https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-energie-2021/15-electricite

Le problème des pointes de consommation

       En hiver 2004 la consommation électrique en France a atteint 86 024 Mw
       Le 19 décembre 2007 à 19 heures nouveau record de consommation 88 960 Mw (88,96 Gw)
       Le 7 janvier 2009 l'hiver est rigoureux -9° à Paris nouveau record de consommation 92,5 GW
*TWh = Téra watt heure, le préfixe Téra signifie 10 puissance 12 (10¹²), c'est à dire million de millions ou millier de milliards.  Un Watt heure est l'énergie dépensée par un appareil consommant un watt pendant une heure.
Si en 1997 l' EDF a fourni 376 TWh, cela correspond pratiquement à 1 TWh par jour,  chaque heure 41,6 GWh sont fournis par EDF.

Consommation des Français:

Le 9 janvier 2009 la pointe de consommation s'est élevée à 92,5 MW, la puissance installée en France a-t-elle été suffisante? C'est peu probable. Il est vraisemblable qu'EDF a du recourir à l'achat d'énergie chez l'un de nos voisins, énergie fabriquée comment? Et nos voisins qui étaient dans la même situation climatique que nous avaient-ils de l'énergie à vendre?

La pointe de consommation record (nov 2013) a été constatée le 8 février 2012 avec 102 100 MW alors qu'en février 2011 la consommation avait été de 48 423MW

Lorsque l'alimentation électrique est sur la corde raide comme à l'hiver 2009 et  2012,  la disjonction d'une centrale peut être catastrophique. Le maillage du réseau de fourniture de l'électricité permet à une région géographique alimentée par une centrale d'être alimentée par une autre en cas de défaillance de la première. Cela signifie que , en cas de surcharge d'une centrale, si une disjonction se produit, la seconde centrale va être sollicitée elle risque alors de disjoncter à son tour. Si la gestion du réseau n'est pas parfaite c'est tout le réseau qui peut s'écrouler. La remise en service d'un tel réseau est complexe et longue.
Il est indispensable pour l'EDF, dans le cas de la surcharge d'une centrale, si les autres sont déjà fortement chargées de procéder à des délestages.

Qui consomme?:

Gérer le réseau

Afin d'assurer une alimentation sans faute, RTE (société issue de EDF qui assure l'acheminement et la distribution de l'électricité) dispose d'une salle de commande sécurisée qui n'est évidemment pas ouverte à tous et cette salle est doublée par une seconde toujours prête à remplacer la première à la moindre alerte.
Le 4 novembre 2006, EOn compagnie allemande avait prévenue quelle devait interrompre la ligne à haute tension qui franchit l'Ems mais celle-ci l'interrompit un peu plutôt que prévu , le réseau européen faillit s'effondrer , ce jour là 15 millions de foyers dont 5 en France durent se passer d'électricité pendant une heure.

Historique

Le 5 mars 1974 Pierre Messmer alors premier ministre de Georges Pompidou annonce un vaste programme de construction de centrales nucléaires, "13 tranches de 900 Mégawatts seront construites dans les prochaines années".
En 1997 le parc nucléaire comportait 58 réacteurs qui ont produit 376 TWh* soit 78,2% de l'électricité en France pour une puissance installée de 61,5 GW
En 2005 EDF précise que les origines de l'électricité sont: 84,3% nucléaire, 8,1% renouvelables dont 7,6% hydraulique (447 centrales installées sur 220 barrages dont l'unité plus importante  est d'une puissance de 1 800 MW), 3,8% gaz, 3,1% charbon, 1,3% fioul, 0,3% autres
La puissance nucléaire installée en France est de 63,1 GW , puissance à laquelle il convient d'ajouter l'énergie hydraulique 20,4 GW et l'énergie thermique 14,5 GW soit une puissance installée de 98 GW. Ceci  signifie que , en principe, EDF peut fournir 98 GW en permanence. Mais il faut tenir compte des opérations de maintenance qui nécessitent l'arrêt de centrales . EDF a mis en place une politique tarifaire qui incite aux économies d'énergie durant les périodes de forte consommation.
 

la maintenance des centrales:
En 1990 EDF a lancé un programme de remplacement des générateurs de vapeur des 34 réacteurs de 900 MW En 2011, EDF a commandé 44 générateurs , 32 à Areva et 12 à Westinghouse pour la somme de 1,5 milliard d'euros. Pour sa part Areva a fourni ses derniers générateurs en 2018.

L'opération de remplacement est une tâche énorme sur un seul site, chaque unité est munie de plusieurs générateurs, souvent 4.  800 personnes vont travailler à ce remplacement pendant 10 mois, salariés d'EDF et Sous traitants . Un générateur de vapeur pèse de 430 à 520 tonnes mesure 23 mètres de haut et 4 à 6 mètres de diamètre, l'échangeur thermique est constitué d'environ 120 km de tube dans lesquels une eau portée à 320 degré sous 155 bars va circuler. Un portique doit être construit pour son positionnement dans la centrale. L'accueil des personnels impose la création d' équipements de vie.
 

Les difficultés de l'EPR2

 Sur le site de Flamanville, deux unités fonctionnent depuis de nombreuses années, chaque unité possède 4 générateurs de vapeur. En septembre 2021, 4 générateurs sont arrivés sur une barge après 42 jours de voyage Un hangar spécifique a été construit pour les accueillir . Le chantier de remplacement était programmé pour avril 2022.
L'unité 3 (EPR nouvelle génération) est en cours de construction mais l'arrêt des constructions pendant de nombreuses années, le dernier réacteur Chooz B a été mis en fonction en 1997,  a fait perdre des compétences aux constructeurs. On ne compte plus les retards qui s'accumulent suite aux inspections de la commission de sécurité nucléaire avec laquelle on ne plaisante pas. Les derniers arrêts sont dus à la qualité jugée insuffisantes de soudures. Des robots ont dû être construits pour intervenir en milieu radioactif.
Pour palier la déficience de spécialistes en soudure, une école d'excellence est créée à Cherbourg nommée " Héfais" elle doit accueillir ses premiers élèves à la rentrée 2022.

La leçon va coûter cher les mouvements anti-nucléaires très actifs ont, depuis au moins 15 ans, ont fait reculer les gouvernements successifs . On ne remplace pas une centrale nucléaire par des éoliennes qui ne tournent que lorsque le vent souffle et encore pas trop fort, ni par des panneaux solaires qui ne fournissent de l'énergie que lorsque le soleil donne et encore que de 9 heures à 18 heures (au mieux) en été mais en hiver lorsque le soleil est bas sur l'horizon c'est beaucoup moindre.(voir un exemple de production solaire) Les personnes compétentes sont parties à la retraite sans former de successeurs ou se sont reconverties.  Le gouvernement a annoncé en février le projet de construction de 3 paires de réacteurs pour les 25 ans qui viennent, avons nous tous les moyens et toutes les compétences pour les mener à bien sans trop de déboires ?

La puissance nucléaire installée en France est plafonnée par la loi sur la transition énergétique à 61,3GW?
En 2020 les 2 réacteurs de Fessenheim ont été mis à l'arrêt. Un décret d'avril 2020 prévoit d'arrêter 14 réacteurs d'ici 2035. La France ne pourra pas se permettre de se passer de cette électricité d'autant plus que sa consommation est appelée à augmenter, avec, notamment le véhicule électrique. 
L'EDF a remis un rapport au Président de la République à la mi 2021 (nous sommes) concernant la construction de 6 nouveaux EPR . Le Président estime que la décision ne pourra être prise qu'après le démarrage de la centrale de Flamanville prévu pour 2023. Cette centrale a connu bien des vicissitudes dues principalement à la perte des compétences causée par une longue période sans construction.

Les difficultés rencontrées lors de l'élaboration de l'EPR de Flamanville 3 ont poussé le PDG d'EDF Jean-Bernard Levy à commander en juillet 2019 auprès de Jean-Martin Folz, alors ex-PDG de PSA,un audit en expliquant les raisons. le Rapport Folz énumère les problèmes en 9 points :
  1- Des estimations irréalistes duré du chantier 54 mois alors que le dernier construit avait demandé 98 mois alors que Flamenville était beaucoup plus complex
  2- Importance de la réalisation notamment dans le domaine de la sécurité, résistance au crash d'un avion, double salle de commande durée de vie de 60 ans etc...
  3- De 2006 à 2015 pas de chef de projet unique (sous estimation de l'importance du travail à réaliser)
  4- Organisation et emploi du numérique défaillant
  5- Le projet est coupé en tranches entre diverses entreprises sans coordination
  6- Études insuffisamment lancées au début, 4500 modifications effectuées en cours de chantier
  7- Contexte règlementaire évolutif durant le chantier . L'accident de Fukushima en 2011 a contraint à revoir tous les chantiers (Mineur pour Flamanville)
  8- Relations avec les entreprises insuffisantes alors que celles-ci font appel a des sous-traitants dont la compétence est quelques fois insuffisante.
  9- Pertes de compétences généralisée , les deux derniers chantier de de construction remontent à 24 et 16 années

 De ce rapport est tiré un plan rédigé par  sous la supervision d'Alain Tranzer (délégué général à la qualité industrielle et aux compétences nucléaires) en collaboration avec le GIFEN,( groupement des industries du Nucléaire)
En 2017 , un plan est élaboré, le plan Excell construit autour de trois principes:
  1- Renforcement de la qualité industrielle avec un recours plus marqué du numérique (maquettes 3D couplées au planning de construction)
  2- Renforcement des compétences techniques ( notamment un recrutement de 21 000 cadres, employés et ouvriers) création d'une université des métiers du nucléaire avec un plan spécifique pour la formation de soudeurs qualifiés.
  3- Renforcement de la gouvernance
Extrait de:  https://fr.wikipedia.org/wiki/Evolutionary_Power_Reactor_2_-_EPR
 

LES ENERGIES INTERMITANTES

Des problèmes se profilent à l'horizon.

En effet, la réduction de l'activité économique et l'arrivée de l'éolien et du photovoltaïque invitent GDF qui possède des centrales thermiques au gaz à fermer ses centrales devenues non rentables et surtout productrice de gaz à effet de serre. Elles représentent 14 GW et la France n'est pas la seule touchée, en Europe cela représente 51 GW .
Pourtant ces centrales sont devenues indispensables du fait de l'intermittence de l'éolien et du photovoltaïque, les centrales thermiques au fioul ou au gaz  peuvent être mises en service rapidement lorsque l'éolien ou le photovoltaïque font défaut.
Pour palier ces problèmes qui ne peuvent pas être pris en considération par les compagnies privées, la rentabilité de systèmes ne fonctionnant qu'en cas de coup dur est loin d'être assurée, les décisions et le financement ne peuvent être que du ressort de l'administration et donc des États ou de l'Europe. On évalue ce besoin financier à 140 milliards d'euros qui seront difficiles à trouver. (novembre 2013)

Les problèmes se compliquent:
En 2022 deux évènements viennent compliquer les choses:
 -  d'une part,en France, de nombreuses centrales nucléaires sont à l'arrêt soit pour des opérations de maintenance qui avaient été programmées par EDF soit par décision de l'ASN (agence de sécurité nucléaire) qui a détecté des problèmes de corrosion
 -  d'autre part des mesures de rétorsion à l'égard de la Russie qui a déclenché une guerre avec l'Ukraine. Ces mesures visant à priver la Russie des ressources que lui procure l'exportation de son gaz. La cessation de l'importation de gaz russe  va être particulièrement pénalisant pour les pays voisins, ex pays de l'URSS ainsi que l'Allemagne très dépendante du gaz russe notamment depuis l'arrêt d'une grande partie de ses centrales nucléaires.

L'utilisation de l'énergie solaire pour la production d'électricité, consiste à disposer des cellules photovoltaïques (voir la photo) qui produisent un courant électrique continu par temps ensoleillé. Un onduleur  transforme ce courant continu en courant alternatif de tension et de fréquence adéquat qui permet de se connecter au réseau EDF. L'électricité produite est rachetée un bon prix au producteur pour inciter à l'investissement.

L'objectif de l'Etat était de 4800 MW en 2020 mais devant l'aspect intéressant de l'investissement la file d'attente pour obtenir l'autorisation d'installation atteignait déjà ce montant en 2010. L'Etat fut donc contraint de ralentir les connections en raison de la limitation du budget. Pour compenser le frein mis à la construction de nouvelles installation, en octobre 2012 l'Etat augmente le tarif de rachat pour les petites installations de 36kW à 100kW. Le rachat passe de 17,5 à 18,4 centimes de façon à éviter l'effondrement de la filière et la liquidation des entreprises. Sur un autre plan , un règlement européen limite à 30% la production d'électricité d'origine solaire et éolienne du fait des problèmes posés par l'intermittence de cette énergie. La puissance fournie est maximum lorsque les rayons du soleil sont perpendiculaires aux panneaux ce qui fait que, en été,  avant 10h du matin et après 17h  la puissance est faible, en hiver c'est plus problématique. Pour une entreprise le créneau peut être satisfaisant mais pour tout un chacun ça ne l'est pas. Le stockage de l'électricité est difficile, actuellement seules les batteries lithium ion pourraient répondre aux besoins mais elles sont encore chères. Une solution pourrait , à terme, être trouvée, en effet la voiture électrique a besoin d'une très bonne puissance massique, lorsque en vieillissant les batteries voient leur performances baisser, l'autonomie du véhicule va se réduire, il faudra changer les batteries alors qu'elles peuvent encore servir. Lorsque la voiture électrique deviendra un objet courant, le recyclages des batteries va poser problème, une des solution consisterait à les utiliser  pour le stockage domestique.    

La Chine qui avait misé sur la construction de capteurs solaires se trouve en surcapacité. Du fait de la crise mondiale qui sévit chaque état se replie derrière son industrie afin de ne pas accroître le chômage. Elle est parvenue à réaliser des capteurs d'un rendement de 19,2% pour un coût de 1,5$ par Watt

Le solaire, comme l'éolien est une source d'énergie intermittente. Elle suppose de disposer d'installations capables de suppléer à leurs défaillances dans des délais courts. Pour cela des centrales au gaz notamment ont été construites mais leur rentabilité est loin d'être assurée aussi , actuellement , en 2013, les constructeurs envisagent de fermer ces centrales. Le coût de ces fournitures d'énergie, solaire et éolienne associées aux usines thermiques polluantes devient problématique.

Exemple de centrale solaire classique Crucey (Eure et Loir)
 

La centrale solaire de Crucey occupe un emplacement de 244 ha dont 130 pour les panneaux solaires. Prévue pour fournir une puissance crête de 60Mw produite par 741 150 modules de type "couches minces". Elle est installée sur un terrain pollué d'une ancienne piste aérienne. Elle a été inaugurée le 28 septembre 2012

Les essais de centrales à stockage d'énergie:
La centrale MYRTE. Située près d'Ajaccio en Corse, cette centrale solaire expérimentale  de 3700 m² de panneaux photovoltaïques est associée à une unité d'électrolyse de l'eau qui produit pendant les périodes de fonctionnement de l'oxygène et de l'hydrogène qui sont stockées dans des cuves sous pression (35bars) . Lorsque les panneaux ne produisent plus d'électricité, ces gaz sont recombinés à l'aide d'une pile à combustible qui produit de l'électricité et de la chaleur (chaleur également intermittente ) .
Le champ photovoltaïque peut produire au mieux 560 kW (kW crête) en plein Soleil.  La capacité de stockage de l’hydrogène est de 1,75 MWh. La pile à combustible peut fournir de l’électricité pendant quelques heures à pleine puissance (entre 3 et 4 heures pour un rendement de pile égal à 50%).

Une autre technique utilisable dans certains sites consiste à réaliser deux bassins pouvant contenir de grandes quantités d'eau l'un à un niveau bas l'autre en altitude. Pendant la période de production d'électricité une pompe élève l'eau contenue dans le bassin "bas" vers le bassin haut. Lorsque la production d'électricité s'interrompt on laisse redescendre l'eau qui fait tourner un générateur

L'ENERGIE EOLIENNE

En janvier 2012 le gouvernement décide de progresser dans le domaine de l'éolien et notamment l'éolien en mer.
En 2021, le gouvernement se trouve face à un mouvement d'une part des amoureux des paysages français, paysages défigurés par le développement anarchique des éoliennes et d'autre part des pêcheurs qui ont déjà des difficultés posées par le brexit (sortie de l'Angleterre de la communauté européenne), les eaux anglaises ne leurs sont plus ouvertes systématiquement et les éoliennes en mer risquent de leur créer des difficultés supplémentaires.

Les projets d'éolien en mer (offshore)

Production d'électricité en France

PRODUCTION D' ÉLECTRICITÉ NUCLÉAIRE  DANS LE MONDE

Le nucléaire dans le monde

La production d'électricité d'origine nucléaire a augmenté de 3,7 % entre 2018 et 2019. C'est la septième année consécutive de hausse. La part du nucléaire dans le mix électrique mondial est passée de 10,2 à 10,4 %. Il y a 453 réacteurs en service dans 31 pays. La production au Japon continue de remonter (+33 %) au fur et à mesure de la relance des réacteurs fermés après Fukushima. La Chine poursuit le développement de son parc (+20 %). En France, les problèmes de maintenance ont provoqué une baisse (la fermeture de la centrale de Fessenheim est intervenue en 2020).  Le recul en Allemagne continue, mais à un rythme plus lent. (Source  BP Statistical Review 2020  Site:  https://www.planete-energies.com/fr/medias/chiffres/production-mondiale-d-electricite-nucleaire)

Principaux pays producteurs d'uranium, production annuelle en tonnes
 

Gaz de schiste:

Aux Etats Unis l'exploitation des gaz et pétroles de schiste est autorisé dans plusieurs Etats. Ce gaz et pétrole est inclus dans la roche , il est nécessaire, pour le libérer de briser la roche, c'est la fracturation. Pour cela les exploitants injectent dans le sol des grandes quantités d'eau contenant des additifs sous haute pression, c'est la fracturation hydrolique. Il découle de cette technique, des probabilités importantes de pollution des mappes phréatiques. De l'absence de règlementation , découle une anarchie dans l'exploitation de ces gaz mais aussi une chute des prix de l'énergie aux US  donne un coup de fouet sur les coûts industriels qui risque de bouleverser le commerce international. Actuellement (début 2013) les forages sont interdits même pour la recherche et l'évaluation des gisements.
 

Les gaz de houille:
Une autre voie semble se présenter pour la France , l'exploitation des gaz de houille. Compte tenu de la structure de la houille il semblerait possible d'exploiter ces gisements sans fracturation hydraulique. Pour le moment , début 2013, la possibilité d'exploitation de ces gaz vient d'être évoquée. (à suivre)

Un nouveau venu sur le marché de l'énergie l'Hydrogène et la pile à combustible

l'hydrogène est un gaz très répandu sur terre notamment l'eau est le résultat de l'association de l'oxygène et de l'hydrogène . On ne le trouve pas à l'état naturel, il est toujours associé à d'autre corps aussi, avant de l'utiliser il faut le fabriquer.

Il existe actuellement trois types de procédés de production  de l'hydrogène:
 

Aujourd'hui, 95 % de l'hydrogène est fabriqué à partir de sources d'énergies fossiles (gaz naturel, pétrole ) et de bois.
 Il existe actuellement trois types de procédés de production :
 
1/ Le procédé le plus courant de fabrication de l'hydrogène est le reformage (conversion de molécules à l'aide de réactions chimiques) du gaz naturel par de la vapeur d'eau surchauffée . On parle alors de vaporeformage. En présence de cette vapeur d'eau et de chaleur , les atomes carburés (C) du méthane (CH4) se dissocient . Après deux réactions successives , ils se reforment séparément pour obtenir , d'un côté du di-hydrogène (H2) et de l'autre du dioxyde de carbone (CO2) . Cette opération nécessite donc le recours au gaz naturel.

2/ Un autre procédé est la gazéification du charbon  de bois composé principalement de carbone et d'eau . Brûlé dans un réacteur à très haute température ( entre 1 200 et 1 500°C), le bois libère des gaz qui vont alors se séparer et se reformer pour obtenir , du dihydrogène (H2) et de l'autre du monoxyde de carbone (CO).

3/ L'hydrogène peut aussi être fabriqué à partir de l’électricité, par l'électrolyse de l'eau. Elle consiste, à l'aide d'un courant électrique, à décomposer l'eau (H2O), en dioxygène (O2), d'un côté et en dihydrogène (H2) de l'autre . Cette méthode est très loin d'avoir la compétitivité économique de la production à partir des sources fossiles .
L'hydrogène produit aujourd'hui par vaporeformage du méthane coûte environ 1,5€/kg d' (H2) à la sortie de l'usine (hors coût de distribution ) un prix de revient qui est d'ailleurs le triple de celui du gaz naturel.
 L'hydrogène issue de l'électrolyse revient aujourd'hui à un coût 4 fois supérieur sans compter l'impact du prix de l'électricité.
La technique par électrolyse ne représente aujourd’hui en France que 1 % de l’hydrogène produit. Mais le développement des nouveaux usages de l’hydrogène-énergie, qui nécessitent un hydrogène plus pur, ouvre de vastes perspectives à cette technique. Des recherches sont menées pour diminuer le coût de production, notamment en recourant à une électrolyse à haute température (EHT), entre 700 et 800 °C.

texte et photo: https://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/comment-fabriquer-l-hydrogene

La pile à combustible
L'exploitation de l'hydrogène comme source d'énergie se fait principalement à l'aide de piles à combustible qui vont fournir l'énergie attendue sous forme de courant électrique et de chaleur.

 De nombreuses technologies existent en matière de piles à combustible , mais deux filières principales ont d’ores et déjà trouvé de nombreuses applications industrielles : les piles PEM, à membrane, et les piles SOFC, à oxyde solide

        La pile à membrane échangeuse de protons ( PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) est compacte et travaille à basse température (80 °C), avec un électrolyte  en polymère. Elle  fournit essentiellement de l’électricité, avec des rendements moyens entre 40 et 60 %. C’est un peu la pile « tous terrains », utilisable en mode portatif ou en mode stationnaire. Elle fait encore l’objet de nombreuses études, notamment pour diminuer son coût. Celui-ci est dû notamment à l’utilisation de platine pour l’anode et la cathode. C’est la seule qui convienne pour un usage dans les transports. Elle peut aussi être utilisée pour le stationnaire de « niche », comme l’alimentation de sites isolés ou la génération électrique de secours.

        La pile à oxyde solide (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) constitue une technologie bien adaptée à la cogénération (électricité + chaleur). Elle a pour électrolyte un oxyde double de zirconium et d'yttrium. Sa température de fonctionnement, de 800 °C, permet d'utiliser n'importe quel combustible contenant de l'hydrogène, grâce à des procédés de reformage interne, ce qui affranchit de la nécessité d’utiliser de l’hydrogène pur et permet d’employer notamment le gaz naturel du réseau. Elle a un très bon rendement électrique -entre 40 et 70 %- ainsi qu’un très bon rendement thermique. La chaleur qu’elle produit est en partie réutilisée pour le fonctionnement de la pile et la chaleur résiduelle, qui est à haute température, peut être facilement récupérée. Très lourde, sensible aux vibrations et supportant mal les arrêts fréquents, la pile SOFC est destinée à des utilisations stationnaires (unité de production électrique pour logements collectifs par exemple)

https://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/les-differents-types-de-pile-combustible

Une énergie renouvelable La méthanisation

La méthanisation est un procédé de traitement et de valorisation des déchets, qui reproduit un  phénomène biologique naturel par lequel les bactéries dégradent la matière organique. A la différence du compostage, ce processus également appelé digestion anaérobie, se réalise en l'absence d'oxygène
Mais revenons au procédé de traitement. Celui-ci consiste à chauffer et brasser pendant un à deux mois des matières organiques (intrants) au sein d'un réacteur appelé méthaniseur ou digesteur. Une large gamme d'intrants autant liquides que solides peuvent être traités par ce procédé: matières agricoles (fumier, lisier, résidus de céréales, etc.), déchets des entreprises agroalimentaires, biodéchets des ménages et collectivités (déchets alimentaires, tonte de pelouses, graisses, etc.), ou encore boues de station d'épuration. La dégradation de ces matières par les bactéries conduit à la formation: