Que faudra-t-il pour parvenir à un système énergétique neutre sur le plan climatique ?

Le zéro émission nette est un objectif que le système énergétique suisse doit atteindre d'ici 2050. Cela signifie que l'ensemble de la chaîne de valeur de l'énergie (production, distribution, stockage et utilisation) n'émettra plus de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et sera globalement neutre sur le plan climatique. Le remplacement des combustibles fossiles jouera un rôle clé à cet égard, et peut être réalisé en Suisse par l'électrification des secteurs des transports et du chauffage. «La recherche nous montre qu'il est techniquement et économiquement possible pour le système énergétique suisse de fonctionner sans combustibles fossiles d'ici 2050.»

C'est ce qu'a déclaré Vanessa Wood, vice-présidente de l'ETH Zurich pour le transfert de connaissances et les relations avec les entreprises, lors du symposium public de la «Semaine de l'énergie 2021», la conférence annuelle de l'ETH Zurich sur l'énergie. Un point de vue partagé par Monika Krüsi, présidente du conseil d'administration de Repower, une entreprise suisse de distribution et de services dans le secteur de l'énergie. Le secteur de l'énergie et ses approches de solutions sont encore très hétérogènes, dit-elle; des solutions pragmatiques et un environnement de marché favorable aux investissements sont essentiels pour l'avenir, tout comme la collaboration, la flexibilité et la numérisation.

Ces dernières semaines, un équipe de recherche de l'ETH Zurich ont calculé des scénarios énergétiques possibles afin de mettre en évidence les différentes possibilités de développement pour la composition d'un système énergétique neutre sur le plan climatique en Suisse d'ici 2050. Cinq grandes tendances se sont dégagées, comme l'a expliqué Gabriela Hug, professeure de systèmes d'énergie électrique et présidente du Centre scientifique de l'énergie (CSE) lors du symposium:

• Les importations d'électricité pendant les mois d'hiver devraient être plus élevées à l'avenir qu'aujourd'hui, du moins à moyen terme, car la Suisse abandonne progressivement l'énergie nucléaire et la demande d'électricité augmente en raison de l'électrification des systèmes de chauffage (pompes à chaleur) et des voitures particulières (e-mobilité).
• Si, dans un avenir proche, le processus d'électrification de la mobilité et du chauffage progresse plus rapidement que ce n'est le cas actuellement, la dépendance de la Suisse à l'égard des importations d'électricité étrangères augmentera encore à moyen terme (vers 2040). D'un point de vue technique et économique, cela serait toutefois réalisable, bien que des centrales à gaz flexibles (y compris le captage et le stockage des gaz à effet de serre) puissent devenir une option ou une nécessité, selon le scénario.
• Le changement climatique et l'augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes auront une incidence sur la disponibilité saisonnière de l'hydroélectricité. Cela aura un impact sur l'expansion possible ou nécessaire du système énergétique - lors des années extrêmement sèches, la production d'électricité d'origine hydraulique diminuera et les pics de production d'électricité des centrales au fil de l'eau risquent de se déplacer de l'hiver au printemps. Cette baisse signifie que moins d'énergie sera globalement disponible, ce qui augmentera le besoin d'investissement. D'un autre côté, l'énergie aura tendance à être disponible lorsqu'elle est nécessaire. Les différences plus importantes entre les années extrêmement humides et sèches rendent les décisions d'investissement plus compliquées.
• Le développement optimisé des coûts du système électrique suisse dépend fortement de l'évolution dans les pays voisins : plus la France, l'Allemagne, l'Autriche et l'Italie misent sur les énergies renouvelables et créent des surcapacités dans ce domaine, plus il serait rentable de développer la production d'électricité flexible (p. ex. centrales à gaz, accumulation par pompage) en Suisse.
• Si le commerce transfrontalier d'électricité entre la Suisse et l'Europe devait être fortement restreint à long terme (par exemple de 50 % dans les scénarios), il y aurait beaucoup moins d'électricité disponible pour le commerce avec d'autres pays et la Suisse devrait augmenter sa capacité de production d'électricité nationale.

Les scénarios énergétiques ne sont pas des prévisions. Ils ne font pas de prédictions sur l'avenir, mais montrent les tendances possibles sur la base de certaines hypothèses et points de départ.

Développer le déploiement de l'énergie photovoltaïque

Une comparaison des différents scénarios confirme l'importance d'étendre le déploiement du photovoltaïque en Suisse. Dans le scénario de référence Nexus-e, le principal scénario utilisé par le groupe de recherche de l'ETH Zurich sur la base d'une optimisation économique, l'électricité produite par les systèmes hydroélectriques et photovoltaïques (PV) couvrira la majeure partie de la demande future en électricité, tandis que les autres énergies renouvelables telles que la biomasse et l'énergie éolienne joueront un rôle moins important. Ce résultat est comparable aux Perspectives énergétiques 2050+, les scénarios «Zéro émission nette» du gouvernement fédéral.

En revanche, dans les scénarios comparatifs, dans lesquels l'utilisation du photovoltaïque n'est pas développée dans la mesure où cela serait techniquement et économiquement faisable, il serait difficile pour la Suisse de satisfaire les besoins futurs en électricité à partir de sa propre production. Si le taux d'expansion de l'énergie solaire devait rester au niveau actuel, l'offre d'électricité en 2050 serait bien inférieure à la demande en raison de la sortie progressive du nucléaire, et la Suisse devrait importer de grandes quantités d'électricité.

Même dans le scénario de référence Nexus-e, la forte expansion des systèmes photovoltaïques ne compenserait la sortie du nucléaire qu'à long terme. Cela nécessiterait d'importantes importations d'électricité, surtout vers 2040, lorsque les centrales nucléaires ne seront plus en service. Vers 2050, l'énergie éolienne, le pompage-turbinage et les centrales à gaz (y compris le stockage des gaz à effet de serre émis) pourraient faire toute la différence pour que la Suisse puisse couvrir ses besoins en électricité.

Commerce de l'électricité avec l'Europe

L'approvisionnement en électricité sera également influencé dans une large mesure par les conditions-cadres du commerce de l'électricité avec l'Europe: «Comme les restrictions à long terme du commerce de l'électricité pourraient affecter la sécurité d'approvisionnement de la Suisse, il pourrait être judicieux d'investir dans l'énergie éolienne et les centrales à gaz à partir de 2040», a déclaré Gabriela Hug. Les centrales à gaz pourraient servir d'unités de production d'électricité flexibles, capables de produire de l'électricité à court terme et de manière saisonnière, par exemple en hiver. Selon le scénario, elles sont une option ou une nécessité. Les émissions de CO₂ qui en résultent devraient toutefois être captées et stockées dans tous les cas.

Coopération et couplage sectoriel

Lorsqu'il s'agit de réduire réellement les émissions de gaz à effet de serre à long terme et d'optimiser le système énergétique dans son ensemble - et ici les représentantes et représentants de la science et de l'économie étaient d'accord - la coopération intersectorielle et les chaînes de valeur joueront un rôle crucial à l'avenir. «La croissance des technologies des énergies renouvelables va de pair avec le couplage des secteurs», a déclaré Annegret Stephan, économiste au sein du groupe de recherche Durabilité et technologie de l'ETH Zurich.

En prenant l'exemple d'une planification énergétique qui étudie conjointement l'électrification des bâtiments et la mobilité, Kristina Orehounig, responsable du Laboratoire des systèmes énergétiques urbains de l'Empa, montre comment ce couplage des secteurs peut fonctionner au niveau des quartiers. Les chercheuses et chercheurs du consortium de recherche SWEET PATHFNDR, lancé en mai dernier et dirigé par l'ETH Zurich, étudient comment le couplage sectoriel et la flexibilité peuvent contribuer à un système énergétique neutre sur le plan climatique en Suisse. Le symposium a démontré de manière éclatante les propos d'ouverture de Vanessa Wood, à savoir qu'un avenir énergétique durable est l'affaire de tous et que chacun doit jouer son rôle.