Pourquoi et comment mesurer l'électrification
Quelle part de notre électricité provient de sources d'énergie à faible teneur en carbone ? Cette question clé est la raison pour laquelle ce site a été créé. Produire de l'électricité sans combustibles fossiles est nécessaire pour lutter contre le changement climatique (et assainit également notre air). Cependant, si les progrès mesurés par cette métrique sont nécessaires, ils ne sont pas suffisants – et se focaliser uniquement sur le critère de l'électricité propre peut être problématique.
Pour comprendre pourquoi, examinons deux pays qui ont déjà décarbonisé la majorité de leur électricité : le Brésil (92 %) et la Suède (95 %). A en juger par l'indicateur de l'électricité à faible teneur en carbone, ces deux pays semblent presque avoir atteint leur objectif. Est-ce le cas ?
Non. Bien que leur électricité soit presque exempte de combustibles fossiles, ils continuent de consommer du charbon, du pétrole et du gaz en dehors du secteur de l'électricité. À l'échelle mondiale, presque tout le pétrole, les deux tiers du gaz naturel et un tiers du charbon sont utilisés à des fins autres que la production d'électricité. En d'autres termes, même avec 100 % d'électricité bas carbone dans le monde, la consommation de pétrole changerait à peine, le gaz naturel ne serait réduit que d'un tiers, et un tiers du charbon – le pire émetteur de gaz à effet de serre de tous les combustibles fossiles - demeurerait.
La bonne nouvelle, c'est qu'une grande partie de ces autres utilisations énergétiques peut être électrifiée. Les véhicules à moteur à combustion interne (ICE) peuvent être remplacés par des voitures électriques, les chaudières à gaz par des pompes à chaleur, et des efforts sont en cours pour remplacer le charbon utilisé dans la production d'acier et de ciment.
La métrique de l'électricité à faible teneur en carbone ne saisit pas les progrès dans ces secteurs. Nous avons besoin d'une nouvelle mesure : celle qui évalue dans quelle mesure l'utilisation de l'énergie dans tous les secteurs est passée à l'électricité. L'indicateur d'électricité bas carbone mesure les progrès dans le secteur de l'électricité – mais quelle est l'importance de ce secteur par rapport aux émissions totales ? Si un pays a un réseau propre, mais que ce réseau ne fournit qu'une petite part de l'économie, alors l'impact de cette décarbonisation est limité. Plus précisément, l'impact sur les émissions est déterminé par l'indicateur dont traite cet article : l'électrification. Voici une manière de le concevoir :
Décarbonisation totale = Électricité bas carbone (%) * Électrification (%).
Cette formule est, bien sûr, simpliste. Elle ne prend pas en compte les facteurs d'émission exacts de chaque source d'énergie, et elle suggère que toutes les sources d'énergie non électriques sont fossiles (ce qui est principalement mais pas toujours vrai, les biocarburants et l'énergie géothermique étant des exceptions significatives dans certaines régions). Cependant, bien que simpliste, je pense que cette formule est utile et constitue une amélioration majeure par rapport à l'unique indicateur de l'électricité bas carbone.
Alors, comment mesurer l'électrification ? La réponse intuitive pourrait être :
Électrification = Électricité / Énergie totale
Le problème avec cette approche est qu'elle est très difficile à calculer. Cela est dû au fait que l'électricité et l'« énergie totale » sont mesurées de manières différentes. L'électricité est relativement simple – c'est l'énergie produite par les centrales électriques. Il y a des pertes d'énergie pendant la transmission de l'électricité, mais elles sont relativement mineures. L'énergie totale, en revanche, est beaucoup plus complexe. La mesure la plus courante s'appelle l'énergie primaire, qui mesure le contenu énergétique des combustibles fossiles avant leur combustion. Les pertes d'énergie dues à la combustion du charbon, du gaz et du pétrole sont importantes – dans la plupart des cas, plus de la moitié de ce contenu énergétique est perdu en chaleur. Comparer directement l'électricité et l'énergie primaire est trompeur car cela suggère qu'une unité d'énergie primaire doit être remplacée par une unité d'électricité.
Il existe une solution appelée méthode de substitution qui évalue l'équivalent en énergie primaire de l'électricité sur la base d'estimations des pertes énergétiques moyennes. Appliquer la méthode de substitution à l'électricité puis la comparer à l'énergie primaire est un moyen d'estimer l'électrification. Utiliser des moyennes est adéquat à l'échelle mondiale (l'électrification mondiale en 2018 était de 39,8 % selon les chiffres de l'AIE, ou 41,2 % selon l'IE). Mais appliquer des chiffres de pertes énergétiques moyennes au niveau des pays introduit beaucoup de bruit. Par exemple, ce modèle prétendrait que l'électrification en Norvège en 2018 était de 105 % (selon les chiffres de l'AIE).
Nous pourrions essayer d'estimer les pertes de conversion d'énergie primaire pour chaque pays, peut-être sur la base de son mix énergétique spécifique – par exemple, le gaz naturel peut être brûlé avec une efficacité nettement supérieure à celle du charbon. Les chiffres d'électrification créés en utilisant cette approche pourraient finir par en dire plus sur les hypothèses et estimations de la méthode de calcul que sur les tendances réelles. Pour ajouter à l'imprécision, différentes sources de données d'énergie primaire rapportent parfois des chiffres très différents. Par exemple, si nous utilisons les chiffres de l'Institut de l'énergie, l'électrification en Suisse en 2019 était de 53 % ; si nous utilisons à la place les chiffres de l'AIE, elle était de 64 %. Laquelle est vraie ?
Nous proposons une méthode alternative. Au lieu d'utiliser des chiffres d'énergie primaire, nous utilisons des chiffres d'émissions de gaz à effet de serre pour le secteur de l'énergie dans son ensemble, et nous comparons ceux-ci aux émissions du secteur de l'électricité. Cette méthode se concentre sur l'impact environnemental réel de l'électrification. Puisque la question à laquelle nous voulons répondre est de savoir quel impact l'électricité a sur les émissions totales, il est logique de commencer avec les chiffres des émissions.
Les émissions de la production d'électricité dépendent de la source d'énergie. Selon les chiffres du GIEC, l'énergie éolienne et nucléaire a les émissions les plus faibles, autour de 12 gCO2eq/kWh. En revanche, les émissions du charbon sont presque 70 fois plus élevées. Si nous comparons directement les émissions réelles de l'électricité aux émissions énergétiques, le ratio serait une mesure à la fois de la décarbonisation de l'électricité et de l'électrification. Nous voulons isoler l'impact de l'électrification. Pour cela, nous devons d'abord éliminer l'impact de la décarbonisation.
Nous simulons un scénario où toute l'électricité est produite par des combustibles fossiles, ce qui nous permet de normaliser la mesure à différents niveaux de décarbonisation. Cela nous permet de mesurer l'électricité de manière uniforme, indépendamment des progrès de la décarbonisation. La formule de base que nous utilisons est :
Électrification = Émissions de l'électricité fossile / (Émissions de l'électricité fossile + Émissions d'énergie non électrique)
Une façon de penser à cette métrique est que, si l'électrification est de 100 %, alors 100 % des émissions liées à l'énergie dépendent de la manière dont l'électricité est produite. D'un autre côté, si l'électrification est de seulement 20 %, alors la décarbonisation du réseau seul ne peut impacter que 20 % des émissions totales d'énergie.
Pour les données sur les émissions du secteur de l'énergie, nous avons utilisé les sources suivantes : AIE, ClimateWatch, PIK, UNFCCC et l'Institut de l'Énergie. Dans certains cas, différentes sources rapportent des chiffres sensiblement différents. Nous avons appliqué un filtre ne retenant que les chiffres confirmés par plusieurs sources (avec une différence de moins de 3 %).
Principaux constats
Revenons aux deux exemples précédents. Nos calculs donnent au Brésil un score d'électrification de 52 %. La Suède fait mieux, avec 81 %. Les deux pays font mieux que la moyenne mondiale (48 %) et ont encore du travail devant eux. Cette métrique nous donne une idée de l'ampleur des efforts à fournir.
Quels pays ont les taux d'électrification les plus élevés ? Les 10 premiers sont :
| Islande | 91,3 % |
| Bhoutan | 90,0 % |
| Paraguay | 81,7 % |
| Suède | 81,2 % |
| Laos | 79,4 % |
| Norvège | 75,9 % |
| Tadjikistan | 69,8 % |
| Monténégro | 68,7 % |
| Malte | 66,5 % |
| Zambie | 65,9 % |
Selon nos calculs, l'Islande est le pays le plus électrifié au monde. Il a également, de loin, la plus forte production d'électricité par habitant. La petite population de l'Islande, sa grande disponibilité en énergie hydraulique, et son industrie de l'aluminium très significative en font une exception.
Il est peut-être plus surprenant que le Bhoutan se classe deuxième. En partie parce que sa production d'électricité (entièrement issue de l'hydraulique) dépasse sa demande intérieure – en 2014 (l'année la plus récente pour laquelle les statistiques d'émissions sont cohérentes), 70 % de l'électricité était exportée. En termes de production, le secteur énergétique du Bhoutan est électrifié à 90 %, mais en termes de consommation (hors exportations nettes), ce chiffre serait beaucoup plus bas.
En examinant la liste, il apparaît qu'être un exportateur net significatif d'électricité est une caractéristique commune de nombreux pays ayant un classement élevé. Le Paraguay exporte 60% de son électricité, la Suède 15%, le Laos 78%, la Norvège 8%, le Tadjikistan 8%, le Monténégro 5% et la Zambie 7%. Tous ces pays enregistreraient des chiffres d'électrification plus bas si nous excluions les exportations nettes. En revanche, il semble juste de classer ces pays en tête – l'étendue à laquelle leurs réseaux sont décarbonisés affecte non seulement leurs propres émissions, mais aussi celles de leurs pays voisins.
Haute électrification, faible décarbonisation
Si un pays a atteint un haut degré d'électrification, mais que la majorité de son électricité est toujours fossile, cela signifie que le nettoyage de son réseau aura un impact exceptionnellement grand sur les émissions totales. Il s'avère qu'il y a plusieurs candidats :
| Électrification | Électricité bas carbone | |
| Malte | 66,50 % | 11,50 % |
| Israël | 64,40 % | 6,80 % |
| République de Chine (Taïwan) | 65,00 % | 16,90 % |
| Hong Kong | 66,00 % | 0 |
| Macédoine du Nord | 59,50 % | 18,00 % |
| Singapour | 57,30 % | 1,60 % |
Ces régions ne sont pas souvent mises en lumière dans le contexte de l'énergie propre, et ce à juste titre – mais étant donné leurs hauts niveaux d'électrification, lorsque leurs réseaux seront nettoyés, elles ont le potentiel de rapidement devenir des leaders de la décarbonisation.
Faible électrification, forte décarbonisation
À l'autre extrême, il y a des pays qui ont des réseaux électriques très propres, mais où le faible degré d'électrification limite l'impact sur les émissions totales :
| Électrification | Électricité bas carbone | |
| Éthiopie | 25,40 % | 99,90 % |
| Congo - Kinshasa | 29,00 % | 98,00 % |
| Slovaquie | 40,10 % | 85,20 % |
| Kenya | 27,70 % | 85,10 % |
| Corée du Nord | 29,40 % | 83,20 % |
| Venezuela | 32,70 % | 80,90 % |
Ces pays possèdent certains des réseaux électriques les plus propres du monde, mais l'électricité représente une part relativement petite des émissions totales. Le principal défi à venir est de transférer plus de leur usage énergétique vers l'électricité – et d'étendre la production d'électricité à faible teneur en carbone pour répondre à cette demande accrue.
Qui s'améliore ?
Peut-être que l'utilisation la plus intéressante de ces données est de déterminer quels pays s'améliorent le plus. Si nous examinons les changements entre les années 2000 et 2020, les augmentations les plus significatives se sont produites dans :
| Cambodge | 11,3 | ⮕ | 40,3 % |
| Honduras | 37,5 | ⮕ | 61 % |
| Islande | 71,6 | ⮕ | 93 % |
| République populaire de Chine | 30,4 | ⮕ | 51,3 % |
| Rwanda | 5,7 | ⮕ | 23,7 % |
| Érythrée | 17,9 | ⮕ | 35,4 % |
| Chypre | 34,4 | ⮕ | 50,2 % |
| Suisse | 43,5 | ⮕ | 59,2 % |
| Malaisie | 27,5 | ⮕ | 43,2 % |
| Équateur | 26,5 | ⮕ | 41,9 % |
La République populaire de Chine se démarque sur cette liste en raison de la taille de son économie et de son importance pour les émissions totales mondiales. Pendant cette même période, la part bas carbone de l'électricité dans le pays est passée de 17,9 % à 32,8 %. Bien que très significatif, le progrès en termes d'électrification a sans doute été tout aussi marquant. Nous pensons que l'électrification devrait recevoir plus d'attention et espérons que l'indicateur que nous proposons et ces données peuvent contribuer utilement.
