L’énergie transportée par le rayonnement solaire peut être exploitée par différentes technologies selon l’usage final recherché. Les technologies solaires photovoltaïques transforment ce rayonnement directement en électricité tandis que les technologies solaires thermiques exploitent l’énergie calorifique que ce rayonnement crée dans des matériaux l’ayant absorbé.
Dans le cas du solaire photovoltaïque, une partie du rayonnement solaire est captée au moyen d’une cellule photoconductrice. Les photons composant ce rayonnement mettent en mouvement des électrons au sein de la cellule, ce qui produit un courant électrique. Un pavage de miroirs ou de lentilles peut permettre de concentrer le rayonnement solaire sur une petite cellule à hautes performances convertissant une part plus étendue du spectre lumineux en énergie électrique. On parle alors de technologie photovoltaïque à concentration.
Dans le cas du solaire thermique, c’est la chaleur issue de l’absorption du rayonnement par des capteurs thermiques qui est exploitée. Cette énergie calorifique est transmise à un fluide qui permet par exemple de chauffer une surface (ex : plancher) ou de l’eau sanitaire (dans un « chauffe-eau »). L’énergie solaire thermique peut également servir à rafraîchir des bâtiments par absorption de chaleur.
Notons qu’il est également possible de convertir l’énergie solaire thermique en électricité par le biais d’un système solaire à concentration thermodynamique : le rayonnement est concentré au moyen de miroirs sur un fluide caloporteur qu’il chauffe à haute température. La vapeur sous haute pression résultant de la chaleur du fluide actionne un turboalternateur pour produire de l’électricité.
Les trois grandes catégories d’installations solaires ne réagissent pas de la même manière par ciel dégagé (rayonnement direct) et par ciel fortement nuageux (rayonnement diffus).
Une installation solaire photovoltaïque (classique ou à concentration) peut fonctionner. Les cellules de silicium qui la compose captent les deux types de rayonnement. Néanmoins, ses performances sont proportionnelles à la luminosité et plus ou moins optimales selon la chaleur. La puissance est optimale à une température proche de 25°C, elle décroît au-delà.
Une installation solaire thermique peut fonctionner. En ne captant pas le rayon solaire en lui-même mais la chaleur qui s’en dégage, elle est moins sensible aux variations de lumière. Un temps nuageux n’empêche donc pas nécessairement le soleil de chauffer le fluide caloporteur (transporteur de chaleur) reliés aux capteurs thermiques.
Les installations solaires thermiques à concentration comme les tours solaires, les miroirs de Fresnel ou les moteurs Stirling fonctionnent difficilement. En effet, les concentrateurs doivent recevoir les rayons parallèlement à leur axe optique. Dans le cas d’une couche nuageuse étendue et très épaisse, la performance est donc quasiment nulle. En présence de nuages éparses ou de faible densité, une partie du rayonnement direct est dispersé (rayons diffus). Les performances de l’installation sont alors réduites en proportion de la part restante du rayonnement direct. Un seuil minimum de rayonnement direct est toutefois requis. Par ailleurs, le développement de solutions de stockage permet d’apporter une autonomie croissante aux installations, notamment en cas d’intempéries.
Mais d’autres matériaux de base, comme le cuivre, pourraient devenir tout aussi stratégiques dans le contexte de la transition énergétique. C’est également le cas du béton. Matériau structurel le plus utilisé aujourd’hui dans le monde, sa « criticité » est régulièrement évoquée.
En France, par exemple, certaines études montrent qu’il faudrait 30 millions de tonnes de béton pour implanter 20 000 nouvelles éoliennes (pour ajouter une puissance de 80 GW(1), au regard des 14 GW déjà implantés). Ce chiffre n’a pas manqué de faire réagir des associations anti-éoliennes(2).
En portant ces besoins en béton à l’échelle mondiale, les interrogations, voire des craintes, émergent. Mais qu’en est-il réellement ? Va-t-on manquer de béton dans les prochaines décennies ?
10 milliards de tonnes produites chaque année
Le béton est un mélange, dont les proportions varient, d’un liant hydraulique (traditionnellement le ciment), de granulats (dont le gravier ou le sable), d’eau, d’adjuvants et parfois de fibres. L’eau provoque une réaction chimique de prise avec le ciment qui, en durcissant à l’air, lie tous les composants en un ensemble homogène et résistant.
Durable et bon marché, le béton est aujourd’hui le matériau de construction le plus utilisé au monde. S’il est difficile d’en connaître le niveau de production, les estimations s’établissent autour de 10 milliards de tonnes chaque année (soit l’équivalent de plus d’une tonne par Terrien par an !).
Mais le béton reste un matériau « hostile » à la transition énergétique : sa production nécessite beaucoup d’énergie et contribue aux émissions de gaz à effet de serre (GES) dont l’accumulation dans l’atmosphère perturbe le climat. Ces émissions représentent ainsi 8 à 9% des émissions d’origine humaine globales de CO2. Et la fabrication du béton mobilise plus de 2,5%(3) de la demande d’énergie primaire mondiale.
Plus précisément, c’est la production du clinker – composant essentiel du ciment résultant de la cuisson à très haute température d’un mélange composé principalement de calcaire et d’argile – qui s’avère majoritairement responsable de ces émissions, en raison de la combustion de combustibles fossiles, mais également de la chimie de la réaction qui libère du CO2.
Selon les estimations de l’Agence internationale de l’énergie (AIE)(4), la production de chaque tonne de ciment émet 540 kg de CO2. Ce nombre varie en fonction de la composition du ciment et de la région du monde où il est produit. Étant donné sa faible valeur commerciale et son poids important à transporter, le marché reste très régionalisé, avec peu d’échanges au niveau international(5). Par conséquent, il est rare que soient délocalisées les externalités négatives (pollution locale et émissions de GES) qui lui sont associées.
Aujourd’hui, de nombreuses solutions existent pour réduire les émissions liées à la production du ciment. L’AIE prévoit ainsi une diminution de 24% des émissions directes liées à l’industrie cimentière(6) grâce à la diminution de la part de clinker, à l’amélioration de l’efficacité énergétique des procédés, à l’utilisation de combustibles alternatifs ou encore à l’usage de technologies de capture et de stockage du CO2 (carbon capture and storage).
Si certaines entreprises sont déjà bien engagées dans des objectifs de réduction de leur empreinte carbone, la mise en œuvre de ces mesures reste très incertaine à l’échelle mondiale. D’autant qu’avec la croissance de la population, l’AIE estime que la production de ciment pourrait augmenter de 23%(7) d’ici 2050.
En parallèle de ces considérations climatiques émergent d’autres problématiques, comme la demande en eau dans certaines régions en stress hydrique(8) et la demande croissante en sable ; son prélèvement à proximité des côtes engendre l’érosion du littoral(9) et le retrait des plages, menaçant le tourisme, l’agriculture et les écosystèmes marins.
Des technologies plus ou moins gourmandes
On le voit, la production du béton concentre les objectifs en matière de réduction des émissions de GES. Mais qu’en est-il du béton nécessaire à la transition énergétique, et plus précisément dans le secteur électrique ? Nous avons tenté de quantifier cette demande future(10).
À l’avenir, les besoins seront intimement liés aux technologies déployées, mais ils varient considérablement de l’une à l’autre : les barrages hydrauliques et les éoliennes sont très consommateurs de béton, les panneaux photovoltaïques beaucoup moins.
Les demandes en béton – donc en eau, en ciment et en granulat – seront, on le comprend, intrinsèquement liées aux futurs mix électriques développés par les États.
Contenu béton des différentes technologies de production électrique.
Pour estimer ce volume nécessaire à l’implantation du nouveau mix électrique mondial à l’horizon 2050, les scénarios prospectifs du secteur énergétique (comme ceux fournis par l’AIE) permettent de déterminer les volumes de matériaux nécessaires à leur réalisation.
Le rapport Energy Technology Perspectives de 2017(11) décrit par exemple trois mix électriques mondiaux et régionaux pour les décennies à venir, en fonction de l’élévation globale des températures d’ici 2100 : + 2,7 °C (scénario RTS) ; + 2 °C (scénario 2DS) ; + 1,75 °C (scénario B2DS).
Il faut également prendre en compte la durée de vie plus courte des installations renouvelables (25 ans en moyenne pour l’éolien et le solaire contre 35 ans en moyenne pour les centrales thermiques traditionnelles) et leur démantèlement. On peut alors déduire la somme des capacités à installer d’ici à 2050 pour répondre au besoin des scénarios de l’AIE.
Une part relativement faible dans la demande globale de béton
En associant à chaque technologie un contenu matière (kg/MW) – et en multipliant celui-ci par les capacités nouvelles à installer sur la période 2014-2050 –, il devient alors possible d’estimer les quantités de matériaux nécessaires à la transition énergétique dans le secteur électrique.
La production de ciment étant le principal facteur responsable de l’impact du béton sur le climat, il constitue la base des calculs suivants. Dans les hypothèses retenues, le ciment représente 15% en moyenne de la masse du béton(12).
Selon notre étude(13), les scénarios pour 2050 exigent une demande croissante de ciment. Au niveau global, la part du ciment consacrée à l’installation de l'ensemble des nouvelles capacités électriques entre 2014 et 2050 ne représenterait toutefois que 0,8% de la demande cumulée de ciment d’ici à 2050 – soit environ un tiers de la production mondiale actuelle, la majorité du ciment étant utilisé dans le secteur de la construction.
Les émissions de CO2 liées à la production de ciment pour le secteur électrique seraient également négligeables au regard de la baisse des émissions attendues grâce au nouveau parc électrique mondial composé d’énergies renouvelables. Le ciment ne devrait donc pas limiter le déploiement des nouvelles capacités nécessaires aux trois scénarios proposés par l’AIE.
Scénario
Demande cumulée de ciment liée à l'ensemble des nouvelles capacités électriques (2014-2050)
La Chine, premier producteur mondial, représente environ un quart de la demande globale de ciment (soit l’équivalent de la demande de tous les pays de l’OCDE confondus). Elle est suivie de l’Inde, deuxième pays possédant la croissance de la demande d’électricité la plus forte d’ici 2050.
Mais, pour traduire la dépendance d’un mix électrique à une ressource, il faut recourir à un autre indicateur : la demande par capacité installée (Mt ciment/GW installé), dite ici « intensité-ciment ». On peut également traduire cette information pour les émissions de CO2 liées à la production du ciment (Mt CO2/GW installé).
La moyenne mondiale est biaisée par le poids de la Chine et il existe parfois de grandes disparités entre régions. Par exemple, l’intensité ciment du Brésil est trois fois plus importante que celle du Mexique. Au sein d’une même région, on observe également une différence de demande significative selon les scénarios. Le mix électrique russe consommerait 30% de plus de ciment dans un scénario « + 1,75 °C » que « + 2,7 °C ».
Le ciment nécessaire à la transition énergétique est également à mettre en relation avec la production annuelle de chaque pays : en Russie ou au Brésil, il pourrait en représenter plus de 85%, contre 12% en Chine. L’impact de la production de ciment liée à la transition dans le secteur de l’électricité demeure significatif dans les pays en développement marqués par une forte urbanisation (donc avec des besoins importants de ciment par ailleurs).
Capacités installées cumulées (2014-2050) (GW)
Intensité ciment par nouvelle capacité installée (Mt/GW)
Intensité CO2 de la production de ciment par capacité installée (Mt CO2/GW)
Nos travaux démontrent donc plutôt une absence de criticité sur la ressource béton – et plus particulièrement ciment – à l’horizon 2050 dans le cadre de la transition du secteur électrique.
En revanche, le contexte d’urbanisation croissante et de réduction des émissions de CO2 implique des enjeux bien plus forts pour l’industrie du béton au niveau global, et invite à la réflexion sur la coordination des politiques urbaines et énergétiques.
Si les seules productions et consommations de béton nécessaires au développement des énergies renouvelables peuvent difficilement apparaître comme des aspects limitants dans le futur, d’autres aspects, comme la dégradation des paysages ou la consommation d’eau, pourraient être soulevés dans le déploiement des énergies renouvelables.
D’abord, faisons un bref rappel sur le principe de fonctionnement de ces sources d’énergie photovoltaïque.
Les centrales solaires photovoltaïques fonctionnent selon le principe de l’effet photovoltaïque découvert par Antoine becquerel en 1839. C’est la transformation de la lumière solaire en électricité par l’intermédiaire d’un capteur en silicium qu’on appelle panneau photovoltaïque. Il faudra aussi noter que le silicium est un semi-conducteur et pour augmenter sa conductivité on le dope négativement avec du phosphore qui a 5 électrons dans sa dernière couche et positivement avec du bore qui a 3 électrons dans sa dernière couche. On crée une jonction PN reliée à deux fils conducteurs pour créer un champ électrique. Lorsque la lumière du soleil frappe le silicium dopé, elle transmette l’énergie des photons aux électrons qui vont circuler à travers les fils conducteurs fermés sur un récepteur et créer un courant électrique continu. Dans le cas d’un champ photovoltaïque on dispose de plusieurs panneaux photovoltaïques connectés en série ou en parallèle ou en série-parallèle selon la tension recherchée. Le courant continu produit par le champ est transformé par un onduleur en courant alternatif puis élevé par un transformateur et ensuite injecté dans le réseau de transport de 90KV(kilovolt) ou 225KV. Ces champs photovoltaïques fonctionnent en intermittence lié aux conditions d’ensoleillement ce qui signifie qu’ils ne produisent qu’une partie de la journée.
L’utilisation de ces centrales photovoltaïques, à mon avis n’est pas une bonne option pour l’autosuffisance énergétique, pour une politique ambitieuse de développement du Sénégal qui en a déjà installé 3 depuis 2012. Il y a Senergy à Santhiou-Mékhé dans la région de Thiès d’une puissance de 30MW (Mégawatts) sur 64 hectares, la centrale de Bokhol dans le nord-ouest du pays à Bokhol dans la région de St-louis 20MW sur 50 hectares, la centrale de Malicounda Mbour 22 MW sur 100 hectares, (voir ce lien http://www.leral.net/Senegal-le-mix-energetique-se-met-a-l-heure-solaire_a212863.html) au moment où des réserves importantes de gaz de classe mondiale sont découvertes dans le pays ; et cela pour les raisons suivantes.
·Ces centrales fonctionnent en intermittence ce qui signifie une production discontinue liée à la présence du soleil.
·Elles occupent de très grandes surfaces pour une production faible ; exemple 22 MW(mégawatts) sur 100 hectares qui est égale à 1 km2 l’équivalent de 140 terrains de football dans des zones où l’agriculture et l’élevage constituent les principales activités de revenu. A cela s’ajoute le défrichage total du site causant un impact environnemental négatif. Je pense que dans un pays sous développé avec une croissance démographique très importante, où le secteur agricole tire la croissance économique et 75% de la population vivent de cette activité, on ne peut pas se permettre de réduire les surfaces agricoles. Au contraire on devrait préserver l’agriculture dans ses composantes sociales productives et paysagères, et d’engager une politique de transformation des modes de production vers une agriculture durable respectueuse de la terre et des territoires, et faire face aux nouveaux enjeux économiques posés par la mondialisation de l’agriculture.
·Ces centrales photovoltaïques ont une durée de vie limitée 20 à 30 ans ; et après qu’en sera-t-il du démantèlement ? quand on sait que ce sont des projets Partenariat Public Privé dont l’investissement et l’exploitation sont assurés par des privés et la production vendue à la SENELEC (Société Nationale d’Electricité). Est-ce qu’après le départ des exploitants le terrain ne deviendra pas un cimetière photovoltaïque avec ses conséquences néfastes sur la population locale et sur l’environnement ? En plus elles ne génèrent pas beaucoup d’emploi. Après sa phase de construction, 5 à 10 personnes suffisent pour assurer l’exploitation et la maintenance.
Et au moment où l’Etat se lance dans la mise en place des champs photovoltaïques tous azimuts, la France tête de pont de la cop 21 et de l’accord de Paris, renforce son parc nucléaire et expérimente des réacteurs de 4eme génération et n’entend point s’en débarrasser au profit des énergies renouvelables.
L’Allemagne dont les investissements dans les énergies renouvelables ont fortement diminué en 2016 au profit du charbon qu’elle achète moins chère aux Etats Unis. (Voir le lien ci-dessous)
Les Etats Unis dont Trump vient de déchirer les accords de Paris de la cop 21, développent le gaz de schiste et relance la politique de développement des énergies fossiles.
La chine et l’inde considérés comme des Etats émergents, dont leurs mix énergétiques sont essentiellement dominés par le charbon.
Je pense que le Sénégal avec son ambition de devenir un Etat émergent d’ici 2035, doit saisir la chance d’avoir découvert du gaz de classe mondiale, pour mettre en place une politique de construction de centrales électriques à gaz afin de régler définitivement son autosuffisance énergétique dans la perspective d’un développement économique industriel durable. D’autant plus que le gaz est considéré actuellement comme un levier indispensable dans la transition énergétique en Europe. Car Le gaz naturel est la moins polluante des énergies fossiles. Sa combustion dégage essentiellement de la vapeur d’eau et du CO2. Ni fumée, ni particules ! En moyenne, le gaz naturel émet 25 % de gaz carbonique de moins que le fioul et 50 % de moins que le charbon. Ce qui fait que L’utilisation du gaz naturel dans la production d’électricité permet de réduire les émissions de CO2, notamment comparé aux émissions dues à l’utilisation des centrales à charbon. Lire l’Interview d’Isabelle Kocher de ENGIE sur la position du gaz dans la révolution énergétique actuelle.
L’émergence est corrélée par les besoins importants d’investissements en infrastructures énergivores ce qui va accroitre notre intensité énergétique c’est-à-dire le rapport entre la consommation énergétique et le produit intérieur brut. Nous venons de mettre sur pied un aéroport de dimension internationale, de très grands projets sont en court comme la nouvelle ville de Diamniadio, le train express, d’autres aéroports, ports et autoroutes verront le jour dans un avenir proche, à cela s’ajoute une démographie croissante et l’augmentation du taux d’équipement des familles, seules des sources d’énergie continue comme le gaz nous permettra de suivre le rythme des investissements et maintenir notre intensité énergétique croissante dans la perspective d’une émergence tout en répondant aux défis de la diminution de l’émission des gaz à effet de serre. Vous pouvez lire à travers ce lien les conseils de Sir Paul Collier Professeur d’Economie et de politiques publiques à la faculté de Blavatnik et professeur Emérite au Collège de Saint Antony à l’université d’Oxford à l’Etat du Sénégal sur l’exploitation du gaz.
Le Sénégal devrait adapter sa politique énergétique actuellement à la découverte des richesses gazières et pétrolières pour une consommation locale en priorité, en produisant de l’électricité et du gaz butane en qualité et en quantité suffisante. Cela permettrait une baisse importante du prix du KWh et du gaz butane aux consommateurs, et impactera positivement sur le coût de la vie ce qui permettra à tous les sénégalais d’en profiter au lieu de se mettre dans une dynamique de tout exporter.
Comprenons-nous très bien, je ne cherche pas à travers ce texte de mettre en proéminence les inconvénients de l’énergie d’origine photovoltaïque, bien au contraire, c’est par rapport à son niveau de rentabilité pour une production importante.
Le photovoltaïque est avantageux pour l’autoproduction avec l’utilisation des surfaces des toitures disponibles des immeubles comme ce qui se fait en Europe pour les bâtiments dits à énergie positives.
Et une politique incitative en faveur des usagers à l’autoconsommation doit être soutenue, ce qui permettrait à l’état de diminuer les investissements et les dépenses liés à l’entretien des réseaux. C’est dans ce sens qu’il faut orienter l’utilisation du solaire photovoltaïque au lieu la mise en place champs au sol qui profiteraient plus aux investisseurs étrangers.
La
grande mosquée mouride de Rufisque se situe au quartier Leona sur la route des Niayes.
Elle
s’étend sur une superficie totale de 12029 m² comprenant une Mosquée, une Esplanade, des Résidences, des Cours de service, Parking, Daara et toilettes.
Nous avons été chargé de la conception de l'installation électrique par le comité de pilotage que nous faisons gratuitement comme notre contribution à cet grand oeuvre de l'Islam dans la ville de Rufisque.
Et nous profitons de l'occasion pour lancer un appel à toutes les bonnes volontés du monde de s'approcher au comité de pilotage pour apporter leur contribution.
