À l’approche de l’élection présidentielle de 2022, je constate que le thème de la transition écologique revient souvent dans les débats et l’électricité y tient une place importante.

Ne militant dans aucun parti politique, je me sens très à l’aise et parfaitement serein pour aborder un sujet qui comporte une base technique trop souvent négligée. De formation scientifique, doute, remise en cause et humilité sont des notions qui me tiennent à cœur. Or, je constate que ces critères ne caractérisent pas très franchement les personnalités qui nous dirigent. Il y a un manque flagrant de lucidité vis-à-vis des réalités physiques relatives à l’énergie.

Ayant effectué toute ma carrière professionnelle à Électricité de France, je me sens autorisé à aborder un sujet que je connais concrètement de l’intérieur. Ainsi, afin de dissiper de nombreuses confusions, j’éprouve le besoin de préciser quelques éléments relatifs au fonctionnement des réseaux électriques, ceux qui nous apportent, au quotidien, des services de plus en plus essentiels à notre façon de vivre.
En complément du présent article, j’aborderai en 2- l’exemple d’une journée sans vent et en 3- les gaz à effet de serre (CO₂).
Soleil, Eau et Vent sont des éléments naturels qui, de plus, contiennent de l’énergie. Or, l’Homme a besoin d’énergie, pour se chauffer, pour cuire ses aliments, pour s’éclairer, pour développer des forces supérieures à ses petits muscles, etc. Depuis les temps les plus reculés, l’Homme a su tirer profit de ces dons de la nature. En contrepartie, Soleil, Eau et Vent ne réclament même pas de rémunération !
De plus, ils se renouvellent constamment, sont inépuisables et ne produisent aucune pollution. Que demander de plus ?
On comprend mieux la mode actuelle du développement à grande échelle de la récupération industrielle de ces éléments naturels que sont : Soleil, Eau et Vent.

Comment fait-on pour transformer ces énergies, pour les utiliser  ?

Pour le Soleil, depuis la nuit des temps, (comme savent si bien le faire les manchots de l’Antarctique), on lui présente la plus grande surface possible, afin d’emmagasiner les calories liées à l’exposition directe, pour bénéficier de sa chaleur. Par exemple, grâce à un serpentin exposé au Soleil, il est possible de chauffer l’eau d’une piscine. Il s’agit de l’énergie thermique. Pour ce qui concerne l’énergie électrique, ce n’est que durant les premières années du XXI ^e siècle que la conversion en électricité du rayonnement solaire a été rendue possible, grâce à la mise au point des cellules photovoltaïques des panneaux solaires.
Pour l’Eau, depuis très longtemps on a remarqué qu’en sachant utiliser une variation de hauteur de ce liquide, il est possible de récupérer l’énergie provenant du déplacement d’une masse d’eau qui prend de la vitesse par gravité (énergie cinétique). On peut transformer cette énergie en une action mécanique qui peut entraîner, par exemple, des meules pour faire de la farine ou de l’huile, mais aussi pour faire tourner des poulies qui vont animer des machines les plus variées. Depuis la simple roue à aubes des moulins des Peintres de la Vallée de la Creuse, les ingénieurs ont su mettre au point des turbines, adaptées à des hauteurs de chutes pouvant varier de quelques mètres à plus d’un kilomètre. Dès la fin du XIX ^e siècle, en couplant un générateur à ces turbines, il a été possible de produire de l’électricité.
Pour le Vent, depuis la marine à voile ou le moulin d’Alphonse Daudet, on sait mettre en œuvre des surfaces bien orientées destinées à transformer la pression exercée par le Vent en une force mécanique. Comme pour l’Eau, en raccordant un générateur à des pales en rotation, on sait produire de l’électricité. Ce sont les « splendides » éoliennes industrielles !!!
Les vertus de l’électricité ne sont plus à démontrer ! Il est possible de convertir cette énergie invisible qui circule dans des fils métalliques conducteurs, à l’abri des isolants, aussi bien en chaleur, en froid, en force motrice, en transports, en lumière, en sons, en images, en calculs, en stockage de données, en électrochimie, en décomposition de l’eau pour produire de l’hydrogène, et en toutes sortes d’applications les plus variées comme les algorithmes ou l’intelligence artificielle, etc.
Aujourd’hui, sans électricité, on est totalement handicapé ! On a pris l’habitude d’une disponibilité quasi permanente de « La Fée Électricité ». À tout moment, nous pouvons, d’un simple geste, ou même maintenant, en parlant directement à son smartphone, assouvir n’importe lequel de nos besoins ! Ces miracles quotidiens nécessitent des prouesses techniques insoupçonnées.
Sans avoir besoin de recourir aux lois de Kirchhoff ou aux équations de Maxwell, nous allons mettre en évidence la problématique essentielle de la conduite des réseaux électriques.
À la différence d’autres fluides, l’électricité, en courant alternatif, celui dont nous disposons aux bornes de nos prises de courant, ne se stocke pas. Pour emmagasiner de l’électricité et pouvoir l’utiliser en différé, il faut la convertir en courant continu qui va polariser les plaques des batteries. Or, il est très difficile et onéreux de faire varier la tension du courant continu.

C’est la raison pour laquelle, depuis 1880, aux États-Unis, George Westinghouse et Nicola Tesla (inventeur des courants polyphasés) ont justifié concrètement la suprématie du courant alternatif, pour la distribution publique de l’électricité. Grâce à des appareils fort simples, les transformateurs (inventés par le Français Lucien Gaulard en 1882), il est possible de faire varier la tension. Ainsi, on peut utiliser chez soi l’électricité à une tension de 220 volts et, pour diminuer les pertes, la transporter à plusieurs centaines de kilomètres, grâce à une tension de 400 000 volts !
En contrepartie de ces éléments favorables, l’immense défi à relever pour les producteurs d’électricité du monde entier tient au fait qu’ils doivent impérativement, à chaque instant, équilibrer parfaitement production et consommation. À chaque seconde, le cumul de la puissance demandée par l’ensemble des utilisateurs d’électricité doit être très rigoureusement compensé par la fourniture d’une puissance exactement équivalente. Le non-respect de cette contrainte physique entraîne une variation de fréquence des réseaux électriques. Or, les générateurs basiques sont des machines dites synchrones qui ne peuvent plus fonctionner quand leur fréquence n’est plus celle de référence (le 50 hertz pour toute l’Europe). Trop sollicité, un alternateur « décroche » sans prévenir et s’arrête de fonctionner. Ce phénomène de rupture du fonctionnement de la machine est irrattrapable. On peut comparer cette situation à un trapéziste volant qui, en se balançant, n’est plus synchrone avec le trapèze qu’il doit saisir. Il manque sa prise et tombe ! On a alors une perte subite de production qui va nuire d’autant plus à ce besoin d’équilibre du réseau.
Il s’agit d’un principe physique incontournable et non négociable ! Aucun compromis n’est possible ! Conserver la fréquence de 50 hertz en permanence, est tout à fait comparable à vouloir se déplacer, avec une voiture, à vitesse constante. Or, la demande de consommation d’électricité varie constamment. C’est comme si nous roulions, non pas sur une piste toute plate parfaitement horizontale, mais sur une route de montagne avec des côtes et des descentes, aux pentes les plus variées.
Si nous n’appuyons pas sur l’accélérateur pour obtenir plus de puissance dans les montées, la voiture va ralentir. À l’inverse, si on ne relâche pas le pied dans les descentes, la voiture va prendre de la vitesse. Il en va exactement de même pour le pilotage des réseaux.
Garder le cap des 50 hertz nécessite de pouvoir disposer, très rigoureusement et à tout moment, de l’exacte puissance demandée par les utilisateurs.
J’observe que, trop souvent, certains vulgarisateurs qui sont chargés de nous informer, entretiennent une joyeuse confusion entre kW et kWh. Ils mélangent allègrement puissance (kW) et énergie (kWh). Cette bouillie est comparable au gloubi-boulga caractéristique de la nourriture de Casimir (charmant dinosaure de « l’Île aux enfants »). Cet embrouillamini entre kW et kWh permet d’effectuer de fausses démonstrations, parfaitement abusives, destinées à justifier des solutions de substitution, soi-disant équivalentes. Ainsi, on annonce que tel nouveau site éolien va permettre l’alimentation de plusieurs milliers de foyers. Or, dans la réalité vraie, sans le maintien des équipements thermiques de production d’électricité, il ne sera pas possible de satisfaire les besoins d’utilisation du courant en période anticyclonique. Sans Vent, pas de courant !
Fort de ces petits rappels des réalités physiques, nous allons mieux comprendre la difficulté, pour les gestionnaires de réseaux électriques, de la conduite de ces énergies intermittentes et aléatoires que sont le Vent et le Soleil.
Le Vent souffle quand il en a envie ! Pas nécessairement quand on en a besoin ! De même, le Soleil ne se manifeste, au mieux, que la moitié du temps. Il n’est pas là en hiver, quand nous avons froid, alors que nous avons besoin d’énergie, précisément parce qu’il est absent ! Un exemple concret est présenté en troisième partie.
En 2021, la puissance électrique demandée en France, a varié de 29 660 MW à 88 440 MW (source RTE ; Réseau de Transport d’Électricité), du simple au triple !
Plusieurs solutions s’offrent pour respecter l’équilibre entre consommation et production. Pour faire face à une augmentation de la demande, on met en action des groupes de production de plus en plus onéreux (que l’on mettra en œuvre le moins longtemps possible, vu leur coût de fonctionnement). De plus, pour faire face aux variations rapides de la demande locale, tous les groupes sont équipés de régulateurs de puissance, destinés à maintenir le 50 hertz, mais ceci, dans des limites finies.
Quand les capacités nationales sont dépassées…, on a recours à l’importation ! C’est fréquent en hiver. Cette situation est quelque peu paradoxale pour un pays soi-disant « suréquipé » !!!
Autre façon d’assurer l’équilibre entre consommation et production, c’est de réduire la demande. Ainsi, il est prévu des dispositifs « d’effacement » de certains utilisateurs avec lesquels des contrats sont signés. Non seulement le gestionnaire de réseau ne pourra pas facturer une énergie qu’il n’aura pas fournie, mais il devra payer une pénalité à ces utilisateurs coopératifs.
L’ultime recours pour sauver le réseau d’un effondrement généralisé est de procéder à des coupures sélectives : le délestage. Souvenons-nous de la réalité du 19 décembre 1978. Ce jour-là, l’ensemble du territoire national a été plongé dans une gigantesque panne. 

À 8 h 27, le réseau s’est écroulé comme un château de cartes. Tout le monde a été privé de courant, sans aucune distinction. Cette amère expérience n’est pas à exclure localement, encore aujourd’hui.