant les émissions de polluants ; sans oublier de prendre en compte l’impact des nuisances sur la santé des ouvriers et des populations.

Se préparer au captage et au stockage du CO2 émis

35Cela commence par le choix d’un procédé de combustion adaptable à une capture du CO2 et de son stockage (réserver l’espace à proximité de la centrale) et prévoir, si possible, le captage simultané du CO2 venant de l’usine pyrométallurgique et de la centrale à lit fluidisé circulant. Cela suppose aussi d’étudier et de prévoir un réseau de CO2 dans l’île pour un transport éventuel vers des lieux de stockage dans les massifs de péridotites ou vers un terminal portuaire ; et de là, par la voie maritime, vers un lieu de séquestration off shore ou dans un autre pays (l’Australie, par exemple).

Valoriser les déchets de chaleur, urbains et agricoles

36On peut récupérer et valoriser l’énergie des fumées à l’aide de pompes à chaleur pour la climatisation d’ensemble de bâtiments industriels et tertiaires ; on peut aussi envisager la création d’un réseau de transport et de distribution du froid à petite et moyenne distances (inférieure à 10 km) dans l’agglomération de Nouméa (une proposition valable pour des lotissements neufs).

37Des PME/PMI pourraient s’installer à proximité d’une usine et profiter de la chaleur fatale disponible (des entreprises de congélation de produits alimentaires, par exemple, avec la création de filières agricoles et piscicoles). On peut aussi penser à des unités de fabrication de biocarburants de première génération qui nécessitent de la chaleur basse température (inférieure à 100 °C) pour leurs procédés de distillation de l’éthanol ou de trans-estérification des huiles végétales brutes. Dans tous les cas, un effort maximum devra porter sur la recherche de marchés pour le déploiement de ces filières.

QUELLES INCITATIONS POSSIBLES POUR FAVORISER LES INNOVATIONS ?

38Des incitations fiscales du gouvernement et/ou de l’État peuvent être envisagées pour favoriser la recherche de nouvelles pistes d’économie en intégrant des innovations dans les procédés. A contrario, l’adoption de pénalités pourrait contraindre les industriels à réaliser des économies d’énergie, à condition que ces mesures soient additionnelles par rapport à leur activité habituelle. Une politique de ce type devrait s’accompagner du développement de filières d’enseignement supérieur à caractère technologique, en partenariat avec les centres de recherches internationaux, et de la création d’un tissu de bureaux d’études capables d’intégrer les résultats de la recherche dans l’économie locale.

CONCLUSION

39La Nouvelle-Calédonie possède une mono-industrie métallurgique grosse consommatrice en énergie et grande émettrice de pollutions. Son insularité pénalise la recherche de l’efficacité énergétique des systèmes industriels (impossibilité d’importer du gaz naturel, par exemple). En revanche, l’introduction de technologies modernes et performantes, l’optimisation de l’approche système et du contrôle commande devraient permettre un gain énergétique substantiel sur la consommation des industries locales en énergie primaire fossile. Pour y parvenir, il faudra valoriser les fuites de chaleur et, dans une moindre mesure, utiliser de façon progressive les énergies renouvelables ainsi que les déchets. Des pénalités libératoires pourraient être décidées en cas de non-respect de la prescription.

40Des techniques se développent pour permettre le captage et le stockage du CO2 de la centrale de Doniambo (cf. « Les émissions et les réductions d’émissions de gaz à effet de serre en Nouvelle-Calédonie », p. 193) qui, même si elles sont encore à l’état de recherche, doivent dès maintenant faire l’objet d’un suivi.

41L’industrie minière et métallurgique possède des atouts et présente les conditions nécessaires pour parvenir à une meilleure maîtrise énergétique et une réduction des émissions de CO2 par captage. Il faudra veiller à ce que ces évolutions ne s’opèrent pas au détriment de la qualité et du prix du produit final, de l’emploi, et de la santé des personnels et des populations.

42Les industriels devront poursuivre leurs efforts pour maîtriser leur demande énergétique en augmentant l’efficacité énergétique de leurs procédés, ce qui leur permettra de réduire leurs coûts de production et, à terme, d’induire des économies pour leurs clients. Il leur faudra prévoir dans la prochaine décennie une réduction significative des quantités de carbone rejetées grâce à la capture du CO2 et des polluants dans leurs effluents.

Notes

1 Dans « Les nouvelles technologies en matière de production et de stockage d’énergie » (p. 115), on effectuera une comparaison des différentes ressources disponibles d’énergie primaire, qu’elles soient classiques comme le gaz naturel, les hydrocarbures gazeux ou liquides, le charbon, ou alternatives comme l’hydrogène, la biomasse, le biogaz ou les algues.

© IRD Éditions, 2010

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