Émissions de CO2 en Suisse : impact réel des échanges d’électricité

Introduction

La production d'électricité est une source majeure d'émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES). Au niveau européen, le secteur a représenté environ un quart des émissions totales de GES en 2015. En Suisse, sur la même période, la part des émissions de GES générées par la production d'électricité nationale a représenté moins de 2% des émissions du pays, étant donné que la majeure partie de l’électricité suisse est générée par des centrales hydroélectriques et nucléaires.

Cependant, en tant qu'économie ouverte au cœur du système électrique européen, les échanges d'énergie bidirectionnels totaux avec les voisins environnants s'élevaient à 86 TWh en 2015, dépassant ainsi nettement la consommation nationale totale (58,3 TWh). Ainsi l'intégration de la Suisse au sein des marchés européens de l’électricité offre aux fournisseurs d’électricité, et indirectement aux consommateurs, des opportunités pour optimiser les coûts d'approvisionnement en électricité du pays. Cette optimisation se traduit par l’importation d’énergie électrique en provenance des pays avoisinants disposant d’avantages comparatifs en raison du mix de leur production et de conditions de marché plus favorables, et inversement par l’exportation d’énergie hydraulique à prix élevé lors de demandes de pointe.

Usuellement, la mesure des émissions de gaz à effet de serre repose sur le principe de comptabilité territoriale (également appelé principe de comptabilité de production). Il attribue toutes les émissions à la zone géographique où les émissions sont générées, ne tenant pas compte des imports/exports d’électricité. Selon ce principe, les émissions de carbone produites par les installations suisses s’élèvent à 23.6 g CO2 / kWh (Messmer and Frischknecht, 2016).

Afin de mieux appréhender l’impact induit par les échanges transfrontaliers, un second principe peut être utilisé. Celui-ci, dénommé principe de comptabilité de consommation, attribue les émissions à la demande, et plus spécifiquement aux moyens de production mis en place pour répondre à celle-ci. Ce principe de comptabilisation permet par exemple de considérer plus précisément que i) les fournisseurs d'électricité optimisent le coût de leur portefeuille de production par le biais d'opérations sur les marchés étrangers et de transactions transfrontalières ii) les consommateurs peuvent influencer le marché en augmentant la production pour certains types de produits (par exemple l'électricité verte) et donc assumer un certain niveau de responsabilité pour faire des choix réfléchis iii) les changements technologiques (p. ex. l’électrification des transports et du chauffage) conduisent à des schémas de demande d’énergie influençant ces flux.

Actuellement, le principe repose sur une certification de la production, qui assure que l’équivalent de l’achat/fourniture d’électricité a été produit par tel ou tel type de production. À ce titre, le mix de fourniture électrique Suisse (incluant production domestique et importations) est actuellement estimé à 138.5 6 CO2 / kWh (Messmer and Frischknecht, 2016). Cependant, ces certificats concernent des volumes annuels et ne garantissent pas la concomitance entre production et consommation tant que l’obligation de certification n’est pas uniformément appliquée à l’échelle européenne, et que les consommateurs européens n’ont pas les mêmes sensibilités aux énergies renouvelables.

Pour pallier ce problème, l’Université de Genève vient de développer une nouvelle méthode de comptabilisation, qui utilise des informations liées à la production électrique des moyens de production européens et suisses, pour estimer les émissions de CO2 émanant de la demande électrique suisse à une granularité horaire (Romano et al., 2018).

Impact incrémental des importations suisses

Contrairement à des approches alternatives proposées par l’EPFL (Vuarnoz and Jusselme, 2018) ou l’Office fédéral de l’environnement (Frischknecht et al., 2012), la méthode repose sur l'impact incrémental des flux exportés par un pays sur les installations de ce pays. Elle tient également compte des flux en transit (donc non-consommés par le pays en question).

Selon cette approche incrémentale, qui reflète le fonctionnement du système électrique conformément à la préséance économique, l’impact des importations suisses se traduit par un nombre d'heures de fonctionnement plus importants qu’en situation autarcique des installations peu coûteuses et non renouvelables des pays voisins (voir Figure 1). Comme le démontre l’étude, les importations suisses ont essentiellement pour résultat une exploitation accrue des centrales charbon et nucléaire, respectivement en Allemagne et en France.

Figure 1 : Impact des échanges sur le pays exportateur

Finalement, la teneur en CO2 du mix électrique est calculée à partir de l'intensité en carbone de chaque type de production. Si cette méthode est relativement simple pour la plupart des types de production (énergies renouvelables, nucléaire, fossiles), un problème spécifique concerne la production d'électricité à partir des gaz de déchets des hauts fourneaux allemands, pour lesquels deux approches comptables sont possibles : i) d'une part, ces gaz peuvent être considérés comme des "déchets" de l'industrie sidérurgique, auquel cas la teneur en CO2 correspondante est attribuée à ce dernier secteur et non à la production d'électricité (approche bas carbone) ; ii) d'autre part, en raison des considérations économiques spécifiques relatives à la décision de brûler les gaz ou de produire de l'électricité, on peut soutenir que les émissions correspondantes doivent être attribuées au secteur de l'électricité (approche haut carbone).

Résultats

Avec cette méthodologie, les émissions moyennes annuelles (2017) s’élèvent à 196 g CO2 / kWh pour l’approche haut carbone (y.c. CO2 des hauts fourneaux allemands), respectivement 108 g CO2 / kWh pour l’approche bas carbone. Ces valeurs sont de 40% supérieures, respectivement 20% inférieures à la valeur de l'OFEV, basée sur les certificats d’origine (Messmer and Frischknecht, 2016).

Figure 2 : Émissions de CO2 liées à la production locale et aux importations (approche haut carbone)

Cependant, nos résultats mettent en exergue le caractère éminemment saisonnier de ces émissions, en lien avec la dynamique d’importation des pays avoisinants. Ainsi, selon l’approche haut carbone, le facteur horaire d'émission de GES grimpe à un maximum de 1420 g CO2 / kWh et s’élève à une moyenne à 850 g CO2 / kWh pour les 500 heures les plus intensives. Inversement, la valeur horaire la plus basse se situe à 11 g CO2 / kWh et la moyenne des 500 heures les moins intensives en carbone équivaut à seulement 24 g CO2 / kWh.

Figure 3 : Émissions horaires de CO2 (année 2017) liées à la demande suisse (approche haut carbone)

Les facteurs horaires d'émission de CO2 calculés dans le cadre de cette étude devraient être utiles aux scientifiques et décideurs pour examiner les effets des changements technologiques et les stratégies de politique énergétique (en particulier l'amélioration de l'efficacité énergétique et le développement des énergies renouvelables). Étant donné la saisonnalité observée, les profils d’émissions peuvent aider à adapter les stratégies de réduction du carbone et à hiérarchiser les efforts au cours des périodes où les émissions de carbone atteignent leur valeur maximale.

Enfin, la sécurité d'approvisionnement est également une préoccupation majeure en matière d'émissions de CO2. Comme le montre l’étude, une part importante des émissions de 2017 a été causée par des unités de production carbonées, mises en œuvre afin de compenser les pénuries de capacité au niveau européen au cours de la période hivernale. Afin de compenser l'impact de ces unités, la politique énergétique devrait concentrer ses efforts sur les technologies et mécanismes verts en faveur d'une sécurité accrue de l'approvisionnement. Dans le cas contraire, les centrales à combustibles fossiles continueront de bénéficier de recettes d'exportation élevées en période de pénurie, et les efforts liés au développement des énergies renouvelables ne compenseront pas l'impact en temps réel de la demande d'électricité suisse sur les gaz à effet de serre.

Bibliographie

Frischknecht, R., Itten, R., Flury, K., 2012. Treibhausgas-Emissionen der Schweizer Strommixe (v1. 4). Im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU). ESU services GmbH, Uster.

Messmer, A., Frischknecht, R., 2016. Umweltbilanz Strommix Schweiz 2014. Bundesamt für Umwelt BAFU, Tech. Rep.

Romano, E., Hollmuller, P., Patel, M., 2018. "Émissions horaires de gaz à effet de serre liées à la consommation d'électricité - une approche incrémentale pour une économie ouverte. Le cas de la Suisse". Université de Genève.

Vuarnoz, D., Jusselme, T., 2018. "Temporal variations in the primary energy use and greenhouse gas emissions of electricity provided by the Swiss grid". Energy.
 

Pierre Hollmuller

Pierre Hollmuller

Pierre Hollmuller est chargé de cours à l'Université de Genève. Sa carrière de recherche et d'enseignement dans le domaine des systèmes énergétiques s'est développée au sein de diverses universités (Université de Genève, Universidade de Lisboa Portugal, Universidade Federal de Santa Catarina Brésil). En collaboration avec le Prof. Martin Patel, il gère depuis 2010 le Partenariat de recherche entre les Services industriels de Genève (SIG) et l'Université de Genève, dans le domaine de l'efficacité énergétique et de l'intégration des énergies renouvelables.

www.unige.ch/sysener/fr/equipe/hollmuller

Martin Patel

Martin Patel

Martin Patel est professeur à l'Université de Genève, où il occupe la chaire en efficience énergétique depuis 2013. Avant sa nomination à Genève, il était professeur assistant et professeur associé à l'Université d'Utrecht (Pays-Bas, 2001-2013), après avoir été doctorant et chercheur au Fraunhofer Institute (ISI) à Karlsruhe (Allemagne, 1993-2000). Ses recherches portent sur les économies d'énergie et la réduction des émissions dans l'industrie et l'environnement bâti, ainsi que sur le stockage de l'énergie.

www.unige.ch/efficience/en/team/patel

Elliot Romano

Elliot Romano

Elliot Romano est adjoint scientifique à l’Institut des sciences de l’environnement de l’Université de Genève depuis 2015. Titulaire d’un Doctorat en économie de HEC Lausanne et d’un Master d’économie de l’Université catholique de Louvain (Belgique), il débute sa carrière au sein d’un groupe électrique suisse (EOS, Lausanne). En 2005, il rejoint la Direction des études et recherches d’Électricité de France (EDF, Paris) et dirige le projet de recherche en Économie de la régulation. Par la suite, il est nommé chef du Département de la surveillance des marchés de la Commission de régulation de l’énergie (Paris). Entre 2011 et 2014, il est responsable de l’Unité tarification des Services industriels de Genève (SIG) et introduit le bonus aux économies d’énergie pour les consommateurs genevois.

www.unige.ch/sysener/fr/equipe/elliot-romano

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