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Électricité : assumer les coûts et préparer la transition énergétique

11 juillet 2012 : Coût réel de l'électricité - Électricité : assumer les coûts et préparer la transition énergétique ( rapport de commission d'enquête )

II. DES COÛTS ORIENTÉS À LA HAUSSE PAR SUITE DE BESOINS D'INVESTISSEMENTS MASSIFS

Admettre que les Français ont bénéficié ces dernières années pour leur approvisionnement en énergie électrique de l'avantage que constituent des équipements nucléaires largement amortis par suite des efforts considérables consentis après le premier choc pétrolier, ne suffit pas à convaincre de ce que la stratégie qui s'est révélée payante, l'est encore aujourd'hui. Nous vivons sans doute les prémices d'une phase de transition énergétique.

En premier lieu, la poussée de la demande d'électricité pour toute une série d'usages spécifiques, au-delà des besoins nés du chauffage, exige, surtout en période de pointe, des moyens accrus.

Parallèlement, du côté de l'offre, les vicissitudes de la construction de la nouvelle génération de centrales nucléaires, l'importance des investissements à envisager pour une éventuelle prolongation des installations actuelles ainsi que pour réaliser les aménagements de sécurité post-Fukushima sont autant de sujets qui font anticiper une hausse des coûts.

La montée en régime des énergies renouvelables de leur côté ne permet pas d'anticiper une baisse des coûts, à la fois parce que leurs surcoûts doivent être financés par la CSPE et que leurs technologies ne sont pas arrivées à maturation. En outre, le réseau nécessite des investissements conséquents pour sa maintenance, pour le développement des interconnexions, ainsi que pour le raccordement des énergies renouvelables.

Bref, il faudra procéder à des investissements massifs qui ne pourront que peser sur les coûts.

A. DES FACTEURS DE HAUSSE DU CÔTÉ DE LA DEMANDE QUI EXIGENT DES MOYENS DE PRODUCTION ACCRUS

1. La poussée des usages spécifiques
a) Une progression particulièrement préoccupante dans le secteur résidentiel-tertiaire

La consommation finale d'électricité en France continue à croître, mais sur un rythme de moins en moins soutenu. Après avoir crû de 3,8 % par an en moyenne au cours des années 1980, elle a progressé de 2,5 % par an au cours des années 1990 et de 1,2 % par an au cours des années 2000.

Ce ralentissement de la hausse de la consommation totale cache des tendances très différentes selon le secteur considéré. Quand la consommation finale du secteur industriel augmentait de 5 % entre 1990 et 2010, celle du secteur résidentiel-tertiaire augmentait de plus de 70 %. Au cours des années 2000, ces deux secteurs ont même évolué de façon opposée, avec une diminution de 1,4 % par an en moyenne dans le secteur industriel (- 10,5 % pour la seule année 2009), contre une augmentation de 2,5 % par an dans le secteur résidentiel-tertiaire.

Fort de ce constat, votre rapporteur s'est particulièrement intéressé à l'évolution de la consommation de ce secteur, dont il faut rappeler qu'avec 300 TWh en 2010, il représente à lui seul plus des deux tiers (68 %) de la consommation finale d'électricité en France, contre 58 % en 1990 et moins de la moitié en 1980.

Certes, cette forte croissance du secteur résidentiel-tertiaire peut s'expliquer par plusieurs facteurs, tels que l'accroissement de la population, la baisse du nombre de personnes par ménage ou le dynamisme du secteur tertiaire. Cependant, plusieurs personnes auditionnées ont souhaité attirer particulièrement l'attention de votre commission sur l'évolution, au sein du secteur résidentiel-tertiaire, de la consommation d'électricité spécifique.

La consommation d'électricité spécifique est la consommation d'électricité dans des usages pour lesquels elle ne pourrait être remplacée par aucune autre source d'énergie, tels l'éclairage, les appareils électrodomestiques ou l'audiovisuel, à l'inverse de ses usages thermiques, pour lesquels il est possible de leur substituer du gaz naturel par exemple.

Source : CEREN (graphique Sénat)

M. Benjamin Dessus, président de Global Chance, a rappelé à votre commission lors de son audition la place prépondérante qu'occupe l'électricité spécifique dans la consommation du secteur résidentiel-tertiaire : « Les applications thermiques, c'est-à-dire le chauffage et l'eau chaude, représentent au total à peine 40 % de la consommation d'électricité » ; « Au contraire, les applications de l'électricité considérées comme spécifiques, par exemple l'éclairage, la production de froid, les moteurs, les appareils domestiques, les équipements audiovisuels, la télévision ou l'ADSL, représentent 61 % de la consommation. ». Et de conclure : « C'est donc là que se situe le problème. »

Si l'on regarde plus précisément à l'intérieur du secteur résidentiel-tertiaire, on constate que l'électricité spécifique représente environ 50 % de la consommation électrique du secteur résidentiel, et 75 % de celle du secteur tertiaire.

De son côté, M. Jean-Marc Jancovici, ingénieur-conseil, a insisté auprès de votre commission sur l'évolution de cette consommation : « la consommation d'électricité qui augmente le plus vite aujourd'hui dans les bâtiments n'est pas celle qui est liée au chauffage, mais celle qui sert à faire fonctionner tout le reste : les machines qui montent et qui descendent, qui cuisent, qui refroidissent, qui tournent, qui retransmettent des tas d'images extraordinaires ».

En effet, la croissance du poste « électricité spécifique » à l'intérieur du secteur résidentiel-tertiaire est particulièrement importante. Entre 1990 et 2009, elle est passée de 100 TWh/an à 168 TWh/an, soit 68 % d'augmentation. Dans le même temps, la consommation de l'ensemble du secteur passait de 177 TWh/an à 276 TWh/an (plus 56 %) : la consommation d'électricité spécifique explique donc à elle seule 69 % de la hausse.

À l'intérieur du secteur résidentiel-tertiaire, la croissance de la consommation d'électricité spécifique est beaucoup plus forte dans le secteur résidentiel (plus 85 % entre 1990 et 2009) que dans le secteur tertiaire (plus 55 %).

Ainsi, toute réflexion sur la maîtrise de la demande d'électricité ou sur la recherche de gisements d'économies d'électricité ne peut être menée sans avoir à l'esprit qu'au sein du secteur le plus consommateur d'électricité et qui connaît la croissance la plus forte - le secteur résidentiel-tertiaire - la consommation qui connaît la plus grande croissance est celle d'électricité spécifique.

b) Un phénomène encore mal quantifié mais dont les causes sont bien identifiées

Une étude détaillée de la consommation d'électricité spécifique du secteur résidentiel-tertiaire est rendue difficile par le peu de données disponibles.

Ainsi, on ne dispose pas d'une décomposition précise, par usage, de cette consommation dans le seul secteur tertiaire, malgré l'existence d'études précises menées sur des cas spécifiques, comme sur l'éclairage d'un ensemble de bureaux81(*).

On pourra retenir l'évaluation qu'en a faite l'association Global Chance, dans son cahier de janvier 2010, sans disposer pour autant d'éléments de comparaison antérieurs, et donc sans pourvoir étudier l'évolution des différents postes de consommation. Selon l'association, la consommation d'électricité spécifique se répartit ainsi : 30 % pour les équipements de bureau, 30 % pour l'éclairage public, 13 % pour la climatisation, 9 % pour le froid et 19 % au titre d'autres consommations (ascenseurs, lavage, usages spécifiques à l'artisanat). Global Chance souligne que le poste climatisation connaît une croissance très rapide depuis une dizaine d'années.

La consommation des centres de données

Un centre de données est une installation regroupant des serveurs et leurs équipements liés - onduleurs, stockage, matériel réseau - ainsi que les équipements permettant leur refroidissement, qui représentent une part importante de la consommation totale : pour 1 kW consommé par un serveur, il faut consommer au moins 1 autre kW pour dissiper la chaleur82(*).

Le développement d'Internet a conduit à la multiplication de ces centres de données et leur nombre ne cesse de se multiplier. Le Data center knowledge estimait ainsi en 2011 que Google possédait 900 000 serveurs, contre 450 000 en 2006. Cette tendance à la hausse ne pourra que se confirmer avec l'essor du « cloud computing » - l'informatique dans le nuage -, qui consiste à déporter sur des serveurs des informations ou des traitements informatiques traditionnellement localisés sur le poste de l'utilisateur. L'association Greenpeace estimait récemment83(*) que la quantité de données numériques circulant sur Internet devrait être multipliée par 50 entre 2012 et 2020.

En 2007, un rapport au Congrès américain84(*) évaluait que la consommation des centres de données informatiques représentait 1,5 % de la consommation globale du pays en 2006, c'est-à-dire l'équivalent de la consommation de l'industrie automobile, aéronautique et navale cumulées. Il s'inquiétait également que les besoins en électricité de ces centres de données aient plus que doublé entre 2000 et 2005. Plus récemment, M. Jonathan G. Koomey, professeur à Standford, estimait85(*) que cette croissance avait ralenti entre 2005 et 2010, la consommation électrique des serveurs aux États-Unis ayant progressé de 36 % entre ces deux dates ; celle-ci représente tout de même entre 1,7 et 2,2 % de la consommation électrique américaine.

En France, le rapport Breuil86(*), réalisé pour le ministère de l'Environnement, indiquait une consommation du parc de serveurs (y compris la climatisation) de 4 TWh pour 2008, soit près de 1 % de la consommation électrique. Contactée par votre rapporteur, l'ADEME lui a indiqué qu'on se situerait aujourd'hui plutôt autour de 8 TWh.

À l'échelon européen, la Commission européenne a lancé un code de bonne conduite sur l'efficacité énergétique des centres de données et estimé que les 7 millions de serveurs installés en Europe consommeraient 40 TWh par an.

Du côté de la consommation d'électricité spécifique dans le secteur résidentiel, c'est-à-dire chez les ménages, il existe des données permettant d'appréhender au niveau le plus fin cette consommation.

Une première campagne de mesures sur la consommation électrodomestique des ménages a eu lieu en Suède en 1992. En France, la première grande campagne - la campagne CIEL - a eu lieu en 1994, à l'initiative d'EDF et de l'ADEME, avec le soutien de la Commission européenne. Un peu plus de dix ans plus tard, une nouvelle campagne de mesures a été lancée - le projet REMODECE -, toujours financé par EDF, l'ADEME et la Commission européenne.

La comparaison de ces deux études, datant de 1995 et de 2007, ainsi que les études complémentaires menées par les cabinets ICE et Enertech87(*), permettent donc d'avoir une vision dynamique de la consommation d'électricité spécifique des ménages et de voir se dessiner certaines tendances et certains comportements.

(1) Des postes pour lesquels la consommation diminue globalement de façon significative : les appareils électroménagers et l'éclairage

Les postes « froid alimentaire » (réfrigérateur et congélateur) et « lavage » (lave-linge et lave-vaisselle) ont un impact important sur la consommation globale des ménages, du fait du poids de leur consommation - ils représentent environ un tiers de la consommation moyenne d'un logement hors usages thermiques - et d'un taux d'équipement très élevé - 100 % des foyers ont un réfrigérateur, 50 % un congélateur, 95 % un lave-linge et 53 % un lave-vaisselle.

(a) Une amélioration sensible des performances des équipements

On peut se réjouir qu'entre 1995 et 2007, des progrès importants aient été accomplis : les performances intrinsèques de ces équipements se sont fortement améliorées et les parcs d'appareils ont connu un basculement plus ou moins rapide vers les classes les plus performantes. C'est ainsi qu'en 2007, 20 % des ventes de réfrigérateurs se sont faites en classe A+ et A++, 72 % en classe A, 8 % en classe B mais aucune en classe C. Au final, sur la période, la consommation moyenne annuelle du parc a diminué de près de 40 % pour le poste froid alimentaire, de 28 % pour les lave-linge, et de 3 % pour les lave-vaisselle.

Le basculement, plus ou moins rapide, du parc vers les classes plus performantes peut être mis en lien avec l'adoption de la directive cadre n° 92/75/CEE du 22 septembre 1992 - transposée en droit français en 1994 - imposant un étiquetage énergétique de certains appareils électroménagers. C'est ainsi que l'on constate, dès la deuxième moitié des années 1990, une diminution de la consommation du poste « froid alimentaire », premier poste impacté par l'obligation d'étiquetage. La Directive 96/57/EC du Parlement européen et du Conseil est allée plus loin en introduisant un seuil minimum de rendement énergétique pour les réfrigérateurs et congélateurs ménagers, les appareils des catégories G, F, E et parfois D, ne pouvant plus être mis en vente.

(b) Un impact parfois atténué par un important « effet rebond »

Il faut cependant souligner que les résultats obtenus ont été bien inférieurs à ce qui aurait été possible, du fait d'un « effet rebond » significatif. Celui-ci survient lorsque l'usager d'un équipement, dont l'efficacité énergétique a été améliorée, modifie son comportement en augmentant le service demandé, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation d'électricité, qui vient réduire voire annuler les économies réalisées.

Ainsi, alors que la consommation par cycle chaud sur un lave-vaisselle diminuait de 23 % entre 1999 et 2007, le nombre hebdomadaire de cycles augmentait de 32 %. La diminution réelle de la consommation n'a donc été que de 3 %. De même, la consommation moyenne des réfrigérateurs-congélateurs a diminué de 36 %, mais, dans le même temps, le volume des compartiments réfrigérateur et congélateur augmentait respectivement de 13 % et 24 %.

Concernant l'éclairage, qui représente 13 % de la consommation électrique moyenne d'un logement (hors usage thermique), Enertech estime qu'entre 1995 et 2003 elle a diminué de 22 %. Ce résultat peut sans doute, dans ce cas, aussi être lié à la réglementation, qui a prévu entre 2009 et 2012 la disparition progressive des ampoules à incandescence. Dès 2009, celles de 100 W disparaissaient des rayons, puis celles de 75 W en 2010 et enfin celles de 60 W en 2011.

Ces ampoules sont remplacées par des ampoules basse consommation, qui ont une durée de vie 8 à 10 fois supérieure tout en consommant 4 à 5 fois moins d'énergie. Le taux d'équipement des ménages en ampoules basse consommation est encore bas - environ 10 % - ce qui laisse une marge de progression importante.

(2) L'explosion du poste « audiovisuel »

Le poste « audiovisuel », qui représente en 2010 environ 20 % de la consommation électrique des ménages hors usages thermiques, a sensiblement évolué entre 1995 (étude CIEL) et 2007 (étude REMODECE).

Tout d'abord, le parc de télévisions a connu une évolution technologique significative, avec l'arrivée des écrans plats - essentiellement LCD et plasma - totalement absents en 1995. En 2012, le groupe Gfk estime que 77 % des foyers français sont équipés d'un écran plat. Ce changement de technologie s'est accompagné d'une augmentation de la taille des diagonales : en moyenne, Enertech a observé lors de son étude qu'un téléviseur principal à tube cathodique (CRT) faisait 70 cm de diagonale, contre 79 cm pour un écran à cristaux liquides LCD et 109 cm pour un écran plasma.

On trouve donc un premier facteur de croissance de la consommation électrique dans l'augmentation de la diagonale des écrans. À cela s'ajoute le fait que les technologies LCD et plasma sont plus consommatrices par cm² que la technologie CRT : plus 16 % pour les LCD et plus 37 % pour le plasma. Enfin, un troisième facteur, indépendant des équipements, est venu s'ajouter aux précédents : une hausse de 15 % de la durée d'utilisation.

S'ajoutent aux téléviseurs, de nombreux périphériques audiovisuels, parmi lesquels on peut retenir que les lecteurs de DVD consomment deux fois moins que les magnétoscopes actuels, qui consomment eux-mêmes trois fois moins qu'en 1990. En revanche, du côté des consoles de jeu, on remarque que la nouvelle génération consomme de l'ordre de 8 fois plus que la génération précédente.

Au final, Enertech constate une véritable explosion de la consommation électrique du poste audiovisuel, en progression de 78 % sur dix ans, notamment du fait des téléviseurs qui ont multiplié par 2,2 leur consommation.

On retiendra également que le poste « audiovisuel » participe à l'augmentation de la puissance appelée en pointe (cf. infra), notamment le soir, comme le montre la courbe de charge ci-dessous, qui présente un appel de puissance important en milieu et fin de journée.

(3) L'apparition de la bureautique domestique

L'apparition d'un poste « informatique » dans la consommation électrique des ménages est une des grandes nouveautés de ces dix dernières années, et son développement est extrêmement rapide : en 1996, moins de 15 % des ménages, en France métropolitaine, étaient équipés d'un micro-ordinateur, contre 45 % en 2004 et 67 % en 2009.

Faute de mesure lors de la campagne CIEL de 1995, on ne peut étudier l'évolution de cette consommation chez les ménages. Néanmoins, à partir d'une comparaison avec une campagne menée dans le secteur tertiaire, Enertech estime que la puissance électrique appelée par les unités centrales des ordinateurs a augmenté de 74 % en à peine 4 ans. D'autre part, l'informatique a connu, comme le poste audiovisuel, un équipement massif en écrans plats - 30 % seulement des écrans de l'échantillon Enertech étaient des écrans CRT - et une augmentation de la taille de leur diagonale.

Les ordinateurs portables se distinguent par leur faible consommation, au regard des ordinateurs fixes. Ainsi, dans l'étude d'Enertech, les portables principaux consommaient 5,6 fois moins que les ordinateurs fixes et leur écran88(*). Cette moindre consommation est, sans doute, à lier à la nécessité d'optimiser la consommation des portables, pour améliorer leur autonomie.

Au total, le poste informatique, qui comprend également de nombreux périphériques tels que les « box » Internet ou les imprimantes, représente aujourd'hui 7 % de la consommation électrique d'un ménage, hors usages thermiques.

On pourra enfin ajouter que d'autres usages, non pris en compte dans les campagnes de mesures, sont en train de se développer, et notamment l'utilisation de smartphones, qui nécessitent de fréquentes recharges.

Tout en se réjouissant du développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication, votre commission s'inquiète de voir progresser aussi vite la consommation électrique spécifique des ménages et considère indispensable une évolution de la réglementation dans ce domaine (cf. infra).

2. Le problème très français de la « pointe électrique »
a) Qu'est-ce que la « pointe électrique » ?

Par définition, la pointe de consommation d'électricité est la consommation la plus élevée observée sur une zone au cours d'une période donnée.

En matière électrique, on observe une fluctuation importante de la consommation au cours du temps, en fonction des besoins des utilisateurs, qui sont largement dictés par l'alternance jour/nuit, par le rythme des saisons, ainsi que par le rythme des activités domestiques et économiques et par les comportements des ménages.

(1) Des cycles horaires infra-journaliers très saisonnalisés

Les deux graphiques ci-dessous permettent de visualiser la variation de la consommation d'électricité en France au cours de trois journées types, représentatives de chaque période de l'année : les jeudi 27 et dimanche 30 mai pour l'été, les mercredi 13 et dimanche 10 octobre pour les saisons intermédiaires et les mercredi 8 et dimanche 12 décembre pour l'hiver. Le premier graphique correspond aux trois jours ouvrables, le second aux trois dimanches.

Source : Données RTE (graphique Sénat)

Ces deux graphiques permettent, tout d'abord, de constater une évolution importante de la consommation à l'intérieur d'une même journée.

Les jours ouvrables, la consommation augmente rapidement en début de matinée (entre 6 et 8 heures), du fait de la concentration du redémarrage des activités domestiques et économiques. Elle continue à augmenter jusqu'à atteindre un premier pic vers midi, puis décroît lentement jusqu'au jour suivant, ce mouvement de baisse étant interrompu par un premier pic autour de 19 heures, heure à laquelle se superposent les activités tertiaires finissantes, le pic d'activité des transports en commun et la reprise des activités domestiques, puis par un second pic autour de 23 heures, correspondant au déclenchement des usages asservis au tarif heures creuses. Comme l'expliquait à votre commission M. Dominique Maillard, président du directoire de RTE : « en l'espace d'une heure, entre 18 heures 30 et 19 heures 30, la consommation peut varier de 2 000 mégawatts à 3 000 mégawatts, simplement par un effet de concentration des usages ».

Les jours non ouvrés, la montée en puissance du matin est plus tardive et plus lente, tandis que le creux de l'après-midi est plus marqué, du fait d'une activité économique moins importante, les établissements industriels étant la plupart du temps fermés en fin de semaine et les commerces le dimanche. Les pointes de 19 heures et 23 heures, en revanche, demeurent, dans la mesure où elles sont liées aux activités domestiques.

(2) Les autres facteurs : aléas climatiques et spécificités locales

À ces éléments s'ajoutent des aléas plus difficilement prévisibles, comme la nébulosité. M. Dominique Maillard expliquait à votre commission qu'un « nuage sur Paris, c'est quelquefois 500 mégawatts de plus en éclairage ».

Les différentes dates choisies permettent également d'illustrer les variations saisonnières. Certains usages saisonniers viennent s'ajouter aux usages annuels mentionnés ci-dessus. Il s'agit notamment de l'éclairage, dont il est fait usage de façon plus importante en automne et en hiver et qui contribue à la montée en puissance du matin et à la pointe de 19 heures. Il s'agit également du chauffage électrique, dont l'appel en puissance est naturellement fortement corrélé aux fluctuations des températures. En revanche, la France ne connaît pas - ou du moins pas encore - de pointe d'été du fait de la climatisation, contrairement à ce qui a pu être observé dans certains états du sud des États-Unis.

Il est important de garder à l'esprit ces deux aspects - variations intra journalières et saisonnières - quand on veut agir sur la pointe de consommation électrique, car des mesures prises pour réduire une de ces composantes n'a pas forcément d'effet sur l'autre.

Enfin, il est à souligner qu'au cours de son audition devant votre commission, Mme Michèle Bellon, présidente du directoire d'ERDF, a élargi la notion de pointe à la problématique de la pointe locale : « les demandes de consommation et les productions sont réparties sur tout le territoire, ce qui conduit à chaque niveau du réseau, aussi bien pour les 2 200 postes sources qui sont les interfaces avec le réseau de transport, que pour nos 750 000 postes de transformation moyenne et basse tension, à des pointes spécifiques et différenciées découlant de la diversité des usages des clients raccordés. Selon que vous vivez dans une région industrielle ou balnéaire, une station de sports d'hiver ou une zone très irriguée, les pointes ne sont pas concomitantes. ». Et de conclure : « Toute approche en la matière doit donc intégrer la complexité entre l'échelon national et l'échelon local ».

b) La croissance préoccupante de la pointe électrique française

Au cours de ses auditions, votre commission s'est vue maintes fois alertée sur la progression très rapide de la pointe de consommation électrique en France.

Le graphique ci-contre permet d'apprécier cette évolution de la puissance maximale appelée au cours de l'année, de 2000 à 201289(*).

Source : RTE (graphique Sénat)

On constate une croissance quasiment ininterrompue, la pointe maximale étant passée de 72 389 MW en 2000 à 102 098 MW en 2012, soit une augmentation de 40 % en 12 ans (plus 25 % en 10 ans).

Si l'on regarde les 50 records de puissance appelée sur cette même période, on observe une concentration sur les quatre dernières années, qui traduit une banalisation des niveaux de consommation auparavant exceptionnels : 9 de ces records ont eu lieu en 2009, 21 en 2010, 5 en 2011 et 15 au cours des trois premiers mois de 2012. De même, le record de 2000 a été dépassé 78 fois au cours de l'année 2011 et 116 fois au cours de l'année 2010.

Cette importance de la pointe est une particularité française. M. Pierre Radanne, expert des questions énergétiques et écologiques, expliquait ainsi lors de son audition : « Au moment de la vague de froid qu'a subie notre pays, j'ai contacté Réseau de transport d'électricité, RTE, pour connaître la part de la France dans la pointe de consommation d'électricité de l'Europe des Vingt-Huit. Cette quotité correspond à la moitié. »

La pointe électrique en Allemagne, en Espagne et au Royaume-Uni

Le problème de la gestion de la pointe de demande d'électricité se pose évidemment aussi à nos voisins européens, mais avec moins d'acuité qu'en France.

En effet, on constate tout d'abord que la pointe de nos voisins est « moins pointue » : 100 GW en France pour 65 millions d'habitants, contre 81 GW en Allemagne pour 82 millions d'habitants, 44 GW en Espagne pour 46 millions d'habitants et 60 GW au Royaume-Uni pour 62 millions d'habitants.

Si l'on ramène cette puissance appelée en pointe à la population - ce qui ne tient pas compte des différences de consommation industrielle ou tertiaire -, on constate que l'Allemagne, l'Espagne et le Royaume-Uni ont un niveau assez proche, autour de 1 kW par habitant. De son côté, la France atteint plus de 1,5 kW par habitant.

Source : DG Trésor et Eurostat, graphique Sénat

D'autre part, on constate également que la progression de la pointe est moins forte chez nos voisins. Ainsi, la pointe de consommation en Allemagne et au Royaume-Uni a crû dans ces deux pays de 5 % environ entre 2000 et 2012, contre 40 % en France.

Le graphique ci-après illustre l'évolution de la demande de pointe en Allemagne ; il montre notamment qu'il est prévu que celle-ci soit pratiquement au même niveau en 2020 par rapport à aujourd'hui.

Demande de pointe et marge réelle disponible en Allemagne

Ces différences peuvent notamment s'expliquer par la moindre diffusion du chauffage électrique : en Allemagne l'électricité représente 5 % de la consommation d'énergie de chauffage, soit 3 Mtep, et 20 % de la consommation d'eau chaude sanitaire, soit 1,3 Mtep.

(1) Une conséquence de l'importance du chauffage électrique mais aussi de la diffusion des usages spécifiques

La cause de cette importance de la pointe de consommation électrique française est notamment à chercher dans le développement du chauffage électrique, du moins pour sa composante saisonnière. Comme le rappelait devant votre commission Mme Sophia Majnoni d'Intignano, chargée des questions nucléaires pour Greenpeace France, ce mode de chauffage est aujourd'hui présent « dans 30 % des logements français et dans 60 % des logements neufs ».

Plus précisément, M. Maillard expliquait devant votre commission : « Notre pays a connu un développement important des usages thermiques de l'électricité - du chauffage électrique -, notamment pour la consommation domestique. Cela entraîne une forte sensibilité de la consommation d'électricité à la température. À l'heure actuelle, on considère que cette sensibilité est de 2 300 mégawatts par degré en moins : 10° C de moins que la température normale saisonnière, cela représente 23 000 mégawatts de plus de consommation, avant mesures d'effacement et d'incitation. »

Si l'on se réfère aux chiffres de RTE, la part thermosensible de la consommation a représenté, en moyenne, 40 % de la consommation lors de la vague de froid de février 2012. La thermosensibilité de la France constitue à elle seule quasiment la moitié de celle des autres pays européens. Elle est de 5 000 MW/°C au niveau européen, et donc de 2 300 MW/°C en France, contre 600 MW/°C en Grande-Bretagne, 500 MW/°C en Allemagne et 300 MW/°C en Italie. La moindre sensibilité électrique de nos voisins se traduit, en revanche, par une pointe sur la consommation en gaz, qui peut se traduire par des tensions d'approvisionnement, comme le rappelait M. Maillard : « Leur consommation de gaz présente une forte sensibilité à la température. Vous vous souvenez peut-être, d'ailleurs, que durant la première quinzaine du mois de février, lors de la vague de froid, Gazprom s'était estimé dans l'incapacité d'assurer la fourniture de gaz à l'Union européenne. »

Concernant la variation de la consommation au sein d'une même journée, on rappellera à nouveau le rôle de l'éclairage et le développement des usages audiovisuels et informatiques dans les ménages, dont la courbe de charge se concentre autour du déjeuner et surtout de 19 heures à 22 heures.

La pointe du 8 février 2012

La vague de froid exceptionnelle qu'a connue la France du 1er au 13 février 2012 se situe parmi les trois plus importantes des trente dernières années, et parmi les cinq depuis 1947. Les températures moyennes journalières brutes ont alors été d'environ -4° C.

La pointe de consommation observée s'est située à 102,1 GW, dépassant pour la première fois le seuil symbolique des 100 GW. Sur les trois jours les plus froids, la consommation a été supérieure, pendant 18 heures, à la pointe de 2010, notamment autour de 19 heures, mais également sur la plage horaire comprise entre 8 heures et 14 heures.

Le parc nucléaire a assuré près de 60 GW en bande, couvrant ainsi entre 58 % et 70 % de la demande. Les ENR hors hydraulique ont produit entre 2,5 et 4,5 MW, couvrant entre 2 % et 5 % de la demande. La production fossile a couvert entre 15 et 20 % de la demande et la production hydraulique, y compris les stations de pompage, entre 6,5 et 14 MW.

Les importations ont permis de satisfaire la demande restante : entre 3,5 et 7,5 MW, majoritairement importés d'Allemagne. Compte tenu de la faiblesse de la production éolienne allemande pendant cette période et dans le contexte de l'arrêt des réacteurs, les moyens de production fossiles ont été fortement sollicités pour réaliser ces exports vers la France.

(2) L'impact contrasté des nouveaux modes de consommation sur la pointe

En ce qui concerne les prévisions d'évolution de la pointe électrique, on peut se réjouir que la disparition progressive des ampoules à incandescence ait déjà permis de diminuer l'appel de puissance de l'éclairage et estimer que cette baisse se poursuivra. Dans l'édition 2011 de son « Bilan prévisionnel de l'équilibre offre-demande d'électricité en France », RTE chiffre à 2,2 GW cette réduction de la pointe à l'horizon 2030 dans son scenario référence.

Le développement attendu des pompes à chaleur et la croissance de la part du chauffage électrique contribueront à augmenter la demande. Le développement du véhicule électrique pourrait poser un problème au réseau en l'absence de tout signal tarifaire, ce qui pourrait conduire les utilisateurs à recharger leur véhicule le matin en arrivant sur leur lieu de travail puis le soir en rentrant chez eux. RTE retient cependant l'hypothèse d'une incitation tarifaire, grâce à laquelle 40 % du million de véhicules électriques qu'elle prévoit en 2020 seraient rechargés en heures creuses.

Enfin, le développement des chauffe-eau solaires pourrait, paradoxalement, augmenter la demande de pointe, dans la mesure où le réseau électrique sera sollicité dans les périodes où ils ne pourront pas fonctionner suffisamment, c'est-à-dire en hiver notamment.

Au final, dans son scenario « référence », RTE prévoit une pointe à une chance sur dix - c'est-à-dire qui a une chance sur 10 d'être dépassée au moins 1 heure dans l'hiver, ou autrement dit qui survient dans des conditions climatiques qui ne se présentent en moyenne que tous les dix ans - de 103,6 GW en 2015, 107,3 GW en 2020 et 113,2 GW en 2030 (préalablement à toute mesure d'effacement).

c) Les problèmes posés par une pointe « extrêmement pointue »

Le fait d'avoir « une pointe extrêmement pointue », pour reprendre les termes employés devant votre commission par M. Pierre Bivas, président de Voltalis, est une source d'inefficience et d'effets externes négatifs.

(1) Une source importante d'émission de CO2

Le système de production français s'inscrit dans une logique de stratification : en deçà d'une demande minimale, la base, seules les centrales nucléaires, les installations d'hydraulique au fil de l'eau et certaines centrales thermiques à charbon fonctionnent. Au-delà, on fait appel à la production hydraulique de pointe, c'est-à-dire avec un réservoir, puis à la production thermique, notamment à base de gaz naturel, et enfin aux centrales au fioul.

Il en résulte une forte variation horo-saisonnière du contenu carbone d'un kilowatt-heure électrique livré sur le réseau, selon qu'il a été produit à partir d'une centrale nucléaire ou d'une éolienne, ou d'une centrale thermique à charbon.

Dans une étude de 200590(*), l'ADEME et EDF s'étaient intéressés au contenu moyen en CO2 par usage sur la base de l'historique : elle aboutissait à un résultat de 40 g/kWh pour les usages de base, 60 g/kWh pour les usages intermittents, 100 g/kWh pour l'éclairage et 180 g/kWh pour le chauffage électrique. Le bilan carbone du mix électrique français est donc beaucoup plus chargé en période de pointe.

(2) Un facteur de surdimensionnement des moyens de production et de non-rentabilité des installations marginales

Source : RTE (graphique Sénat)

Le graphique ci-dessus représente le monotone de consommation électrique, au cours de l'année 2011 : la courbe représente la puissance appelée pour chacune des 8 760 heures de l'année, chaque heure étant classée par ordre décroissant. Elle permet d'illustrer la variation de la consommation au cours d'une année et de déterminer la durée pendant laquelle une puissance donnée a été appelée. Par exemple, on observe qu'en 2011, la puissance appelée a été supérieure à 50 GW pendant 5 000 heures.

Plus précisément, on observe que la puissance maximale appelée varie entre un maximum de 91,8 GW et un minimum de 31,3 GW. Dans le détail, la puissance appelée a été supérieure à 40 GW 90 % du temps, supérieure à 50 GW un peu plus de 60 % du temps, supérieure à 60 GW 30 % du temps, supérieure à 70 GW un peu plus de 10 % du temps, supérieure à 80 GW 2 % du temps et même supérieure à 85 GW 0,7 % du temps, soit 62,5 heures dans l'année. Les 17 derniers GW sont appelés moins de 500 heures par an.

Or, comme le rappelait devant votre commission M. Bivas, « c'est la pointe qui dimensionne l'ensemble de l'infrastructure : c'est en fonction de cette pointe qu'on détermine le nombre de centrales et de réseaux à construire ». Cette conséquence, du fait que l'électricité ne se stocke que très difficilement, interroge sur l'efficience économique de l'investissement dans des capacités de production et dans une capacité d'acheminement qui ne fonctionnent que quelques heures par an. Elle pose en tout cas concrètement la question de la viabilité financière de ces installations, largement sous-utilisées.

Celles-ci bénéficient certes d'un prix du mégawatt-heure beaucoup plus élevé au cours des périodes de pointe que lors du reste de l'année. Lors de son audition M. Maillard rappelait à votre commission que « le prix moyen de production est à peu près de 50 euros, mais que le prix de l'électricité peut varier entre moins 200 euros et plus 3 000 euros. » Le 9 février dernier, les prix horaires ont tourné autour de 1 000 €/MWh pendant plusieurs heures le matin, atteignant même 1 938,5 €/MWh à 10h.

Mais cette rémunération plus élevée ne suffit pas à elle seule à rentabiliser des installations pourtant indispensables. M. Fabien Choné, directeur général de Direct énergie, déclarait ainsi devant votre commission : « La centrale [à cycle combiné gaz] de Pont-sur-Sambre, qui est l'une des toutes premières de sa catégorie en France et que tout le monde reconnaît comme absolument nécessaire, est aujourd'hui en faillite [...], alors même que le fonctionnement de cette centrale, qui a fourni plus de 400 mégawatts pendant les pointes de consommation, a permis de surmonter les pics de demande de cet hiver ». 

Ainsi, la pointe électrique pose à la fois le problème des émissions de CO2 qu'elle suscite et le problème des investissements qu'elle rend nécessaire, ainsi que de leur rentabilité économique.

La gestion de la pointe passe par différentes solutions qui seront abordées ultérieurement dans ce rapport, mais on peut déjà citer la mise en place d'un marché de capacité, prévu par la loi NOME. Celui-ci devrait permettre d'augmenter la rentabilité des centrales de pointe, le développement de l'effacement de consommation, dont le modèle de rémunération est encore à définir mais passe aussi par le marché de capacité, et l'essor des smart grids, ou « réseaux intelligents », qui permettront de réduire la consommation et de lisser la pointe, ainsi que les économies d'énergie.

Le développement du véhicule électrique

Dans sa « programmation pluriannuelle des investissements de production d'électricité pour la période 2009-2020 », le Gouvernement Fillon a posé l'hypothèse d'un parc de 100 000 véhicules électriques en 2015 et de un million en 2020. L'énergie électrique consommée chaque année par le parc sera alors de 2,5 TWh, en se basant sur une consommation moyenne des véhicules de 25 kWh aux 100 km et une distance moyenne parcourue de 10 000 km par an. Cela représentera 0,5 % de la demande électrique annuelle française en 2020.

Ce Gouvernement a estimé que dans l'hypothèse où seul un tiers des véhicules seraient rechargés simultanément, on pouvait s'attendre à une puissance instantanée appelée de l'ordre de 1 GW.

Au-delà des coûts de développement du réseau (cf. infra), si l'on veut s'assurer que les véhicules électriques seront réellement des véhicules décarbonés, la gestion des modalités de leur recharge s'avèrera capitale. En effet, comme on l'a vu, un rechargement des véhicules électriques en période de pointe impliquerait la consommation d'une électricité produite à partir d'énergies fossiles, et donc émettrices de CO2.

Cette question de la gestion de la recharge des véhicules électriques a notamment été traitée par le sénateur Louis Nègre, en avril 2011, dans son « livret vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules décarbonés ».

Le sénateur y insiste sur la nécessité de « se donner les moyens de gérer intelligemment la charge du véhicule », ce qui passera notamment par des solutions techniques permettant le dialogue entre le véhicule et sa borne de rechargement91(*), afin d'optimiser celui-ci.

Cela passe également par une incitation tarifaire adéquate. M. Nègre propose dans son livre vert que le consommateur achète un service de recharge et non une fourniture d'électricité, facturée au kWh. Ce service de recharge serait modulable selon la durée de stationnement, l'heure de la journée et la puissance de charge, afin de refléter l'ensemble des coûts supportés par le réseau.

Par ailleurs, on peut rappeler que parmi les véhicules électriques, à côté de ceux à batterie évoqués précédemment, se trouvent les véhicules à pile à combustible, qui utilisent l'hydrogène comme carburant. Facilement stockable et transportable, l'hydrogène offre une certaine souplesse ; il pose en revanche la question des moyens utilisés pour le produire. Sur ce point, l'utilisation de l'électricité d'origine renouvelable, qui sera surabondante à certains moments, pour produire de l'hydrogène qui sera ensuite consommé dans des véhicules, offre des perspectives intéressantes de stockage de l'énergie, qui seront abordées ultérieurement dans ce rapport.


* 81 « Enquêtes de terrain dans 50 bâtiments de bureaux : technologies de l'information - éclairage », rapport final, ENERTECH, janvier 2004.

* 82 Rapport « Développement éco-responsable et TIC (DETIC) » remis par Michel Petit à Mme Christine Lagarde, ministre de l'économie, de l'industrie et de l'emploi en septembre 2009.

* 83 « How clean is your cloud ? », avril 2012.

* 84 United States (U.S.) Environmental Protection Agency, « Report to Congress on Server and Data Center Energy Efficiency Public Law 109-431 », août 2007.

* 85 « Growth in data center electricity use 2005 to 2010 », Jonathan J. Koomey, août 2011.

* 86 Rapport « TIC et développement durable », Henri Breuil, Ministère de l'écologie, de l'énergie, du développement durable et de l'aménagement du territoire.

* 87 Connaissance et maîtrise des usages spécifiques de l'électricité dans le secteur résidentiel, Olivier Sidler, Enertech, avril 2009.

* 88 Il s'agit d'une comparaison de la moyenne observée dans l'échantillon, et non d'une consommation à puissance informatique équivalente.

* 89 Pour l'année 2012, seuls les mois de janvier, février et mars ont pu être pris en compte.

* 90 « Note de cadrage sur le contenu CO2 du kWh par usage en France ».

* 91 Sur ce point, voir infra, p. 171, dans la partie consacrée aux réseaux intelligents, la gestion du parc de véhicules électriques de l'INES qu'une délégation de votre commission a pu observer.