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Economie d’énergie
Le Facteur 4 est atteignable ?

Un contexte énergétique placé sous la double contrainte économique et climatique

Ces dernières années, le prix de l’énergie (électricité, hydrocarbures) a été marqué par une tendance à la hausse (parfois forte) et une forte volatilité. Les facteurs d’influence sont nombreux (production, climat, relations internationales, consommation, réseau), parfois locaux (disponibilité des moyens de production) mais souvent liés à la situation internationale.

Par ailleurs, l’impératif de la réduction des consommations d’énergie (en particulier fossile) est une pierre angulaire de la lutte contre le changement climatique. En Europe, le paquet « Fit for 55 » confirme l’intention partagée par la France, de placer l’Europe à l’avant-garde du combat climatique. Il comprend de nombreuses mesures visant à atteindre une réduction d’au moins 55 % des émissions nettes de gaz à effet de serre en 2030 par rapport à 1990 –  notamment :

  • Renforcement et extension du marché carbone : ajout de nouveaux secteurs (secteur maritime),fin des quotas gratuits (aérien), taxe carbone aux frontières
  • Accélération de la décarbonation pour l’automobile ou le bâtiment
  • DéveloppementEnR
  • Le développement de nos puits de carbone (forêts, pratiques agricoles)

POUR RAPPEL : Entre 2018 et 1990, l’UE a réduit ses émissions de 23%, mais au niveau mondial elles ont grimpé de 67% sur la même période. 

TRANSITION ÉNERGÉTIQUE : agir dans le bon ordre

L’énergie est donc un des principaux leviers d’action dans la lutte contre le changement climatique. Usuellement, on identifie 3 axes d’action : la sobriété, l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables. Ce sont les trois piliers de la démarche négaWatt, fondement des travaux et des analyses de l’Association négaWatt (https://www.negawatt.org/) qui a produit plusieurs scénarios de transition énergétique :

  • La sobriété énergétique: Prioriser, arrêter le gaspillage, ajuster au strict besoin, voir même accepter de réduire certains usages non essentiels
 
  • L’amélioration de l’efficacité énergétique : Réduire la quantité d’énergie nécessaire à la satisfaction d’un même besoin
 
  • Le développement des énergies renouvelables : Privilégier les énergies renouvelables pour remplacer les énergies fossiles
 

On constate que dans les politiques publiques, dans les entreprises, etc… l’accent est majoritairement mis sur l’efficacité énergétique et le développement des énergies renouvelables « électriques » (e.g. les pompes à chaleur), mais aussi du bois, de la biomasse, de la méthanisation, etc…et de manière plus limitée de la récupération de chaleur lorsqu’elle est possible.

facteur 4

On poursuit ainsi la logique de croissance du PIB par le développement de la technologie qui reste la principale boussole :

  • On améliore les rendements, c’est de la performance industrielle
  • On renouvelle des équipements (parfois sans attendre la fin de la durée de vie, et parfois sans possibilité de réparation sinon pour un coût excessif).
  • On développe des nouvelles industries, on stimule l’innovation
  • Ça poursuit l’illusion que la technologie seule peut nous sauver

 

MAIS …. Lorsqu’on améliore l’efficacité énergétique, on ne réduit pas forcément les consommations d’énergie. L’effet rebond[1] (identifié dès le XIXème siècle) est une réalité sur laquelle se sont heurtées de nombreuses politiques volontaristes. A titre d’exemple on peut citer les politiques de rénovation énergétique (voir Esther Duflo, intervention au Collège de France https://www.college-de-france.fr/agenda/cours/lutter-contre-la-pauvrete-de-la-science-aux-politiques-publiques/environnement-climat-et-energie)

De la même manière, le développement des énergies renouvelables (solaire, éolien, hydrolien), qui s’est accentué depuis les années 2000, ne contribue pas pour autant à la réduction de la consommation des autres énergies primaires, en particulier des plus carbonées (charbon, pétrole ou gaz). Il contribue pour l’essentiel à « nourrir » le besoin croissant de consommation d’énergie au niveau mondial, lié pour l’essentiel au développement  économique.

 La conclusion que l’on peut en tirer c’est qu’il faut « prendre le mal à la racine » et donc s’attaquer en priorité au besoin d’énergie !

La sobriété énergétique se pose comme un choix crucial et une nécessité face à la crise énergétique et l’impératif de la luttre contre le changement climatique. C’est la meilleure garantie d’économie durables en kWh, en € et en Teq CO2​, cependant, elle reste difficile à mettre en place. En effet, la sobriété énergétique questionne les usages et reste perçue comme une contrainte pour une grande partie de la population et/ou des professionnels….  et pourtant c’est un levier puissant, particulièrement pour les usages thermiques de l’énergie.

Le Facteur 4 en thermique est-il atteignable ?

La notion de « facteur 4 » désigne l’objectif d’un pays de diviser par 4 ses émissions de gaz à effet de serre (GES) entre le niveau de 1990 et celui de 2050. Cet objectif est considéré par le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) comme l’effort nécessaire à réaliser par les pays industrialisés pour limiter la hausse de la température moyenne sur la planète à +2°C d’ici 2100.

Exemple de l’habitat résidentiel

Prenons le cas de figure d’un logement individuel « moyen » en France (cf graphique DPE), soit une maison construite il y a plus de 50 ans, ayant pas ou peu d’isolation, aucune ventilation et du simple vitrage, avec des émetteurs de chaleur (radiateurs) nécessitant une haute température.

Si on décide de remplacer une chaudière fioul ou gaz par une pompe à chaleur, sans agir sur le bâti, on obtiendra :

  • Des économies sur les factures
  • Une contribution à la décarbonation

MAIS …..

  • Le besoin reste le même (~ 250 kWhep/m²/an voire plus)
  • Et la pompe à chaleur aura de moins bons rendements en lien avec la température du réseau de chauffage qui devra rester relativement élevée (> 50/60°C)
 
 
 

En partant du même cas de figure, si on commence par la sobriété : isolation performante, idéalement par l’extérieur, de nouveaux ouvrants, une ventilation performante et de nouveaux émetteurs dimensionnés pour un usage à basse température (e.g. 35°C), et raccordés à une pompe à chaleur performante (aérothermie voire géothermie), alors

  • On peut diviser par ~3 le besoin en énergie primaire (~80 à 100 kWhep/m²) avec des techniques éprouvées
  • On pourra sélectionner dans certains cas un modèle de pompes à chaleur de plus petite puissance (6 à 8 kW installé à la place de 15-20kW) et on aura de meilleurs rendements (Coefficient de Performance COP > 3 voire 4 si géothermie)

 

Le fameux FACTEUR 4 est donc atteignable sur la consommation d’énergie primaire (pour le chauffage) et pour les émissions de GES,  3 dans notre exemple.

La contrainte est majoritairement un problème économique, car le retour sur investissement est en général trop long pour les particuliers. La durée de vie des équipements et leur réparabilité est également à considérer du point de vue de leur empreinte carbone à l’usage.

[1] l’effet rebond caractérise un effet pervers et paradoxal des progrès en matière d’efficacité énergétique : les économies réalisées ne sont pas synonymes d’une moindre consommation, mais entraînent au contraire une augmentation de la consommation des équipements concernés ou d’autres équipements, et donc de l’énergie nécessaire à leur fabrication et à leur fonctionnement.

CAS DE FIGURE DANS UNE INDUSTRIE

Prenons le cas de figure d’un atelier de transformation agroalimentaire ayant une surface au sol importante et une hauteur sous plafond élevée. Le process a été conçu en fonction de la performance industrielle, la simplicité et du coût d’acquisition.

Le besoin de froid est très variable en fonction des filières mais si nous considérons une base 100, alors EER annuel est de ~2 donc on consomme 50 d’électricité

Prenons ce même cas de figure en apportant des modifications de la salle des machines. Avec une meilleure isolation, un traitement des entrées d’air parasites, une maîtrise de l’aéraulique interne, la réduction du volume (HSP) voire la réduction de la surface (double peine sur le coût énergétique de la ventilation), la récupération d’énergie dans les process & utilités (pinch point) et en repensant le process, alors L’EER (moyenne annuelle) peut progresser de 2 à 2,5 et le Gain de consommation ~10

On peut ainsi réduire de 50 à 60% le besoin de froid avec ces approches cumulées. Et si à cela on applique des optimisations à la salle des machines (EER=3) alors 40/3=13,33, le facteur 4 est alors atteignable.

Oui, le Facteur 4 est atteignable

Les calculs ci-dessus sont volontairement simplistes, mais ils illustrent que physiquement, le facteur 4 est à portée de main dans de nombreux cas de figure. L’usage de systèmes thermodynamiques apporte un bénéfice supplémentaire car la réduction du besoin d’énergie permet de faire travailler les machines dans des conditions plus favorables (température de sources).

 

D’un point de vue économique l’équation est nettement plus complexe, notamment parce qu’on ne réfléchit pas toujours en coût complet, en se focalisant sur l’investissement. A titre individuel, nous préférons souvent acheter une maison plus grande qu’une maison bien isolée. Au niveau professionnel, cela demande une réflexion qui croise des expertises et une implication forte de l’utilisateur.

 

A notre modeste échelle, au Pôle Cristal nous accompagnons nos clients et partenaires pour réduire la demande énergétique des process  (voir exemples Coolcontrol, Ds Smith, Tank 2020, Hyperion).

Vous avez une question le facteur 4 ? Contactez-nous ! 

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