23 septembre 2024

Pourquoi et comment mesurer l'électrification

Quelle part de notre électricité provient de sources d'énergie à faible émission de carbone ? Cette question clé est la raison pour laquelle ce site web a été créé. Produire de l'électricité sans combustibles fossiles est nécessaire pour lutter contre le changement climatique (et permettrait également de purifier notre air). Mais bien que le progrès mesuré par cette métrique soit nécessaire, il n'est pas suffisant – et se concentrer de manière excessive sur cette donnée de l'électricité propre peut poser problème.

Pour comprendre pourquoi, examinons deux pays qui ont déjà décarboné la majorité de leur électricité : le Brésil (92 %) et la Suède (95 %). Si l'on juge par la métrique de l'électricité à faible émission de carbone, ces deux pays semblent presque terminés. Le sont-ils réellement ?

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 électrique. À l'échelle mondiale, 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 à faible émission de 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 parmi tous les combustibles fossiles – resterait.

La bonne nouvelle est qu'une grande partie de cette autre utilisation de l'énergie peut être électrifiée. Les véhicules à moteur à combustion interne (ICE) peuvent être remplacés par des voitures électriques, les chaudières au gaz peuvent être remplacées par des pompes à chaleur, et des efforts sont en cours pour remplacer le charbon utilisé pour produire l'acier et le ciment.

La donnée de l'électricité à faible émission de carbone ne capture pas les progrès réalisés dans ces secteurs. Nous avons besoin d'un nouveau critère : une qui mesure dans quelle mesure l'utilisation de l'énergie dans tous les secteurs est passée à l'électricité. La donnée sur l'électricité propre mesure les progrès à l'intérieur du secteur de l'électricité - mais quelle est l'importance de ce secteur par rapport aux émissions globales ? Si un pays dispose d'un réseau propre, mais que ce réseau n'alimente qu'une petite part de l'économie, alors l'impact de cette décarbonation est limité. Pour être plus précis, l'impact sur les émissions est déterminé par la métrique dont parle cet article : l'électrification. Voici une façon de le concevoir :

Décarbonisation Totale = Électricité à faible émission de 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 vrai en grande partie mais pas toujours, les biocarburants et l'énergie géothermique étant des exceptions significatives dans certaines régions). Mais même simpliste, je pense que cette formule est utile et constitue une amélioration majeure par rapport au seul critère de l'électricité à faible émission de 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 manière différente. L'électricité est relativement simple – c'est la production d'énergie générée par les centrales électriques. Il y a quelques pertes d'énergie durant la transmission de l'électricité, mais elles sont relativement mineures. L'énergie totale, d'autre part, est beaucoup plus complexe. La mesure la plus courante est appelée énergie primaire, qui mesure le contenu énergétique dans les combustibles fossiles avant qu'ils ne soient brûlés. Les pertes d'énergie encourues lors de 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 de contournement appelée la méthode de substitution qui estime l'équivalent énergétique primaire de l'électricité basé sur des estimations des pertes moyennes d'énergie. Appliquer la méthode de substitution à l'électricité puis la comparer à l'énergie primaire est une façon d'estimer l'électrification. Utiliser des moyennes est adéquat à l'échelle mondiale (l'électrification dans le monde en 2018 était de 39,8 % selon les chiffres de l'AIE, ou 41,2 % selon l'EI). Mais appliquer des pertes moyennes d'énergie à l'échelle d'un pays introduit beaucoup de bruit. Pour un exemple extrême, cette méthode prétendrait que l'électrification en Norvège en 2018 était de 105 % (toujours selon les chiffres de l'AIE).

Nous pourrions tenter d'estimer les pertes de conversion d'énergie primaire pour chaque pays, peut-être basé sur son mix énergétique spécifique – le gaz naturel par exemple peut être brûlé avec une efficacité significativement plus élevée que le charbon. Cependant, les chiffres d'électrification créés en utilisant cette approche pourraient finalement en dire plus sur les estimations et les suppositions de la méthode de calcul que sur les tendances réelles. Ajoutant à l'imprécision, différentes sources de données sur l'énergie primaire rapportent parfois des chiffres très divergents. Par exemple, si nous utilisons les chiffres de l'Energy Institute, l'électrification en Suisse en 2019 était de 53 % ; si nous utilisons plutôt les chiffres de l'AIE, c'était 64 %. Laquelle de ces valeurs est vraie ?

Nous proposons une méthode alternative. Au lieu d'utiliser les chiffres de l'énergie primaire, nous utilisons les chiffres des émissions de gaz à effet de serre pour le secteur énergétique dans son ensemble, et les comparons aux émissions du secteur électrique. Cette méthode se concentre sur l'impact environnemental réel de l'électrification. Puisque la question que nous voulons répondre est quel impact l'électricité a sur les émissions totales, il paraît logique de commencer par les chiffres des émissions.

Les émissions de la production d'électricité dépendent de la source d'énergie. Selon les chiffres de l'IPCC, l'éolien et le nucléaire ont les plus faibles émissions, autour de 12 gCO2eq/kWh. En revanche, les émissions du charbon sont presque 70 fois plus élevées. Si l'on compare directement les émissions réelles de l'électricité aux émissions énergétiques, le ratio serait une mesure à la fois de la décarbonation de l'électricité et de l'électrification. Nous voulons isoler l'impact de l'électrification. Pour cela, nous devons d'abord enlever l'impact de la décarbonation.

Nous simulons un scénario où toute l'électricité est générée par des combustibles fossiles, ce qui nous permet de standardiser la mesure à travers différents niveaux de décarbonation. Cela nous permet de mesurer l'électricité de manière homogène, indépendamment des progrès en matière de décarbonation. La formule de base que nous utilisons est :

Électrification = Émissions d'électricité fossile / (Émissions d'électricité fossile + Émissions d'énergie non électrique)

Une façon de penser cette métrique est que, si l'électrification est de 100 %, alors 100 % des émissions liées à l'énergie dépendent de la façon dont l'électricité est générée. D'autre part, si l'électrification est seulement de 20 %, alors décarboner le réseau seul ne peut affecter que 20 % des émissions énergétiques totales.

Pour les données sur les émissions du secteur de l'énergie, nous avons utilisé les sources suivantes : AIE, ClimateWatch, PIK, UNFCCC et l'Energy Institute. Dans certains cas, différentes sources rapportent des chiffres très divergents. Nous avons appliqué un filtre tel que seuls les chiffres confirmés par plusieurs sources (avec une différence de moins de 3 %) sont inclus.

Principales Conclusions

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 à faire. Cette métrique nous donne une idée de l'ampleur de cette tâche.

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 %

L'Islande est le pays le plus électrifié au monde, selon nos calculs. Elle possède également la plus haute production d'électricité par habitant de loin. La petite population islandaise, la grande disponibilité de l'hydroélectricité et son industrie de l'aluminium très importante en font un cas à part.

Il peut être plus surprenant que le Bhoutan se classe deuxième. Cela est en partie dû au fait que sa production d'électricité (entièrement d'origine hydraulique) dépasse sa demande intérieure – en 2014 (la dernière année avec des données d'émissions cohérentes), 70 % de l'électricité était exportée. En termes de production, 90 % du secteur énergétique du Bhoutan est électrifié, mais en termes de consommation (hors exportations nettes), le chiffre serait beaucoup plus bas.

En descendant la liste, il s'avère qu'être un important exportateur net d'électricité est une caractéristique commune de nombreux pays en tête du classement. 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. D'autre part, il semble juste de classer ces pays en bonne position – la mesure dans laquelle leurs réseaux sont décarbonés affecte non seulement leurs propres émissions mais aussi celles des pays voisins.

Électrification élevée, décarbonation faible

Si un pays a atteint un degré élevé d'électrification, mais que la plupart de son électricité reste fossile, cela signifie que nettoyer son réseau aura un impact exceptionnellement important sur les émissions globales. Il s'avère qu'il y a plusieurs candidats :

	Électrification	Électricité à faible émission de 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 avant dans le contexte de l'énergie propre, et à juste titre – mais étant donné leur haut degré d'électrification, lorsqu'elles nettoieront leurs réseaux, elles auront le potentiel de devenir rapidement des leaders en matière de décarbonation.

Électrification faible, décarbonation élevée

À l'autre extrême, il y a des pays qui ont des réseaux électriques très propres, mais où les faibles niveaux d'électrification signifient que l'impact sur les émissions totales est limité :

	Électrification	Électricité à faible émission de 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 ont tous certains des réseaux électriques les plus propres au monde, mais l'électricité représente une part relativement faible des émissions totales. Le principal défi à l'avenir est de transférer davantage de leur utilisation d'énergie à l'électricité – et de développer la production d'électricité à faible émission de carbone pour répondre à cette demande accrue.

Qui s'améliore ?

Peut-être l'utilisation la plus intéressante de ces données est-elle de déterminer quels pays s'améliorent le plus. Si nous examinons les changements survenus entre les années 2000 et 2020, les augmentations les plus significatives ont eu lieu 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 dans cette liste en raison de la taille de son économie et de son importance pour les émissions totales mondiales. Pendant la même période, la part de l'électricité à faible émission de carbone 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 aussi notable. Nous pensons que l'électrification devrait recevoir plus d'attention et nous espérons que la métrique que nous proposons et ces données peuvent être une contribution utile.