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Aug 25, 2023

Comment tout électrifier est devenu une solution clé pour le climat

Par Nadja Popovich et Brad Plumer14 avril 2023 Comment l'électrification est devenue un

Par Nadja Popovich et Brad Plumer14 avril 2023

Comment l'électrification est devenue un outil majeur de lutte contre le changement climatique.

Un élément clé du plan américain de réduction des émissions de carbone :

Branchez les voitures et les camions.

Les États-Unis obtiennent toujours la majeure partie de leur énergie en allumant des millions de petits incendies partout. Les voitures, les camions, les maisons et les usines brûlent tous des combustibles fossiles dans d'innombrables moteurs, fours et chaudières, créant une pollution qui réchauffe la planète.

Pour lutter contre le changement climatique, ces machines devront cesser de polluer. Et la meilleure façon d'y parvenir, disent de plus en plus les experts, est de les remplacer par des versions électriques - des voitures, des systèmes de chauffage et des usines qui fonctionnent avec des sources d'électricité propres comme l'énergie éolienne, solaire ou nucléaire.

Mais électrifier presque tout est une tâche redoutable.

Autre

Autre

Camions lourds

Camions lourds

Les autobus

et ferroviaire

Les autobus

et ferroviaire

<0,1 %

Moyen-

camions de service

Moyen-

camions de service

Autre

Autre

0%

Transport

Construction

Construction

24,5 quads

<1 % électrique

Aviation

Aviation

Industriel

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Véhicules de tourisme

Véhicules de tourisme

18.2 quads

14.1

7%

Eau

chauffage

Eau

chauffage

Produits chimiques

Produits chimiques

7.3

De la nourriture et

l'alimentation animale

De la nourriture et

l'alimentation animale

Espace

chauffage

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chauffage

16%

Papier

des produits

Papier

des produits

Résidentiel

Fer et

acier

Fer et

acier

11,7 quads

Commercial

8,7 quads

Autre

Autre

Autre

Autre

5%

Espace

chauffage

Espace

chauffage

Lumière.

Lumière.

Autre

Autre

Camions lourds

Camions lourds

0%

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3.8

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Bus et train

Bus et train

Machines et

électronique

Machines et

électronique

Moyen-

camions de service

Moyen-

camions de service

Expédition

Expédition

Autre

Autre

1.9

1.5

Agriculture

et foresterie

Agriculture

et foresterie

Transport

Construction

Construction

24,5 quadrillions de BTU

2.0

<1 % électrique

Aviation

Aviation

Véhicules de tourisme

Véhicules de tourisme

2.3

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Industriel

14.1

18.2 quads

7%

Bois, verre

et plastique

des produits

Bois, verre

et plastique

des produits

Produits chimiques

Produits chimiques

Chauffage à l'eau

Chauffage à l'eau

7.3

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De la nourriture et

l'alimentation animale

De la nourriture et

l'alimentation animale

Ciment

et citron vert

Ciment

et citron vert

Réchauffement de l'espace

Réchauffement de l'espace

La lessive

et séchage

5.6

La lessive

et séchage

Air

conditionnement

Réfrigération

Réfrigération

Air

conditionnement

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Papier

des produits

Papier

des produits

Résidentiel

Fer et

acier

Fer et

acier

Air

conditionnement

Air

conditionnement

11,7 quads

Cuisson

Cuisson

Réfrigération

Réfrigération

Commercial

Eau

chauffage

Eau

chauffage

Eclairage et

électronique

Eclairage et

électronique

8,7 quads

Autre

Autre

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3.0

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2.1

5%

Réchauffement de l'espace

Réchauffement de l'espace

Éclairage

et électronique

Éclairage

et électronique

2.1

Cuisson

Cuisson

0%

Voici comment les Américains utilisent l'énergie aujourd'hui . Énergie totale consommée en 2021, en quadrillions de BTU

Voici quelle part de cette énergie provient de l'électricité.Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

Transformer l'économie pour que davantage de choses fonctionnent avec de l'électricité propre est la pierre angulaire du plan du président Biden visant à réduire les émissions à près de zéro d'ici 2050.

Le New York Times a utilisé les données d'Evolved Energy Research, une société de modélisation énergétique, pour visualiser à quoi pourrait ressembler la consommation d'énergie du pays en 2050 si les États-Unis étaient en mesure d'atteindre les objectifs du président en matière de changement climatique, en utilisant la technologie disponible aujourd'hui ou juste à l'horizon, tout en minimisant les coûts.

Dans ce futur, beaucoup plus d'énergie de l'Amérique proviendrait de l'électricité. Le pays utiliserait également moins d'énergie dans l'ensemble, car les appareils électriques sont souvent plus efficaces que ceux qui brûlent des combustibles fossiles. Par exemple, une voiture à essence n'utilise qu'environ 30 % de l'énergie de son carburant pour déplacer ses roues, la majeure partie du reste étant gaspillée sous forme de chaleur. Une voiture électrique consomme environ 80 % de son énergie.

D'ici 2050, l'électricité jouerait un rôle beaucoup plus important :

Moyen-

camions de service

À toute épreuve

camions

Autre

Véhicules de tourisme

89%

Construction

Transport

Produits chimiques

Aviation

25% électrique

Autre

Industriel

Eau

chauffage

Nourriture

et nourrir

Espace

chauffage

Ciment

et citron vert

63%

Clim.

Résidentiel

Fer et

acier

Machinerie

Papier

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Autre

39%

Commercial

Espace

chauffage

Autre

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Lumière.

Moins d'énergie

utilisation en 2050

2021

Service moyen

camions

Expédition

Autre

Camions lourds

Les autobus

et ferroviaire

Véhicules de tourisme

Construction

89%

Transport

Industriel

Aviation

Produits chimiques

Bois, verre et

produits en plastique

Autre

25% électrique

Eau

chauffage

Nourriture, bev.

et nourrir

Espace

chauffage

63%

Ciment

et citron vert

La lessive

et séchage

Agriculture

et foresterie

Résidentiel

Machinerie

et électronique

Air

conditionnement

Réfrigération

Papier

des produits

Fer et

acier

Air

conditionnement

Autre

Eau

chauffage

Réfrigération

Commercial

Eclairage et

électronique

Espace

chauffage

Autre

Eclairage et

électronique

Cuisson

63%

Cuisson

Moins d'énergie

utilisation en 2050

2021

Il y a des signes que les États-Unis évoluent déjà dans une direction plus branchée. Les ventes de véhicules électriques ont battu des records l'année dernière, représentant 5,8 % des voitures neuves vendues, et l'administration a proposé des réglementations pour garantir qu'elles représentent les deux tiers des ventes d'ici 2032. Les pompes à chaleur électriques ont dépassé les fournaises à gaz pour la première fois l'année dernière. Une nouvelle loi sur le climat prévoit des milliards de dollars de subventions pour accélérer la transition.

Se brancher n'est pas le seul moyen de réduire les émissions. D'autres options incluent les carburants à hydrogène propres, les biocarburants ou les technologies qui captent la pollution de l'air, des cheminées ou des machines. Mais pour de nombreuses activités, la solution la plus simple est de passer à l'électrique.

"Si vous demandez:" Comment diable allons-nous alimenter proprement l'économie moderne ", rien d'autre n'a de sens", a déclaré Saul Griffith, fondateur et scientifique en chef de Rewiring America, un groupe de défense. "Toutes les routes pointent vers l'électrification."

Pourtant, l'électrification généralisée se heurte à d'énormes obstacles. Cela signifierait le remplacement de plus de 280 millions de voitures à essence et de 200 millions d'appareils électroménagers fonctionnant au gaz naturel, comme les fournaises, les chauffe-eau, les cuisinières et les sécheuses. De nombreux Américains pourraient hésiter à changer en raison des coûts, de la logistique ou d'un simple manque d'intérêt. Et certaines activités, comme le camionnage longue distance ou la fabrication de produits chimiques, sont difficiles à électrifier.

Il ne suffit pas non plus de passer aux machines électriques si leur électricité provient de centrales électriques qui brûlent des combustibles fossiles. Les émissions des centrales électriques ont diminué de 40 % depuis 2005, les sources d'énergie éolienne et solaire, moins chères et plus propres, ayant remplacé le charbon. Mais une grande partie de l'électricité du pays est toujours générée par la combustion de gaz et de charbon, et il devient de plus en plus difficile de construire et de connecter de nouvelles sources d'énergie renouvelable à des réseaux obsolètes.

"Il y a des gens qui disent que c'est impossible, et d'autres qui disent que ce n'est pas du tout difficile", a déclaré Ben Haley, expert en énergie et co-fondateur d'Evolved Energy Research. "Je dirais que c'est quelque part entre les deux : c'est difficile, mais ce n'est pas impossible."

Consommation actuelle d'électricité

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Service moyen

camions

À toute épreuve

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Les autobus

et ferroviaire

Autre

À toute épreuve

camions

Expédition

2%

< 0,1 %

Les autobus

et ferroviaire

Expédition

Service moyen

camions

Véhicules de tourisme

89% électrique

Véhicules de tourisme

Aviation

<1 % électrique

Aviation

Autre

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

2021

Consommation actuelle d'électricité

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

À toute épreuve

camions

Les autobus

et ferroviaire

Autre

2%

<0,1 %

Moyen-

camions de service

Expédition

Véhicules de tourisme

<1 % électrique

Aviation

0%

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Service moyen

camions

À toute épreuve

camions

Expédition

Les autobus

et ferroviaire

Véhicules de tourisme

89% électrique

Aviation

Autre

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

2021

Le système de transport américain, qui comprend tout, des voitures aux bateaux en passant par les avions, fonctionne encore presque entièrement avec des carburants dérivés du pétrole. Aujourd'hui, seule une infime partie des voitures et des camions sont électriques.

Les véhicules de tourisme sont largement considérés comme les plus faciles à électrifier, car les voitures, les VUS et les camionnettes à batterie entrent dans le courant dominant, bien que les coûts élevés et la disponibilité des bornes de recharge restent des obstacles majeurs.

En revanche, les camions lourds qui transportent des marchandises sur des milliers de kilomètres à travers le pays pourraient s'avérer plus difficiles à électrifier, en particulier s'ils nécessitent de grosses batteries qui prennent des heures à se recharger. Certains constructeurs de camions comme Daimler et Volvo ont déclaré qu'une meilleure alternative serait l'hydrogène issu de l'énergie éolienne ou solaire, bien que cela nécessiterait une nouvelle infrastructure étendue pour fabriquer et distribuer tout cet hydrogène.

"Les batteries sont en tête en ce moment, d'autant plus que nous avons déjà un réseau de recharge en cours de construction", a déclaré Tom Walker, responsable des technologies de transport chez Clean Air Task Force, un groupe environnemental à but non lucratif. "Mais il n'est pas clair que l'électrification aura le plus de sens partout, nous devons donc garder nos options ouvertes."

L'aviation est encore plus difficile. Les batteries d'aujourd'hui sont trop volumineuses pour alimenter tous les avions, sauf les plus petits. Pour les vols plus longs et les jets plus gros, les compagnies aériennes peuvent avoir besoin d'autres options, telles que des carburants fabriqués à partir de déchets agricoles ou des carburants plus élaborés qui recyclent le dioxyde de carbone de l'atmosphère, qui sont encore extrêmement coûteux.

Consommation actuelle d'électricité

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Eau

chauffage

Espace

chauffage

63%

36%

La lessive

et sec.

Chauffage à l'eau

Air

conditionnement

Réchauffement de l'espace

Réfrigération

La lessive

et sec.

99% électrique

Clim.

Réfrigération

Climatisation

16% électrique

Eau

chauffage

Autre

Réfrigération

Climatisation

Résidentiel

Cuisson

Espace

chauffage

Réfrigération

Autre

96%

Eclairage et

électronique

Éclairage

et élec.

Eau

chauffage

Commercial

63%

Eclairage et

électronique

Autre

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Cuisson

Cuisson

Autre

86%

5%

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

Espace

chauffage

Éclairage

et élec.

Cuisson

2021

Consommation actuelle d'électricité

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

36%

La lessive

et séchage

Chauffage à l'eau

Réchauffement de l'espace

16% électrique

Réfrig.

Clim.

Résidentiel

Clim.

Cuisson

Réfrigération

Eau

chauffage

Commercial

Eclairage et

électronique

Autre

Autre

5%

53%

86%

Espace

chauffage

Éclairage

et élec.

Cuisson

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Eau

chauffage

La lessive

et séchage

Réchauffement de l'espace

63%

Air

conditionnement

Réfrig.

Autre

Eau

chauffage

Clim.

99%

Réfrig.

Espace

chauffage

96%

Autre

Eclairage et

électronique

Éclairage

et élec.

Cuisson

Cuisson

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

2021

La plupart des foyers et des entreprises utilisent déjà l'électricité pour alimenter les climatiseurs, les lumières, les réfrigérateurs et d'autres appareils.

Mais des millions de bâtiments brûlent également des combustibles fossiles, principalement du gaz naturel ou du mazout, pour alimenter des fournaises, des chauffe-eau, des cuisinières, des fours et des sèche-linge, produisant ensemble 13 % des émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis.

Des alternatives électriques existent déjà pour la plupart des appareils à gaz. Les pompes à chaleur électriques, par exemple, agissent essentiellement comme des climatiseurs bidirectionnels qui peuvent fournir un refroidissement en été et un chauffage en hiver. La technologie des pompes à chaleur s'est régulièrement améliorée ces dernières années, avec de nombreux modèles capables de fonctionner efficacement à des températures inférieures à zéro.

Mais pour de nombreuses maisons unifamiliales ou immeubles d'appartements, l'économie du passage du chauffage au gaz au chauffage électrique peut être décourageante, car le gaz naturel est bon marché. Certaines maisons nécessitent des mises à niveau coûteuses des panneaux électriques ou de nouveaux conduits.

Et alors que la loi climat de l'année dernière propose des subventions pour les appareils électriques, de nombreux entrepreneurs ne connaissent toujours pas les pompes à chaleur et les électriciens sont en nombre insuffisant. L'industrie du gaz s'est également battue avec acharnement contre les politiques d'électrification.

"Chaque maison est différente et les coûts de l'électrification peuvent varier assez largement", a déclaré Ryan Jones, co-fondateur d'Evolved Energy.

Autre défi potentiel : de nombreux réseaux électriques sont aujourd'hui configurés pour faire face aux pics de demande d'électricité en été, lorsque les climatiseurs fonctionnent à plein régime. Mais si le chauffage électrique se généralise, les services publics devront trouver comment gérer la demande croissante en hiver – lorsque, incidemment, il y a moins d'énergie solaire disponible. (Actuellement, les services publics stockent de grandes quantités de gaz naturel sous terre pour l'hiver, ce qui est beaucoup plus difficile à faire avec l'électricité.)

Consommation actuelle d'électricité

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Autre

Machines et

électronique

Construction

Autre

27%

Agriculture

et foresterie

Construction

Produits chimiques

13%

25% électrique

Bois, verre

et plastique

des produits

Produits chimiques

7%

électrique

De la nourriture et

l'alimentation animale

Bois, verre

et plastique

des produits

Ciment

et citron vert

Agriculture

et foresterie

De la nourriture et

l'alimentation animale

Papier

des produits

Fer et

acier

Machines et

électronique

Ciment

et citron vert

39%

Papier

des produits

Fer et

acier

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

2021

Consommation actuelle d'électricité

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée en 2021

Machines et

électronique

Autre

Agriculture

et foresterie

Construction

13%

Produits chimiques

7%

électrique

Bois, verre

et plastique

des produits

De la nourriture et

l'alimentation animale

Ciment

et citron vert

Papier

des produits

Fer et

acier

Voie zéro net 2050

Électricité en pourcentage de l'énergie totale consommée dans un scénario de forte électrification

Autre

Construction

27%

Produits chimiques

Bois, verre

et plastique

des produits

25% électrique

De la nourriture et

l'alimentation animale

Ciment

et citron vert

Agriculture

et foresterie

Papier

des produits

Fer et

acier

Machines et

électronique

39%

Moins d'énergie totale

utilisation en 2050

2021

Les industries américaines ont souvent besoin d'énormes quantités de chaleur pour un éventail étourdissant d'activités : créer de la vapeur, faire fondre de l'aluminium, tremper du verre, transformer du sucre et même sécher des pièces automobiles. Aujourd'hui, une grande partie de cette chaleur est créée par la combustion de gaz naturel ou de charbon.

En théorie, de nombreuses entreprises pourraient plutôt produire de la chaleur à l'aide d'électricité. Une étude récente du Lawrence Berkeley National Laboratory a révélé qu'environ la moitié de la consommation d'énergie industrielle avait un potentiel "élevé" ou "moyen" d'électrification, y compris la production d'aluminium, de machines, de bois, de caoutchouc et de certains plastiques. Mais cela coûte souvent beaucoup plus cher que de générer de la chaleur en brûlant du gaz naturel.

D'autres procédés industriels sont plus délicats à électrifier. Les fours à ciment et les fabricants de verre, par exemple, ont souvent besoin de températures supérieures à 2 500 degrés Fahrenheit. L'industrie chimique, une source majeure d'émissions, utilise souvent des combustibles fossiles comme matière première pour ses produits, sans substitut facile.

Le plus grand obstacle à l'électrification de l'industrie est peut-être le manque d'incitations. Alors que le gouvernement offre des crédits d'impôt pour les voitures électriques et les pompes à chaleur domestiques, il a largement ignoré le secteur industriel, dont la consommation d'énergie devrait continuer de croître au cours des prochaines décennies. De nombreuses entreprises hésitent à tester de nouveaux processus sans le soutien du gouvernement.

"Si nous attendions encore un siècle, l'industrie passerait probablement à l'électrification d'elle-même, car c'est plus efficace que de brûler des choses pour se chauffer", a déclaré Chris Bataille, chercheur au Columbia Center on Global Energy Policy. "Mais ce n'est évidemment pas assez rapide pour atteindre nos objectifs climatiques."

L'électrification nécessiterait des changements radicaux dans les réseaux électriques du pays. Selon le scénario visualisé ci-dessus, la demande totale d'électricité aux États-Unis doublerait à peu près d'ici 2050, même si la consommation globale d'énergie diminuait.

Pour répondre à cette demande, les services publics d'électricité devraient ajouter des quantités stupéfiantes de nouvelle énergie sans émissions tout en s'assurant que toutes ces voitures, maisons et usines nouvellement électrifiées ne surchargent pas le système et ne provoquent pas de pannes. Ils devraient également construire de nouvelles grandes lignes électriques à travers le pays, à la fois pour accueillir des projets renouvelables de grande envergure et pour améliorer la fiabilité du réseau.

Pourtant, les projets de transmission sont devenus notoirement difficiles à construire. Et certains experts ont averti que la transition énergétique propre échouerait sans eux.

"Si nous comptons sur le réseau pour une plus grande partie de notre vie quotidienne, nous ferions mieux de commencer à planifier dès maintenant pour nous assurer qu'il est beaucoup plus résistant qu'il ne l'est aujourd'hui", a déclaré Susan Tierney, consultante en énergie chez Analysis Group.

Ce n'est pas une mince affaire. L'été dernier, au milieu d'une grave vague de chaleur et d'une pénurie d'électricité, la Californie a demandé aux habitants d'éviter de recharger leurs voitures électriques pendant les heures de pointe. Cela a soulevé des questions quant à savoir si le réseau pourrait gérer une augmentation de la nouvelle demande à un moment où le changement climatique alimente déjà des conditions météorologiques extrêmes.

Il existe des solutions potentielles. Les services publics, par exemple, pourraient mieux programmer le moment où les véhicules électriques et autres appareils sont chargés, de sorte qu'ils ne s'allument pas tous en même temps et ne sollicitent pas l'équipement ou n'exigent pas la construction de nouvelles centrales électriques coûteuses. Plus de stockage de batterie pourrait également aider.

Même ainsi, certains experts restent sceptiques.

"Supposer que ce sera le monde dans lequel nous vivrons, dans quelques décennies, est prématuré", a déclaré David Rapson, économiste à l'Université de Californie à Davis. Il a déclaré que les mandats rigides de véhicules électriques tels que ceux de la Californie ou de l'administration Biden pourraient être trop agressifs, faisant potentiellement augmenter les coûts et étouffant d'autres solutions climatiques.

D'autres soulignent que tout électrifier – ou du moins la plupart des choses – aura de nombreux avantages, y compris des réductions importantes de la pollution atmosphérique. Matteo Muratori, analyste au Laboratoire national des énergies renouvelables, a comparé la transition des combustibles fossiles à l'électricité au "passage de l'analogique au numérique".

"Vous pouvez faire beaucoup plus avec l'électricité comme carburant", a-t-il déclaré, "plus d'efficacité, moins de déchets, éviter la pollution - il ne s'agit pas seulement de gaz à effet de serre".

Notes de données : Les projections de la consommation d'énergie des États-Unis en 2050 sont basées sur le scénario "central" de la modélisation d'Evolved Energy Research. Il reflète une voie potentielle vers des émissions nettes nulles d'ici le milieu du siècle qui comprend des taux élevés d'électrification. Si, toutefois, l'électrification de l'économie s'avère plus difficile que prévu, les chercheurs ont élaboré d'autres scénarios nets zéro qui utilisent davantage d'autres technologies telles que l'hydrogène ou les biocarburants, mais qui coûtent également plus cher. Plus d'informations sur la modélisation d'Evolved Energy Research sont disponibles dans son rapport ADP 2022. La consommation actuelle d'énergie et d'électricité aux États-Unis est basée sur les données des perspectives énergétiques annuelles 2022 de l'Energy Information Administration qui ont été modifiées par Evolved Energy Research. Il reflète uniquement l'énergie consommée par les utilisateurs finaux et n'inclut pas les utilisations en amont, telles que l'énergie utilisée pour extraire les combustibles fossiles ou raffiner le pétrole en essence. Pour certains secteurs, tels que les produits chimiques, l'énergie comprend à la fois les combustibles fossiles qui sont brûlés pour la chaleur et l'électricité ainsi que les combustibles fossiles qui sont utilisés comme matières premières pour les processus industriels. Dans cette analyse, les véhicules à pile à combustible à hydrogène ne sont pas comptés comme des véhicules « électriques », et la catégorie de la climatisation pour les bâtiments commerciaux comprend la ventilation.