Quel mode de production électrique à l'horizon 2030 ?

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Submitted by bchatelet on Sat, 09/18/2021 - 18:19

Dans l'article "Pourquoi utiliser rapidement le méthanol en France", il est en particulier indiqué que 30 Millions de tonnes de CO2 peuvent être évités  en remplaçant les procédés de combustion émetteurs des industries manufacturières par des sources d'énergie électriques ? Quelles production d'électricité cette transformation induirait-elle? Peut-elle être satisfaite d'ici 2030?  

Quels nouveaux besoins?

Alors que certains pays comme la Norvège (7zp) ont déjà un système électrique déjà 100% décarboné, la plupart des pays européens doivent verdir leur production et l'augmenter.
Rte dans un rapport 2021, évalue à 30% l'augmentation des besoins d'électricité d'ici 2050 (7zh, p 16/64) en France, en se basant sur une tendance très marquée de la diminution de consommation d'énergie primaire de 40% (7zm,p11/66) d'ici 2050, ce qui peut paraître assez irréaliste (p51/60) et contribuerait à sous estimer les besoins en électricité à cette horizon (43min). Negawatt ('7ze, p13/16) pour sa part fait des estimations du mix énergétique sur la base d'une diminution de 300% de l'énergie primaire d'ici 2050. Le rapport Rte évalue aussi l'investissement nécessaire à 1% du pib par an jusqu'en 2060 -ou 1,33% jusqu'en 2050 (7zd, p 11,52/64)-. Ce dernier montant correspond environ aux recettes provenant de la fiscalité écologique qui s'élèvent à plus de 50 Milliards. En 2023, Rte a révisé ses estimations avec un besoin de production supplémentaire annuel de 10Twh jusqu'en 2035, un rythme d'accroissement jamais atteint depuis les années 80 (7zp). Les premières projections de Rte étaient par exemple en deçà de l'augmentation au niveau mondial en 2021 de la demande d'électricité (7ze) ou de celles du Royaume-Uni qui envisage un triplement de sa capacité de production électrique d'ici 2050 (7zf) (7zg) sur la base d'une augmentation de sa consommation de 50%, ou encore d'autres pays (7zl, 36min).  Les données de l'Iea sur la dernière décennie montrent aussi une augmentation assez nette de la consommation électrique au niveau mondial (7zm), tandis qu'un accroissement  annuel de 100GigW de la capacité de production d'électricité (7zo, 6min) est constaté.
D'après l'Insee en 2017 l'industrie aurait consommé hors électricité 27 millions de tonnes équivalent pétrole. Or si 1t équivalent pétrole équivaut à 11,6MWh (7), cela signifie que 27 millions de teqp représentent 27*11,6=313Twh d'électricité sur une production annuelle de 500 Twh. Rien que pour remplacer  l'énergie de combustion fossile provenant de l'industrie manufacturière  cela reviendrait à augmenter en 5 ans de 62% la production électrique Française. D'ici 2050, remplacer les 70% de consommation d'énergie émettrice de CO2 sur une consommation de 138Mtep, reviendrait à augmenter la production électrique de 0,7*138*11,6= 1120Twh c'est à dire multiplier la production actuelle par 1620/500=3,24. La dernière loi de programmation pluriannuelle de l'énergie  n'est pas du tout sur cette trajectoire car elle ne prévoit qu'une augmentation de 54Tw à l'horizon 2028 (p142), tandis qu'Rte en prévoyant une consommation de 530Twh en 2035 (p21/99) indique implicitement qu'il faudrait augmenter d'ici 2035 la production de 90 Tw par rapport à l'année 2022 (7zp). Même si le multiple de 3,24 est probablement une borne supérieure, qui peut être probablement diminuée par exemple par des gains dans le domaine de la sobriété du chauffage résidentiel (qui représentait en 2017 l'équivalent de  449 TWh annuel), on reste dans une fourchette estimée de 2,2-3,2 d'augmentation de la capacité de production du parc électrique d'ici 2050. Les prévisions au niveau mondial concordent avec ce multiplicateur (fig 4, p27), en France. Cependant l'objectif affiché en 2023 dans la loi concerne la part du nucléaire dans le mix électrique (7b), sujet essentiellement politique, qui passe sous silence le chiffrage des besoins en s'en remettant à des scenarios plus ou moins plausibles sur lesquels l'État ne se positionne pas de façon explicite.

 

Quel mix électrique?
Un assez bon indicateur de l'état d'avancement d'un pays dans sa transition énergétique pourrait être d'évaluer le rapport de la consommation électrique par habitant (7ba) à celui de la consommation d'énergie (7bb), alors qu'en 2020 les énergies fossiles représentaient 80% du mix énergétique (7bc). On peut aussi s'intéresser aux sources d'énergie composant le mix électrique, celles-ci étant le plus facilement décarbonables.

Rte dans son rapport 2021 envisage six scenarii de composition du mix électrique en 2050 (7zm,p17/64). Or une étude montre (4es, p11/12) qui si l'on a en proportion moins 30% de solaire dans le mix  (et plus généralement d'énergies renouvelables avec un facteur de charge voisin de 25%) , pour éviter le risque de blackout il faut toutefois dimensionner la puissance installée pour qu'elle soit 40% au dessus de la demande maximale, et qu'au delà de 30% de solaire on a un risque important. On peut donc déduire de ce dernier article qu'aucun des scenarii M23,M1,M0,N1,N2,N03 proposé par Rte ne respecte ce seuil de 30% (4eu,p25/28) et semblent tous associés des risques importants de gestion de l'intermittence. Il faut en effet pour éviter le problème de l'intermittence privilégier l'éolien en mer (facteur de charge proche de 50%) par rapport à l'éolien terrestre, même si le coût du premier est plus élevé (4et,25min). L'exemple du Danemark qui produisait en 2019, 47% de son électricité à partir de l'éolien avec un facteur moyen de charge de 30% (4eu) et sans utiliser des capacités hydrauliques comme moyen de stockage, montre aussi un système qui n'est pas orienté vers l'objectif zéro carbone. En effet, les centrales à biomasse sont utilisées et 40% de la production d'électricité est exportée (4ev). Ceci alors que ces centrales n'ont pas un bilan carbone très intéressant (13min). La transition énergétique ne se résume en effet pas à l'utilisation des énergies renouvelables, et il faudrait que le Danemark utilise par exemple les techniques de CCS ou CCUS pour parvenir à l'objectif zéro carbone (4ev) (4ew) ou les moyens de Step, l'équilibrage via le réseau électrique européen n'étant probablement pas suffisant. Cependant en 2023 un projet de stockage du Co2 est lancé en mer du Nord (4ew). Par ailleurs les analyses de coûts avancées par Rte (4ex,p33/64) qui ne sont pas justifiées dans le détail, reposent principalement sur des estimations des coûts de stockage liés à l'utilisation des énergies renouvelables intermittentes. Or, il semble ces estimations semblent assez aléatoires dans la mesure où les techniques de CCUS, qui peuvent participer pour une part très importante de ces estimations ne sont pas mentionnées (4ez,p36/64) (4eza) (4ezb) (4ezc). Il y a par exemple une référence à l'utilisation de l'hydrogène (4ey,p40/64) alors que c'est le moyen le plus onéreux de stockage de l'énergie (4ez, 3.4.3). Le stockage par batteries semblent assez approprié à la production électrique solaire locale, et les CCUS à la celui de l'éolien (4eza) dont l'intermittence est nettement moins prévisible. En effet dans le cadre de la transition énergétique le calcul du coût de la modification du mix électrique ne peut totalement être isolé des solutions retenues comme moyens de substitution aux énergies fossiles, qui sont pour une large partie en 2022 encore assez inconnues. Ceci pourrait être le cas en particulier si on devait trouver des débouchés immédiats  pour un stockage massif d'électricité provenant de l'exploitation de la totalité du potentiel éolien offshore, qui  pourrait être d'ici 2040 la première source de production d'énergie électrique en Europe (4ezb). A défaut d'utiliser les CCUS il faudra probablement équilibrer le réseau électrique Européen en développant  davantage les sites permettant l'exploitation de solutions le pompage-turbinage (4ezc) qui est la solution de stockage de l'énergie d'origine électrique à grande échelle, et à moyenne-longue durée la moins chère (4ezc, p12/21).

Quelles gestion de l'intermittence?
Peut-on la gérer par le maintien d'une production à partir d'énergies fossiles ou faut-il développer les CCUS et le pompage-turbinage? Il existe déjà de nombreuses méthodes sur le réseau Européen pour pallier à la variabilité (1a). L
a théorie du foisonnement (ou compensation de production électrique entre zones géographiques) se révèle inapplicable au delà des continents, à cause en particulier des risques géopolitiques (1aa). En France, le suivi de charge, ou réduction temporaire de la puissance d'origine nucléaire due à un surplus de production d'origine renouvelable, aboutirait à une usure prématurée des centrales (1ab) et à une augmentation des coûts de production (1ac). Ceci alors que la capacité de steps en France est évaluée à 22 fois la capacité déjà installée (1ad).
Il est à moitié étonnant que l'Etat Français ait été condamné par le conseil d'état (1) pour une certaine inertie dans sa lutte contre le réchauffement climatique. En effet par exemple 7,2%  (2) du mix énergétique électrique Français vient des énergies fossiles et 1,8% de la biomasse, toutes deux émettrice de GES. Certaines sociétés  comme Engie (3) gagnent de l'argent en produisant de l'électricité issue de la biomasse ou des centrales à gaz (4), ce qui contribue à augmenter l'effet de serre. L'état pourrait en effet, au delà des problèmes de saisonnalité, interdire les productions d'électricité carbonée, au moins en France métropolitaine, dans les 5 prochaines années. On pourrait en effet semble-t-il dans ce domaine limiter grosso-modo les exportations à 11-7,2-1,8%=2% et renoncer à utiliser les énergies fossiles et la biomasse pour la production électrique. La captation du C02 pour la transformation en méthanol pourrait  semble-t-il assez bien résoudre les problèmes d'intermittence et de variations de la production électrique car une politique de stockage de l'énergie pour la production d'électricité d'origine décarbonée n'a pas été à ce jour mise en place (5). A défaut il y de nombreuses possibilités de pompage-turbinage à développer, en particulier dans les territoires non métropolitains (5a) (5b). En 2020, 99% de la puissance de stockage installée sur le réseau Français était hydraulique (5bc). Ainsi, alors que le rendement du pompage turbinage est supérieur à 75%, les capacités Françaises installées ne dépassaient pas en 2021, 6GigW, c'est à dire pas plus de 23% de la puissance hydro-électriques tandis qu'un potentiel de 5GW n'est d'après Edf pas exploité (5ba). Des estimations donnent cependant un potentiel de 14 à 33Gw (5bb), qui permettrait probablement de remplacer la majeure partie des centrales à gaz destinées à la production électrique (hypothèse de 1.4Twh annuel produit par GigaW de puissance installée). Le pompage-turbinage revient en effet moins cher à moyen terme que le recours à des centrales à gaz (p24). La station de pompage turbinage de Grand'Maison en France a ainsi produit 1.2Twh pour 1 Gig de puissance.   Les chiffres à la baisse de production hydroélectrique en 2022 (5c), témoignent aussi du potentiel incomplètement exploité, alors que la France était exportateur et importateur d'électricité en 2021. Les centrales à gaz dont la puissance installée en France représentent au moins 6.6GigW (5bb) ne servaient en réalité, avant 2021, qu'à pallier l'intermittence et pourraient ainsi être supprimées en partie par l'exploitation des capacités annoncées en hydro-turbinage. Alors que 46Twh de gaz ont été utilisés exclusivement en 2021 pour la production électrique (5bc) d'après le ministère de l'environnement 1GW de puissance installée en STEP permettrait de produire en moyenne 0,3Twh/an (5bd). Le chiffre parait faible en comparaison de la moyenne mondiale qui se situerait plutôt à 3.2Twh annuel/GigW de puissance (5bh) et à 1.4Twh/Gw en France (18min). Les steps constituent le moyen le moins cher de stocker la production électrique (p5/13). Les projets sont cependant bloqués en France depuis les années 2010 à cause des règles de marché (5bi) (5bl). Il avait en 2013 selon Edf au moins 5Gwh de sites de step "marines" déjà recensés et non exploités (5bj). Presque toutes les falaises situées en bord de mer peuvent être utilisées comme site de Step (14min) Selon l'Aie il faudrait multiplier par 4 la capacité de step installée en Europe d'ici 2050 (tableau 2), (capacité 2019), et par 2 les capacités de stockage d'ici 2030 (p20/26),  ce qui correspond environ à 5% d'augmentation annuelle. La capacité en Step en France a été estimée à au moins 20 fois la capacité installée en 2020 (4ezc). Ce dernier multiple correspond environ à celui des besoins estimés de Steps dans le cas d'un scenario 100% Enr, sur la base d'une consommation maximale d'électricité de 1500Twh/n (44min) et en excluant tous les autres moyens de stockage possibles (CCus, batteries). Ceci d'autant qu'on anticipe déjà une baisse de la production des barrages à l'horizon 2050 (5bg). Il y a par ailleurs des solutions comme le fait de relever le niveau des digues des étangs de certaines régions comme la Camargue, ou le Nord (5bi), en associant leur vidage à du turbinage (5bf) (5bg) (5bh) ou de construire des bassins de rétention d'eau en méditerranée. L'usine marémotrice de la Rance est déjà utilisée en partie comme Step (5bg), et il est donc possible de rentabiliser des investissements de Steps en les associant à une utilisation marémotrice, le potentiel d'énergie marémotrice non exploité ayant été évalué en France 2018 à 15Gw (5bi). Le Royaume-Uni qui s'est engagé à une production électrique 100% décarbonée d'ici 2035 a aussi 5,2Gw de projets en 2022, tandis que des études estiment qu'il faudrait en réalité développer pour cet objectif au moins 13Gwh de puissance (5bf). Une étude montre aussi qu'exploiter 1% des sites possibles de pompage-turbinage dans le monde permettrait de résoudre la question de l'intermittence des Enr (5be, p11/19) . On a par exemple recensé en Australie 67 Twh de capacité de stockage (5bf). L'Allemagne, en 2021, est par moment obligé de mettre à l'arrêt certaines éoliennes (6a, 4min40) car elle ne parvient pas à distribuer le surplus de production électrique, aurait aussi intérêt à développer ce type de stockage. Elle doit en effet faire appel à d'autres pays (Suisse, Norvège, Autriche) pour pallier à son déficit de capacités installées (6ab).

Ainsi si la France redevenait exportatrice d'électricité d'ici 2027 (d'après la loi PPE-2027), on pourrait remplacer la quasi totalité des 12 centrales thermiques à gaz productrices  d'électricité d'une capacité totale de 5.8 Gigw par des Steps. Or la France ayant importé en 2022 pour environ 60 Milliards de gaz, dont 20% sont destinés à la production électrique, et la production des centrales thermiques s'est élevé en 2022 à 44,1Twh. Si l'on retient plutôt le chiffre de 33Twh en 2021 (année légèrement excédentaire de production en France) comme représentant la production  nécessaire pour pallier l'intermittence, le coût de cette production s'élève environ -avec un plafond du kwh à 0,15Eur qui pourrait être en réalité nettement inférieur (p15/19, fig 15)-, à 0,15*33*4/3(efficacité 75%)= 6,6 Milliards. L'économie annuelle par rapport à une solution gaz s'élève donc à 5,4 Milliards/an. En se basant sur une production élevée de 1.2Twh/Gw de capacité pour une solution step, il faudrait construire 33/1.2=27,5Gw de capacités nouvelles en Step. Le scenario TerraWater, envisage pour sa part une capacité nouvelle de 42Gigw (p34/60). Cela porterait la capacité installée en step à 6.6 + 27.5=34Gig, soit une augmentation de 34/6.6=5.1, c'est à dire une multiplication par 5 des capacités, à comparer avec la multiplication par 4 envisagée par l'Aie.  En se basant sur le coût moyen de construction d'une barrage (6ac), de  3.5 Milliards/Gigw -valeur plafond qui pourrait tre en réalité nettement inférieure (p14/19, fig14)-, la construction reviendrait à environ 3.5*27,5Gw=96 Milliards L'amortissement de la construction de cette capacité de Step remplaçant les centrales à gaz Françaises peut se faire en 96/5,4=~18 ans (base prix moyen du gaz 2022, taux d'emprunt nul). Il s'agit d'une estimation très simplifiée, cependant ce dernier délai étant inférieur à 27 ans, qui correspond à la durée maximale d'ici 2050 à laquelle les investissements devront être faits, il est plus rentable de réaliser ces 96 Milliards d'investissements le plus rapidement possible -en supposant une part du nucléaire stable entre 2022 et 2050 dans le mix électrique (p17/66, N03) et en omettant l'intermittence accrue due à l'augmentation de capacité des Enr-. Même si on peut supposer un prix moyen du gaz inférieur à celui de 2022, et une capacité de steps nécessaire supérieure à 27Gw, ce qui parait inchangé dans les estimations est le moindre coût global lié à des investissements dans les Steps réalisés le plus rapidement possible avant 2050. En effet, par ailleurs le pic mondial de production du gaz est attendu vers 2040 (p36), date à laquelle son prix va commencer à augmenter à cause de sa raréfaction.
Cependant en France en 2023 les projets de Step envisagés par Edf sont bloqués par la réglementation Européenne de mise en concurrence dans le domaine hydro-électrique (6ad). La loi de Programmation de l'énergie à l'horizon 2035, en 2022 sous-estime très largement les besoins (p81).

 

Les énergies renouvelables, en France
L'augmentation de puissance installée des énergies solaires et éoliennes entre 2015 et 2020 s'est élevée à environ 25Gw (8). Il s'agit par ailleurs de types d'énergies intermittentes: la puissance installée minore la puissance délivrée. Ainsi 56Gig de puissance installée a  produit en 2020 12Twh (9) c'est à dire peu par rapport à la production nucléaire. Fin 2021, il apparaissait que 13Gw de puissance installée des Enr était en attente de raccordement au réseau de la part d'Enedis à cause de procédures administratives (9a), alors qu'en France en moyenne 70% du temps de la durée d'un projet d'Enr est consacré aux démarches administratives (9a, p3/6) . D'après une étude le potentiel éolien de l'Europe est suffisant pour couvrir les besoins énergétiques mondiaux (9ka).
Il faudrait donc dans le prochain quinquennat pour couvrir les besoins en énergie de combustion en énergie des industries manufacturières installer 30 fois plus de sources d'énergie renouvelable décarbonée qu'on l'a fait durant la période 2015-2020.
Produire 1,5Mt de méthanol par décarbonation, permettant d'introduire le carburant M03 (3% de méthanol) dans toutes les voitures du parc automobile, Français pourrait être réalisé par une seule usine produisant 5kt de méthanol par jour (9a, 3.1). Le consommation électrique de cette dernière usine étant de 1,47kw/kg de méthanol, la production de 1,5Mt correspondrait à une consommation électrique de 2,2Twh. Ce dernier chiffre correspond à 4,5% de la production des Enr en 2019 (9b), ce qui est donc réalisable.

Il faudrait cependant que la France rattrape son retard (9ba) dans le domaine de l'éolien offshore qui est le plus productif (9b) (9n), en lançant davantage d'appels d'offres. La capacité de production installée en matière d'éolien offshore était en 2021 quasi nulle (9f) en France et 3000 fois inférieure à celle du Royaume-uni (9c) alors qu'elle dispose du 2éme potentiel éolien en mer en Europe après le Royaume-uni (9d) et la deuxième plus grande zone maritime au monde après les États-Unis (9e, 2min). La loi de programmation pluriannuelle de l'énergie (9j, p26/44)  à l'horizon 2028 témoigne en effet d'une sous-estimation des nouveaux besoins électriques à cet horizon, assez peu compatible avec un objectif annoncé de diminution de 30% des énergies fossiles. A titre de comparaison l'objectif de puissance installée au Royaume-uni dans l'éolien offshore à l'horizon 2030 est de 40 Gigw (9k, p 42/188)

Fin 2019, le parc éolien offshore de l'Allemagne d'une capacité de production de 7,5 Giw a produit 19Twh (9g). Ce dernier chiffre de production correspond aussi à la quantité d'électricité importée en France en 2020 depuis les 3 pays: UK, Espagne, Allemagne (9ga). Ceci permet d'avoir une certaine estimation  du sous investissement dans l'éolien en France en 2020, dans la mesure où la majeure partie des importations d'électricité de ces trois pays est probablement d'origine éolienne. Il est cependant en 2022 difficile d'établir l'origine carbonée ou non de ces importations, le mécanisme européen d'ajustement de la taxe carbone aux frontières étant toujours en discussion au niveau européen (9gb) ainsi que celui des garanties d'origine (9gc). Ceci alors qu'il y a par exemple une corrélation manifeste entre le niveau de taxe carbone appliqué dans chaque pays et le niveau d'émission moyen de Co2 produit par kwh produit (9gd). S'il faut fournir 2,2Twh par an pour la production annuelle de 1,5Mt de méthanol, il faudrait installer environ (2,2/19) * 7,5Gig=0,86Gw de capacité. Le coût moyen du Gw (Capex) pour l'éolien offshore étant de 3 Milliard Eur/Gig (9h,91/113) (9l,p44/188), cela correspondrait à un investissement en capacité électrique de 2,6 Milliards d'Euros. Pour remplacer la totalité de la consommation Française de carburant il faudrait une production annuelle de 175Twh, c'est à dire une capacité de production de (175/2,2)*0,86=68GigW de puissance éolienne offshore, ce qui est inférieur au potentiel éolien du pays estimé à 140Gw (9n). L'éolien off-shore est un des moyens de production électrique qui a le plus faible bilan carbone avec le nucléaire (9m, p34/245). L'investissement en usine de captage du Co2 et transformation pour une production de 1,5Mt s'élevant à 2,2*1,5/10=0,33Milliard (voir article "quid plan hydrogène"), le coût total du passage au carburant M03 pour la France peut être estimé à 3 Milliards d'Euros, pour une diminution annuelle de 4*1,5/10=0,6 Milliards des importations de pétrole, c'est à dire un amortissement (hors intérêts) estimé à 8 ans (5 + 3 de construction). Le coût pour le passage au carburant M15 serait en proportion d'environ 15 milliards, c'est à dire moins d'un tiers des recettes annuelles de la fiscalité environnementale, ou par comparaison moins d'un tiers des subventions annuelles accordées par l'état aux énergies fossiles. Des usines clef en main sont par ailleurs commercialisées en 2022 dans ce but (9mo). De plus des prototypes ont été développés pour produire du méthanol en récupérant le CO2 dissous dans l'eau de mer (9p)

La France a par ailleurs parmi les marées avec le plus haut coefficient de marnage du monde (9r) (fig2) (carte). Il serait par ailleurs possible de développer en France de nombreux sites sur le modèle  du projet de Swansea bay, au Royaume-Uni (9s), dont la puissance envisagée était, avant l'abandon du projet, de 320Mw, avec un facteur de charge de 25%. La rentabilité d'un tel projet d'usine marémotrice est probablement supérieure (9u) (p 4,6/7) (9ua) à celle d'un parc éolien compte tenu de la longévité limitée à une vingtaine d'années (9t) des éoliennes et de la difficulté a contrario à évaluer la durée de vie d'une usine marémotrice (9v), qui peut être comparable à celle d'un barrage (9w) (9x). Il y a par ailleurs un coût de gestion de l'intermittence qui est plus élevé dans le cas de l'énergie éolienne.
En ce qui concerne le chauffage, les réseaux de chaleurs de la région Parisienne, pourraient être couplés davantage à la géothermie qui y est très favorable (9w) (9x) (9y) .

 

L'énergie nucléaire, en France
Des centrales avec des coûts de construction  toujours plus élevés.
L'énergie nucléaire en France n'est pas en mesure en 5 ans de fournir de nouvelles sources d'énergie, le seul nouveau type de réacteur envisagé par Edf étant l'Epr, dont la durée de construction n'est pas inférieure à 10 ans et donc le coût d'exploitation le  classe parmi les plus chers du monde (9p). La loi PPE- 2028 envisage même des fermetures de centrales à l'horizon 2035 (p144).  La faible rentabilité de l'Epr, est autant liée à la mise en oeuvre d'un projet de centrale de type Pwr de grande taille qu'au projet lui même: la centrale de Géorgie de WestingHouse a par exemple une durée de construction supérieure à 10 ans, et un budget unitaire supérieur à 15 milliards de dollars (9pa). Ce dernier chiffre montre que l'investissement dans une centrale Pwr est environ, en 2023, 3 fois plus élevé à capacité de production égale (en corrigeant des facteurs de charges, d'un investissement dans les steps pour l'éolien, mais pas de la durée de vie) que l'éolien off-shore (3Milliards/Gig) (p44/188), ou que les réacteurs indiens IPHWR-700 (9oa).Les réacteurs dont la durée de construction dans le monde est supérieure à 10 ans sont aussi les plus chers (fig 3). Le projet de construction de six Epr (9o), ne pourrait déboucher dans le meilleur des cas que sur une mise en service en 2045, et fournir au mieux 6*12=72Twh/an. Le coût de ce dernier programme serait équivalent à la totalité du coût de construction du parc nucléaire Français construit avant 2007 (9r, p19/48), sur la base d'un coût moyen de 16 milliards par réacteur.  Le coût de construction du programme serait donc près de 7 fois supérieur à celui des centrales précédemment construites, en ramenant le coût à la production attendue, en Twh. Le coût d'un réacteur Epr serait aussi 7 fois plus élevé à puissance égale qu'un réacteur Candu (22min) (4.2). Pour le coût de ce dernier projet que l'on peut estimer à 96 Milliards d'euros, d'une puissance de 9,6Gw, on pourrait construire environ 18Gig de puissance éolienne offshore. Le facteur de charge de l'éolien offshore étant de 50%, la solution Epr devrait avoir en première approximation un facteur de charge de 93% (9/9.6) pour être aussi compétitive, ce qui ne se réalisera probablement pas. Il faut cependant intégrer dans ce dernier calcul rapide la plus faible durée de vie de l'éolien offshore (limitée à 25 ans) et la gestion de l'intermittence, de sorte que les coûts comparés doivent être étudiés plus en détail. L'éolien offshore semble plus vite amorti que les solutions Epr, mais probablement moins rentable à long terme, avec la technologie connue en 2022. Il y aura cependant des investissements très importants à réaliser par Edf d'ici 2030 (entre 150-200 Milliards avec le coût du grand carénage estimé lui même entre 50-90 Milliards (9t)), alors que l'entreprise est déjà surendettée (9s). Cependant compte tenu des fermetures de centrales programmées à cette échéance (loi PPE 2020) le projet, qui a par ailleurs un niveau élevé d'incertitude technique, sera très insuffisant en comparaison des besoins à venir. La cour des comptes a d'ailleurs pointé un risque de Blackout dans les deux prochaines décennies (9u) (9v,p22/25)

La gestion thermodynamique des centrales Françaises, de type PWR, n'est presque pas optimisée, car en cas de fortes chaleurs il y des obligations réglementaires de fermeture (9xa) alors qu'une partie de la chaleur rejetée pourrait probablement être récupérée (9xb) (9xd). En effet, pour une production annuelle électrique des centrales d'environ 400Twh, 800 Twh sont perdus, ce qui représente davantage que la consommation Française de chaleur finale (9xf)(9xg). La cogénération est peu développée dans les centrales Françaises (7/18 centrales). Une étude a montré que la cogénération dans les centrales Françaises permettrait d'éviter 8% des émissions de GES de l'industrie (p60). En particulier le nouvel Epr2 de la centrale du Bugey, compte tenu de sa proximité avec la ville de Lyon, pourrait très bien être qualifié pour cet usage, ainsi que toutes les centrales qui ont des agglomérations à moins de 100km (9xo). La production de chaleur par les centrales permet de doubler leur rendement énergétique, avec un retour sur investissement estimé en 2012 à 8 ans (9ya).
Il y a aussi un gaspillage d'eau (9xc). En effet les centrales prélèvent dans l'année environ 50% de l'eau douce disponible c'est à dire environ 5 fois plus (9xr) que l'agriculture (9xe, p38/383)  (9xh,p22/128), et consomment 22% (9xi) à 31% (9xj)  de l'eau tandis qu'une pénurie d'eau est annoncée en Europe à l'horizon 2030 (9xf) (9xg). La technologie à eau pressurisée -et en particulier l'Epr2 tel qu'il est conçu en 2022 avec une durée de vie espérée de 60ans, et des implantations en bord de fleuve (9xe) -, est donc, à défaut de modifications,
peu adaptée au réchauffement climatique (9xf). A titre de comparaison, la quasi totalité des nouveaux réacteurs Chinois sont implantés en bord de mer(9xg). Il y a un projet aux
États-unis pour récupérer une partie des 39% de l'eau douce utilisée dans le refroidissement des centrales (9xf) (9xg), mais en France Edf ne s'intéresse pas semble-t-il au sujet. La cour des comptes a ainsi émis en 2023 des recommandations sur l'emplacement des nouveaux Epr2 à partir de 2023 (p82), ainsi que Rte (9xh) .

Cette situation n'est pas propre à la France: on constate, d'après l'Aiea, une baisse en moyenne de 20% de la production électrique des centrales pendant la "saison sèche" (graphique: "disponibilité saisonnière"). Les centrales Pwr sont en réalité très complémentaires de l'énergie solaire photovoltaïque, pour laquelle on peut estimer que 40% de sa production en Europe de l'Ouest se situe pendant l'été (9xg) (21min05) (9xq). Cependant, si on estime à 130 TWh les besoins en électricité pendant l'été en France, une baisse de 20% du nucléaire pendant cette saison signifie une baisse de 0,2*130*0,8 (part du nucléaire dans le mix)=21Twh, alors que la production photovoltaïque ne dépasse probablement pas en été 11,6*0,4=5Twh (9xh). Ces derniers chiffres signifient qu'il faut probablement au minimum quadrupler la capacité d'installation du photovoltaïque disponible en 2022 pour ne pas importer d'électricité pendant l'été , comme cela a été le cas en 2022, pour 20% de la production  et en supposant invariant les moyens de stockage (9xi). La production de panneaux solaires en Europe reste de plus marginale, en comparaison d'autres régions du monde (9xj), alors qu'une politique de développement de cette industrie serait nécessaire (9xk).

Les centrales du bassin Rhône-Méditerranée utilisent en moyenne dans l'année déjà près de la moitié des ressources en eau (9xl) (9xm, graph 3)  alors qu'une pénurie hydrique était recensée en 2022 (9xj)(9xk) (9xo) et qu'en période estivale, dans ce bassin, 70%  des ressources sont consommées par l'agriculture (9xl). En moyenne sur l'année, dans ce bassin, les centrales consomment 30% de plus d'eau que l'Agriculture (p32/116). Dans le bassin Rhône-Alpes on est donc en période estivale, en moyenne, en situation de sous-utilisation des centrales(9xj) (9xm), et de pénurie pour l'agriculture (9xo), alors qu'une baisse à terme des ressources est anticipée (9xm) (9xn) (p17/184/fig 8) avec 2 fois moins d'eau dans le manteau neigeux des Alpes d'ici 2050 (9xq). Par ailleurs la région est d'après les projections (9xp) l'une de celles qui seront les plus touchées par le réchauffement.


Quel combustible nucléaire pour les centrales à l'horizon 2060?
En effet, en 2023 lancer un programme de réacteur avec une durée de fonctionnement de 60 ans et de construction de 15 ans, implique déjà de prendre en compte le combustible qui sera disponible à la fin du siècle.  En effet, si on accroissait par exemple jusqu'à 30% le niveau de l'énergie nucléaire dans le mix électrique mondial, les réserves d'U235 nécessaires seraient alors épuisées vers 2070 (p4/11), alors que la moitié des ressources mondiales provient de pays avec lesquels l'Europe est en guerre économique en 2022 (fig 25) (9xa). Il n'est donc pas à exclure que les Epr2 construits vers 2035 en France ne puissent plus fonctionner avant la fin de leur durée de fonctionnement à cause d'une pénurie d'alimentation en U235 (p2/14), sauf si ceux-ci étaient exclusivement alimentés avec du Mox.
En fonctionnement normal un réacteur fonctionnant à l'Uranium, consomme plus de matière fissile (U235,P239) qu'il n'en produit (9xd). On pourrait qualifier son fonctionnement de sous-générateur. Il y a deux autres types de fonctionnement : régénérateur (on consomme autant de matière fissile qu'on en produit) (16min), ou surgénérateur (on produit plus de matière fissile qu'on en consomme).
En 2023, 1/3 du combustible fissile des réacteurs était du plutonium et 2/3 de l'U235 (9xb). La filière nucléaire préconise pour palier à une pénurie de plutonium -dont les stocks mondiaux en 2013 étaient de 500t (9xc)- et de U235 de relancer les surgénérateurs.


Les surgénérateurs peuvent en théorie utiliser de l'uranium 238 ou du thorium 232 (15ca)(17min).
Il y a un  prototype en Inde qui utilise le sodium comme échangeur, ce qui pose beaucoup de problèmes à cause de son inflammabilité (15ci), mais il n'y a pas en 2023 dans le monde de pays qui soit parvenu à utiliser à grande échelle
, dans des réacteurs à neutrons rapides (RNR), de l'U238 appauvri (15ce) dont les stocks sont très importants (15cf) (p22). En effet, par exemple, dans le cas de Superphenix dont le combustible était constitué à 80%, de U238 et à 20%, pour une tonne par an, de Plutonium, avec un temps de fonctionnement qui n'a pas dépassé les 4 ans (p53/206), le réacteur n'aurait pas utilisé plus de 4*4=16t de U238 pendant ses 11 années de fonctionnement, et 4 t de plutonium. Si on suppose que 8TWh équivalait à la consommation d'une tonne de plutonium la consommation totale d'U238 de Superphenix  aurait même été de 4t de U238 (7,5/8*4). Compte tenu d'un facteur de charge moyen de 10% (15cg) pendant ses 24 années de mise en service, le surplus de Plutonium produit n'aurait pas dépassé les 1,2t (24/30*15*0,10) (15ch).  Contrairement à ce qui est rapporté dans de nombreux médias l'abandon en 2019 du projet de surgénérateur français Astrid (15cb) résulte d'une décision technique (15cf) (IIIA2c) (1h)  et non politique: C'est l'évaluation techno-économique faite par le Cea de la viabilité du projet qui a conduit à son abandon.
De l'U238 a aussi été utilisé en quantité importante avec le Mox, dont la radiotoxicité est beaucoup plus importante que l'uranium enrichi, et le coût de fabrication aussi (15cg) (15ch). Si l'on prend l'exemple du réacteur Russe BN-800, qui est probablement le modèle le plus avancé de réacteur à neutrons rapides, celui-ci fonctionnait en 2022 avec 60% de Mox. Or le Mox n'est par exemple pas recyclé en France (le temps de refroidissement du combustible usagé est de 50 ans). Il est donc très probable que celui-ci ne fonctionne pas en mode surgénérateur, la quantité de Plutonium recyclé du réacteur étant probablement très faible. L'autre modèle de réacteur à neutrons rapides Russe en fonctionnement le BN-600 ne présente pas d'intérêt en matière de gestion du combustible puisqu'il consomme entre 5 à 13 fois plus de U235 qu'un réacteur de type PWr. En 24 ans de fonctionnement le BN-600 a été arrêté à cause de fuites de Sodium pendant 12 ans, tandis que l'arrêt définitif est envisagé en 2025 (15ck). Il n'existe pas d'autre réacteur à neutrons rapides en fonctionnement en 2024 que les réacteurs Russes (15cj) et aucun ne fonctionne en mode surgénérateur. L'utilisation du Mox, qui n'est par exemple pas autorisé aux Etats-Unis, favoriserait la corrosion sous contrainte (p20/115). Il n'y a pas de preuve tangible de la rentabilité d'une filière de surgénérateur à neutrons rapides par rapport à d'autres alternatives (28min). Ceci d'autant, par exemple, que le "temps de doublement" (où durée au bout de laquelle la surgénération a doublé la quantité de plutonium consommé) n'est pas inférieur à 30 ans (15ci). Ce dernier paramètre impliquant nécessairement la construction d'un parc important de RNR, pour éviter une pénurie de Plutonium, alors qu'aucun prototype dans le monde n'a à ce jour montré une exploitation significative en mode de surgénération: Superphenix, seul RNR surgénérateur connu en 2024, n'aurait produit en 24 ans de mise en service que 1,2t de Plutonium, pour un coût de 14,5 milliards d'Euros (15cj).
De plus on pourrait utiliser en France le stock de 315.000 tonnes d'Uranium appauvri pour les utiliser directement dans des réacteurs Candu, ceux -ci pouvant aussi être alimentés pas le Plutonium produit pas ce cycle (15cm), en proportion de 0,4% dans le combustible à retraiter. L'uranium appauvri est aussi déjà utilisé dans les réacteurs Indiens PWHR (15co).
En effet, il suffit juste de compenser la différence de 0,3% de concentration existant en U235 entre l'Uranium appauvri et l'uranium Naturel, par du Plutonium pour initier la réaction de fission d'un réacteur Candu. A défaut, l'utilisation de l'uranium appauvri, dans un réacteur à l'eau lourde n'utilise que 0,3% de concentration additionnelle en U235, à comparer avec les 3-0,7=2,3% nécessaires à un réacteur PWR, ce qui permet une économie par un facteur 7 de la consommation de U235. Or la consommation annuelle en combustible d'un réacteur Rep est d'environ 30 tonnes par an (15cp), ce qui correspond environ à 1 tonne de U235/an. L'économie de U235 réalisée par un nouveau réacteur Candu utilisant l'uranium appauvri est donc, en 30 ans, de 30*1*6/7=25 tonnes de U235. C'est davantage que l'économie de matière fissile, en Plutonium, réalisée par un surgénérateur à Neutrons rapides sur la même durée qui ne dépassera pas 20 tonnes (15cq) (temps de doublement). Enfin, à quantités égales, le U235 est un combustible fissile plus intéressant que le Plutonium, puisqu'il faut par exemple une quantité de 8,5% ed Plutonium dans le Mox contre 3,5% de U235 pour le combustible d'une centrale Pwr.
Dans le cas d'un parc composé à égalité de réacteurs de type Candu et PWr, les premiers n'ont pas besoin de combustibles puisqu'ils peuvent aussi être alimentés par le combustible de retraitement des seconds (15cr).  L'intérêt d'un parc nucléaire mixte en réacteurs PWR/eau lourde  apparaît donc  supérieur à celui d'un parc en réacteurs PWR/RNR, le démarrage de ce dernier type nécessitant aussi un stock important de Plutonium, en faisant abstraction en 2024 de la faible maîtrise technologique des RNR, en mode surgénération (15cs). En effet, tous les réacteurs à Neutrons rapides, avec caloporteur Sodium, fonctionnant en mode surgénérateur, mis en service ont eu des fuites (15ct).   

La voie des réacteurs à l'eau lourde  ne pourra pas être défendue par une société comme Orano, qui lui ferait perdre une grosse partie de son chiffre d'affaires du fait de la diminution importante des quantités d'uranium à extraire, et de U235 à enrichir. Par ailleurs, un réacteur  Candu produit 2 fois plus d'énergie par quantité de plutonium du combustible qu'un réacteur PWR (p3). Il permet donc de diminuer sensiblement la quantité de matière fissile utilisée, en dehors de sa capacité à fonctionner aussi en mode surgénérateur, si le Thorium est utilisé.  

La deuxième voie de surgénération par le thorium 232 paraît techniquement nettement plus avancée (15cd) , avec un nombre de prototypes, dans le monde, à l'horizon 2050 qui sera probablement plus important que pour la première voie. Les réacteurs à l'eau lourde (>=47), beaucoup plus nombreux en 2024 que les réacteurs à neutrons rapides (<=2), peuvent être surgénérateurs pour la filière thorium-uranium (15ce)(15cf). Le développement d'un nouveau cycle du combustible à partir de réacteurs à l'eau lourde a déjà été étudié en théorie (15cd).
Les surgénérateurs ont par ailleurs été mis en avant, comme une porte d'entrée possible de l'utilisation du Thorium comme combustible nucléaire. En effet, l'utilisation du Plutonium associé au Thorium est par ailleurs possible, puisque l'on peut alors utiliser un réacteur Rep (centrale de Shippingport). Le procédé décrit par le physicien Carlo Rubbia de production de U233 à partir du Thorium, qui est une réaction sous-critique, serait néanmoins une alternative possible.


On le voit, la maîtrise de la surgénération ou de la régénération, à grande échelle, ce qu'aucun pays n'a encore réussi en 2023, est indispensable à la poursuite de l'industrie nucléaire, qui à défaut sera en situation de pénurie de matière fissile au plus tard au 22eme siècle.

Les filières basées sur l'enrichissement de l'uranium montrent un rapport  (Quantité Twh produit/Gigaw installé) (9x), voisin de 6,9 Twh/Gwh, et un coût d'utilisation supérieur à la filière développée dans les réacteurs de type Candu, qui n'utilisent pas l'enrichissement. A titre d'exemple la puissance installée au Canada était en 2019 de 13,6Gw, la production électrique de 94,9Twh, c'est à dire présentait une meilleure productivité en 2019 que la filière Française basée sur l'enrichissement (6,97 versus 6,06).
A l'opposé des surgénérateurs, une voie de recyclage a été expérimentée  en Chine depuis 2010 dans des réacteurs Candu (15cg), ce qui montre pour la gestion du combustible l'intérêt de développer des réacteurs à l'eau lourde à côté d'une filière basée sur l'enrichissement, qui peuvent par ailleurs être un moyen efficace de traiter les déchets sans retraitement (China Nuclear Fuel Cycle(15ch) (15ci), alors qu'en France à l'horizon 2030 se profile la saturation des piscines d'entreposage (p34/40). La filière a réussi prouvé au niveau mondial, depuis les années 1970, qu'elle pouvait utiliser des stocks de U238 en quantités beaucoup plus importantes que la voie de la surgénération -par exemple 161t entre 2004 et 2008- (15db), et qu'elle peut sans modification utiliser 100% de combustible Mox (15de). Les réacteurs Candu présentent aussi un niveau de sécurité accru par rapport aux autres types à cause de de l'existence de plusieurs dispositifs passifs et actifs de contrôle de la réaction (15df). A  titre de comparaison les réacteurs de type Pwr fonctionnent avec un combustible à 4% (p6/32) d'U235 contre par exemple 0,7% pour les réacteurs de type Candu (15b). En 2026, seront par ailleurs commencé des essais pour utiliser le thorium comme combustible des réacteurs de type Candu (15c) (4.1), ce qui réduirait le volume des déchets à vie longue de 90% (15ca). Le Thorium avait d'ailleurs déjà été utilisé avec succès comme combustible nucléaire 
associé au Plutonium à la centrale de Shippingport dans les années 80. Son utilisation paraît donc nettement plus justifiée que le Mox, étant la quantité nettement plus faible de déchets à longue vie, lié à son utilisation. Il y a donc des raisons de penser que les technologies des réacteurs à eau lourde (IPHWR-700), ou plus généralement au thorium se développent davantage que celles basées sur l'enrichissement, compte tenu de la pénurie annoncée d'U235 au plus tard d'ici la fin du siècle (p3/12) -ou d'ici 120 ans si on suppose la consommation d'uranium constante (p178/378).


La filière Epr, peut-elle  être techniquement  considérée comme une solution de prolongation de l'énergie nucléaire en France de nature à éviter "l'effet falaise" du parc historique qui va intervenir à partir de 2050 (p28/60) (15cg)? On peut en douter, sauf à généraliser le principe de centrales fonctionnant avec 100% de  Mox conjointement avec le développement d'une filière RNR (neutrons rapides) (p19), dont la génération IV est attendue à partir de 2030. Depuis 1995, la demande mondiale en Uranium est supérieure à la production (courbe), et on devra, pour les centrales en utilisant utiliser des quantités croissantes de Mox, du fait de la raréfaction de l'U235, malgré des stocks potentiels encore importants (15bg) (10min).  Avec la maîtrise technique disponible en 2023, le retraitement des déchets issus du filière Mox n'est cependant pas possible (15db) La durée de construction d'un réacteur Epr2 est estimée à 15 ans (le minimum de 10 ans ayant été atteint avec la centrale chinoise  de Taishan) contre 3 ans (15bc) par exemple pour le réacteur Smr, BWrx-300 (15ba). La première version des Epr souffre de défauts de conception, en particulier, semble-t-il, d'une usure prématurée des barres de combustible provoqué par une mauvaise modélisation de la circulation d'eau dans le circuit primaire (15bc) (15bf), outre ceux de réalisation (15bd) (15be). En 2022, a été décidé le lancement (15bg) d'un programme pour la construction de six nouveaux Epr2, avec un coût sous-estimé de 8 milliards par réacteur (l'Epr de Flamanville a couté plus de 19 milliards (15bh)(15bk)), et sans que le financement ait été planifié en 2023 (15bi)(15bj)(p93). Il n'y a eu un appel d'appel d'offres de la part d'Edf (15bl), que pour un seul type de réacteur l'Epr (15bk), contrairement à ce qui  est pratiqué par d'autres pays(15bh) . On peut s'interroger dans ces conditions sur la rationalité de l'Arenh, qui était destiné à ouvrir la  concurrence, mais s'accorde avec des conditions de marché qui instaurent un monopole pour le production d'électricité nucléaire. En comparant au marché des télécoms, cela reviendrait à limiter l'accès aux Mvno, en interdisant la procédure d'attribution de licences.
La troisième voie est celle de réacteurs à sels fondus utilisant le thorium.

Le thorium dont la ressource pourrait durer un millénaire (15d) est associée à une gestion plus durable de l'énergie nucléaire que l'U235, qui deviendra rare au plus tard à la fin du siècle (15da). Cependant il restera épuisable, et est peu durable à l'échelle de la vie de la terre (15e) (15f), comme le sont les énergies fossiles qui ne ferment pas le cycle du carbone, a contrario du (e-)méthanol, qui peut être produit à partir des Enr et /ou de la biomasse.


Les réacteurs à sels fondus (9xi) a contrario n'ont pratiquement aucune consommation d'eau et sont donc beaucoup plus adaptés au changement climatique (9xg). Il ne s'agit pas d'un concept récent puisqu'un réacteur expérimental a fonctionné pendant 4 ans, sans discontinuité, à partir de 1965, à une température de 1200°C (17min), au laboratoire américain d'Oak Ridge (9xga). Plus de 70 nouveaux projets de réacteurs de ce type sont en développement dans le monde (9xh). Le marché de ces réacteur va être multiplié par 3 entre 2021 et 2029, d'après les prévisions, principalement aux États-Unis (9xha). En France la production de l'uranium enrichi, à l'Usine Georges-Besse II nécessite par ailleurs une production électrique équivalente à la consommation de la région Parisienne (9z). La filière basée sur l'enrichissement s'est basée sur la volonté d'assurer un approvisionnement en uranium 235 pour la production d'armes nucléaires (9za) (9zb) (9zw) et la question de la rentabilité semble avoir été occultée par l'impératif militaire . Par ailleurs l'un des trois Epr en exploitation, mais à l'arrêt depuis Juillet 2021, à la centrale chinoise de Taishan aurait révélé un défaut de conception de la cuve de l'Epr (9zc, 4min40) (9zd) (9zf), qui provoquerait un problème de fiabilité sur la descente des barres de contrôle qui permettent d'arrêter la réaction (9ze). Ainsi en Juillet 2022, il n'y plus d'autorisation de l'Asn pour faire fonctionner les réacteurs de type Epr1 à 100% de puissance. On peut donc émettre des doutes sur la compétitivité à long terme de la filière Epr1, en comparaison des autres types de réacteurs, et en particulier celles basées sur l'utilisation du thorium (9zf).(9zg) (9zh, 11min) (9zi) (9zj). Le cout des réacteur à sels stable est estimé 4 fois moins cher que l'Epr (9zv). En France il y a eu en 2021 la création de la startup Naarea (9zq) (9zr) avec le soutien de l'Etat, mais celle-ci semble surtout envisagée avec un rôle marginal comme une solution de gestion des déchets à vie longue, à base de Plutonium (9zu), dans une vision beaucoup plus restreinte que d'autres projets étrangers comme Thorcon ou Imsr. Le projet Ads (1min08) développé, à partir de 2019, en Suisse exploite aussi le thorium, sur le modèle proposé par Carlo Rubbia. La filiére Thorium a déjà été expérimentée avec succès depuis les années 80 (9zo) (9zp) et produit, à puissance égale, environ 0,1% du volume de déchets à vie longue d'une centrale de type Pwr Française (9zq) alors que le cout provisionné en 2013 pour la gestion des déchets en France est voisin de 32 Milliards d'Euros, dont 90% associé aux déchets à vie longue (7zm,p106/256) (7zo,p89/227). Ces derniers montrent en France l'absence d'une politique de (6min) retraitement des déchets à vie longue en France, alors que le réacteur Russe à neutrons rapides BN-800, permet d'en diminuer la quantité. En effet, seul (9zs) le projet de la startup Naarea, gérés sur fonds privés, pourrait s'attaquer à la question. L'utilisation du combustible Mox (mélange de plutonium au combustible) a surtout été fait dans l'optique de diminuer la consommation d'U235, mais a conduit à des déchets plus radioactifs qui en sont plus retraités du tout (9zs) (9zt) dans une proportion au moins 10 fois plus importante. Les conséquences des accidents nucléaire passés ont eu tendance à être minimisées (9zm) (9zn). Le Royaume-uni n'a ainsi pas, en 2022, décidé dans son programme d'installation de 19 nouveaux Gig de puissance nucléaire (9zj) d'ici 2030, de construire de nouveaux Epr à part ceux d'Hinkley Point déjà en chantier, ces derniers étant jugés peu compétitifs (9zk) (9zl).

On pourrait espérer un délai de construction plus court avec un petit réacteur modulaire (10). Cependant en 2021, le seul réacteur de ce type envisagé est Nuward (11) pour lequel Technicatome (12) ne prévoit pas de prototype avant 2030, tandis que le recours à des réacteurs conçus à l'étranger comme le réacteur américain Nuscale (12) (mis en service en 2024), ou Chinois Htr-10 (13) (mis en service en 2021 (13a) ) ou le réacteur TMSR-500 (13b) (13c) dont le temps de construction est de 6 ans (13d, 34min)  n'est pas envisagé par Edf. Dans le même temps, il n'est pas impossible qu'intervienne quelques fermetures de centrales, dans les 5 prochaines années (14). En effet seuls les réacteurs SMR ont des délais de construction potentiellement inférieurs à 5 ans (14a,p12/35). Même si l'on pouvait en France mettre en oeuvre le projet de mise en service de la Chine de 19Gw de puissance électrique nucléaire dans les 5 prochaines années (15), on ne produirait environ que 100Twh supplémentaires. Il faudrait alors seulement multiplier alors environ par 20 environ la puissance éolienne à installer par rapport à la période 2015-2020 pour substituer dans les 5 prochaines années l'énergie du secteur manufacturier par de l'énergie électrique. 
Il n'y a pas besoin par ailleurs de calcul économique très poussé pour constater que les scenarios de projection du mix énergétique qui prévoient en France une sortie complète de la filière nucléaire à l'horizon 2050 ne sont pas optimaux du point de vue économique. En effet, cela impliquerait par exemple la fermeture de l'Epr1 de Flamanville dont la durée de vie est prévue après 2080, tandis que la question du maintien de la production de U235 (15a) pour la fabrication d'armes n'est alors pas pris en compte.

Le graphique de la production d'énergie primaire du nucléaire par rapport aux énergies renouvelables des 20 dernières années montre qu'il faudrait se lancer dans des chantiers très importants pour augmenter la production des Enr dans de telles proportions en 5 ans (15b, p21/80).

Le secteur qui a connu l'augmentation du taux de Co2 la plus importante depuis 2014 en France est celui de la production d'électricité, et l'augmentation s'explique par l'arrêt de certaines tranches de centrales (15a, p42/158)
La question de la transition énergétique en France n'est donc pas celle de trouver la bonne répartition dans le mix électrique entre énergie d'origine nucléaire et énergies renouvelables, mais des possibilités techniques et financières d'augmenter assez rapidement les capacités de production de ces deux types d'énergie pour les substituer aux énergies fossiles.  L'objectif immédiat est de baisser les parts du pétrole et du gaz dans le diagramme ci dessus pas celles du nucléaire ou des Enr. Les énergies électriques décarbonées sont en effet nécessaires pour les procédés de méthanation ou de production d'e-méthanol. Comme il est possible par ailleurs de capter le CO2 dans l'air (16) ou dans l'eau de mer(16a), la maîtrise du réchauffement climatique peut se résoudre  aux questions de la production de nouvelles sources d'énergies décarbonées et à celle de la maîtrise des fuites de méthane.

 

Quels modèles économiques ?
Ceci d'autant qu'en France l'augmentation du prix de l'électricité entre 2011-2021 est supérieur à l'inflation (16b) et que les augmentations à venir risquent d'être plus importantes (17) .  Ce prix trop élevé témoigne à la fois en France d'une insuffisance des investissements dans les moyens de production d'énergie électrique décarbonée et d'autre part redonne un avantage comparatif pour le consommateur en faveur de l'utilisation des énergies fossiles (transport, résidentiel). La politique tarifaire Allemande ou Danoise consistant à établir une taxe qui constitue plus de 50% du prix (18) de l'électricité n'est pas à ce titre un bon signal envoyé au consommateur, puisqu'elle devrait s'appliquer, pour autant qu'elle soit justifiée, uniquement aux fournisseurs d'énergie électrique carbonée.

Le bilan de production électrique Français montre qu'en 2020, 43Twh d'électricité ont été exporté (18bg), tandis que 17,01MtCo2 ont été émis pour la production électrique (18bh) et 33Twh ont été produits à partir du gaz (18bi). Ces derniers chiffres permettent à eux seuls de comprendre que la production électrique à partir du gaz n'est utilisée que pour pallier aux problèmes d'intermittence. Le prix de vente réglementé du gaz est voisin en 2022 de 100Eur/Megwh (18bj). Compte tenu d'un niveau de la taxe carbone en 2022 (0,028c/kwh), si l'État  transformait la Tva du méthane vert en TICGN,  on pourrait le produire, à un coût de  0,136c- 0,028c=0,108/kwh (18bh, 5.1), voisin de celui du méthane gris. Cela permettrait aussi d'éviter à peu de frais l'émission de 17Mt de Co2, c'est à dire de 5% (18bi) des émissions françaises . On peut de plus à nouveau capter le CO2 en sortie des centrales électriques, le stocker puis produire ultérieurement du méthane vert. Cela permettrait aussi de rendre plus supportable pour les consommateurs le doublement du niveau de taxe carbone prévu d'ici 2030 (18bj), pour autant que l'Etat Français respecte la directive européenne 2021 sur l'énergie. 

Enfin, la réglementation européenne très complexe de fixation du prix de l'électricité, ne garantit des conditions de production équitables. La fixation du tarif réglementé par la Cre (18ba) , se fait pour Edf à un coût inférieur à ses coûts de production (18bf) tandis que la règle ARENH (18bd) imposée en 2022 est contraire au droit commercial. En effet, Edf n'a pas le droit de faire des ventes à perte (18be) alors que c'est manifestement le cas pour plus de 10% de sa production (18bb), pour l'équivalent de 8 M d'euros. Ces dernières réglementations tarifaires auraient pu être contestées par tout actionnaire d'Edf, avant la décision de nationalisation de l'entreprise en 2022. Par ailleurs,'absence d'harmonisation des niveaux d'imposition de la taxe carbone entre les pays européens (18b) crée des distorsions de concurrence entre les producteurs d'électricité (facteurs d'émission). Par exemple le niveau de taxe carbone est trop faible en Allemagne pour favoriser la production d'électricité à partir du gaz plutôt du charbon (18a, p6/8) alors que la première est trois fois moins émettrice de CO2. La taxe n'assure pas non plus en Allemagne en 2022, la rentabilité des techniques de CCS pour la production électrique à partir du charbon. Il serait en effet par exemple légitime en France d'appliquer le différentiel de taxation du carbone existant sur la production d'électricité (Tableau 2.4) entre la France et la Pologne aux importations d'électricité venant de Pologne, d'autant que celles-ci proviennent en 2022 à 80% du charbon (18c).  A défaut d'une réforme du système européen de fixation du prix de l'électricité (18ca, 27min) "à partir de celui de la dernière centrale appelée" (18d) , (18f), il serait profitable pour assurer au consommateur un prix de l'électricité non prohibitif  de mettre en place un plan d'élimination des énergies fossiles dans la production d'électricité, comme le prévoit le Royaume-uni à l'horizon 2035 (18e). Si un tel engagement était pris par la France cela permettrait par exemple de légitimer davantage l'utilisation de la voiture électrique dans la mesure où l'origine non carbonée de l'électricité utilisée dans les voitures serait assuré à 100% et non pour une fraction de celle-ci, comme en 2022. De plus cet engagement est techniquement et économiquement possible en remplaçant les centrales à gaz productrices d'électricité par des Step.
Le niveau de taxe carbone dans le secteur de la production d'électricité à partir du gaz qui s'élevait en 2020 à 26Eur/tCO2 (18ea, p 19/48) serait trop faible que la capture du CO2 y soit rentable car le coût de captation est plutôt voisin de 60Eur/co2 (18eb), si l'on exclut la valeur marchande du CO2 capté, voisine de 60$/t. Le prix de vente de la tonne de Co2, à 65$, est en réalité supérieur à son coût de captation (18ec), ce qui montre la gestion assez court-termiste en France, des acteurs du secteur (18ed). Du point de vue économique l'observation des prix de gros en Europe observée en Août 2022 (18ef) et au delà (18eh) monte le caractère totalement insoutenable dans la durée de ceux-ci. Ainsi, fin 2022, le prix moyen du marché de gros de l'électricité était deux fois plus élevé en France qu'en Espagne (paragraphe 2), alors qu'en France 2,9% du Pib était consacré à des aides pour protéger le consommateur de la hausse des prix de l'énergie (contre 3,2% en Espagne). Ces prix de marché sont aussi très au dessus des coûts de production Français
(p40-41/104). L'inspirateur de la tarification au cout marginal des prix de gros de l'électricité, Marcel Boiteux déclarait déjà dans la revue de énergie en 2012 (18eg) : " Il apparaît que la solution la plus raisonnable serait de sortir la France du marché de gros européen". Pour Rte dans un article publié en 2015 (p49/62) : "le système des prix nodaux [utilisé aux États-Unis] est une bonne solution". Ou encore (p70/92), on trouve dans un article de 2013: "[la mise en place des prix nodaux] pourrait réduire le prix moyen dans la majorité des pays considérés". Ceci, alors  que les critiques contre la tarification au coût marginal sont nombreuses (18eh) (18ei) (18ej). Revenir sur ce système de tarification, ou atténuer ses effets par un plafonnement du prix du gaz supposerait toutefois pour la France au niveau juridique de sortir du système européen de l'électricité, comme l'ont fait l'Espagne ou le Portugal depuis Mai 2022 (18ek).En effet le système européen impose un prix unique de l'électricité alors que les coûts de production des différentes pays sont de plus en plus différents (18el).Les prix de l'électricité en Europe sont parmi les plus chers du monde (18em) sans pour autant que cela s'accompagne nécessairement d'une production particulièrement décarbonée dans tous les pays membres.

 

On voit donc qu'au delà des coûts induits, la diminution de 20% des émissions de GES en l'espace de 5 ans comme cela est imposé implicitement par la loi 2019 énergie climat paraît difficilement réalisable du point de vue technique par une augmentation si rapide de la puissance électrique installée et n'est pas en adéquation avec la trajectoire fixée  par la loi pluriannuelle de programmation de l'énergie 2019-2028. 
Cependant, les coûts de production du e-méthanol et du méthane obtenu par méthanation sont inférieurs aux prix de vente observés en Octobre 2021 de l'essence et du méthane. il faudrait donc reporter leur taxation au niveau des producteurs et non des consommateurs afin de pouvoir  défiscaliser le méthanol et le méthane verts. On pourrait ainsi assurer la compétitivité de ces énergies décarbonés, à court et à moyen terme. Ce type de mesure aurait un effet beaucoup plus certain sur la balance commerciale par exemple que le Cice (19, p72/306) .
De telles mesures ne seront sans doute pas suffisantes et il faudra aussi s'orienter à brève échéance vers l'utilisation systématique des techniques de séquestration du CO2 (CCS).
La France est en 2022 parmi les pays (20, p13/51) présentant le plus de chances de réussir le difficile pari du zéro émission en 2050. Cependant il faudrait en particulier pour cela être très attentif aux solutions technologiques retenues dans le domaine du nucléaire, le réacteur Epr1 ayant beaucoup d'inconvénients en matière de sécurité, d'externalités et de coûts, alors que d'autres voies vers la filière Thorium, ou plus généralement la production de clusters de SMR 
semblent nettement préférables. Ce serait une perte de chances que de limiter le développement de l'éolien offshore, aux 10 Gigw prévus d'ici 2030 (21), avec pourtant le deuxième potentiel en Europe. Il devient également urgent de développer des parcs photovoltaïques pour pallier à la baisse 
de production moyenne de 20%, en France et dans le monde, du nucléaire pendant la saison sèche.  Ceci alors que le développement de ces filières peut être lancé rapidement en comparaison de l'énergie nucléaire et que de nouveaux besoins de production électrique sont demandés à brève échéance.