Dans quelle mesure notre approvisionnement en énergie est-il sûr?

Pour pouvoir planifier l'approvisionnement énergétique de demain, les décideurs ont besoin de faits et de chiffres valables. La science fournit déjà des modèles fiables permettant de comparer d'une part la durabilité et d'autre part les coûts de différents systèmes énergétiques. Les chercheurs de l'Empa ont maintenant développé un modèle pour le calcul de la sécurité d'approvisionnement.

Le tournant énergétique pose des défis aux pays, aux villes et aux régions : Ainsi, il faut utiliser des sources d'énergie aussi neutres que possible en termes de CO₂, mais les coûts du système énergétique ne doivent pas être excessifs et la sécurité de l'approvisionnement doit être garantie, écrit l'Empa dans un communiqué de presse. Ces trois aspects - durabilité, rentabilité, sécurité d'approvisionnement - forment ce que l'on appelle le trilemme énergétique. De nombreux modèles permettent déjà de quantifier la durabilité et la rentabilité de différentes solutions énergétiques. Selon l'Empa, la situation était jusqu'à présent différente en ce qui concerne la sécurité de l'approvisionnement énergétique. «Les modèles existants étaient parfois peu clairs, peu conviviaux et non adaptés aux possibilités de modélisation actuelles», explique Matthias Sulzer, directeur du département «Sciences de l'ingénieur» de l'Empa. En collaboration avec des chercheurs de l'Empa, de l'ETH Zurich et du «Lawrence Berkeley National Laboratory» aux Etats-Unis, Sulzer aurait élaboré une meilleure proposition pour la quantification de la sécurité de l'approvisionnement énergétique. Celle-ci a été publiée en mai dans la revue spécialisée «iScience».

Les cinq niveaux de la sécurité d'approvisionnement

Le modèle du groupe de Sulzer a la forme d'une pyramide à cinq niveaux. Pour chaque niveau, les chercheurs ont fourni des indices quantitatifs.

Le dernier niveau, l'autoproduction, est un simple bilan énergétique : combien d'énergie un pays peut-il produire en un an à partir de ses propres ressources, et combien en consomme-t-il ?

Au deuxième niveau, il s'agit de l'autonomie, c'est-à-dire : combien d'importations d'énergie sont nécessaires sur l'année et quelle est la sécurité des voies d'importation?

A partir du troisième niveau de la pyramide, l'adéquation du système (c'est-à-dire : capacité suffisante du système), des effets dynamiques viennent s'ajouter. Ici, on détermine au moins toutes les heures si les besoins en énergie peuvent être couverts à tout moment par une source quelconque, explique le co-auteur Georgios Mavromatidis, directeur du "Urban Energy Systems Laboratory" à l'Empa.

Le quatrième niveau s'occupe de l'autosuffisance: Le pays peut-il se passer temporairement d'importations?

Au niveau supérieur, les chercheurs parlent d'autarcie complète ; dans ce cas, le pays peut vivre à tout moment de sa propre production d'énergie tout au long de l'année (ou même plus longtemps).

Bien que les étapes se suivent, elles devraient toutes être considérées simultanément, selon Mavromatidis. "Les systèmes énergétiques modernes sont très complexes. La pyramide doit aider à classer correctement les différents indices et à clarifier les notions", explique le chercheur. Selon l'Empa, le principal atout par rapport aux modèles existants est la prise en compte de la dynamique aux niveaux supérieurs. «Les systèmes d'énergie renouvelable en particulier sont exploités de manière très dynamique, car le vent et le soleil ne sont pas toujours présents dans les mêmes proportions», explique Mavromatidis.

Une sécurité accrue grâce aux énergies renouvelables

La pyramide doit être considérée comme une première proposition, soulignent les chercheurs. Elle sert également de base à d'autres discussions, à des recherches et à l'affinement des indices. Néanmoins, le modèle peut déjà être utilisé aujourd'hui pour la planification énergétique. Les chercheurs l'ont démontré dans leur étude en prenant l'exemple de la Suisse. Ils ont utilisé la pyramide pour comparer la sécurité actuelle de l'approvisionnement énergétique en Suisse avec un scénario d'avenir pour l'année 2050, qu'ils avaient déjà modélisé lors d'une étude précédente en collaboration avec l'Association des entreprises électriques suisses (AES).

L'analyse a montré que: En utilisant correctement les énergies renouvelables, la Suisse peut même augmenter sa sécurité d'approvisionnement énergétique à l'avenir. Selon Matthias Sulzer, deux facteurs y contribuent en particulier: la diversification accrue des sources d'énergie et l'augmentation de la production propre.

Des accumulateurs supplémentaires contribueraient également à la sécurité de l'approvisionnement énergétique, car ils permettraient de surmonter les fluctuations. Les réservoirs thermiques, dans lesquels nous pouvons stocker et utiliser la chaleur industrielle, sont également importants, tout comme les batteries", explique le chercheur.

L'autarcie n'est pas un objectif, car trop chère

Dans le scénario d'avenir des chercheurs, la Suisse ne sera pas autosuffisante - ce n'est d'ailleurs pas forcément l'objectif, selon Sulzer. «C'est là qu'intervient à nouveau le trilemme énergétique», explique-t-il. «Bien sûr, il serait techniquement possible de mettre en place en Suisse un approvisionnement énergétique complètement autarcique. Un système autosuffisant et durable serait même réalisable - mais cela ferait alors fortement grimper les coûts». Avec un mélange d'importations et de production propre, ainsi que de différentes sources d'énergie, la Suisse peut concilier les coûts, la durabilité et la sécurité d'approvisionnement.