La transition énergétique pose des défis aux pays, aux villes et aux régions. L'utilisation de sources d'énergie aussi durables que possible est essentielle pour enrayer le changement climatique. Parallèlement, les coûts du système énergétique ne doivent pas être excessifs et la sécurité d'approvisionnement doit être garantie. Ces trois aspects – durabilité, équité, sécurité – forment ce que l'on appelle le trilemme énergétique.
Le trilemme énergétique a été développé par le « World Energy Council » afin d'aider les décideurs politiques à concevoir les systèmes énergétiques de demain. En calculant les trois critères de manière scientifique, il est possible de comparer quantitativement différents scénarios énergétiques et de trouver ainsi – dans l'idéal – la voie qui offre un équilibre optimal entre les trois grandeurs cibles que sont la durabilité, l'équité et la sécurité d'approvisionnement.
De nombreux modèles permettent déjà de quantifier de manière fiable la durabilité et l'équité de différentes solutions énergétiques. Jusqu'à présent, la situation était différente en ce qui concerne la sécurité de l'approvisionnement énergétique. « Les modèles existants étaient parfois peu clairs, peu conviviaux et non adaptés aux possibilités de modélisation actuelles », explique Matthias Sulzer, directeur du département « Sciences de l’ingénierie » de l'Empa. En collaboration avec des chercheurs de l'Empa, de l'ETH Zurich et du « Lawrence Berkeley National Laboratory » aux Etats-Unis, Matthias Sulzer a élaboré une meilleure proposition pour quantifier la sécurité de l'approvisionnement énergétique et l'a récemment publiée dans la revue spécialisée « iScience ».
Les cinq niveaux de sécurité d'approvisionnement
Le modèle a la forme d'une pyramide à cinq niveaux. Pour chaque niveau, les chercheurs ont fourni des indices quantitatifs. Le niveau le plus bas, la production propre, est un simple bilan énergétique : combien d'énergie un pays peut-il produire en un an à partir de ses propres ressources et combien en consomme-t-il ? Au deuxième niveau, il s'agit de l'autonomie, c'est-à-dire : combien d'importations d'énergie sont nécessaires sur l'année et dans quelle mesure les voies d'importation sont-elles sûres ? A partir du troisième niveau de la pyramide, l'adéquation du système (c'est-à-dire la capacité suffisante du système), des effets dynamiques viennent s'ajouter. « Ici, nous regardons heure par heure – voire avec une résolution encore plus élevée – si les besoins énergétiques peuvent être couverts à tout moment par une source quelconque », explique le co-auteur Georgios Mavromatidis, directeur du « Urban Energy Systems Laboratory » à l'Empa. La quatrième étape s'intéresse à l'autarcie : le pays peut-il se passer temporairement d'importations ? Au niveau supérieur, les chercheurs parlent d'autarcie complète ; le pays peut alors vivre à tout moment de sa propre production d'énergie tout au long de l'année (ou même plus longtemps).
Bien que les niveaux se suivent, ils devraient tous être considérés simultanément, selon Georgios Mavromatidis. « Les systèmes énergétiques modernes sont très complexes. La pyramide doit aider à classer correctement les différents indices et à apporter de la clarté dans les termes utilisés », explique le chercheur. Son principal atout par rapport aux modèles existants est la prise en compte de la dynamique aux niveaux supérieurs. « Les systèmes d'énergie renouvelable en particulier sont exploités de manière très dynamique, car le vent et le soleil ne sont pas toujours présents dans les mêmes proportions », explique Georgios Mavromatidis. « Un bilan annuel moyen n'est donc pas un bon indicateur de la sécurité d'approvisionnement dans un tel système ».
Plus de sécurité grâce aux énergies renouvelables
La pyramide doit être considérée comme une première proposition, soulignent les chercheurs. Elle sert également de base à d'autres discussions, à des recherches et à l'affinement des indices. Néanmoins, le modèle peut déjà être utilisé aujourd'hui pour la planification énergétique. Les chercheurs l'ont démontré dans leur étude en prenant l'exemple de la Suisse. Ils ont utilisé la pyramide pour comparer la sécurité actuelle de l'approvisionnement énergétique en Suisse avec un scénario futur pour l'année 2050, qu'ils avaient déjà
modélisé lors d'une étude précédente en collaboration avec l'Association des entreprises électriques suisses (AES).
L'analyse révèle que : En utilisant correctement les énergies renouvelables, la Suisse peut même augmenter sa sécurité d'approvisionnement énergétique à l'avenir. Selon Matthias Sulzer, deux facteurs y contribuent en particulier : la diversification accrue des sources d'énergie et l'augmentation de la production propre. Des accumulateurs supplémentaires contribuent également à la sécurité de l'approvisionnement énergétique, car ils permettent de surmonter les fluctuations. Nos barrages ne sont pas les seuls à en bénéficier : « Les accumulateurs thermiques, dans lesquels nous pouvons stocker et utiliser la chaleur industrielle, sont également importants, tout comme les batteries », explique le chercheur. « A l'Empa, nous recherchons par exemple aussi des approches pour que les voitures électriques puissent servir de stockage temporaire d'électricité lorsqu'elles ne sont pas en route ».
Dans le scénario d'avenir des chercheurs, la Suisse ne sera pas entièrement autosuffisante – ce n'est d'ailleurs pas forcément l'objectif, selon Mattias Sulzer. « C'est là qu'intervient à nouveau le trilemme énergétique », explique-t-il. « Bien sûr, il serait techniquement possible de mettre en place en Suisse un approvisionnement énergétique complètement autarcique. Il serait même possible de mettre en place un système autosuffisant et durable – mais cela ferait alors fortement grimper les coûts ». Avec un mélange d'importations et de production propre, ainsi que de différentes sources d'énergie, la Suisse peut concilier les coûts, la durabilité et la sécurité d'approvisionnement.