Les destins liés de la décarbonation de la mobilité et des réseaux électriques

Dans le combat contre le réchauffement climatique, de nombreux pays s’appuient sur l’électrification de la mobilité pour contribuer à atteindre l’objectif de zéro émission nette de carbone d’ici 2050. En parallèle, les plans nationaux prévoient de décarboner la production d’énergie en introduisant davantage d’énergies renouvelables et, dans certains cas, de l’énergie nucléaire.

Ces transitions nécessitent des développements significatifs de l’infrastructure électrique nationale, régionale et locale : le réseau de transport à haute tension qui achemine l’électricité à travers un pays, les multiples réseaux de distribution à basse tension qui acheminent l’électricité là où elle sera utilisée, l’infrastructure pour le rail électrique et les points de charge pour les véhicules électriques (VE).

Dans le quatrième article de notre série sur la transition énergétique, nous examinons comment l’électrification de la mobilité, la décarbonation de la production d’électricité, le développement des réseaux électriques et de l’infrastructure de charge sont tous interconnectés. Nos articles précédents ont examiné les liens entre la transition énergétique et la décarbonation de la mobilité, le rôle vital que jouent les autorités publiques dans la transition énergétique et comment les outils numériques et les données prennent leur part dans la transition.

Le développement des réseaux électriques doit répondre aux nouveaux usages, à des besoins croissants et doit faire face à des pics de demande. Les défis de la production d’énergie intermittente à partir de sources renouvelables telles que le solaire et l’éolien, et les besoins fluctuants d’énergie nécessiteront des réseaux maillés flexibles, redondants qui relient plusieurs sources d’énergie et les points de consommation.

Comme le démontrent nos études de cas en France, en Égypte et au Royaume-Uni, l’électrification de la mobilité aura un impact plus important sur les réseaux de distribution que sur les réseaux de transport. L’intégration des énergies renouvelables nécessitera des investissements significatifs dans les réseaux de transport d’électricité.

En France, les défis du maillage et des puissances de pointe pour le réseau de transport d’électricité d’un pays développé en transition

Les objectifs nationaux ambitieux de réduction des émissions carbone vont de pair avec un plan de développement significatif de la production d’électricité renouvelable. Plus cette dernière est élevée en proportion dans le mix électrique, plus les défis à consolider sont importants en raison des écarts entre une production intermittente et une demande fluctuante. La capacité des réseaux de transport doit être améliorée et des réseaux maillés déployés pour connecter plusieurs sources d’énergie renouvelable et répondre aux besoins en périodes de pointe et hors pointe.

La stratégie nationale bas carbone de la France appelle à une diminution de 40 % de la consommation d’énergie d’ici 2050, grâce à des avancées technologiques, des politiques publiques telles que la rénovation des bâtiments et l’électrification des véhicules : c’est un défi complexe puisque la consommation d’énergie en France n’a diminué que de 7 % au cours des 20 dernières années (2000-2019, période sans effet Covid), l’effort annuel devra être multiplié par 4 environ1.

Le gestionnaire du réseau de transport d’électricité français RTE, dans son scénario de base “Futurs énergétiques 20502‘” prévoit que la demande d’électricité passera de 480 TWh en 2019 à 650 TWh en 2050, dont la moitié sera générée par l’électrification des transports.

Pour faire face à ces conditions, RTE a identifié dans les scénarios de mix de production, que la production d’énergie solaire en France devra augmenter d’un facteur compris entre 7 et 21 (année de référence 2019), l’éolien terrestre entre 2,5 et 4, et la capacité éolienne en mer passera de moins de 1 GW à entre 22 et 62 GW. RTE a conclu que cela pourrait conduire à une extension du réseau de transport existant de 105 000 km en 2020 de 8 000 à 33 000 km d’ici 2050. À plus court terme, entre 2030 et 2035, RTE devra tripler son investissement annuel dans le réseau de transport, par rapport à la décennie précédente3.

1AIE

2RTE

3Les Echos

Étude de cas : Une communication transparente évite les retards sur projets

SYSTRA assiste RTE pour relever ces défis à travers 2 activités critiques pour réaliser les projets stratégiques : la consultation publique et la supervision des travaux. En effet, bien qu’une majorité de la population comprenne la nécessité de passer aux énergies renouvelables, ils peuvent être moins favorables à l’idée si cela signifie que des infrastructures souterraines ou aériennes comme des pylônes électriques doivent être installées près de leurs maisons, entreprises ou terrains. Le temps consacré à la communication et à la consultation avec les communautés, associations ou autorités locales permettra de réduire celui de la réalisation du projet, qui pourrait s’allonger en raison des craintes de ceux qui sont affectés par les travaux.

Dans un projet d’installation d’un nouveau réseau de transport de 400 kV, long de 80 km, entre les régions Normandie et Hauts-de-France, SYSTRA a soutenu l’opérateur du réseau à travers le processus de consultation publique auprès des parties prenantes impactées par la nouvelle ligne à haute tension plusieurs années avant les premiers travaux sur le terrain. L’opérateur a rencontré 150 parties prenantes sur une période de deux mois, fournissant et recueillant des informations et des avis à travers des présentations publiques, la diffusion d’informations et des débats. Comme pour tout projet d’infrastructure majeur, une certaine forme d’opposition peut persister, mais en créant une culture de transparence et de confiance, les interlocuteurs concernés en ont compris les tenants et aboutissants permettant au projet d’avancer sans encombre.

en égypte, l’amélioration de la mobilité ferroviaire électrique avec un réseau de distribution robuste dans un pays en fort développement

Pour les pays en forte croissance démographique, de multiples défis sont liés à la demande énergétique, à la mobilité et à la transition en dehors des combustibles fossiles. Les infrastructures énergétiques et de mobilité doivent être renforcées pour améliorer le niveau de vie de la population et la croissance économique.

La population de l’Égypte augmente à un rythme de 1,5 % à 2 % chaque année, atteignant 114,5 millions4 en 2024, contre 86,8 millions d’habitants en 20145. Dans les 10 années de 2012 à 2021, sa consommation d’électricité a augmenté de près de 13 %6. De toute évidence, à mesure que la population croît, la demande en électricité augmente également.

Le système de transport ferroviaire interurbain actuel de l’Égypte repose sur des trains conventionnels, majoritairement à voie unique et alimentés au diesel. Un réseau ferroviaire moderne électrifié est nécessaire pour relier ses villes existantes et les nouvelles aires urbaines ainsi que les zones industrielles, offrant une mobilité durable pour les personnes et les biens.

Dans le même temps, l’Égypte s’est fixé des objectifs, dans le cadre de son programme national Vision Égypte 2030, pour réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 10 % d’ici 2030, par rapport à 2016, avec un objectif de réduction de 10 % pour le secteur de l’énergie. Elle prévoit d’augmenter sa part de production d’énergie renouvelable de 9 % en 2016 à 40 % en 2030, principalement grâce à l’énergie solaire et éolienne, et d’augmenter la part du nucléaire de 0 % à 9 %. Le pays vise également à améliorer l’efficacité énergétique de son réseau de transport et de distribution d’électricité, en passant de pertes totales de 15 % à 8 % entre le lieu de production et le lieu de consommation.

4macrotrends.net

5countryeconomy.com

6AIE

Étude de cas : Égypte : une électrification ferroviaire résiliente pour répondre à la croissance rapide du pays

L’un des principaux programmes d’infrastructure de l’Égypte est la création d’un nouveau réseau ferroviaire à grande vitesse avec trois lignes qui seront alimentées par des caténaires. D’ici 2035, il y aura 2 000 km de nouvelles lignes reliant les zones développées et en développement du pays, réduisant le trafic routier et ses impacts associés tels que la congestion, les émissions globales et la pollution locale.

Ligne verte train à grande vitesse en construction

Source : Le ministère des transports de l’Égypte (MOT)

SYSTRA est le représentant du client pour la construction de ce réseau à grande vitesse dont la première phase est constituée de la ligne verte de 660 km qui reliera Ain Sokhna sur la mer Rouge à Alexandrie et Marsa Matrouh sur la Méditerranée. SYSTRA est en charge de la gestion du projet, de la revue de sa conception et de la supervision du chantier.

Le besoin de transport initialement projeté est de plus de 170 000 passagers par jour et par direction sur la section principale sera doublé après 20 ans. La capacité initiale de fret va jusqu’à 4 millions de tonnes de marchandises par an, évitant jusqu’à 5 millions de tonnes d’émissions de carbone par an. En plus des trains à grande vitesse de 250 km/h, la ligne accueillera des trains régionaux de 160 km/h et des trains de fret qui opéreront entre des hubs logistiques multimodaux.

La ligne sera alimentée par le réseau haute tension de 220 kV à partir de dix sous-stations de traction de 25 kV. La distance entre la ligne haute tension et ces sous-stations allant jusqu’à 60 km, le projet nécessite la construction de nouvelles lignes de distribution.

Si une sous-station tombe en panne, la ligne pourra être alimentée par des sous-stations adjacentes, offrant une exploitation résiliente. En utilisant la technologie 2x25kV, le système fournira une puissance équivalente à celle d’une caténaire de 50kV, optimisant ainsi l’efficacité énergétique car il y aura moins de pertes dues à l’effet Joule7 avec moins de courant électrique circulant le long de la caténaire.

7Effet Joule — Wikipédia (wikipedia.org)

Au Royaume-Uni, répondre aux besoins croissants d’infrastructures de recharge des VE (IRVE) dans un pays développé

Pour de nombreux pays développés, l’un des leviers pour décarboner la mobilité est de favoriser l’adoption des véhicules électriques (VE). Pour cela, les conducteurs ont besoin d’avoir confiance en un réseau IRVE accessible au public qui leur permettra de se rendre d’un point A à un point B, sans trop de file d’attente ou de temps de trajet supplémentaire pour trouver des points de recharge.

Au Royaume-Uni, la plupart des charges auront probablement lieu à domicile ou au travail, mais les longs trajets nécessiteront toujours une charge en transit. Le risque est que si les conducteurs perçoivent que le réseau IRVE est inadapté, cela impactera les objectifs d’électrification de la mobilité. Certaines personnes retarderont le remplacement de leur voiture à essence ou diesel par un VE, ce qui entraînera une réduction plus lente des émissions de carbone.

Les pics de trafic lors des départs en vacances par exemple, imposent des exigences spécifiques sur le réseau IRVE par rapport aux autres jours. Cette demande variable doit également être prise en compte lors de la planification du déploiement des IRVE.

Étude de cas : Optimisation des IRVE du réseau routier principal pour maximiser les économies de carbone

Le Comité sur le Changement Climatique (CCC) du Royaume-Uni a mandaté SYSTRA8 pour étudier les écarts entre la moyenne et les pointes de trafic et de charge de VE pour le réseau routier principal du Royaume-Uni – autoroutes et principales routes nationales gérées par National Highways. Le Comité est un organe indépendant créé sous le Climate Change Act 2008 pour conseiller le gouvernement du Royaume-Uni sur l’atteinte des objectifs d’émissions carbone et suivre les avancées.

L’étude de SYSTRA pour le CCC a permis d’évaluer les impacts de différents scénarios de déploiement des IRVE, en utilisant notre outil interne d’Optimisation de la Charge en Transit (ERCO9). L’étude a pris en compte des paramètres incluant l’augmentation de l’autonomie des VE au fil du temps et les changements de comportement utilisateur, à mesure que la peur de la panne de carburant des propriétaires de VE diminue.

En sélectionnant et en modélisant 29 itinéraires stratégiques à travers l’Angleterre et l’Écosse, l’étude a montré que les pics de demande IRVE ne se produisait pas nécessairement en même temps que les pics trafic, les 5% jours les plus élevés de demande survenant tout de même lors des week-ends de chassés-croisés.

La modélisation a révélé qu’en 2022, il existait déjà un décalage entre la demande IRVE et l’infrastructure existante dans le scénario de décarbonation : la demande en pointe nécessite plus de 40% IRVE supplémentaires pour garder le même niveau de service qu’un jour de semaine type. D’ici 2050, le besoin en IRVE serait 3 fois l’existant, même en tenant compte d’une plus grande autonomie des VE.

En optimisant le réseau pour répondre à la demande en pointe, les émissions carbone évitées seraient de 1,1 kilotonnes en 2035 et de 2 kilotonnes par an d’ici 2050, par rapport à un scénario où aucune nouvelle IRVE ne serait installée.

Compter uniquement sur les initiatives privées pour déployer les IRVE ne se traduirait pas par un niveau de service adéquat pour accompagner la baisse d’émissions, les résultats suggérant que le soutien ou la réglementation publique seraient nécessaires notamment pour répondre à la demande en pointe. Pour limiter le surdimensionnement d’IRVE pour répondre aux pics de demande par rapport au besoin moyen, une alternative aux infrastructures permanentes pourrait être des installations portables amenées dans les emplacements pertinents au moment propice.

8Comité sur le Changement Climatique du Royaume-Uni

9ERCO

Conclusions

Le développement de l’infrastructure électrique – lignes de transport et de distribution, électrification ferroviaire et IRVE – est crucial pour la décarbonation de la mobilité. Les schémas directeurs de développement de ces lignes doivent prendre en compte la nécessité de connecter davantage de sources d’énergie tout en intégrant la production intermittente des énergies renouvelables et la demande croissante en électricité en moyenne et en pointe.

Les réseaux électriques sont déjà essentiels, soutenant tout un système d’autres infrastructures : bâtiments, industrie, eau et mobilité. Alors que les pays développés et en développement transitent vers des économies contribuant à la neutralité carbone, ils deviendront encore plus cruciaux pour nos économies, et pour nos vies.

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