L'empreinte carbone de l'électricité est un mode d'évaluation de l'impact environnemental de l'utilisation d'électricité. Elle est variable selon les pays et les saisons en raison des divers modes de production choisis.
Préambule À l'instar des réseaux de chaleur, l’utilisation de l’électricité par le consommateur n’entraîne pas d’émission directe de gaz à effet de serre (GES) sur le lieu d’utilisation. En revanche, l’utilisation de combustibles pour produire l’électricité. ainsi que pour la construction et l'entretien de ses réseaux de transport et de distribution sont à l'origine de l'émission de différents GES. Comme la consommation d’électricité est directement liée aux émissions de , il est couramment admis de parler du contenu en de l’électricité.
Le sujet des émissions de liées à l’électricité fait cependant débat pour plusieurs raisons : le système de production électrique est complexe, mobilisant divers moyens de production pour répondre à la variabilité de la demande, au travers de mécanismes d’équilibre techniques et économiques de plus en plus sophistiqués ; le réseau électrique induit une mutualisation des moyens de production pour satisfaire la demande, si bien qu'il est impossible de rattacher un moyen de production particulier à un usage donné ; dans le cadre de la cogénération (qui améliore le coefficient d'énergie primaire de l'électricité), la production de chaleur est associée à la production d’électricité, ce qui pose le problème de l’imputation des émissions de à l’une ou à l’autre ; les moyens de production électrique sont divers ; de l'hydraulique de lac n’émettant pas d'émission directe de , jusqu’aux centrales thermiques à charbon émettant plus de par kilowatt-heure produit ; le mix de production est plus ou moins carboné selon les régions et pays (peu carboné en France, Suisse, Norvège, Suède pour l'Europe) ; les échanges transfrontaliers entre les pays rendent délicat l’établissement de valeurs « nationales » de contenu , valeurs souhaitées pour des raisons politiques alors qu'elles ne font que rarement sens d'un point de vue physique ; enfin, les politiques commerciales des fournisseurs d'électricité peuvent s'écarter des critères scientifiques.
L'empreinte carbone de l'électricité comprend en particulier celle du numérique, qui s'élève, selon l'association française The Shift Project, à 2,5 % des émissions mondiales en 2013 et à 3,7 % des émissions mondiales en 2018, donc est en forte croissance.. C'est plus que celle du trafic aérien.
L'Agence internationale de l'énergie envisage entre autres, pour décarboner l'électricité, la séquestration du . .
Cet article présente la diversité des méthodes d’évaluation du contenu en de l’électricité et leur domaine de validité, évitant ainsi un historique complexe.
Définitions thumb|Centrale de production électrique à base de charbon (Datteln, Allemagne). Ce type de centrale peut émettre environ .
Les facteurs d’émission et les contenus de l’électricité peuvent être définis de différentes manières, suivant les émissions auxquelles on s’intéresse et les périmètres pris en compte : à la production ou à la consommation, à l’échelle d’un producteur ou d’un pays.
Le « facteur d’émission du kilowatt-heure produit par une filière donnée » est défini comme le rapport des émissions de par la quantité d’électricité produites en sortie des équipements rattachés à cette filière (charbon, hydraulique, nucléaire, éolienne...). Sous réserve de l’incertitude introduite par la production combinée de chaleur et d’électricité, les émissions directes sont des grandeurs mesurables et vérifiables. En revanche, le complément correspondant à l’approche par analyse du cycle de vie (ACV) donne souvent lieu à débat.
Par exemple, la base de données de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) estime le facteur d'émission du nucléaire en France à 10 grammes d'équivalent par kilowatt-heure (géq/kWh)), comparés à ±50 % pour l'éolien et à pour le solaire photovoltaïqueBase Carbone - Documentation des facteurs d'émissions de la Base Carbone, ADEME, 18 novembre 2014, pages 91-92., ces dernières estimations ne tenant pas compte de leur intermittence et des centrales à flamme qu'elle induit.. Une autre méthode d'ACV, l (EIO), intègre un bilan carbone a priori car incluant les émissions « grises » (indirectes et associées, notamment liées à la fabrication de composants complexes de haute spécification non fabriqués en série). Par exemple, par la mesure du coût, elle prend en compte que l'approvisionnement en acier « de qualité nucléaire » (bien plus cher) traduit une matière première à empreinte carbone plus élevée JRC, Technical assessment of nuclear energy with respect to the ‘do no significant harm’ criteria of Regulation (EU) 2020/852 (‘Taxonomy Regulation’) , European Atomic Energy Community, European Commission Joint Research Centre, Petten, 2021, 387 p., JRC124193.. Hondo en 2005 a associé l'EIO à une analyse classique et a conclu à des émissions de pour le cycle nucléaire. (soit un score carbone bien plus élevées que les donnés par Vattenfall en 2004 sur la base de ratios habituels appliqués aux seuls effets directs d'une centrale nucléaire) Vattenfall A.B, ‘Generation Nordic countries certified environmental product declaration of electricity from Ringhals NPP’, S-P-00026, 2004, http://www.environdec.com/reg/026/Chapters/ Dokument/EPD-Ringhals.pdf., mais bien meilleures que celles des combustibles fossiles : charbon - 975,2, pétrole - 742,1, GNL - 607,6 et LNGCC – 518,8..
+ Exemples d'émissions directes (+ ACV) par kWhproduit par filière (en geq/kWh) Filières Médiane d'émissions issue du rapport du GIEC (2014).. D’après la « Base Carbone » ADEME (juin 2013). Rapport l'université de Stanford (2009) Mark Z. Jacobson, Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security, rsc.org Rapport de l'université de Singapour (2008)Benjamin Sovacool - Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power: A critical survey.Nucléaire1269 à 7066Charbon 8201038960 à 1050Gaz490406443 à 611Fioul704778Hydraulique retenue24417 à 2210Photovoltaïque41 à 485519 à 5932Éolienne11 à 127,32,8 à 7.49 Géothermie384515,1 à 5538Biomasse23014 à 31 Solaire thermique2713Biogaz11 L'écart important entre les trois sources quant au contenu moyen du kilowatt-heure nucléaire s'explique pour l'essentiel par le poids prépondérant de l'investissement initial et de la grosse maintenance dans l'analyse du cycle de vie et par le contexte national dans lequel ces activités se déroulent : dans des pays où la production électrique est largement décarbonée (France, Suède), le contenu de la construction d'une centrale nucléaire est beaucoup plus faible que dans les pays où l'électricité est produite surtout à partir de charbon (Chine, États-Unis, Inde, Japon) : l'étude de l'ADEME se réfère aux conditions françaises alors que les deux autres concernent surtout les conditions américaines ; de plus, ces études sont anciennes (2008 pour l'étude de B. Sovacool, de l'université de Singapour, qui par ailleurs n'est pas conforme aux normes ACV)Confusion sur les chiffres d’émissions de du nucléaire, Société française d'énergie nucléaire, 5 février 2019..
Le facteur d’émission moyen du kilowatt-heure produit est le contenu moyen du kWh électrique produit par l’ensemble des moyens de production rattachés à un producteur (EDF, RWE...) ou à un territoire (France, Allemagne, Europe...).
+ Quelques exemples de contenus moyens par kWh produit et par producteur – Données 2016 (gCO2-eq/kWh) Producteur Émissions directes Production (TWh)Statkraft1266Groupe E.ON3253Groupe EDF72608Groupe Vattenfall195119Groupe Engie299149Groupe ENEL395146Uniper99438Groupe RWE70920823 groupes2752000
Le contenu moyen du kilowatt-heure livré ou consommé est relatif aux émissions imputables à la consommation électrique dans un territoire donné. Il prend en compte le contenu du mix de production, les importations et les consommations des réseaux de transport et de distribution nécessaires pour couvrir la consommation.
Le contenu du kilowatt-heure par usage correspond à la décomposition du contenu moyen de kWh consommé selon différents usages. Comme il n’est pas possible de distinguer physiquement le rôle joué par chacun des moyens de production à la satisfaction de tel ou tel usage, les moyens de production étant à tout instant mutualisés pour satisfaire l’ensemble des appels, cette décomposition repose sur des méthodes conventionnelles d’allocation. Il s’ensuit des débats sur la façon d’effectuer cette répartition. Ces débats ne sont pas aujourd’hui clos. Un accord a été trouvé sur la façon de déterminer, en historique, les contenus par usage afin de dresser des bilans, mais des oppositions subsistent sur la façon de les calculer en prospectif, l’idée étant de distinguer, pour l’avenir, les usages vertueux sur le plan des émissions de gaz à effet de serre de ceux qui ne le seraient pas.
La méthode convenue « en historique » et le contenu des débats actuels sur la détermination des contenus en prospectif sont expliqués ci-dessous.
Contenus du kilowatt-heure en historique Facteurs d’émission moyens en historique Selon l’étude publiée annuellement par PwC France et Enerpresse, les facteurs d’émission moyenne de par kilowatt-heure produit en Europe baissent régulièrement depuis 2001 ; en 2016, ils baissent de 11 % du fait de la diminution de la part des sources d’énergie fortement carbonées pour 78 %, et pour 22 % de la hausse des énergies renouvelables dans le mix électrique : hydraulique, solaire, éolien, etc. Le facteur d’émission moyen des 23 principaux groupes européens du domaine de l’électricité est passé de de /kWh en 2007 à de /kWh en 2016 (-27 %). Le groupe EDF a un poids très important : 30,4 % de la production, 7,3 % des émissions de , facteur carbone de de /kWh ; sans EDF, le facteur carbone européen du panel serait plus élevé de 32 %, passant à 365 kg /MWhL’intensité carbone des énergéticiens européens baisse de 11 %, PWC, 25 janvier 2018..
En France, selon le bilan électrique 2014 de RTE., le facteur carbone moyen du kWh produit sur le territoire national s'est élevé en 2014 à de /kWh, ce qui est très faible au regard de la moyenne européenne et a fortiori mondiale. Ce résultat est dû pour l’essentiel à l’importance du nucléaire dans la production nationale (77 %). La baisse du volume total des émissions observée en 2014 (-41 % par rapport à 2013) est liée également à la forte baisse de la production thermique fossile du fait de la douceur des températures hivernales et à la bonne disponibilité du parc nucléaire.
Contenus par usage En 2005, l’ADEME et EDF sont convenus de calculer des contenus historiques par usage en utilisant une méthode dite « méthode saisonnalisée » s'appuyant sur un découpage saisonnier des consommations et de la production, justifié par le constat que la consommation d'électricité présente une variation saisonnière caractéristique entre l'été et l'hiver. Les de consommation d'électricité française sont répartis en de consommation de base, c'est-à-dire ayant le même niveau toute l'année, et de consommation saisonnière répartie sur la période hivernale (soit 200 TWh au semestre d'été et 300 TWh au semestre d'hiver). Le même calcul est réalisé sur les émissions de de la production, avec de sur la partie de base et de sur la partie saisonnière. Il est alors possible de calculer deux contenus en fonction de la saisonnalité : pour les usages saisonniers et pour les usages de base. Le calcul détaillé par usage est réalisé sur la base d'un taux de saisonnalité, par exemple :
l'usage réfrigération résidentiel est stable toute l'année, son contenu moyen est donc de ; l'usage industrie présente une légère saisonnalité, sa consommation est 10 % supérieur en hiver par rapport à l'été, son contenu moyen est donc de 90 % x 40 + 10 % x 180 = 54 geq/kWh ;