# Énergies “ nouvelles ” et société

Patrick Schembri, Hynd Remita

► To cite this version:

Patrick Schembri, Hynd Remita. Énergies “ nouvelles ” et société. MSH Paris-Saclay Éditions, pp.184, 2021, Actes, 978-2-490369-07-2. 10.52983/AXHC1128. hal-03394500

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# ÉNERGIES « NOUVELLES » ET SOCIÉTÉ

LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE ACTUELLE
À LA CROISÉE DES CHEMINS ET DES SAVOIRS

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## DIRECTION

Patrick Schembri & Hynd Remita

## WORKSHOP MOMENTOM

21 novembre 2019

MSH Paris-Saclay
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Maison des
Sciences de
l'Homme

PARIS-SACLAY

ACTES

8

# ÉNERGIES « NOUVELLES » ET SOCIÉTÉ

La transition énergétique actuelle
à la croisée des chemins et des savoirs

## WORKSHOP MOMENTOM

21 novembre 2019
MSH Paris-Saclay

## DIRECTION

Patrick Schembri
Hynd Remita

MSH PARIS-SACLAY
ÉDITIONS
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

ÉDITIONS DU
SCIENCE ET L'HISTOIRE
PARIS-SACLAY

©MSH Paris-Saclay Éditions, 2021.

4, avenue des Sciences, 91190 Gif-sur-Yvette

www.msh-paris-saclay.fr

ISBN 978-2-490369-07-2
# Énergies « nouvelles » et société

La transition énergétique actuelle
à la croisée des chemins et des savoirs

Workshop MOMETOM
(MSH Paris-Saclay, 21 novembre 2019)

Sous la direction de
Patrick SCHEMBRI & Hynd REMITA

## SOMMAIRE

<table><tr><td>Préambule</td><td>7</td></tr><tr><td>Patrick SCHEMBRI & Hynd REMITA<br>Introduction</td><td>11</td></tr><tr><td>Ally AUKAULOO<br>S'inspirer de la nature pour produire de l'énergie.<br>Photosynthèse artificielle à l'Université Paris-Saclay</td><td>23</td></tr><tr><td>Bernadette LE BAUT-FERRARESE<br>La transition énergétique : enjeux juridiques.<br>Partie 1 : La transition énergétique à l'épreuve du droit</td><td>51</td></tr><tr><td>Étienne DURAND<br>La transition énergétique : enjeux juridiques.<br>Partie 2 : Le droit à l'épreuve de la transition énergétique</td><td>67</td></tr><tr><td>Patrick SCHEMBRI<br>Transition énergétique et défi climatique :<br>quelle place pour l'hydrogène vert ?</td><td>85</td></tr><tr><td>Guy MEUNIER & Jean-Pierre PONSSARD<br>L'hydrogène et la transition énergétique dans les transports.<br>Quelques apports de la théorie économique</td><td>115</td></tr></table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>Loïc ASSAUD<br/>Le stockage de l'énergie électrique<br/>dans les batteries à ions lithium. Une histoire d'interfaces</td>
      <td>133</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>Penelope BUCKLEY<br/>A systematic Review of Qualitative Studies on Residential<br/>Consumer Experience with Smart Meters and Dynamic Pricing</td>
      <td>151</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>Auteur·e·s</td>
      <td>173</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
## Préambule

Le programme de recherche MOMENTOM (MOlecules and Materials for the ENergy of TOMorrow) est un programme soutenu dans le cadre des Initiatives de Recherche Stratégiques (IRS) de l'Université Paris-Saclay (Initiatives d'Excellence [IdEx]), sur la période 2017-2020. Il représente une communauté scientifique de près de 150 personnes réparties dans 26 laboratoires de recherche et 10 institutions : Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), Université Paris-Sud (nouvellement Paris-Saclay), Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, Université d'Évry, École Polytechnique, École Normale Supérieure (ENS) Paris-Saclay, École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA ParisTech, nouvellement ENSTA Paris), CentraleSupélec, Source Optimisée de Lumière d'Énergie Intermédiaire du Laboratoire d'utilisation du rayonnement électromagnétique (SOLEIL). Il comprend également des partenaires industriels : Air Liquide, PSA, Renault, EDF, IFP Énergies Nouvelles (IFPEN), Nanoe, Nextmat, TERA Environment.

Son objectif est de valoriser des activités de recherche en lien avec les défis énergétiques actuels. Les actions de recherche menées au sein de MOMENTOM, sous la coordination scientifique de Hynd Remita, visent à fournir des solutions technologiques pour la transition énergétique vers une économie sobre en carbone. Elles s'inscrivent dans deux dimensions importantes.

Tout d'abord, celle des défis scientifiques dont l'objet est d'explorer les potentialités en termes d'innovation dans le domaine des matériaux pour l'énergie : (1) les **technologies hydrogène** en lien avec la production, l'usage et le stockage de l'hydrogène « vert » [Resp. G. Dezanneau & J. Deschamps] ; (2) la **conversion** par référence aux matériaux hybrides et
multifonctionnels pour la conversion de l'énergie solaire [Resp. W. Leibl & E. Deleporte] ; (3) le **stockage** au regard des matériaux de rupture à haute efficacité énergétique pour le stockage de l'énergie électrique [Resp. F. Miomandre & F. Ozanam] ; (4) les **énergies nouvelles et la société** [Resp. P. Schembri]. Ce dernier défi scientifique dont la voca-tion est transversale, a fait l'objet de deux Workshops organisés conjoin-tement avec la **Maison des Sciences de l'Homme** (MSH) Paris-Saclay en 2017 et en 2019. Il vise à analyser les innovations technologiques propo-sées sous l'angle des Sciences Humaines et Sociales (SHS).

La seconde dimension a trait aux partenariats industriels, à la for-mation et à la valorisation des recherches réalisées dans le cadre du programme. Ces actions sont proposées au sein d'un **centre de res-sources** [Coord. P. Gaucher]. Ce dernier est sollicité pour permettre aux laboratoires de **construire** des démonstrateurs et des prototypes de caractérisation et de **valoriser** leurs avancées scientifiques au niveau européen [Resp. P. Gaucher & F. Plais]. Le centre contribue égale-ment à promouvoir les actions de **formation initiale** et profession-nelle [Resp. A. Aukauloo], ainsi que la **diffusion** des actions vers le grand public [Resp. H. Remita]. Un **MOOC** (*Massive Online Open Course*) est également proposé [Coord. L. Assaud]. Il s'agit d'une initiative de l'Université Paris-Saclay en collaboration étroite avec l'ENSTA Paris et l'Institut Polytechnique de Paris (IP Paris), qui propose de nombreuses interventions relevant des milieux académique et industriel<fnref n="1" />. Il est dif-fusé en anglais avec un sous-titrage en français.

Le futur de l'IRS MOMENTOM s'inscrit dans l'**Institut de l'Énergie Soutenable Paris-Saclay** (IES-PS), un projet d'**Objet Interdisciplinaire** de l'Université Paris-Saclay. L'IES-PS repose sur un triptyque : recherche, for-mation et innovation. Ce projet sera notamment l'occasion de poursuivre les recherches pluridisciplinaires en SHS, et entre les sciences de la matière et les SHS, au croisement des thèmes de l'énergie et du développement soutenable. Ces questions de recherche s'inscrivent pleinement dans l'axe transversal « Transition et Innovation », porté par la MSH Paris-Saclay.

<footnote n="1">¹ Voici le lien vers le MOOC MOMENTOM : https://www.scoop.it/topic/infos-la-b/p/4120659351/2020/09/06/upsaclay-mooc-momentom (consulté le 06/05/2021).</footnote>
Elles contribuent en cela à renforcer la collaboration initiée dans le cadre
de l'IRS MOMENTOM.

À ce titre, nous tenons vivement à remercier la MSH Paris-Saclay
pour l'organisation et l'accueil des deux Workshops MOMENTOM
qui se sont déroulés les 19 octobre 2017 et 21 novembre 2019. Nos
remerciements vont également à celles et ceux qui ont participé à ces
événements : Loïc AssAUD (Chimie, Univ. Paris-Saclay – ICMMO) ;
Ally AUKOLOO (Chimie, Univ. Paris-Saclay – ICMMO) ; Penelope
BUCKLEY (Économie, Univ. de Grenoble Alpes – CNRS, INRAE,
Grenoble INP, GAEL) ; Johnny DESCHAMPS (Chimie, UCP-
ENSTA Paris/IPP) ; Jean-Guy DEVEZEAUX DE LAVERGNE (Économie,
I-tésé – CEA, Univ. Paris-Saclay) ; Étienne DURAND (Droit,
Univ. Jean Moulin Lyon 3 – EDIEC) ; Pierre-Étienne FRANC (Vice-
Président Advanced Business and Technologies, Air Liquide) ;
Sylvain FRANGER (Chimie, Univ. Paris-Saclay – ICMMO) ; Patrice
GEOFFRON (Économie, Univ. Paris-Dauphine – CGEMP) ; Bernadette
LEBAUT FERRARESE (Droit, Univ. Jean Moulin Lyon 3 – EDIEC) ; Guy
MEUNIER (Économie, INRAE – URALISS) ; Lucie MOULIN (Économie,
École Polytechnique) ; Aude POMMERET (Économie, Univ. Savoie-Mont
Blanc – IREGE) ; Jean-Pierre PONSSARD (Économie, CREST/CNRS &
École Polytechnique, Dir. Scient. Chaire Énergie et Prospérité) ; Maria-
Eugenia SANIN (Économie, UEVE – EPEE, Univ. Paris-Saclay & École
Polytechnique) ; Katheline SCHUBERT (Économie, PSE, Univ. Paris 1).

***

Le présent ouvrage est issu du deuxième Workshop MOMENTOM,
« Énergies nouvelles et société. Regards croisés sur la transition éner-
gétique », qui s'est déroulé le 21 novembre 2019 à la MSH Paris-Saclay.
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# Introduction

Patrick SCHEMBRI & Hynd REMITA

La période actuelle, marquée par une crise sanitaire sans précédent et des conséquences économiques et sociales préoccupantes, suscite des interrogations quant à la transition énergétique en cours. Dans son dernier rapport qui fait écho à la Covid-19, le Haut Conseil pour le Climat (HCC) souligne que la « relance » souhaitée devrait être la marque d'un véritable renouveau plutôt que d'une reprise, et l'expression d'une rupture plutôt que d'un rebond (HCC, 2020). En d'autres termes, cette relance devrait être l'opportunité d'accélérer la transition vers une économie décarbonée compatible avec les grands enjeux sociétaux actuels que sont la santé et l'emploi. La crise du coronavirus contribuerait à renforcer la prise de conscience des conséquences environnementales et climatiques d'un système de production mondialisé reposant sur les flux tendus et l'absence de stocks. Toutefois, certains discours laissent entrevoir que ladite crise conduirait à la mise au second plan de l'urgence climatique dans un contexte de récession économique mondiale. La nécessité d'une reprise rapide pourrait en effet orienter les investissements dans un sens qui ne serait pas nécessairement favorable au climat. La reprise s'imposerait alors au titre d'une condition préalable à toute forme de poursuite de la transition énergétique.

Or, cette transition prend source dans des dynamiques globales, technologiques et économiques qui s'inscrivent dans le temps long. Tout d'abord, celle qui est en lien avec l'exigence d'une décarbonation rapide des activités économiques par référence au réchauffement climatique et à l'agenda de l'Accord de Paris sur le climat adopté en 2015. Selon le Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC), les
émissions de dioxyde de carbone devraient diminuer de près de moitié à l'horizon 2030 dans la perspective que le monde atteigne la neutralité carbone en 2050 (GIEC, 2018). Le monde est également caractérisé par une autre dynamique importante, celle initiée par les technologies de l'information et de la communication, la montée en puissance de l'intelligence artificielle et la gestion à grande échelle des données qui transforment de manière notable l'organisation des systèmes économiques et les modes de vie (Cohen, 2015). Enfin, le secteur de l'énergie connaît de profondes transformations depuis près de vingt ans autour du marché et de la concurrence dans les domaines de la production et de la fourniture d'énergie (Hansen & Percebois, 2017). Pareilles transformations s'inscrivent dans un triple mouvement. Tout d'abord, elles témoignent d'une efficacité croissante quant à l'utilisation finale de l'énergie. De surcroît, elles sont caractérisées à la fois par un report de la demande finale d'énergie vers l'électricité, et par la décarbonation de la production de cette dernière. Enfin, elles concourent à promouvoir un nouveau modèle énergétique évoluant vers un système à intégration horizontale et territorialisé<fnref n="1" />, qui permettrait de mieux valoriser les potentiels de production et de maîtrise de la demande.

Dans ce contexte en forte évolution, les réflexions qui se développent autour de la transition énergétique portent sur l'importance relative des vecteurs énergétiques dans la conception des politiques énergie-climat. Ces réflexions sont à l'origine du second Workshop MOMENTOM intitulé « Énergies nouvelles et société : regards croisés sur la transition énergétique », qui s'est déroulé le 21 novembre 2019 à la Maison des Sciences de l'Homme Paris-Saclay et dont est issu cet ouvrage. Elles

<footnote n="1">¹ La transition énergétique actuelle est caractérisée par une tendance à la décentralisation de la gouvernance énergétique à une échelle plus locale. Il s'agit d'élaborer des systèmes énergétiques reposant sur une forte proximité entre les sites de production et de consommation, et un réseau de distribution dédié à une collectivité telle qu'une ville, un quartier ou un ensemble industriel au sein d'un territoire. La régulation de l'ensemble combinerait une offre énergétique autonome fondée sur l'exploitation des sources renouvelables d'énergie présentes sur le territoire et une « autoconsommation collective » régulée selon un processus local d'équilibrage entre l'offre et la demande. Les interdépendances entre un territoire et son système énergétique se substituerait alors à la dépendance traditionnelle vis-à-vis de sources énergétiques « lointaines » et d'un réseau global qui échapperait à toute forme de contrôle sur le plan local.</footnote>
portent notamment sur l'électricité qui voit son rôle renforcé, notamment dans le secteur des transports où elle est encore peu présente. Il existe également d'autres vecteurs possibles qui méritent l'attention. Ces derniers sont évoqués dans le cadre d'une approche de la transition énergétique davantage fondée sur la diversité des vecteurs décarbonés et leur complémentarité par hybridation<fnref n="2" /> des énergies dites de réseau. Il s'agit notamment du méthane, de l'eau chaude et de l'hydrogène. Néanmoins, ces solutions nécessitent encore d'améliorer grandement les connaissances scientifiques sur certains mécanismes et autres proces- sus observés dans la nature. À ce titre, **Ally Aukauloo** présentera les recherches menées actuellement en chimie et qui visent à s'inspirer de la nature, cherchant à imiter la photosynthèse, pour produire un « carburant propre » par la seule voie du rayonnement solaire.

Ce qui demeure le plus marquant dans ces dynamiques, c'est la rapidité des changements à la fois souhaités et observés. Cette rapidité est source de défis pour les acteurs des filières énergétiques, les usagers et les décideurs politiques. Tout d'abord, il s'agit d'augmenter très fortement la part des énergies non carbonées dans nos consommations énergétiques, parmi lesquelles les énergies renouvelables, de manière à réduire les émissions de dioxyde de carbone. À cet égard, la rapidité exigée par l'urgence climatique soulève des tensions lorsqu'il s'agit d'arbitrer entre la stabilité du climat, la préservation de la biodiversité<fnref n="3" /> et l'amélioration de la qualité de l'air<fnref n="4" />. Ces tensions portent également sur les impacts environnementaux – tout comme sur la condition humaine – de l'exploitation des ressources et autres métaux dits rares qui contribuent à la production des énergies

<footnote n="2">² L'hybridation a trait ici à la possibilité de solliciter plusieurs sources énergétiques différentes, plus ou moins indépendantes, au sein d'un même système électrique. L'idée est d'accéder à la source la moins chère selon le contexte. Cette hybridation des sources énergétiques, couplée à des technologies de stockage, devrait améliorer l'efficacité du système et engendrer une baisse du coût de l'énergie.</footnote>

<footnote n="3">³ Le déploiement à grande échelle des énergies renouvelables soulève des questions importantes concernant la conversion et l'usage des sols, lesquels ont une incidence sur la biodiversité et sur certaines activités traditionnelles.</footnote>

<footnote n="4">⁴ La promotion du bois-énergie pour remplacer les énergies fossiles dans les zones urbaines peut avoir une incidence négative sur la santé par l'émission de particules fines qui dégradent la qualité de l'air.</footnote>
renouvelables (Pitron, 2018). Ce premier défi qui a trait au déploiement
à grande échelle de l'usage des énergies renouvelables, en implique un
deuxième qui demeure tout aussi difficile. Il s'agit d'électrifier massivement
l'ensemble de nos activités, sachant que la consommation d'électricité ne
représente pas plus de 20 % de la consommation d'énergie finale dans le
monde<fnref n="5" />. Enfin, le dernier défi consiste à renforcer la résilience<fnref n="6" /> des systèmes
énergétiques de manière à couvrir l'ensemble des besoins en tout point
des réseaux et dans la durée. Dans ce contexte, le secteur de l'énergie doit
s'ajuster aux grands enjeux du développement soutenable<fnref n="7" />. Au regard de
ces derniers, **Bernadette Lebaut-Ferrarese** montrera que la transition
énergétique actuelle rencontre le droit par référence à la protection des
libertés individuelles et à la garantie de la sécurité de chacun. Or, le droit
influence également ladite transition énergétique car il représente un
moyen pour répondre aux attentes sociales qui sont en lien avec l'énergie.
Dans le même ordre d'idées, **Étienne Durand** mettra en lumière les
conditions selon lesquelles le droit de l'énergie peut assurer la transcription
matérielle des exigences du développement soutenable, de nature à assurer
la crédibilité du processus politique qui le sous-tend.

Quels seraient alors les leviers d'ordres technologique et institutionnel
sur lesquels nous pourrions agir de manière à répondre à ces défis ?
Traditionnellement, on en recense trois. Tout d'abord, la quête de l'effet qualité
– ou encore le levier technologique – à travers la recherche de nouveaux ressorts
pour améliorer l'efficacité dans la production et la consommation d'énergie. Il
s'agit ensuite de solliciter l'effet composition par référence à la décarbonation du

<footnote n="5">⁵ En France, elle s'élève actuellement à hauteur de 25 % de la consommation d'énergie finale (Agence Internationale de l'Énergie [AIE], *Online Statistical Database*, 2020).</footnote>

<footnote n="6">⁶ Dans le présent texte, la résilience est définie comme la capacité du système énergétique à répondre à un choc d'offre ou de demande d'énergie, à la hausse ou à la baisse. La capacité de réponse recherchée est celle qui permet de garantir la continuité de l'approvisionnement en énergie pour l'ensemble des usagers.</footnote>

<footnote n="7">⁷ Ces grands enjeux sont évoqués par référence aux dimensions traditionnellement associées à la mesure de la soutenabilité. Il s'agit d'enjeux d'ordres écologique, social et économique. Pourquoi, comment et pour qui définir un modèle de développement qui puisse être à la fois respectueux de l'environnement naturel, efficace sur un plan économique, tout en demeurant juste au regard de la génération actuelle et des générations futures ?</footnote>
mélange électrique consommé<fnref n="8" />, mais également par la promotion d'activités moins intensives en énergies et en matières. Il s'agit enfin d'agir sur l'effet d'échelle en incitant à la sobriété énergétique, laquelle devrait être à la fois dimensionnelle par la baisse des volumes consommés, et collaborative par le partage des usages. L'exigence de sobriété nécessite de trouver différentes formes de valorisation de l'effacement des consommations énergétiques.

Par-delà la question des défis et des leviers, la transition énergétique actuelle révèle plusieurs enjeux importants. À ce propos, le premier enjeu associé au coût de l'énergie, et plus étroitement celui du coût des énergies renouvelables, est particulièrement complexe et pluriel (Schubert, 2017). Dans le contexte de la transition énergétique actuelle, cet enjeu renvoie à deux réalités fondamentales, lesquelles sont étroitement liées. Tout d'abord, l'électricité est un bien particulier dans le sens où il ne peut être stocké, ce qui soulève le problème de la mise en adéquation permanente de l'offre et de la demande sur le marché. Par ailleurs, les sources renouvelables d'énergie que nous souhaitons abondamment solliciter pour produire l'électricité engendrent de leur côté une variabilité<fnref n="9" /> de l'offre d'électricité sur le marché. Cette variabilité nécessite de développer des stratégies de remédiation (Prud'homme, 2017) plus ou moins coûteuses qui consistent à mutualiser les diverses formes d'électricité disponibles, à solliciter des technologies de stockage lorsque c'est possible, à importer de l'électricité de l'étranger, ou à en réduire la consommation par le contrôle de la demande.

Un autre enjeu économique important a trait à la concurrence entre les différentes sources énergétiques. Cette concurrence se décline à deux niveaux. D'une part, elle concerne les énergies renouvelables et les énergies fossiles. D'autre part, la concurrence s'opère entre les différentes sources

<footnote n="8">⁸ Aujourd'hui, le charbon est la première source de production de l'électricité dans le monde ; sa contribution s'élève à hauteur de 38 % dans le mélange électrique (AIE, *Online Statistical Database*, 2020).</footnote>

<footnote n="9">⁹ Les sources renouvelables d'énergie, à l'image du rayonnement solaire et du vent, ne peuvent « garantir » la continuité du flux d'énergie produit. Ce flux est en proie à une *fluctuation* prévisible issue de l'alternance entre le jour et la nuit, et de la saisonnalité. Il est également soumis à *l'intermittence* bien moins prévisible de ses sources selon les conditions météorologiques du moment.</footnote>
renouvelables et autres alternatives aux énergies fossiles (Creti et al., 2018). À l'heure actuelle, aucune solution unique ne semble émerger. Comment alors orienter la décision d'investir ? Peut-on le faire dans la « diversité » par référence à un mélange énergétique souhaité ? Quel devrait être alors le bon dosage ? Parmi les technologies disponibles, l'hydrogène apparaît comme une alternative incontournable pour relever le défi de la transition énergétique actuelle (Franc, 2015). Dans le cadre d'une approche macroéconomique, **Patrick Schembri** examinera l'évolution de la demande mondiale d'hydrogène à l'horizon 2050, en comparant les différents scénarios énergétiques proposés par le GIEC afin de respecter l'agenda de l'Accord de Paris sur le climat. Reprenant les présentations faites dans le cadre des Workshops MOMENTOM, **Guy Meunier** et **Jean-Pierre Ponssard** proposeront une analyse économique de l'usage de l'hydrogène dans le secteur des bus urbains. De surcroît, **Loïc Assaud** étudiera différentes réactions chimiques et électrochimiques à fort intérêt sociétal en lien avec l'usage de la batterie pour le stockage de l'énergie électrique. Parmi les technologies disponibles, la technologie Li-ion semble être la plus prometteuse, même si elle révèle des limites en lien notamment avec la disponibilité du lithium inégalement répartie à la surface de la planète. Les différents modes de vieillissement de ces systèmes sont présentés, ainsi que les moyens de les modéliser en fonction des différents types d'usages.

À cet égard, il est important de rappeler que le concept de transition énergétique est né en Allemagne dans les années 1980 (Dessus, 2014). Il était alors associé à la promotion d'un mélange énergétique visant à réduire la dépendance vis-à-vis des énergies fossiles et les risques associés à l'usage de l'énergie nucléaire. Il témoignait d'un changement de paradigme en matière de politique énergétique avec le passage d'une politique centrée sur l'offre et la production centralisée à une politique plutôt orientée vers la demande et la production décentralisée. Même si ce concept n'est pas si récent et révèle des nuances notables quant à son interprétation selon les pays considérés, il attire aujourd'hui une attention renouvelée par référence au problème du réchauffement climatique (Chevalier, Cruciani & Geoffron, 2013). Dans ce contexte, la transition énergétique prend une teneur toute particulière qui renvoie à l'importance même du système énergétique dans la détermination de nos modes de vie et de la structure des relations économiques et sociales.
En effet, l'énergie représente un enjeu de premier choix dans l'exercice de résolution de ce problème planétaire. Pareil exercice nécessite de prendre en compte les contraintes physiques de long terme, tout en faisant des choix dès aujourd'hui quant aux orientations de moyen terme dans les domaines de la production et de la consommation. Comment faire en sorte d'être à la fois sobre et efficace dans la promotion d'un régime de croissance que l'on souhaiterait plus « vert » et plus juste ?

Ce questionnement porte à nos yeux un troisième enjeu qui traite de la nécessité d'arbitrer entre plusieurs mobiles sécuritaires<fnref n="10" /> (Petit & Schembri, 2009). Tout d'abord, nous pensons à la sécurité des approvisionnements qui a trait à la fourniture du service énergétique. Ce mobile sécuritaire fait écho au droit d'accès à l'énergie<fnref n="11" /> et au septième Objectif de Développement Durable (ODD) selon l'Organisation des Nations Unies (ONU). Le bas prix du bien « énergie » apparaît alors comme une condition importante pour en garantir l'accès. Toutefois, le réchauffement climatique révèle au monde un autre mobile sécuritaire, lequel vise la préservation ou la stabilité du climat, traité ici comme un bien commun à l'échelle globale. La sécurité environnementale exigerait un prix de l'énergie plus élevé, qui devrait intégrer à la fois l'ensemble des externalités négatives qui nuisent à la stabilité climatique et le coût de restauration des puits de carbone naturels<fnref n="12" />. Le premier mobile sécuritaire s'observe plutôt localement et vise le court terme, alors que le second concerne le monde dans son ensemble et vise le temps long.

<footnote n="10">10 Le terme « mobile » est entendu ici comme ce qui « incite à agir » afin de garantir la sécurité. La production et l'usage de l'énergie renvoient à plusieurs mobiles sécuritaires qui peuvent entrer en conflit. Dans le contexte actuel, cette conflictualité apparaît entre la sécurité des approvisionnements en énergie et la sécurité environnementale par référence à la stabilité du climat.</footnote>

<footnote n="11">11 En 2016, près de 940 millions de personnes n'avaient pas accès à l'électricité dans le monde (Banque mondiale, *World Development Indicators*, et Département population, Nations Unies).</footnote>

<footnote n="12">12 Les puits de carbone naturels tels que les forêts en formation, les tourbières et les océans, lesquels témoignent de la capacité d'absorption du dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère, sont apparentés à une ressource commune globale qui fait l'objet d'une surutilisation. En revanche, la restauration d'un couvert forestier peut être à l'origine de conflits quant à l'usage des sols en lien notamment avec l'agriculture et le développement économique de certains pays.</footnote>
Tenant compte de ces enjeux, la transition énergétique requiert une transformation en profondeur des systèmes énergétiques qui doit reposer sur le couplage entre des technologies particulièrement innovantes et des politiques publiques adaptées. Ces dernières misent plutôt sur les ressources locales et sur un large panel de solutions qui diffèrent par la structure de leur coût, leur degré de maturité et leur acceptabilité sociale. L'exercice de définition et de mise en œuvre des politiques de transition énergétique apparaît comme un processus multidimensionnel qui doit intégrer la diversité des échelles spatiales et temporelles concernées. Sur le plan microéconomique, ces politiques s'inscrivent dans les actions dites « incitatrices », lesquelles devraient orienter les comportements de production et de consommation dans le sens souhaité<fnref n="13" />. Ces mesures doivent être déployées dans le temps au regard d'un calendrier qui tient compte des temporalités diverses qui sont en jeu. De ce point de vue, la rationalité supposée des agents économiques au moment où ils prennent des décisions et la manière dont ils forment leurs anticipations sur l'avenir apparaissent comme des objets de recherche incontournables.

Les technologies de l'information et de la communication sont de plus en plus utilisées pour inciter les consommateurs à contrôler leur demande d'énergie. Or, ces derniers ne font pas confiance aux entreprises énergétiques pour agir dans leur meilleur intérêt et se méfient de l'utilisation abusive des données et de l'automatisation de leur consommation. Penelope Bukley analysera les études qualitatives qui explorent l'acceptation et

<footnote n="13">¹³ Le terme « incitation », qui est une traduction du mot anglais *incentive*, n'est pas aisé à définir d'un point de vue économique. Traditionnellement, il est évoqué dans le champ de la politique économique et relève de la rationalité de l'État dans sa volonté de réguler les activités économiques. Les incitations dites économiques sont évoquées par référence à la fiscalité et aux modes d'allocation des droits de propriété. On retrouve également ce terme dans l'analyse des relations de travail et des problèmes d'emploi ; on évoque alors les incitations monétaires et non monétaires. Plus récemment, l'attention a porté sur les incitations dites non économiques, lesquelles sont en lien avec les avancées réalisées dans le domaine de l'économie comportementale. À ce propos, le *nudge* est souvent cité, lequel évoque « une méthode douce pour inspirer la bonne décision », reprenant ici la définition de R. H. Thaler et de C. R. Sunstein (2008 ; pour la trad. française : 2010). Cette approche souligne l'importance de l'environnement de l'agent-décideur dans la prise de décision. La pratique du *nudge* consisterait à modifier l'environnement de manière à influencer la décision alors que l'agent-décideur n'a pas conscience de ce changement.</footnote>
l'utilisation par les consommateurs des compteurs intelligents et la tarification dynamique. Il s'agit d'identifier les obstacles à l'utilisation de ces compteurs dont l'objectif est d'encourager les consommateurs à réduire leur consommation d'énergie et à adapter leur demande selon la tarification proposée. Si la dimension financière est une source de motivation importante, les économies réalisées ne sont pas toujours à la hauteur des attentes. Dans ce contexte, l'appropriation par les consommateurs de la technologie apparaît comme une condition préalable nécessaire à toute perspective de réduction de la consommation d'énergie. De surcroît, les consommateurs, en proie à la rigidité des routines quotidiennes, révèlent une certaine réticence à réduire leur propre consommation. Par ailleurs, ils doivent arbitrer entre les économies d'énergie et le confort dans l'exercice du maintien d'un niveau de consommation jugé acceptable à l'échelle de la société. Penelope Buckley proposera des recommandations pour surmonter ces obstacles. Elle soulignera notamment qu'une approche universelle ne saurait être appropriée en raison de l'hétérogénéité observée parmi les consommateurs qui acceptent ces services intelligents, lesquels sont animés par des motifs et des niveaux d'engagement différents.

Sur le plan macroéconomique, les politiques de transition énergétique visent à réaliser un objectif de performance environnementale au moindre coût. Là encore, les modalités d'allocation des ressources et des charges doivent être définies dans une perspective qui doit tenir compte du temps. Au demeurant, les politiques de transition énergétique doivent être évaluées au regard de leur acceptabilité sociale, par référence aux enjeux sociétaux dans lesquels elles s'inscrivent. Ces enjeux témoignent à la fois d'une logique *productive*, animée par la quête d'un nouveau régime de croissance, et d'une logique *distributive*, prônant l'accès pour tous à ce bien essentiel qu'est l'énergie. Le domaine de l'énergie demeure donc indissociable de celui de l'action publique aussi bien en ce qui concerne l'efficacité que la production, le transport, la distribution et la consommation. Là également, la question de la cohérence des politiques à mettre en œuvre en matière d'objectifs, de moyens et de calendrier est fondamentale. Pareille cohérence a trait notamment aux stratégies d'investissement requis dans les différents actifs physique, naturel et humain qui devront être valorisés dans le contexte de la transition énergétique actuelle. À cet égard, des changements notables
sont anticipés dans la formation, les emplois et l'organisation du travail par
le verdissement attendu de nombreux emplois et l'émergence de nouveaux
métiers. Cependant, la temporalité des investissements dans les formations
initiale et professionnelle, laquelle porte sur plusieurs années, ne saurait être
négligée. Le secteur de l'énergie représente près de quarante millions d'em-
plois dans le monde aujourd'hui (AIE, 2020). Quant aux perspectives de
création d'emplois, elles se trouvent dans la rénovation et l'efficacité énergé-
tique des bâtiments, mais également dans le secteur de l'électricité par réfé-
rence aux réseaux de distribution et à la production par les énergies renou-
velables. Il s'agit donc de futurs emplois qui devraient être principalement
dédiés à la sécurité de l'approvisionnement en électricité dans le monde,
d'où l'importance de produire une électricité non carbonée.

Par conséquent, dans le contexte actuel fortement dominé par l'ur-
gence climatique, les recherches menées sur la transition énergétique
doivent traiter dans un même cadre analytique les conditions de l'offre
énergétique (Recherche et Développement [R&D], production et
infrastructures) à l'origine d'un nouveau régime de productivité, et celles
en lien avec les comportements de consommation énergétique, ouvrant la
voie à un nouveau régime de demande. Les enjeux en matière de sobriété
énergétique et les contraintes associées à la précarité énergétique sont
alors de première importance. Ces enjeux et ces contraintes renvoient à
deux dimensions importantes. Tout d'abord, celle des *arbitrages* ou des
*conflits* entre différents objectifs souhaitables : comment réduire la pré-
carité énergétique tout en exigeant la sobriété énergétique ? Comment
concilier les tensions de court terme et les objectifs de long terme ? La
seconde dimension a trait aux conditions de *mise en capacité* des acteurs
à participer aux engagements requis, et pas seulement à les accepter. Elle
interroge les politiques publiques, leur construction et leur mise en cohé-
rence quand plusieurs objectifs sont en jeu. Au demeurant, elle soulève la
question des moyens à réunir pour que l'action soit renforcée ; un enjeu
majeur au regard de l'agenda climatique actuel. Les différentes contribu-
tions proposées dans cet ouvrage rendent compte de l'importance d'une
approche systémique et interdisciplinaire de la transition énergétique
actuelle qui demeure hautement incertaine quant à son point d'arrivée.
Références bibliographiques

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THALER Richard H.& SUNSTEIN Cass R., 2008. *Nudge: Improving Decisions about Health, Wealth, and Happiness*, New Haven, Yale University Press.

—, 2010 [1re éd. en langue originale : 2008]. *Nudge. La méthode douce pour inspirer la bonne décision*, trad. de l'anglais par M.-F. Pavillet, Paris, Vuibert.
# S'inspirer de la nature pour produire de l'énergie

## Photosynthèse artificielle à l'Université Paris-Saclay

Ally AUKAULOO

## RÉSUMÉ

La photosynthèse est le processus qui utilise la lumière du soleil comme unique apport d'énergie pour chasser le dioxyde de carbone (CO₂) de notre atmosphère et le convertir en un vecteur d'énergie chimique. Comprendre le fonctionnement de l'appareil photosynthétique dans le monde du vivant est une étape clé vers le développement de systèmes artificiels qui seraient capables de reproduire les processus de captage de la lumière, couplés à la catalyse de transformation de l'eau et du CO₂ (Sanderson, 2008). Les chimistes du monde entier consacrent beaucoup d'efforts à la mise au point de molécules et de matériaux pour la production de carburant solaire, se rapprochant ainsi d'une économie alimentée par des sources d'énergie neutres en carbone. Les énormes défis consistent à développer des matériaux avancés, peu coûteux et éco-compatibles, capables de capter la lumière pour activer et transformer des molécules très stables, à savoir l'eau et le dioxyde de carbone – les ingrédients clés – en nouvelles molécules pour nos besoins.

Les chimistes et les biologistes ont toujours été émerveillés par la nature qui, lors de la mise au point de la vie aérobie<fnref n="1" />, a développé des enzymes, des machines moléculaires très sophistiquées, capables de capter l'énergie solaire pour extraire les ingrédients nécessaires à la production d'hydrogène (Aukauloo, Leibl & Rutherford, 2007). Le dihydrogène, H₂, plus connu par le grand public sous le nom d'hydrogène, constitue la plus petite molécule en chimie. La réaction de formation de H₂, probablement celle que nous apprenons dès le lycée, consiste à combiner

<footnote n="1">¹ On qualifie ainsi la vie qui dépend de la présence d'O₂.</footnote>
des protons (charges positives) et des électrons (charges négatives) selon
la réaction décrite dans l'équation 1².

$$2\text{H}^+ + 2\text{e}^+ \rightarrow \text{H}_2$$

Équation 1

Cette réaction renferme une grande quantité d'énergie dans la liaison chimique qui relie les deux atomes d'hydrogène<fnref n="3" />. Lors de sa combustion avec la molécule d'oxygène, elle libère cette énergie et produit de l'eau comme seul sous-produit. L'hydrogène apparaît alors comme le carburant le plus propre, car il exclut la production de dioxyde de carbone, « la molécule tueuse du climat<fnref n="4" /> ». Récemment, le président de la République a clairement annoncé l'intention de la France de se doter d'une économie basée sur l'hydrogène (Benchabane, 2020). Bien que différentes technologies soient déjà en place pour démarrer la transition vers ladite économie, les défis d'ordre scientifique et technologique qui lui sont associés demeurent de grande ampleur. En effet, comme toute commodité, l'hydrogène doit être produit, avant d'être transformé, transporté, stocké, puis distribué pour un usage final. Concernant sa production, à l'heure actuelle, il existe différentes méthodes, chacune avec des contraintes<fnref n="5" />. À cet égard, le rêve des chimistes et des biologistes est de s'inspirer des processus naturels afin d'utiliser l'énergie solaire, comme seule source d'énergie, ainsi que l'eau et le dioxyde de carbone pour la production d'un carburant propre. Cette recherche est souvent critiquée en raison de la difficulté qu'elle révèle pour percer les secrets de la nature. De surcroît, elle l'est tout autant pour reproduire de telles activités issues de la nature, lesquelles sont encore inégalées.

<footnote n="2">² Programme de la classe de première : couple d'oxydoréduction.</footnote>

<footnote n="3">³ Pour plus d'informations, cf. la fiche « Hydrogène énergie » sur le site *Connaissance des énergies* : https://www.connaissancesenergies.org/fiche-pedagogique/hydrogène-energie (page consultée le 01/04/2021).</footnote>

<footnote n="4">⁴ Cf. la page dédiée à « L'effet de serre » sur le site de Météo France : http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/comprendre-le-climat-mondial/leffet-de-serre-et-autres-mecanismes (consultée le 01/04/2021).</footnote>

<footnote n="5">⁵ Voir la contribution de Loïc Assaud dans le présent ouvrage, p. 133-150.</footnote>
Ainsi, peut-on rappeler la célèbre citation d'Aristote, « ce qui est impossible et probable est meilleur que ce qui est possible et improbable ».

L'approche dite biomimétique de la photosynthèse naturelle, égale-
ment évoquée sous l'expression de photosynthèse artificielle, consiste à
extraire les grands principes du mode de fonctionnement de l'appareil
photosynthétique et de les répliquer au sein des modèles synthétiques
élaborés par les chimistes (Barber & Tran, 2013). Dans la nature, le pro-
cessus qui représente la première étape de la photosynthèse est appelé la
photo-oxydation de l'eau. Il peut être représenté sous la réaction décrite
dans l'équation 2 (Dau & Zaharieva, 2009).

$$
2\text{H}_2\text{O} + \text{photons} \rightarrow \text{O}_2 + 4\text{e}^- + 4\text{H}^+
$$

Équation 2

Dans les organismes photosynthétiques, ces électrons et protons sont ensuite utilisés pour réduire le CO₂, ce qui engendre sa transformation vers des molécules particulièrement riches en énergie, tels des sucres (Équation 3).

$$
6\text{CO}_2 + 12\text{e}^- + 12\text{H}^+ \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6
$$

Équation 3

En revanche, au sein de certains micro-organismes, il existe des
enzymes appelées *hydrogénases*, capables de produire de l'hydrogène en
récupérant les électrons et les protons issus de la photo-oxydation de
l'eau (Schilter *et al.*, 2016).

Afin de répliquer les processus en lien avec la photosynthèse natu-
relle, les chimistes doivent procéder en différentes étapes par référence
aux trois « C » : Captage, Conversion et Catalyse. Le captage de l'éner-
gie solaire a plutôt bien avancé, grâce à l'effort considérable qui a été
déployé dans la recherche sur les matériaux pour des applications en
photovoltaïque<fnref n="6" /> (Martínez-Díaz, Torre & Torres, 2010 ; Hagfelt & Grätzel, 2000). Toutefois, les défis remportés dans le captage de l'énergie lumineuse pour réaliser les transformations chimiques, telles que celles indiquées plus haut, nécessitent un autre tour de force, celui d'ac cumuler des charges (+ et -) à des énergies qui thermodynamiquement peuvent permettre ces réactions d'avoir lieu (Équations 1, 2 et 3). Par ailleurs, la présence de catalyseurs est essentielle pour accélérer cinét iquement ces réactions. Un catalyseur peut être pensé comme un objet contenant un ou plusieurs ions métalliques qui vont organiser les molé cules dans la bonne topologie, en diminuant l'énergie nécessaire pour la transformation chimique. La recherche sur les catalyseurs efficaces dans le domaine de la photosynthèse artificielle constitue le nerf de la guerre pour basculer de la recherche fondamentale à l'application industrielle (White & Bercaw, 2002).

Par souci de clarté, nous allons examiner, dans un premier temps, comment la nature utilise des photons pour récupérer des électrons et des protons de l'eau. Dans un second temps, nous présenterons certaines applications, notamment celle qui consiste à transformer le dioxyde de carbone en carburant.

L'étude de la photosynthèse naturelle :
comment reproduire artificiellement la photo-oxydation de l'eau
pour produire de l'hydrogène ?

La nature a développé une seule enzyme appelée photosystème II, capable
de réaliser les trois « C », à savoir : capter l'énergie solaire, la convertir en
une séparation de charges suivie par une accumulation de charges, puis
catalyser la réaction d'oxydation de l'eau (Équation 2). Sur la figure 1,
une vue artistique de la structure cristallographique est représentée,
laquelle a été obtenue par Shen et ses collaborateurs en 2011 après plu-
sieurs décennies d'efforts ! (Suga et al., 2019).

<footnote n="6">⁶ Cf. le site de l'Institut Photovoltaïque d'Île-de-France (IPVF) : https://www.chimieparistech.psl.eu/recherche/les-laboratoires/ipvf/ (consulté le 01/04/2021). Cf. également Lincot, 2019.</footnote>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Figure 1** - Vue artistique du photosystème II avec les acteurs moléculaires qui sont impliqués dans la photo-oxydation de l'eau.</figcaption></figure>

Les étapes 1, 2, 3, 4 et 5 indiquent les étapes de convoi d'un électron après une excitation lumineuse.

Source : Dr. C. Fufezan, CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives).

La figure 1 présentée ci-dessus représente les différentes étapes qui président à la photosynthèse naturelle<fnref n="7" />. Elles font intervenir un site

<footnote n="7">⁷ Dans la figure 1, les pigments chlorophylliens captent les photons et engendrent un processus de séparation de charge : - et + (étape 1). L'électron (e-) est ensuite pris en charge par des convoyeurs d'électrons pour le stocker sur une molécule appelée « quinone », tandis que la charge positive est charriée vers un site catalytique, à savoir le Centre de Dégagement d'Oxygène (CDO). Après quatre processus d'excitations photoniques, l'enzyme emmagasine quatre charges positives au sein du CDO. Deux molécules de quinols (vide infra) sont ainsi formées, alors que les quatre charges</footnote>
catalytique naturel, le Centre de Dégagement d'Oxygène (CDO),
lequel contribue à la réaction d'oxydation de l'eau en oxygène. Cette
réaction reste le défi le plus difficile à relever pour les chimistes. Avec
des efforts sans relâche, ces dernier-ère-s sont parvenu-e-s à reproduire
l'architecture du CDO, (Figure 2a), constitué de quatre ions de man-
ganèse et un de calcium (Figure 2b ; Tsui et al., 2013). Toutefois, la
réactivité de ce modèle synthétique envers la réaction d'oxydation de
l'eau n'est que très faible et le catalyseur se décompose trop rapidement.
Par conséquent, la nature garde encore ses secrets !

Plusieurs catalyseurs moléculaires avec des ions métalliques abon-
dants dans la croûte terrestre, tels que le manganèse, le fer et le cuivre,
ont été proposés, mais là encore, leurs activités catalytiques sont loin de
rivaliser avec le système naturel (Kärkäs et al., 2014) ! À l'heure actuelle,
seuls des métaux nobles et très peu abondants, tels que le ruthénium ou
l'iridium, sont connus comme les meilleurs catalyseurs pour réaliser cette
réaction. À titre d'exemple, on peut mentionner T. J. Meyer aux USA
dont les travaux ont montré que des catalyseurs à base de ruthénium
sont capables de réaliser l'oxydation de l'eau par voie électrochimique, à
savoir en utilisant une électrode qui fournit l'énergie nécessaire pour que
le catalyseur fonctionne (Concepcion et al., 2008). Or, le ruthénium n'est
pas abondant dans la nature. Il n'est donc pas envisageable d'utiliser ces
catalyseurs à grande échelle. Néanmoins, cette recherche a le mérite de
nous renseigner sur les étapes clés de l'activation de la molécule d'eau, de
la formation de la liaison oxygène-oxygène, et du relargage de la molé-
cule d'oxygène qui fait intervenir des notions quantiques en raison de sa
nature magnétique. À ce titre, nous avons réalisé des calculs théoriques
sur les propositions de Meyer et avons pu mettre en évidence ces étapes
clés. Par ailleurs, nous comprenons désormais bien mieux la formation
d'oxygène et son relargage au niveau électronique.

<footnote>positives accumulées sur le CDO sont remplies par l'arrachage de quatre électrons
de deux molécules d'eau avec la formation de O₂ et la libération de quatre protons.</footnote>
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 2** – Structure tri-dimensionnelle et modèle synthétique du CDO.</figcaption></figure>

a. Structure cristallographique du CDO. / b. Modèle synthétique reproduisant la topologie des ions de manganèse (violet) et de calcium (vert).

Source : a. Umena et al., 2011. / b. Zhang et al., 2015.
Sur la figure 3<sup>8</sup>, on peut suivre ces différentes étapes issues des calculs DFT<sup>9</sup> (*Density Functional Theory*).

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 3** – Comprendre comment on active l'eau au niveau d'un catalyseur à base de ruthénium.</figcaption></figure>

Chaque étape indiquée par une flèche montre les évènements élémentaires, à savoir perte d'électron et de proton lors du processus d'oxydation de l'eau.

Source : Dr. M.-F. Charlot, ICMMO (Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay).

<footnote n="8"><sup>8</sup> Sur cette figure, les lobes en rouge traduisent l'activation d'une première molécule d'eau sur le centre métallique, celle d'une deuxième molécule pour la formation de la liaison O-O et le largage de O<sub>2</sub> lors de la dernière étape du cycle catalytique.</footnote>

<footnote n="9"><sup>9</sup> La théorie de la fonctionnelle de la densité est une approche de calcul quantique permettant de décrire la structure électronique ; dans notre exemple, il s'agit des espèces intermédiaires dans une réaction de catalyse multiélectronique.</footnote>
Pour parfaire la photo-décomposition de l'eau, une autre approche sur laquelle les chimistes travaillent actuellement consiste en la mise au point de matériaux semi-conducteurs (comme pour les dispositifs photovoltaïques). Ces matériaux seraient capables de casser l'eau en ses éléments constitutifs, à savoir l'hydrogène et l'oxygène (Wang et al., 2009). Un semi-conducteur n'est ni tout à fait un conducteur, ni tout à fait un isolant. De manière très simple, un matériau semi-conducteur peut devenir un conducteur sous une influence externe, à l'image d'une irradiation lumineuse. Il est caractérisé par deux niveaux énergétiques appelés « bande de valence » et « bande de conduction », lesquelles sont séparées par une « bande interdite » (Rahman, Kibria & Mullins, 2020). Cette dernière traduit l'énergie qu'il faut fournir pour faire passer des électrons de la « bande de valence » à la « bande de conduction ».

L'idée directrice est de développer des matériaux qui, sous irradiation dans le spectre d'absorption du visible<fnref n="10" />, conduisent à l'accumulation de charges dans les bandes de conduction et de valence. Lorsque ces bandes borment les potentiels thermodynamiques de la réaction d'oxydation de l'eau en oxygène et de la réduction des protons en hydrogène, pour un pH donné, on peut alors raisonnablement s'attendre à ce que le matériau puisse à la fois oxyder de l'eau en oxygène et produire de l'hydrogène<fnref n="11" /> (Schéma 1).

En collaboration avec Hynd Remita, nous avons développé un matériau nano-structuré conjugué à partir de la polymérisation d'un dérivé du butadiyne<fnref n="12" /> (Ghosh et al., 2015). Le matériau nanostructuré obtenu

<footnote n="10">¹⁰ Le spectre d'absorption du visible correspond à la lumière perceptible par l'œil humain.</footnote>

<footnote n="11">¹¹ Sous irradiation, on peut accumuler des électrons dotés d'un potentiel négatif (– V sur le schéma 1) dans la bande de conduction (qui correspond à la plage la plus basse d'états électroniques vacants), alors que la bande de valence devient quant à elle déficitaire en électrons dotés d'un potentiel + V'.</footnote>

<footnote n="12">¹² Il s'agit de la polymérisation contrôlée du 1,4-diphénylebutadiyne au sein d'un espace confiné de matrices souples par radiolyse.</footnote>
est appelé nano-PDPB, lequel pourrait agir comme un photocatalyseur<fnref n="13" /> pour conduire la photo-décomposition de l'eau<fnref n="14" />.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Schéma 1 - Propriétés d'un semi-conducteur.</figcaption></figure>

Source : A. Aukauloo.

Un dessin de cette synthèse est représenté dans le schéma 2. La polymérisation des dérivés du butadiyne a été découverte par G. Wegner en 1969 et ces matériaux ont connu un formidable succès pour des applications dans de nombreux domaines (cf. Wegner, 1969).

<footnote n="13">13 Un photocatalyseur peut capter l'énergie lumineuse pour réaliser des réactions d'oxydation et de réduction à la surface du matériau.</footnote>

<footnote n="14">14 L'idée originale est de bloquer le processus de polymérisation dans un espace confiné afin de limiter le degré de polymérisation conduisant à des oligomères, les nano-PDPB. Suivant cette procédure, nous avons isolé un matériau nanostructuré qui consiste principalement en un octamère (8 monomères de départ, à savoir le 1,4-diphénylebutadiyne ; schéma 2b). Les images de nano-PDPB obtenues par Microscopie Électronique à Transmission (MET) indiquent que le nano-PDPB s'organise sous formes de nanofibres d'un diamètre d'environ 20 nm et d'une longueur de quelques dizaines de micromètres. Les études électrochimiques et optiques nous indiquent une bande interdite allant de 2,37 eV avec la bande de valence (VB) à +1,37 V avec la bande de conduction (CB) à -0,58 V, par rapport à une électrode à hydrogène. Par conséquent, d'un point de vue thermodynamique, ce matériau révèle des propriétés photocatalytiques intéressantes pour la décomposition d'une eau dotée d'un pH de 7.</footnote>
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Schéma 2** – Le matériau nanostructuré comme un photocatalyseur pour conduire la photo-décomposition de l'eau.</figcaption></figure>

a. Synthèse contrôlée dans des matrices molles de nano-PolyDIPhenylBisacetylene (PDPB). /

b. Octamère de DPB. / c. Image MET et énergies des bandes du nano-PDPB.

Source : ICMMO/CEA/ICP (Institut de Chimie Physique).
Le nano-PDPB est une poudre orange qui n'est pas soluble dans l'eau. Pour étudier ses propriétés photocatalytiques, on la disperse dans l'eau au sein d'une cellule de Clark<fnref n="15" />. Le mélange est alors dégazé pour enlever toute trace d'oxygène dissoute dans l'eau. Par ailleurs, afin d'éliminer toute participation des rayonnements UV, un filtre est placé entre la source lumineuse et la cellule de Clark. En outre, la température du mélange réactionnel est contrôlée par un système de réfrigération. Cette cellule est dotée d'une sonde qui permet de détecter la présence d'oxygène. Les propriétés photocatalytiques du nano-PDPB sont illustrées sur la figure 4a qui montre l'évolution temporelle de l'oxygène à partir de l'eau, lorsque le mélange est soumis à une irradiation dans le spectre du visible (Patel *et al.*, 2020).

Nous remarquons que la formation d'oxygène ne nécessite pas de co-catalyseur, contrairement à la majorité des systèmes connus dans la littérature (Figure 4a : courbe noire ; Serpone & Emeline, 2012). En effet, à l'heure actuelle, la plupart des matériaux semi-conducteurs organiques nécessitent un co-catalyseur métallique pour oxyder de l'eau. Cette activité photocatalytique remarquable du nano-PDPB nous a incité à s'interroger plus en détail cette première étape de la photo-décomposition de l'eau (Équation 2). Curieusement, bien que nous détections la formation d'oxygène, nous n'avons jamais pu mettre en évidence la présence d'hydrogène. Cette absence proviendrait d'un problème de cinétique. En effet, il est raisonnable de penser que la formation d'hydrogène nécessite l'adjonction d'un catalyseur qui faciliterait sa formation à partir des électrons et des protons issus de la photo-oxydation de l'eau (Équation 2). Or, dans cette étude, nous n'avons pas suivi cette voie, souhaitant comprendre où étaient ces derniers dans notre mélange réactionnel. Dans un premier temps, nous avons isolé le nano-PDPB issu de la réaction photocatalytique, avec pour objectif de comparer les propriétés physiques et chimiques avant et après la photocatalyse. Aucun changement notable n'a été mis en évidence, certifiant ainsi la robustesse chimique du nano-PDPB. En faisant l'hypothèse que les protons (charges positives) largués devraient conduire à une acidification de l'eau du milieu réactionnel, nous avons contrôlé le pH de la phase aqueuse.

<footnote n="15">¹⁵ La cellule de Clark est un dispositif électrochimique qui permet de mettre en évidence la présence de O₂.</footnote>
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 4 - Les propriétés photocatalytiques du nano-PDPB.</figcaption></figure>

a. Évolution photocatalytique de $O_2^\ominus /$

b. Réduction de quinone sous forme de quinhydrone.

Source : ICMMO/CEA/ICP.
Là également, nous n'avons observé aucun changement quant au pH de l'eau ! La dernière possibilité que l'on puisse considérer est que ces électrons et protons sont stockés sur le matériau au cours de la réaction de photo-oxydation de l'eau. Pour tester cette hypothèse, nous avons ajouté un accepteur d'électron, le persulfate de sodium, qui pourrait extraire les électrons de la bande de conduction du nano-PDPB. Le persulfate peut capter deux électrons, avant de se dégrader en ion sulfate (Équation 4).

$$S_2O_8^{2-} + 2e^- \rightarrow 2SO_4^{2-}$$

Équation 4

Lors d'une exposition du mélange nano-PDPB dans l'eau à la lumière visible et en présence d'un accepteur d'électron sacrifiel, $S_2O_8^{2-}$ (Figure 4a : courbe bleue), nous remarquons une activité photocatalytique accrue de production d'oxygène<fnref n="16" />. Dans ces conditions expérimentales, on note également une chute vertigineuse du pH, indiquant une accumulation de protons dans l'eau. Cette expérience valide ainsi notre hypothèse de travail selon laquelle les électrons et les protons sont stockés sur le semi-conducteur. Profitant des propriétés uniques de ce nouveau matériau, nous avons alors voulu récupérer ces électrons et protons pour leur utilisation ultérieure dans la synthèse d'un carburant. S'inspirant du fonctionnement du photosystème II décrit plus haut, nous avons introduit un accepteur d'électron réversible, tel qu'un dérivé de quinone<fnref n="17" />. De manière patente, nous observons là aussi une exaltation de l'activité photocatalytique de production d'oxygène et, de manière concomitante, la formation de quinone, réduite sous la forme d'un dimère de quinol appelé quinhydrone (Figure 4a : courbe rouge), comme décrit dans l'équation 5.

<footnote n="16">¹⁶ Cela peut s'expliquer par l'extraction des électrons se retrouvant dans la bande de conduction du nano-PDPB *via* l'accepteur d'électron au cours de la réaction d'oxydation de l'eau en minimisant des processus de recombinaison de charges.</footnote>

<footnote n="17">¹⁷ Il s'agit du dichlorobenzoquinone.</footnote>
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Équation 5</figcaption></figure>

La formation de quinhydrone (dimère de quino : quinone), absorbant jusqu'à 530 nm (Figure 4b) lors de l'ajout de DCBQ pendant (ou après) la photocatalyse, confirme clairement que les charges sont stockées sur le nanomatériau lors de l'oxydation de l'eau et pourraient être récupérées par l'ajout d'une quinone qui agit comme porteur d'hydrogène (Équation 5 ; Symes & Cronin, 2013). La récupération des charges (électrons et protons) après le processus de photo-oxydation de l'eau nous permet d'entrevoir une nouvelle stratégie dans la photosynthèse artificielle : celle qui consiste à réaliser la photo-oxydation de l'eau pendant le jour et à utiliser les charges pendant la nuit, selon nos besoins énergétiques. En résumé, un nouveau matériau conjugué nanostructuré a été conçu, lequel est capable de reproduire les fonctions de l'enzyme photosystème II comme indiqué sur le schéma 3.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Schéma 3 - Les fonctions photocatalytiques du photosystème II.</figcaption></figure>

Source : Patel et al., 2020.
**Photosynthèse et biomimétisme : comment transformer le dioxyde de carbone en carburant ?**

Les autres recherches que nous menons dans nos laboratoires ont trait à la photo-oxydation de l'eau, en lien avec la production d'hydrogène et d'un carburant issu de la réduction du CO₂. Dans le présent texte, notre attention porte sur le dioxyde de carbone. La transformation chimique de ce gaz en carburant demeure beaucoup plus difficile à réaliser que la production d'hydrogène, en raison notamment des propriétés électro-niques de la molécule de CO₂. Tout d'abord, cette dernière, qui peut être utilisée comme un vecteur de transport de l'hydrogène, est une molécule linéaire et très inerte car l'atome de carbone est dépourvu de ses électrons externes<fnref n="18" />. À l'inverse, dans la molécule de méthane que l'on retrouve dans le gaz de ville, le carbone est dans son état le plus réduit<fnref n="19" />, contenant le nombre plus élevé d'électrons. On remarque alors que pour passer du dioxyde de carbone au méthane, il faudrait ajouter près de huit électrons et huit protons. Cela permettrait d'obtenir un carburant riche en énergie. La transformation est décrite dans l'équation 6.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Équation 6</figcaption></figure>

Dans la nature, plusieurs enzymes sont impliquées dans la transformation du dioxyde de carbone. La plus répandue est la Rubisco. Cette enzyme arrive à insérer la molécule de CO₂ au sein de molécules organiques pour la formation des sucres. Son mécanisme d'action est très complexe et les chimistes ne sont pas encore capables de reproduire une telle réactivité. Par ailleurs, les enzymes appelées *monoxydes de carbone déhydrogénases* (*Carbon monoxide dehydrogenase*, CODH) sont capables de transformer de manière réversible le CO₂ en CO (Can, Armstrong & Ragsdale, 2014). Dans cette

<footnote n="18">¹⁸ On parle alors d'un état d'oxydation du carbone à +4.</footnote>

<footnote n="19">¹⁹ C'est la forme d'hydrocarbure la plus simple, avec l'état d'oxydation -4.</footnote>
transformation, l'enzyme fixe deux électrons et deux protons sur la molécule de CO₂, arrachant un atome d'oxygène pour former le CO. Bien que le monoxyde de carbone soit connu pour sa toxicité, il constitue une étape clé vers l'utilisation du dioxyde de carbone pour la production de carburanter. En effet, le monoxyde de carbone est utilisé dans le procédé Fischer-Tropsch<fnref n="20" /> pour la production des hydrocarbures de synthèse.

À ce titre, les stratégies de conception et d'amélioration des catalyseurs reposent sur ce que nous apprenons continuellement des systèmes naturels, car ils présentent des stabilités et des performances exceptionnelles. L'enzyme CODH est une importante source d'inspiration pour les chimistes travaillant dans ce domaine (Elgrishi et al., 2017). Les leçons tirées de la structure et des fonctions de cette enzyme mettent en évidence certaines découvertes importantes qui peuvent être reproduites artificiellement pour la conception de catalyseurs<fnref n="21" /> (Figure 5a).

Inspirés par le schéma de liaison hydrogène multipoint des résidus d'histidine (His) et de lysine (Lys) dans la stabilisation du produit d'addition du CO₂ au sein de la CODH, nous avons introduit des fonctions urée<fnref n="22" /> à la périphérie d'une porphyrine de fer, connue comme l'un des catalyseurs moléculaires les plus efficaces pour la réduction du CO₂ en CO (Costentin et al., 2012). Les fonctions urée contiennent deux fragments NH potentiels qui peuvent interagir avec le CO₂ qui est associé au métal utilisé (Figure 5b).

<footnote n="20">20 Le procédé Fischer-Tropsch consiste en la transformation du CO et de l'H₂ en hydrocarbure.</footnote>

<footnote n="21">21 La figure 5 décrit (1) une activation bifonctionnelle du substrat de CO₂ par deux centres métalliques ; (2) un cluster fer-soufre agissant comme un relais électronique vers l'unité catalytique ; (3) des résidus d'acides aminés positionnés avec précision pour former un réseau de stabilisation de la liaison hydrogène avec le substrat de CO₂. La mise en œuvre de ces fonctionnalités dans l'espace proche du site d'activation du CO₂, pour stabiliser des intermédiaires de la réaction *via* l'établissement des hydrogènes, a permis de réduire considérablement la surtension, ainsi que le potentiel où la réaction catalytique se produit, tout en améliorant les nombres de tours catalytiques (TON) et les fréquences (TOF).</footnote>

<footnote n="22">22 Dans notre contexte, l'urée est une molécule chimique qui peut développer des liaisons hydrogènes avec différentes molécules.</footnote>
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>**Figure 5** – Site catalytique du CODH-NiFe et modèle bioinspiré embarquant les fonctions urée indiquant les liaisons hydrogènes avec le CO₂.</figcaption></figure>

a. Site catalytique du CODH-NiFe. / b. Modèle bioinspiré embarquant les fonctions urée indiquant les liaisons hydrogènes avec le CO₂.

Source : a. Jeoung & Dobbek, 2007. / b. Gotico et al., 2019.
Ce schéma de liaison hydrogène multipoint permettrait un meilleur captage du CO₂, ainsi que la stabilisation de ce dernier en vue de sa réduction en CO à l'échelle d'une unité catalytique de porphyrine de fer<fnref n="23" />. Une telle fonctionnalité, inspirée du site actif du monoxyde de carbone déshydrogénase, constitue un outil important et polyvalent dans la conception de catalyseurs synthétiques rentables (Gotico et al., 2019). La littérature dans le domaine montre que la plupart des modèles bio inspirés utilisent une distribution symétrique des fonctions, développant des interactions entre des liaisons hydrogènes et le CO₂. Cependant, une inspection plus fine de la structure du site catalytique naturel de la CODH indique une distribution asymétrique des acides aminés dans la seconde sphère.

Nous avons alors interrogé l'influence de l'agencement topologique des pinces à liaison hydrogène sur l'activité catalytique (Smith et al., 2020). Pour ce faire, nous avons développé deux atropoisomères d'un dérivé de porphyrine de fer portant deux fonctions urée disposées d'un même côté du plan porphyrinique, l'isomère αα, ou sur les faces opposées, l'isomère αβ (Schéma 4). Nous avons alors constaté que cette subtile modification structurale engendre deux modes d'interaction avec le CO₂ lors de son activation. En effet, dans le cas de l'isomère αα, on observe que le catalyseur présente une constante d'affinité significative pour la molécule de CO₂. À l'inverse, dans le cas du catalyseur αβ, l'aptitude à piéger le CO₂ est relativement faible. En revanche, de manière surprenante, les études d'électrocatalyse mettent en évidence que la fréquence de renouvellement pour l'isomère αα est très faible par rapport à son congénère αβ qui montre une fréquence parmi les plus élevées selon la littérature<fnref n="24" />. Or, dans le cas de l'isomère αβ, une seule fonction urée est impliquée dans le captage et l'accrochage du dioxyde de carbone, laissant une face libre pour l'arrivée sans encombre de protons, un ingrédient essentiel pour la réduction du CO₂ (Gotico et al., 2020).

<footnote n="23">²³ En effet, nos résultats démontrent une baisse remarquable de la surtension (η) de plus de 300 mV par rapport aux modèles ne possédant aucune fonction prodiguant des liaisons hydrogènes au substrat CO₂, tout en conservant une fréquence de renouvellement élevée.</footnote>

<footnote n="24">²⁴ Des effets isotopiques (Hydrogène/Deutérium, H/D) d'environ 6 et 1 ont été observés pour les isomères αα et αβ respectivement, mettant en avant que l'étape de protonation devient limitante dans le cas de l'isomère αα ralentissant ainsi l'arrivée des protons pour la rupture de la liaison C=O.</footnote>
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>**Schéma 4** – Deux atropoisomères de porphyrine de fer portant deux fonctions urée, disposées soit d'un même côté du plan porphyrinique, l'isomère $\alpha\alpha$, soit sur les faces opposées, l'isomère $\alpha\beta$.</figcaption></figure>

Note : on remarque un meilleur captage de $CO_2$ pour le cas $\alpha\alpha$ et une plus grande accessibilité pour l'arrivée de protons dans le cas $\alpha\beta$.

Source : Gotico et al., 2020.
Nous avons également constaté que des molécules d'eau tissent aussi des liaisons hydrogènes avec les fonctions urée et la molécule de CO<sub>2</sub>. Un tel agencement entre des molécules d'eau et le site actif du CODH est une source de protons nécessaires pour la réduction du CO<sub>2</sub>. Les études des effets isotopiques nous renseignent que les molécules d'eau se comportent comme la source de protons pour la réduction du CO<sub>2</sub>, ce qui laisse entrevoir la possibilité d'utiliser l'eau comme source durable de protons et d'électrons, lorsqu'elle est couplée à un composant oxydant l'eau.

Un autre exemple d'inspiration de la nature pour le développement de catalyseurs plus performants est venu des travaux de A. Warshel, prix Nobel de chimie 2014. Warshel a pertinemment montré que les interactions électrostatiques au sein des matrices protéiniques jouent un rôle majeur pour expliquer le pouvoir catalytique des enzymes<sup>25</sup> (Sharma et al., 2007). En effet, les effets électrostatiques participent à la stabilisation des intermédiaires réactionnels, souvent chargés électriquement.

La mise en œuvre d'un tel artifice chimique au sein des catalyseurs moléculaires pourrait contribuer à améliorer leurs propriétés catalytiques. Dans cette perspective, nous avons conçu une série de porphyrines de fer tétra-, di- et mono-substituées avec des groupements imidazolium et des fonctions cationiques (chargées positivement). Leur présence dans la deuxième sphère de coordination aide à stabiliser l'intermédiaire [Fe-CO<sub>2</sub>]- lors de l'activation de la molécule de CO<sub>2</sub> par des interactions électrostatiques. Nous avons découvert que ces effets électrostatiques entraînent une diminution notable de la surtension électrocatalytique, laquelle dépend du nombre d'imidazoliums embarqués. Plus important encore, nous avons mis en évidence un gain de six ordres de grandeur dans les fréquences de rotation (Turnover Frequency, TOF) passant d'un catalyseur tétra- à un catalyseur monosubstitué. De plus, une étude comparative montre que la tendance des performances catalytiques mettant en jeu l'interaction électrostatique à travers l'espace impacte remarquablement l'activité catalytique des catalyseurs surpassant la stratégie utilisée classiquement au travers des effets électroniques des groupements électroattracteurs (Khadhraoui et al., 2021).

<footnote n="25"><sup>25</sup> Ces mécanismes sont différents de ceux qui président au fonctionnement.</footnote>
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>**Figure 6** – Catalyse assistée par des effets électrostatiques.</figcaption></figure>

Source : Cover Feature: Khadhraoui et al., 2021 (*ChemSusChem*.,14 [5], DOI : 10.1002/cssc.202100155).

Conclusion

En résumé, nous avons présenté ici certaines des recherches menées en chimie à l'Université Paris-Saclay concernant la photosynthèse artificielle, laquelle consiste à utiliser de l'énergie solaire pour la décomposition de l'eau en ses éléments constitutifs, à savoir l'hydrogène et l'oxygène. Cette recherche vise notamment à produire de l'hydrogène par des sources énergétiques renouvelables dans la perspective d'un monde durable. Nous avons également exposé une approche bio inspirée pour le développement des catalyseurs moléculaires afin de transformer le dioxyde de carbone en carburant. Ces différentes études montrent comment la nature peut être une
source d'inspiration inépuisable pour les chimistes afin de régler
les problèmes et contraintes dues à notre de mode de vie basée sur
l'utilisation intensive de ressources fossiles.

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<figure><img src="image_19.png" /></figure>
# La transition énergétique : enjeux juridiques

## Partie 1 : La transition énergétique à l'épreuve du droit

Bernadette LE BAUT-FERRARESE

### RÉSUMÉ

Une transition énergétique ayant vocation à transformer le système énergétique (évolution des sources, des usages, des technologies) répond forcément à une demande sociale, mais elle n'en est pas pour autant moins confrontée à l'ordre social. De fait, une transition énergétique est donc inéluctablement vouée à rencontrer le droit. S'agissant de la transition énergétique actuellement en cours, il est, ce faisant, intéressant de constater qu'alors que ce processus est essentiellement déterminé par des enjeux environnementaux particulièrement prégnants, il n'en est pas moins susceptible de se heurter au droit, en particulier à celui de ses règles qui, faisant valoir ces deux enjeux également majeurs de la vie sociale que sont la liberté et la sécurité, les feront le cas échéant prévaloir.

### Introduction générale aux parties 1 et 2

Une transition est un processus d'évolution dans le temps qui, lorsqu'il concerne l'énergie, vient modifier les rapports humains à celle-ci. Elle s'insinue ce faisant dans le cadre de l'histoire, longue et complexe, de ces rapports, intervenant comme un événement, qui en soi n'est pas forcément inédit (Bouneau & Vila, 2016), mais qui n'en est pas moins décisif dès lors qu'il impose rien moins qu'une évolution des sources, des usages et des technologies énergétiques.

La transition énergétique actuelle, présentée comme le « passage, à terme, des énergies non renouvelables (pétrole, charbon, gaz, uranium) aux énergies renouvelables pouvant s'accompagner d'une réduction des
émissions de gaz à effet de serre, d'une réduction des risques environnementaux et d'une réduction des pollutions et déchets dangereux » (Sablière, 2013 : 46), est de cette ampleur. En mettant en cause les effets délétères, sur l'environnement notamment, du modèle énergétique issu de la révolution industrielle et qui s'est déployé par la suite tout au long du xxᵉ siècle<fnref n="1" />, elle le met aussi en question.

Du fait des enjeux majeurs qui la traversent (lutte contre le réchauffement climatique, contribution au développement durable), cette transition énergétique participe du, sinon au, devenir de la société contemporaine. C'est dans cette mesure qu'elle concerne entre autres, et même particulièrement, le droit, en tant qu'il est le réceptacle de la plupart des attentes sociales et qu'il constitue un outil pour répondre à celles-ci.

En effet, le droit ne peut être extérieur à la transition énergétique : il a même vocation à l'intégrer, sinon à s'y intégrer. Ce phénomène trouve sa justification dans le droit lui-même, qui a formalisé des objectifs à caractère environnemental<fnref n="2" />, notamment climatique<fnref n="3" />, qui, comme tels, constituent ses prolégomènes – ou conditions préalables. Une telle intégration est par ailleurs susceptible de s'effectuer selon des modalités variables, que ce soit dans le temps ou en intensité. En d'autres termes, s'il est réaliste d'envisager que le droit « se saisisse » de la transition énergétique, il est permis de penser qu'il puisse le faire selon des méthodes et/ou à des degrés différents : en assurant la réception<fnref n="4" />, en

<footnote n="1">¹ Le rattachement de la dénucléarisation électrique à la transition énergétique peut s'autoriser du constat qu'en France, c'est la loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) qui en a acté le principe, soit une réduction de 70 à 50 % de la part de l'électronucléaire dans le mix électrique.</footnote>

<footnote n="2">² Cf. notamment le « développement durable » (Loi constitutionnelle n° 2005-205 du 1er mars 2005 relative à la Charte de l'environnement [Charte de l'environnement] ; Traité sur l'Union Européenne [TUE], art. 3 & 21) et la « protection de l'environnement » (Charte de l'environnement ; Traité sur le Fonctionnement de l'Union Européenne [TFUE], art. 11) ; cf. aussi l'« urgence écologique et climatique » (Loi n° 2019-1147 du 8 novembre 2019 relative à l'énergie et au climat [LREC], art. 1).</footnote>

<footnote n="3">³ Cf. notamment le « facteur 4 » (LTECV art. 1), la « neutralité carbone » et le « facteur 6 » (LREC, art. 1).</footnote>

<footnote n="4">⁴ Cf. en ce sens la LTECV.</footnote>
définissant au besoin<fnref n="5" /> le concept qui la sous-tend et, le cas échéant, en mobilisant ses institutions, ses notions, ses modes de raisonnement etc., afin de participer à sa mise en œuvre.

En somme, la transition énergétique concerne le droit autant que celui-ci la concerne. C'est dans cette perspective qu'il y a lieu de constater que cette transition met le droit à l'épreuve. Elle constitue en effet d'une part un enjeu *de* droit : puisque chaque fois que celui-ci la prend en compte, elle subit alors l'épreuve du droit (*partie 1, par Bernadette Le Baut-Ferrarese, objet du présent article*). Elle constitue d'autre part aussi un enjeu *pour* le droit : parce que chaque fois que celui-ci entend la prendre en charge, il s'expose de son côté à l'épreuve de la transition énergétique (*partie 2, par Étienne Durand, objet de l'article qui suit, p. 67-84*).

***

Les sociétés humaines créent du droit afin, schématiquement, de répondre
à deux grands enjeux : la protection de leur liberté et la garantie de leur
sécurité. Il n'est donc pas illogique que la rencontre de la transition éner-
gétique avec le droit se fasse au prisme de ces deux considérations, en
d'autres termes que les actes et activités relevant de la première puissent se
heurter aux règles libérales (1) et aux règles « sécuritaires » (2) du second.

L'épreuve du droit libéral

Le droit peut être considéré comme libéral à partir du moment où il pro-
cède d'un système fondé sur la garantie des droits et libertés individuels
et protège ces derniers. Le droit peut se borner à reconnaître la liberté

<footnote n="5">⁵ Le droit n'a jusqu'ici jamais défini la transition énergétique. L'identification de ce phénomène résulte d'une lecture systématique des textes, lesquels sont devenus au fil du temps de plus en plus nombreux à promouvoir, par exemple, le développement des énergies renouvelables ou un système énergétique plus sobre. Une définition en creux peut parfois y être trouvée : par exemple l'article 1 de la LTECV évoque un « mode de développement économique respectueux de l'environnement, à la fois sobre et efficace en énergie et en consommation de ressources et de carbone, socialement inclusif, soutenant le potentiel d'innovation et garant de la compétitivité des entreprises » (cf. aussi Code de l'énergie, art. L. 100-1).</footnote>
au profit des individus, ou la faire dépendre du contenu substantiel de ses règles. Le droit libéral qui est susceptible de s'appliquer aux actes et activités de la transition énergétique peut ainsi être formel ou matériel.

## L'épreuve du droit formellement libéral

La promesse du droit formellement libéral est de garantir la liberté au profit de chaque individu, ainsi qu'à tous les individus<fnref n="6" />. Ce droit est par suite générateur autant de facilités que de contraintes pour ses destinataires.

Le droit formellement libéral offre de grandes facilités aux acteurs de la transition énergétique.

## Liberté du commerce et de l'industrie

Condorcet avait vanté « la liberté du commerce et de l'industrie », qu'il présentait comme une source idéale d'égalité adaptée aux « vœux de la nature » et aux « besoins des hommes ». Cette liberté irrigue aujourd'hui le système juridique sous le vocable de « liberté d'entreprendre<fnref n="7" /> » : elle offre à ceux qui se placent sous la bannière de la transition énergétique, la perspective d'un libre accès et d'un libre exercice de toutes les activités économiques qu'ils pourraient vouloir lui rattacher.

## Corollaires

Les mêmes acteurs profiteront de toutes les libertés qui en sont les corollaires : par exemple, la liberté contractuelle, posée à l'article 1123 du Code civil (« toute personne peut contracter, si elle n'en est pas déclarée incapable par la loi »), qui offre le libre choix du partenaire économique, la liberté de déterminer le prix pour une prestation donnée, la

<footnote n="6">⁶ Cf. Déclaration des Droits de l'Homme et du Citoyen de 1789 [Déclaration de 1789], art. 4 : « La liberté consiste à pouvoir faire tout ce qui ne nuit pas à autrui ».</footnote>

<footnote n="7">⁷ Cette liberté a été reconnue par la loi des 2-17 mars 1791 portant suppression de tous les droits d'aides, de toutes les maîtrises et jurandes et établissement des droits de patente (abolition des privilèges). Elle a aujourd'hui le statut, de principe général du droit (Conseil d'État, Ass., 22 juin 1951, *Daudignac*, n° 00590 025) et de principe constitutionnel (Conseil constitutionnel, 16 janvier 1982, n° 81-132 DC).</footnote>
liberté du travail, qui inclut la liberté de recruter (ou de ne pas recruter) du personnel et, inversement, de licencier (ou de ne pas licencier<fnref n="8" />).

Si le droit formellement libéral se soucie de la liberté individuelle, ce n’est jamais cependant au point de l’extraire du cadre collectif dans lequel elle est vouée à être exercée. Il admet par suite les restrictions à la liberté individuelle, mais si et seulement si elles peuvent se prévaloir d’un intérêt supérieur.

## Ordre public

Les acteurs de la transition énergétique exercent librement leur activité, mais n’échappent pas ainsi aux nécessités de la sauvegarde de l’ordre public. Cette exigence limite *per se* la liberté contractuelle<fnref n="9" /> ; elle s’exprime aussi, lorsque l’activité est économique, dans le cadre d’un droit organisant les rapports de concurrence. Ce droit s’adresse pour l’essentiel aux acteurs privés, sous la forme d’interdictions – des ententes illicites ou restrictives (Code de commerce, art. L. 420-1 ; TFUE, art. 101) ; des abus de position dominante<fnref n="10" /> (Code de commerce, art. L. 420-2 ; TFUE, art. 102) –, ou de contrôles *ex ante* – de la Commission européenne, pour les concentrations d’entreprises atteignant une dimension européenne<fnref n="11" /> (Règlement n° 139/2004/CE). Ce droit concerne aussi les acteurs publics, visés par ses dispositions relatives à l’interdiction des aides d’État (TFUE, art. 107 & 108). Alors que les aides d’État

<footnote n="8">⁸ Cf., par exemple, Conseil constitutionnel, 20 juillet 1988, n° 88-244 DC (une loi visant à amnistier des salariés protégés licenciés pour faute lourde) : « risque de mettre en cause la liberté d’entreprendre de l’employeur qui, responsable de l’entreprise, doit pouvoir, en conséquence, choisir ses collaborateurs ».</footnote>

<footnote n="9">⁹ Cf. Code civil, art. 6 : « on ne peut déroger, par des conventions particulières, aux lois qui intéressent l’ordre public et les bonnes mœurs ».</footnote>

<footnote n="10">¹⁰ Par exemple, l’Autorité de la concurrence a identifié tout à la fois une entente et un abus de position dominante dans le comportement d’EDF, ayant consisté à favoriser de manière abusive sa filiale active sur le marché émergent du solaire photovoltaïque, qu’elle a condamné à payer une amende de 13,5 millions d’euros (Autorité de la concurrence, déc. n° 13-D-20).</footnote>

<footnote n="11">¹¹ Par exemple, la Commission européenne a autorisé l’acquisition du contrôle conjoint de 17 parcs photovoltaïques par un consortium d’entreprises (aff. M.8289, *Engie/Omnes Capital/Prédica/Maïa Eolis*).</footnote>
relevant du processus de transition énergétique représentent de facto une large part de la catégorie des aides d'État horizontales (Bougette & Charlier, 2016), elles n'échappent pas pour autant aux disciplines strictes du droit en question, ce qu'a confirmé la célèbre jurisprudence *Vent de colère* relative aux tarifs français de rachat de l'éolien terrestre<fnref n="12" />.

## Liberté d'autrui

Quel que soit le contexte, le titulaire d'une liberté formelle risque toujours de se heurter à celui qui se prévaut de sa propre liberté. Dans le contexte de la transition énergétique, l'installation de dispositifs de comptage intelligent de la consommation électrique (type Linky), par le gestionnaire du réseau de distribution électrique au domicile des usagers, constitue une bonne illustration de tels conflits interindividuels, dont la solution est de plus en plus souvent confiée à un juge (Boda, 2018). Le refus d'installation de tels équipements au domicile d'un usager est possible sur le fondement du droit fondamental de propriété<fnref n="13" /> (Déclaration de 1789, art. 2 & 17). Dans la mesure où le système suppose d'accéder aux données personnelles de consommation électrique de l'usager, celui-ci est en droit d'invoquer le droit au respect de sa vie privée (Déclaration de 1789, art. 2 ; Code civil, art. 9), qui requiert le consentement préalable à

<footnote n="12">¹² Dans cette affaire, la Cour de Justice de l'Union Européenne (CJUE) avait été interrogée par le Conseil d'État afin de savoir si le tarif de rachat de l'électricité éolienne par EDF ne constituait pas une aide d'État au sens du TFUE. La Cour a répondu qu'il s'agissait bien d'une aide d'État, qui aurait dû être notifiée à la Commission (CJUE, 19 décembre 2013, aff. C-262/12) ; ne l'ayant pas été, cette aide a été jugée illégale par le Conseil d'État, puis a donné lieu à des demandes de restitution : au total 47 millions d'euros d'aide ont dû être remboursés à l'État par les acteurs de la filière éolienne terrestre.</footnote>

<footnote n="13">¹³ Celui-ci permet au client de refuser l'accès à son compteur (Réponse ministérielle n° 2243, JORF, 13 mars 2019, p. 2158). Cf. aussi l'ordonnance n° 2020-71 du 29 janvier 2020 abrogeant l'article 29 de la LTECV qui avait prévu que les propriétaires ont l'obligation de permettre l'accès au dispositif de comptage.</footnote>
la collecte de données personnelles<fnref n="14" />, ainsi qu’un traitement de celles-ci par le gestionnaire de réseaux conforme aux règles en vigueur<fnref n="15" />.

## Le droit matériellement libéral

Le droit libéral, susceptible d’être appliqué aux acteurs de la transition énergétique, peut l’être aussi en regard de son contenu, plus précisément lorsqu’il applique aux activités économiques qu’il a vocation à régir les préceptes de l’économie libérale de marché. Ce droit est, par exemple, celui qui libéralise un secteur d’activités énergétiques, ou qui prévoit pour les acteurs de l’énergie des outils de marché.

La libéralisation du marché des énergies de réseaux (électricité et gaz) est issue essentiellement de règles de l’UE<fnref n="16" />, qui a mis au service de cet objectif sa compétence en matière d’établissement d’un marché unique sans frontières économiques<fnref n="17" />. La réglementation dont s’agit introduit une concurrence intégrale sur le segment de la production d’électricité, oblige les gestionnaires de réseaux publics à ouvrir l’accès à ces derniers à des fournisseurs tiers aux réseaux, impose enfin aux sociétés intégrées verticalement la séparation dans la gestion des activités de production, de transport et de distribution.

<footnote n="14">14 Selon la Commission Nationale de l'Informatique et des Libertés (CNIL), ce consentement doit être préalable et exprès, libre et éclairé (Délib. n° 2012-404, 15 novembre 2012).</footnote>

<footnote n="15">15 C'est-à-dire conforme au règlement n° 2016/679/UE (règlement général sur la protection des données) et à la loi n° 78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés.</footnote>

<footnote n="16">16 Cf. en dernier lieu : Directive 2019/944/UE du 5 juin 2019 concernant des règles communes pour le marché intérieur de l'électricité ; Directive 2019/692/UE du 17 avril 2019 concernant des règles communes pour le marché intérieur du gaz.</footnote>

<footnote n="17">17 Cette compétence s'est ab initio déployée sur le fondement de la clause générale d'harmonisation des législations nationales pour l'établissement ou le fonctionnement dudit marché (TFUE, art. 114) ; depuis l'entrée en vigueur du traité de Lisbonne, elle se fonde sur une clause équivalente, mais spécifique au domaine de l'énergie (TFUE, art. 194).</footnote>
## Neutralité

Les enjeux de la transition énergétique sont étrangers à ce droit. Nonobstant, en permettant l'émergence d'offres de marché alternatives, il favorise, au moins indirectement, celles qui s'inscrivent dans le processus en question.

Le droit matériellement libéral est aussi celui qui, en matière d'énergie, crée des outils économiques mettant en œuvre la logique du libre marché. Ainsi en est-il lorsque ce droit consacre, sur le modèle du dispositif des quotas d'émission de gaz à effet de serre, des dispositifs tels que les Garanties d'Origine (GO) ou les Certificats d'Économie d'Énergie (CEE).

## Garanties d'origine

Ce dispositif vise à garantir la traçabilité de l'énergie issue de source renouvelable en lui attribuant une sorte d'appellation d'origine contrôlée, attestée par un document officiel émis remis par l'autorité compétente. Ce dispositif a été imposé en matière d'électricité (Code de l'énergie, art. L. 314-14 à L. 314-17) par le droit de l'UE<fnref n="18" />. La France a ensuite décidé de l'étendre au biométhane (Code de l'énergie, art. D. 446-17 et suiv.) et annoncé son intention de l'appliquer également à l'hydrogène (LREC, art. 52). Si une GO présente un intérêt écologique, celui-ci est aussi économique. En effet, toute personne souhaitant acheter, par exemple, de l'électricité renouvelable, achète autant de GO que de mégawattheures : une GO est ainsi négociable. Mais les GO sont également valorisables par les producteurs et fournisseurs d'énergie au sein d'un marché *ad hoc*, soit de gré à gré, soit *via* le dispositif de commercialisation d'un fournisseur. C'est d'ailleurs pour cette raison que la France a décidé que l'opérateur bénéficiant d'un soutien public à la production d'électricité renouvelable (sous forme d'un tarif de rachat ou d'un complément de rémunération) ne peut parallèlement demander qu'une GO soit émise à son profit, cela afin d'éviter toute

<footnote n="18">¹⁸ Cf. Directive 2001/77/CE du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables sur le marché intérieur de l'électricité, art. 5.</footnote>
surrémunération. Un système d'enchères publiques pour les GO non libérées a également été instauré, dans le cadre duquel l'État est l'unique vendeur<fnref n="19" />.

## Certificats d'économie d'énergie

Ce dispositif, qui découle de la loi n° 2005-781 du 13 juillet 2005 de programme fixant les orientations de la politique énergétique (Loi POPE), a été adopté en autonomie par rapport au droit de l'UE. Il incite les fournisseurs d'énergie à réaliser, ou faire réaliser, des travaux d'économie d'énergie – toutes énergies confondues – chez les consommateurs, en recourant à des opérations spécifiques standardisées. L'État fixe à cet effet un objectif national pour une période de trois ans, qu'il répartit entre des acteurs « obligés ». Le principe est que, lorsque ces derniers effectuent une opération d'économie d'énergie répondant aux standards publics, l'État leur délivre un document certificatif (CEE) qui, aux termes de la loi, est un « bien meuble négociable » (Code de l'énergie, art. L. 221-8). Une fois émis, le CEE peut en effet être cédé à titre onéreux, par un « obligé » ayant dépassé son quota, ou par un opérateur déclaré par la loi « éligible » au marché des CEE (Code de l'énergie, art. L. 221-7 1° à 6°), notamment à un acteur qui, à l'issue de la période prévue par la loi, ne présente pas le nombre de CEE requis et ne veut pas payer à l'État une pénalité.

## L'épreuve du droit « sécuritaire »

La sécurité des individus est une préoccupation tout aussi centrale des sociétés, qui fait contrepoint à celle de liberté. Elle fonde un droit « sécuritaire », qui vise à circonscrire ou à empêcher la réalisation d'un risque social préalablement identifié et jugé suffisamment sérieux, lequel, lorsqu'il s'agit d'énergie, peut être aussi général que spécifique.

<footnote n="19">¹⁹ Cf. Décret n° 2018-243 du 5 avril 2018 organisant la mise aux enchères des garanties d'origine de l'électricité produite à partir de sources renouvelables.</footnote>
## Protection contre le risque en général

Comme toutes les activités humaines, les activités énergétiques comportent une part de risque. Il en est ainsi, par inclusion, de toutes celles qui participent de, ou à, la transition éponyme.

Tout d'abord, ces activités s'autorisent d'un lien avec la transition énergétique actuelle, en raison des technologies, sources, ou vecteurs d'énergie auxquelles elles recourent.

## Production d'énergie renouvelable

De façon générale, le droit fait plutôt la promotion de l'utilisation de l'énergie renouvelable, sur le fondement de son bénéfice social, mais il n'est pas indifférent aux risques que peut engendrer sa production. Par exemple, la question des risques engendrés par les projets de parcs éoliens pour la sécurité ou la salubrité publique est souvent débattue devant les juridictions administratives (Sousse, 2009 ; Billet, 2008). Les parcs éoliens terrestres sont assujettis au respect de procédures administratives souvent complexes (Sénat, 2009), et certains ont même été inscrits dans le régime des « Installations Classées pour la Protection de l'Environnement » (ICPE) prévu par le Code de l'environnement (art. L. 511-1 et suiv.) pour les installations présentant « des dangers ou des inconvénients pour la commodité du voisinage, pour la santé, la sécurité ou la salubrité publiques<fnref n="20" />... » : ce régime impose la réalisation d'une étude de danger<fnref n="21" /> et, spécifiquement, un éloignement de 500 mètres au moins des constructions à usage d'habitation<fnref n="22" />. Les ouvrages éoliens sont également assujettis à des critères de distance et de hauteur par rapport à certaines installations

<footnote n="20">20 Le basculement des éoliennes dans le régime ICPE est issu de l'article 90 de la loi n° 2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l'environnement (Grenelle 2).</footnote>

<footnote n="21">21 Code de l'environnement, art. L. 512-1.</footnote>

<footnote n="22">22 Cette distance d'éloignement, apparue nécessaire dans l'hypothèse d'une rupture de mât ou d'un détachement d'une pale, avait été imposée au préalable par la jurisprudence administrative : Cour Administrative d'Appel (CAA) de Lyon, 5 avril 2005, 04LY00431.</footnote>
protégées (militaires, équipements de surveillance météorologique et de navigation aérienne<fnref n="23" />). Les producteurs éoliens sont également invités à prendre en considération leur implantation dans des zones exposées à un risque d'incendies de forêts<fnref n="24" />.

## Pilotage intelligent de l'énergie

Le pilotage intelligent de l'énergie effectué au moyen de compteurs communicants (de type Linky) est également contesté sur le motif de son danger potentiel ou éventuel pour les usagers. Ce type d'arguments ne prospère toutefois que de façon très relative devant les prétoires. Le juge administratif a ainsi considéré que l'invocation dans les circonstances de la cause du principe de précaution, en raison de l'incertitude entourant les risques pour la santé des usagers représentés par l'émission d'ondes électromagnétiques, est inopérante<fnref n="25" />, et estimé qu'un maire ne peut s'opposer à l'installation de ces compteurs dans sa commune sur le fondement de la notion de trouble à l'ordre public<fnref n="26" />. En revanche, le juge civil des référés a estimé que la pose des compteurs peut créer un dommage imminent aux personnes présentant une hypersensibilité aux ondes électromagnétiques<fnref n="27" />.

Lorsque l'on considère le risque des activités participant à la transition énergétique, le droit « sécuritaire » peut aussi avoir une incidence sur des activités qui, sans être consubstantielles à la transition énergétique, constituent des éléments essentiels, sinon indispensables, à son

<footnote n="23">23 Cf., par exemple, l'arrêté du 30 juin 2020 relatif aux règles d'implantation des installations de production d'électricité utilisant l'énergie mécanique du vent au sein d'une installation soumise à autorisation ou à déclaration au titre de la rubrique 2980 de la législation des installations classées pour la protection de l'environnement par rapport aux enjeux de sécurité aéronautique.</footnote>

<footnote n="24">24 Conseil d'État, 23 décembre 2015, n° 386044.</footnote>

<footnote n="25">25 Conseil d'État, 20 mars 2013, *Ass. Robin des Toits*, n° 354321 ; Conseil d'État, 11 juillet 2019, *Commune de Cast*, n° 426060.</footnote>

<footnote n="26">26 CAA de Marseille, 7 février 2020, 19MA05242.</footnote>

<footnote n="27">27 Tribunal de Grande Instance (TGI) de Toulouse, Ordonnance, 12 mars 2019, n° 1900431.</footnote>
avancement. Il en est ainsi de celles concernant les réseaux électriques et gaziers.

## Réseaux électriques

La loi dispose que le « service public de l'électricité est géré [...] dans les meilleures conditions de sécurité » et charge en conséquence les gestionnaires des réseaux publics de « veille[r], à tout instant, à l'équilibre des flux d'électricité, à l'efficacité, à la sécurité et à la sûreté du réseau [...], compte tenu des contraintes techniques pesant sur ce dernier » (Code de l'énergie, art. L. 321-10 & art. L. 322-9). Si cette contrainte est générale, elle requiert en particulier de calibrer et de surveiller les réseaux pour qu'ils puissent accueillir toutes les sources de production, y compris celles, à caractère renouvelable, pour lesquelles ils n'ont pas été conçus.

## Réseaux gaziers

L'ouverture des réseaux gaziers aux gaz « verts » est conditionnée par le même type de préoccupations : de façon générale, cet accès n'est possible que sous réserve « de préserver le bon fonctionnement et le niveau de sécurité » des réseaux (Code de l'énergie, art. L. 111-97) et, pour ce qui concerne spécifiquement le biométhane, il n'est autorisé que si celui-ci est issu de produits non dangereux pour la santé<fnref n="28" />.

## Protection contre le risque énergétique en particulier

La sécurité d'approvisionnement énergétique<fnref n="29" /> est une expression spécifique de l'enjeu « sécuritaire » dans le domaine de l'énergie, renvoyant au caractère crucial et même nécessaire de celle-ci pour les individus. Elle détermine les grandes décisions politiques et façonne les régimes juridiques applicables aux activités de l'énergie.

<footnote n="28">²⁸ Cf. arrêté du 23 novembre 2011 fixant la nature des intrants dans la production de méthane pour l'injection dans les réseaux de gaz naturel.</footnote>

<footnote n="29">²⁹ Elle est définie comme « un flux d'approvisionnement régulier en énergie finale, à un prix acceptable » (Chevalier, 2010 : 66).</footnote>
La sécurité d'approvisionnement en énergie est élevée au rang d'« objectif » des politiques publiques de l'énergie<fnref n="30" />. C'est à ce titre, et dans cette mesure, qu'elle pèse sur des choix aussi représentatifs de la transition énergétique que ceux consistant à dénucléarer ou à décarboner le mix électrique.

## Dénucléarisation

Les considérations de sécurité d'approvisionnement en électricité sont au cœur de la décision récente de la France de modifier le calendrier de la dénucléarisation électrique, plus précisément de repousser « à l'horizon 2035 », en lieu et place de « l'horizon 2025 » acté initialement par la LTECV, la réduction de 70 à 50 % la part de l'électronucléaire<fnref n="31" /> (Code de l'énergie, art. L. 100-4 5° modifié). Ce sont les mêmes considérations qui sont au cœur de la solution rendue par la CJUE dans son arrêt *Inter Environnement Wallonie*<fnref n="32" /> (Le Baut-Ferrarese & Moliner-Dubost, 2019) : saisie à propos d'une loi belge de 2015 ayant décidé le redémarrage pour dix ans d'une centrale nucléaire et la prolongation de dix ans de la durée de fonctionnement d'une autre centrale, la Cour a estimé que les autorités belges étaient en droit, sur l'argument de la garantie de la sécurité d'approvisionnement électrique, de maintenir ladite loi, quand bien même aurait-elle été prise en violation des règles environnementales de l'Union.

## Décarbonation

Le même type d'argument peut être employé pour s'opposer à la décarbonation du mix énergétique : par exemple, par le gestionnaire du

<footnote n="30">³⁰ Cf. en droit français, Code de l'énergie, art. L. 100-1 2° ; en droit de l'UE, TFUE, art. 194. 1 b.</footnote>

<footnote n="31">³¹ Le calendrier initial avait été critiqué sur ce plan notamment par la Cour des Comptes (2018 : 22), par le Conseil Économique, Social et Environnemental (2019) et par le Réseau de Transport d'Électricité (RTE, 2018).</footnote>

<footnote n="32">³² CJUE, Grande chambre, 29 juillet 2019, aff. C-411/17, *Inter-Environnement Wallonie et Bond Beter Leefmilieu Vlaanderen*.</footnote>
réseau de transport électrique<fnref n="33" /> pour chercher à assouplir la décision de la France de plafonner les émissions de gaz à effet de serre des centrales à charbon à compter du 1er janvier 2022³⁴.

Concernant la réglementation des activités énergétiques, la sécurité d'approvisionnement en énergie peut aussi jouer comme un élément de nature à forger les régimes juridiques applicables aux activités concernées. Le droit de l'électricité, probablement en relation avec le caractère de produit de « première nécessité » de celle-ci (Code de l'énergie, art. L. 121-1), est à cet égard illustratif.

### Règles d'application ex ante

Le droit de l'électricité impose aux candidats au déploiement d'une technologie de production d'obtenir auprès de l'administration une autorisation d'exploiter (Code de l'énergie, art. L. 311-5 à L. 311-9) et prévoit comme critère de délivrance sa contribution à la sécurité d'approvisionnement électrique (Code de l'énergie, art. L. 311-5 1°).

### Règles d'application ex post

D'abord, de façon générale, l'État est en droit de destiner aux fournisseurs électriques des obligations « déterminées, de manière à inciter au respect à moyen terme du niveau de sécurité d'approvisionnement en électricité », tel que défini par le gestionnaire du réseau de transport dans son bilan prévisionnel pluriannuel (Code de l'énergie, art. L. 335-2). Ensuite, plus spécifiquement, la France a imposé aux mêmes fournisseurs de participer au dispositif dit de la « contribution à la sécurité d'approvisionnement électrique » (ou « mécanisme de capacité » ; Code de l'énergie, art. L. 335-1 et suiv.). Ce dispositif vise à responsabiliser les acteurs afin d'éviter toute rupture d'approvisionnement du système électrique français, et ce y compris les acteurs de la transition énergétique. Il s'adresse en effet à des fournisseurs qui, devant justifier de leur capacité à satisfaire la

<footnote n="33">³³ Cf. RTE, 2021.</footnote>

<footnote n="34">³⁴ Cf. LREC, art. 12 I. ; le texte retenu permet le maintien en veille de certaines d'entre elles, afin de les solliciter quelques heures par an en cas de besoin.</footnote>
consommation de pointe en acquérant des « garanties de capacité »
auprès d'« opérateurs de capacité », pourront contractualiser, par
exemple, avec des producteurs d'électricité de source renouvelable
ou avec des opérateurs d'effacement, qui doivent faire certifier, pour
les premiers, la disponibilité de leurs installations, pour les seconds,
leur capacité d'effacement de consommation. De la sorte, les acteurs
de la transition énergétique valorisent leurs activités pour répondre
à un enjeu d'intérêt général, en s'appuyant sur des mécanismes
rémunérateurs.

Références bibliographiques

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# La transition énergétique : enjeux juridiques

## Partie 2 : Le droit à l'épreuve de la transition énergétique

Étienne DURAND

### RÉSUMÉ

La transition énergétique ne pourra pleinement se réaliser que si le droit lui sert de véhicule. Or, l'épreuve qu'elle fait subir à celui-ci est particulièrement intense. D'abord le droit se doit-il de formaliser et de mettre en cohérence des objectifs politiques diffus, tant d'un point de vue géographique (une articulation devant être trouvée entre les trajectoires internationale, européenne, nationale et locale sur ces sujets), que d'un point de vue matériel (les priorités énergétiques ne se construisant pas systématiquement en phase avec celles du climat, de la science ou de la société). Ensuite, le droit doit se parer d'outils pour atteindre ces objectifs énergétiques, en tenant pleinement compte des résistances démocratiques et sociales qui peuvent légitimement indexer la réalisation de ces derniers. Contraints, qui plus est, par une injonction climatique de plus en plus pressante, ces équilibres délicats induits par la transition énergétique perturbent la stabilité du droit. Il suffit, pour s'en convaincre, de constater le flot ininterrompu d'ajustements, sinon de renouvellements complets des règles juridiques intéressant le secteur de l'énergie. Au fond, c'est autant le contenu substantiel des règles de droit, que la construction, l'efficacité et la résilience de celles-ci qui se trouvent continuellement mises à l'épreuve de la transition énergétique.

Sous le poids de la contrainte qu'exerce aujourd'hui le modèle de développement durable, le secteur de l'énergie doit s'ajuster aux grands enjeux de ce dernier et, plus spécifiquement, aux volets environnementaux et sociaux qui le caractérisent<fnref n="1" />. Loin d'endiguer ce phénomène, le droit de

<footnote n="1">¹ Le concept de développement durable est apparu dans les années 1980 dans les enceintes politiques internationales et désigne le « mode de développement qui</footnote>
l'énergie assure la transcription matérielle de ces exigences du développement durable, de nature à assurer la crédibilité du processus politique qui le sous-tend. Aussi l'observation des règles juridiques en la matière montrent-elles que le droit de l'énergie subit frontalement l'épreuve de la transition environnementale (1) et sociale (2).

## L'épreuve de la transition environnementale

Assurer une transition environnementale des règles de droit régissant le secteur de l'énergie n'est pas, en soi, une démarche surprenante. Il suffit de se souvenir que ce dernier est fortement porteur d'externalités environnementales, puisqu'il est, à lui seul, responsable de près de 80 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) à l'échelle de l'Union européenne. À l'évidence, ces considérations invitent à accentuer la porosité du droit de l'énergie aux contraintes environnementales qui l'entourent : d'abord, en le soumettant à des objectifs environnementaux, ensuite en le dotant d'instruments de nature à les réaliser.

### *Les objectifs de la transition environnementale du droit*

Lorsque l'on porte l'attention sur l'évolution des règles de droit intéressant le secteur de l'énergie, la première forme de transition pouvant être identifiée tient à leur temporalité. Comme il a été vu précédemment, le droit de l'énergie est initialement construit sur une démarche réactive : il s'agissait de mettre fin à des situations passées qui empêchaient l'émergence d'un marché ou qui compromettaient la sécurité de celui-ci<fnref n="2" />. Or, la transition environnementale modifie cet aspect réactif du droit, au profit d'une approche proactive, mettant le droit au service de la réalisation d'une pluralité d'objectifs, définis de façon complémentaire à l'échelle internationale, européenne et nationale.

À l'échelle internationale, trois séries d'objectifs permettent aujourd'hui de polariser l'énoncé des règles juridiques intéressant le

<footnote>répond aux besoins des générations du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs » (Commission mondiale sur l'environnement et le développement, 1987).</footnote>

<footnote n="2">² Cf. supra la première partie de cette étude rédigée par Bernadette Le Baut-Ferrarese, p 51-66.</footnote>
secteur de l'énergie. Les premiers ressortent de la Convention-Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC) de 1992, qui a fixé aux États parties, un objectif général de *stabilisation* des concentrations de GES dans l'atmosphère « à un niveau qui empêche toute perturbation anthropique dangereuse du système climatique<fnref n="3" /> ». Les deuxièmes ont été établis par le protocole de Kyoto adossé, en 1997, à la CCNUCC, qui fixe cette fois un objectif de *réduction* des émissions de GES, d'au moins 5 % en 2012 par rapport au niveau enregistré en 1990⁴. Enfin, l'Accord de Paris sur le climat fixe, en 2015, un objectif de *limitation* du réchauffement mondial entre 1,5 et 2 °C d'ici 2100⁵.

À l'échelle de l'UE et dans le prolongement des textes internationaux sus-évoqués, des objectifs d'adaptation environnementale du secteur de l'énergie ont été progressivement fixés dans trois domaines principaux, à savoir l'efficacité énergétique, le développement des énergies renouvelables et la réduction des émissions de GES. Pour l'horizon 2030, ces orientations ont été fixées dans le cadre d'un « paquet législatif » permettant une « énergie propre pour tous les citoyens » (Le Baut-Ferrarese, 2019) : il s'agit de porter à 32 % la part des énergies renouvelables dans la consommation finale brute de l'Union à l'horizon 2030 ; d'atteindre un objectif d'efficacité énergétique d'au moins 32,5 % sur la même période et de parvenir à une réduction de 40 % des émissions de GES.

En France, enfin, les objectifs environnementaux du droit de l'énergie se déclinent sous trois volets complémentaires. D'abord, l'article L. 100-1 du Code de l'énergie fixe les objectifs de la politique énergétique, dont plusieurs font écho à la transition environnementale. Ces orientations du secteur de l'énergie sont adossées, depuis la loi n° 2019-1147 du 8 novembre 2019 relative à l'énergie et au climat (LREC), à des objectifs climatiques précis, tenant, d'une part, à atteindre une « neutralité carbone<fnref n="6" /> » à l'horizon 2050

<footnote n="3">³ CCNUCC, 9 mai 1992, art. 2.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Protocole de Kyoto, 11 décembre 1997, art. 3.</footnote>

<footnote n="5">⁵ Accord de Paris sur le climat, 12 décembre 2015, art. 2, § 1, a).</footnote>

<footnote n="6">⁶ Code de l'énergie, art. L. 400-4. Selon cette disposition, la neutralité carbone est enten-
due comme « un équilibre, sur le territoire national, entre les émissions anthropiques
par les sources et les absorptions anthropiques par les puits de gaz à effet de serre ».</footnote>
et, d'autre part, à « diviser les émissions de GES par un facteur supérieur à six entre 1990 et 2050 ». Ensuite, le Gouvernement doit établir, tous les cinq ans, une « programmation pluriannuelle de l'énergie », fixant les priorités d'action des pouvoirs publics pour la gestion de l'ensemble des formes d'énergie, afin d'atteindre les objectifs de la politique énergétique<fnref n="7" /> et, surtout, de les réaliser en cohérence avec les orientations environnementales de celle-ci. Enfin, la LREC du 8 novembre 2019 prévoit qu'avant le 1er juillet 2023, puis tous les cinq ans, une loi devra déterminer les objectifs et fixer les priorités d'action de la politique énergétique nationale pour répondre à « l'urgence écologique et climatique » (Le Baut-Ferrarese & Durand, 2019 ; 2020).

## *Les moyens de la transition environnementale du droit*

Il est une chose de fixer des objectifs environnementaux pour le secteur de l'énergie. Encore faut-il s'assurer de mettre en œuvre les moyens de nature à les réaliser. Sous le poids de ces contraintes exogènes, le droit de l'énergie ajuste visiblement ses mécanismes d'appréhension, en vue de fournir des instruments juridiques ouvertement destinés à satisfaire les objectifs environnementaux qui lui sont assignés. Cette transition du droit de l'énergie prend trois formes : simplification, aménagement et innovation.

## *Simplification du droit*

La première forme de transition intéresse plus particulièrement le développement des énergies renouvelables, l'objectif étant ici d'alléger les contraintes juridiques pesant sur les porteurs de projets, en facilitant, par ce biais, l'accès des énergies renouvelables au marché. C'est en ce sens que l'on peut lire l'ordonnance du 26 janvier 2017 instaurant le mécanisme dit de « l'autorisation environnementale unique<fnref n="8" /> ». Bénéficiant, entre autres, aux projets éoliens, une telle simplification procédurale entend accélérer la transition énergétique, en limitant les lourdeurs administratives qui asphyxiaient le développement de cette filière en France.

<footnote n="7">⁷ Code de l'énergie, art. L. 141-1.</footnote>

<footnote n="8">⁸ Ordonnance n° 2017-80 du 26 janvier 2017 relative à l'autorisation environnementale.</footnote>
## Aménagement du droit

Lorsque l'application des règles de droit commun risque de compromettre la réalisation des priorités politiques dans le domaine de l'énergie et de l'environnement, le législateur consent parfois à y apporter quelques inflexions. C'est notamment la démarche suivie dans le domaine de l'urbanisme. Qu'on en juge : d'abord, la loi relative à la transition énergétique de 2015⁹ prévoit une dérogation à la loi « littoral<fnref n="10" /> », pour autoriser l'implantation d'éoliennes, y compris en bord de mer, là où le dispositif antérieur s'y opposait fermement<fnref n="11" /> ; ensuite la loi « ELAN » du 23 novembre 2018¹² étend le bénéfice de cette dérogation à l'ensemble des ouvrages de production d'énergies renouvelables, pour les communes situées en zone non interconnectée (ce qui devrait, plus spécifiquement, faciliter l'implantation de parcs photovoltaïques dans les territoires ultramarins). Enfin, et plus largement, la LREC de 2019 introduit une dérogation aux règles d'urbanisme interdisant toute construction le long des grands axes routiers<fnref n="13" />, dérogation dont profitent, sous conditions, les « infrastructures de production d'énergie solaire<fnref n="14" /> ».

## Innovation du droit

Plus que d'aménager ou de simplifier le droit existant, il s'agit de créer, ex nihilo, des mécanismes juridiques qui n'ont pour seule vocation que de soutenir la transition environnementale du secteur de l'énergie. Topique est, à cet égard, la création de dispositifs d'aide à la production d'énergies

<footnote n="9">⁹ Loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV).</footnote>

<footnote n="10">¹⁰ Loi n° 86-2 du 3 janvier 1986 relative à l'aménagement, la protection et la mise en valeur du littoral.</footnote>

<footnote n="11">¹¹ Cf. par exemple : Conseil d'État, 14 novembre 2012, *Société Néo-Plouvien* : le juge confirme qu'un préfet ne pouvait, sans méconnaître la loi « littoral », autoriser la construction d'éoliennes en bord de mer.</footnote>

<footnote n="12">¹² Loi n° 2018-1021 du 23 novembre 2018 portant évolution du logement, de l'aménagement et du numérique.</footnote>

<footnote n="13">¹³ Code de l'urbanisme, art. L. 111-6.</footnote>

<footnote n="14">¹⁴ Code de l'urbanisme, art. L. 111-7.</footnote>
renouvelables (sous forme d'obligation d'achat, de complément de rémunération, ou de subventions publiques), diversement créés par les États membres de l'UE en vue de réaliser les objectifs de développement desdites énergies, fixés par la voie de directives européennes (Durand, 2017).

À eux seuls, ces ajustements ponctuels et redondants des instruments juridiques ayant trait à l'énergie renseignent sur l'importance des mutations que connaît, et que connaîtra sans doute encore longtemps, son encadrement par le droit. Pareilles mutations invitent, dans le même temps, à mesurer la réceptivité du droit aux grands enjeux contemporains auxquels il se confronte en permanence. Ceux liés à la protection de l'environnement ont provoqué une première transition – profonde, on en conviendra – du droit de l'énergie. Ceux liés aux enjeux sociaux en provoquent une seconde, revêtue d'une ampleur tout à fait comparable.

## L'épreuve de la transition sociale

Si la transition énergétique vise à mettre le droit de l'énergie au diapason du développement durable, il ne peut pas négliger le volet social de ce modèle de développement. Aussi la protection du consommateur constitue-t-elle assurément un élément moteur pour la transition du droit de l'énergie. À ce volet de protection des consommateurs, s'adjoint un second mouvement qui repose sur une trajectoire inverse. Plutôt que de préserver les consommateurs des aléas du marché de l'énergie, il s'agit cette fois de leur permettre d'y participer plus activement : toujours en vue d'associer plus étroitement la société aux questions énergétiques, le droit se dote d'instruments de nature à favoriser la participation des consommateurs au marché de l'énergie.

### La protection des consommateurs

S'il est à peine besoin de rappeler que l'énergie répond aux nécessités élémentaires des humains et qu'elle est, à ce titre, indispensable à leur subsistance, elle met, dans le même temps, sérieusement à l'épreuve la sécurité des consommateurs. De fait, la protection de ces derniers est assurément l'un des enjeux de la transition énergétique, et, partant, de la transition du droit de l'énergie. Si celui-ci assure une protection générale
bénéficiant à l'ensemble des consommateurs d'énergie, il accorde, de sur-
croît, une attention spécifique aux plus précaires d'entre eux.

*La protection générale des consommateurs*

Générale, cette protection l'est en ce qu'elle a vocation à intéresser tous les
consommateurs, quels qu'ils soient (résidentiels ou entreprises), quelle que soit
l'énergie qu'ils consomment (électricité, gaz ou hydrocarbures), mais égale-
ment quelle que soit la façon dont la consommation d'énergie est appréhen-
dée par le droit. Ce dernier se doit d'assurer, d'abord, la sécurité du sujet – le
consommateur d'énergie –, en particulier par l'établissement de règles relatives
à la sécurité des ouvrages ou, plus largement, par le recours aux mécanismes
protecteurs du droit général de la consommation<fnref n="15" />. Il se doit, ensuite, d'assu-
rer la sécurité de l'acte – l'achat d'énergie –, via des mécanismes d'informa-
tion quant à la nature de l'énergie consommée<fnref n="16" />, à son impact écologique, à
la vérité des prix de l'énergie<fnref n="17" />. Enfin, il se doit d'assurer la sécurité du fait – la
consommation d'énergie –, lorsqu'il est supporté par des tiers qui n'en profitent
pas directement et qui peuvent employer le droit de la responsabilité civile<fnref n="18" />
ou administrative<fnref n="19" />, pour obtenir une réparation de préjudices, le cas échéant,
subis du fait de la présence ou du fonctionnement d'ouvrages énergétiques.

<footnote n="15">15 Par exemple, la législation relative aux clauses abusives dans les contrats de consom-
mation (Code de la consommation, art. L. 212-1 et suiv.) s'applique aux contrats de
fourniture d'électricité (Tribunal de Grande Instance [TGI] de Paris, 30 octobre 2018,
UFC-Que Choisir ? c. EDF).</footnote>

<footnote n="16">16 En particulier, le droit de l'UE impose aux États d'assurer que les fournisseurs d'élec-
tricité indiquent aux clients finals, « la contribution de chaque source d'énergie uti-
lisée par le fournisseur au cours de l'année écoulée d'une manière compréhensible et,
au niveau national, clairement comparable » (Directive 2019/944/UE du 5 juin 2019
concernant des règles communes pour le marché intérieur de l'électricité, Annexe I).</footnote>

<footnote n="17">17 Cf. l'article R-341-2 du Code de l'énergie qui impose aux fournisseurs de faire apparaître, sur la facture adressée à leurs consommateurs, le montant correspondant à l'utilisation des réseaux publics par leurs clients.</footnote>

<footnote n="18">18 Cf. Cour d'Appel de Basse-Terre, 31 mars 2008, SA EDF c. Siegel : le passage d'une ligne haute sur une parcelle privée, sans l'accord du propriétaire, oblige EDF à réparer le préjudice subi par ce dernier.</footnote>

<footnote n="19">19 Cf. Cour administrative d'appel de Versailles, 16 juillet 2012, EDF c. Florin A.,
req. n° 10VE03034.</footnote>
Or, sans les singulariser complètement, l'accélération de la transition énergétique a manifestement intensifié les enjeux de protection des consommateurs qui pèsent sur le droit. Quelques considérations suffiront à s'en convaincre : au développement de nouvelles technologies à disposition des consommateurs d'énergie, s'est adjointe la nécessité d'assurer la protection des données personnelles de ces derniers, de leur santé et de leur sécurité ; à la libéralisation du secteur de l'énergie, marquée par la multiplication d'offres disparates pour un produit pourtant homogène, s'est accompagnée la nécessité d'assurer la transparence, la vérité des prix et la pleine information des consommateurs ; à l'avènement d'un contexte concurrentiel au sein d'un secteur qui ne s'y prêtait pas spontanément, s'est accompagnée une intensification des instruments juridiques de nature à assurer que les consommateurs ne soient pas victimes de pratiques anticoncurrentielles ou déloyales.

## La protection spéciale des consommateurs précaires d'énergie

Assurer la protection des consommateurs précaires d'énergie s'impose comme une nécessité de fait. D'abord, l'est-elle, à raison du produit concerné. L'énergie étant qualifiée par le droit de « bien de première nécessité » (Code de l'énergie, art. L. 100-2), l'on peut gager sans peine que son accès ne puisse être seulement indexé par la capacité financière de ses usagers. Ensuite, l'est-elle, à raison de considérations contextuelles. Aujourd'hui encore, 3,4 millions de ménages français<fnref n="20" /> se trouvent dans une situation dite de « précarité énergétique<fnref n="21" /> ». Enfin, la protection des consommateurs précaires s'impose comme une nécessité politique. Elle est la contrepartie de l'acceptation sociale d'un modèle particulier choisi pour réguler l'accès à l'énergie, à savoir celui du marché. On se souviendra, en effet, que sous l'impulsion du droit de l'UE, le secteur des énergies de réseaux a été (re)pensé dans une logique de marché : l'accès à l'électricité

<footnote n="20">²⁰ Cf. Observatoire national de la précarité énergétique, 2019 : 7.</footnote>

<footnote n="21">²¹ La notion de précarité énergétique est définie par la « loi Grenelle 2 » comme celle subie par une « personne qui éprouve dans son logement des difficultés particulières à disposer de la fourniture d'énergie nécessaire à la satisfaction de ses besoins élémentaires en raison de l'inadaptation de ses ressources ou de ses conditions d'habitat » (Loi n° 2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l'environnement, art. 11).</footnote>
et au gaz s'opère selon le libre jeu de l'offre et de la demande, au sein d'un marché de dimension européenne, dans lequel les États n'ont qu'une faible faculté d'intervention. Or, à la moindre hausse de prix, la légitimité d'un tel choix se trouverait fortement hypothéquée si le marché de l'énergie indifférait complètement les situations de précarité les plus alarmantes.

C'est la raison pour laquelle des États membres, dont la France, imposent parfois à certains fournisseurs d'énergie d'approvisionner leurs clients à des tarifs réglementés de vente (TRV), fixés par l'État et non par le marché. Bien que de telles initiatives poursuivent une finalité légitime (préserver les consommateurs des variations des prix de l'énergie), elles n'en caractérisent pas moins une altération franche des règles de libre concurrence sur lesquelles repose le droit européen du marché de l'énergie. C'est en ce sens qu'a statué la Cour de Justice de l'Union Européenne (CJUE), en jugeant que la définition, par un État, de TRV constituait une entrave à la réalisation du marché intérieur européen de l'énergie22, et ne devait, dès lors, être tolérée qu'à titre purement exceptionnel23.

D'une manière générale, ces contraintes issues du droit libéral du marché de l'énergie ont provoqué un fort resserrement du régime français des TRV (Durand, 2015), ce mécanisme protecteur ne trouvant, aujourd'hui, à s'appliquer que pour les consommateurs présentant – pourrait-on dire non sans un certain cynisme – un degré « suffisant » de précarité24.

Il ressort de ces évolutions que l'équilibre entre le marché et la protection des consommateurs tend, aujourd'hui encore, à s'opérer au profit du premier : seules quelques situations soigneusement circoscrites paraissent à même de justifier une inflexion au processus de libéralisation, lorsque celui-ci se joue au détriment des consommateurs les plus démunis. Pour autant, il serait exagérément réducteur de s'en tenir à un tel constat pessimiste : sous le poids de revendications

<footnote n="22">22 CJUE, 7 septembre 2016, aff. C-121/15, ANODE.</footnote>

<footnote n="23">23 CJUE, 20 avril 2010, aff. C-265/08, Federutility.</footnote>

<footnote n="24">24 Initialement accordée sous la forme d'un tarif réduit, la tarification sociale de l'énergie s'appuie, depuis le 1er janvier 2018, sur le mécanisme du « chèque énergie », créé par la LTECV de 2015. Le chèque énergie permet à ses bénéficiaires, dont le revenu ne dépasse pas un plafond fixé par décret, de payer leur facture ou de financer des travaux de rénovation de leur logement.</footnote>
sociales portées par des individus désireux de participer activement au marché de l'énergie, le droit évolue. Il se dote de nouveaux instruments juridiques de nature à faire du consommateur, non plus le frein, mais l'un des moteurs du marché de l'énergie et, partant, de la transition sociale de ce marché.

## La participation des consommateurs

Outre la qualité et le prix de l'énergie consommée, la transition énergétique appelle un renouvellement des modèles de consommation de l'énergie. Cette rupture est particulièrement brutale, car elle oblige à repenser en profondeur l'organisation traditionnelle de ce secteur. En France, en particulier, la loi n° 46-628 du 8 avril 1946 sur la nationalisation de l'électricité et du gaz avait cloisonné les consommateurs dans un rôle essentiellement passif, les rendant entièrement tributaires de l'organisation centralisée et fortement administrée du secteur de l'énergie. Le développement des énergies renouvelables, d'une part, et la libéralisation du marché des énergies de réseau, d'autre part, ont considérablement modifié cet état des choses (Durand, 2017). Les consommateurs sont désormais investis des moyens techniques et juridiques de s'affranchir complètement de ces modèles économiques traditionnels, d'aucuns y voyant là le signe annonciateur d'une révolution de l'organisation sociale dans son entier (Rifkin, 2012 [2011]). En accompagnant ce phénomène de décentralisation énergétique, le droit promeut à la fois l'autonomisation du consommateur d'énergie, mais également la responsabilisation de celui-ci.

## L'autonomisation des consommateurs

Cherchant tantôt à s'affranchir des aléas du marché, tantôt à maîtriser leurs usages énergétiques, certains consommateurs font le choix de s'extraire de l'organisation traditionnelle du marché de l'énergie, en quête d'une plus grande autonomie. Loin d'anticiper ces phénomènes spontanés qui se présentent à lui, le droit de l'énergie cherche désormais à les encadrer, sinon à les promouvoir. La réceptivité du droit à ces nouveaux modes de
consommation s'illustre, par exemple, au travers des régimes juridiques nouvellement introduits en France, s'agissant de l'autoconsommation d'énergie et des communautés d'énergies renouvelables.

## Autoconsommation d'énergie

Envisagé au prisme de la transition énergétique, le développement de l'autoconsommation paraît à même d'en satisfaire au moins deux enjeux : elle favorise l'accès universel à l'énergie et participe d'une logique de promotion des énergies renouvelables. Conscient de la diversité des enjeux liés au développement de l'autoconsommation, le législateur français a récemment doté ce régime d'un cadre juridique qui lui faisait jusqu'à présent défaut. Ainsi, l'ordonnance n° 2016-1019 du 27 juillet 2016 relative à l'autoconsommation d'électricité<fnref n="25" /> a introduit, dans le Code de l'énergie, des dispositifs relatifs aux régimes juridiques de l« auto-consommation individuelle » et de l« autoconsommation collective », dispositifs complétés depuis lors par la loi « PACTE<fnref n="26" /> » et par la LREC du 8 novembre 2019 (Le Baut-Ferrarese & Durand, 2019 ; 2020).

## Communautés d'énergies renouvelables

Nouveauté introduite dans le droit français par la LREC du 8 novembre 2019, la notion de « communautés d'énergies renouvelables » fait, en réalité, référence à un phénomène relativement ancien (Fontenelle, 2019). En substance, ces communautés désignent des groupements, plus ou moins spontanés, entre des citoyens, des petites entreprises et des collectivités locales, qui décident d'assurer eux-mêmes et pour eux-mêmes, la production d'énergies renouvelables, leur vente et leur distribution. Bien que tardive et balbutiante, la reconnaissance d'un statut juridique auxdites communautés devrait, du moins peut-on le supposer, en favoriser le déploiement. En effet, leur essor dépendra étroitement de la capacité du droit à assurer la sécurité juridique des

<footnote n="25">²⁵ Cf. également le décret d'application n° 2017-676 du 28 avril 2017 relatif à l'autoconsommation d'électricité et modifiant les articles D. 314-15 et D. 314-23 à D. 314-25 du Code de l'énergie.</footnote>

<footnote n="26">²⁶ Loi n° 2019-486 du 22 mai 2019 relative à la croissance et à la transformation des entreprises.</footnote>
projets et l'articulation efficace des règles auxquelles ces derniers sont soumis, tout en offrant la souplesse suffisante pour tenir compte de la diversité des modèles communautaires (Interreg Europe, 2018).

## La responsabilité des consommateurs

Reflet d'une transition sociale profonde parcourant – entre autres – le secteur de l'énergie, un processus de responsabilisation du consommateur tend à se développer sous l'effet de deux phénomènes complémentaires. Le premier est d'ordre politique et tient à la volonté des pouvoirs publics d'inciter le consommateur d'énergie à ajuster ses comportements au gré de ses impacts environnementaux : traduisant cette volonté politique, l'objectif des règles de droit est alors d'accentuer la responsabilisation individuelle du consommateur. Le second est d'ordre conjoncturel et se manifeste par une participation accrue des individus aux processus décisionnels intéressant l'environnement et le climat, et, partant, la question énergétique qui leur est commune. Constituant, en quelque sorte, la contrepartie de la responsabilisation individuelle des consommateurs voulue par le pouvoir public, c'est alors celui-ci qui est soumis à la vigilance des consommateurs, et plus largement des citoyens. L'accentuation visible de leur implication dans les décisions relevant du secteur de l'énergie et de ses avatars manifeste, en creux, un phénomène de responsabilisation collective, dont la matérialisation prend appui sur les règles de droit.

## Responsabilisation individuelle

La consommation d'énergie n'est plus aujourd'hui un acte socialement neutre. La diffusion des connaissances liées à son impact écologique et la médiatisation des enjeux liés à sa préservation ont de facto favorisé la responsabilisation des consommateurs d'énergie, qu'ils soient industriels ou résidentiels. Or, le droit accompagne cette évolution sociale et l'intègre au sein de l'ordre juridique.

S'agissant des consommateurs industriels, cette responsabilisation s'est, notamment, manifestée à partir de la fin des années 1990, lorsque des opérateurs économiques ont volontairement développé des démarches dites de « responsabilité sociétale des entreprises » (RSE), dont certains aspects ont,
depuis lors, acquis un caractère contraignant (Lemoine-Schonne, 2018). Ainsi en va-t-il, plus particulièrement, de l'obligation, pour les entreprises de plus de 500 salariés, d'établir une « déclaration extra-financière » au sein de laquelle figure, entre autres, des informations concernant « la consommation d'énergie, les mesures prises pour améliorer l'efficacité énergétique et le recours aux énergies renouvelables » (Code du commerce, art. R. 225-105).

S'agissant des consommateurs résidentiels, un phénomène tout à fait comparable peut être identifié au travers du développement des compteurs intelligents. Bien qu'ils soient encore la source d'un abondant contentieux, ces compteurs intelligents permettent à leurs utilisateurs de connaître, et, partant, d'ajuster leur consommation électrique au gré des variations de prix de l'énergie. Ils sont, de fait, un instrument de responsabilisation de la consommation d'énergie. Or, si la promotion des compteurs intelligents reposait initialement sur des considérations techniques (leur usage étant censé tempérer les pics de consommation et assurer, par là même, la stabilité du réseau électrique), elle est désormais l'objet des règles de droit, la nouvelle directive européenne relative au marché intérieur de l'électricité établissant les fondations d'un « droit de disposer d'un compteur intelligent<fnref n="27" /> ».

## Responsabilisation collective

Par-delà les choix individuels de participer de façon plus ou moins médiate à la transition énergétique, et plus spécifiquement au volet environnemental de cette dernière, le processus de responsabilisation devient un enjeu collectif. Il reflète une exigence sociale à part entière, sinon une priorité démocratique. Ce phénomène n'a rien de surprenant. La qualité de l'environnement constitue assurément un enjeu démocratique majeur, compte tenu de l'universalité des enjeux qui la sous-tendent et de l'intérêt collectif que revêt sa protection. Et le droit se fait diversement écho d'un tel enjeu démocratique, en favorisant, tant à l'échelle internationale<fnref n="28" />,

<footnote n="27">²⁷ Directive 2019/944/UE du 5 juin 2019 précitée, art. 21.</footnote>

<footnote n="28">²⁸ Cf. par exemple : Convention d'Aarhus du 25 juin 1998, qui impose aux États de garantir l'accès à l'information, la participation du public au processus décisionnel et l'accès à la justice en matière d'environnement.</footnote>
régionale<fnref n="29" />, que nationale<fnref n="30" />, l'accès à l'information en matière d'environnement, la participation du public aux processus décisionnels y afférant, et l'accès à la justice environnementale, signes prodromiques de ce que certains qualifient déjà de « démocratie environnementale<fnref n="31" /> ». Fort de ces instruments fournis par le droit positif, cette « démocratie environnementale » s'exprime visiblement au travers des revendications liées, entre autres, à la lutte contre les dérèglements climatiques, à la préservation de la biodiversité, à l'amélioration de la qualité de l'air, pour ne retenir ici que les items les plus médiatisés. Or, nul besoin d'être grand clerc pour s'attendre à ce que la participation et la vigilance accrues des citoyens se déploient dans le champ de la transition énergétique<fnref n="32" /> (Durand, 2020).

Mieux, cette responsabilité collective des consommateurs d'énergie pourrait gagner en ampleur, en prenant appui sur une tendance, plus vaste, de « juridictionnalisation » du droit de l'environnement et du climat, tendance qui parcoure actuellement les ordres juridiques internes, européen et international. Que l'on songe à l'« *Affaire du Siècle* », introduite devant le Tribunal administratif de Paris le 14 mars 2019, à la décision « *Urgenda* », rendue par la Cour suprême des Pays Bas le 20 décembre 2019, qui reconnaît l'existence un devoir de l'État à assurer la protection des citoyens contre les dérèglements climatiques, ou bien encore à la décision *Costa Rica c. Nicaragua*, du 2 février 2018 dans laquelle la Cour internationale de justice a admis qu'un État était tenu de réparer les dommages environnementaux causés à un autre État, ce mouvement de juridictionnalisation traduit une certaine

<footnote n="29">²⁹ Cf. par exemple : Directive 2003/4/CE du 28 janvier 2003 concernant l'accès du public à l'information en matière d'environnement.</footnote>

<footnote n="30">³⁰ Cf. en France l'article 7 de la loi constitutionnelle n° 2005-205 du 1er mars 2005 relative à la Charte de l'environnement, adossée à la Constitution.</footnote>

<footnote n="31">³¹ Discours de Jean-Marc Sauvé (vice-président du Conseil d'État), « La démocratie environnementale aujourd'hui », lors du premier colloque du nouveau cycle de conférences du Conseil d'État *La démocratie environnementale*, le 17 novembre 2010. Cf. le site : https://www.conseil-etat.fr/actualites/discours-et-interventions/la-democratie-environnementale-aujourd'hui (consulté le 12/04/2021).</footnote>

<footnote n="32">³² Cf. pour une illustration récente de la mobilisation des instruments de la démocratie environnementale dans le secteur de l'énergie : Conseil constitutionnel, 28 mai 2020, *Force 5*, déc. n° 2020-843 QPC ; CJUE, 25 juin 2020, aff. C-24/19, *Éoliennes à Aalter et Nevele*.</footnote>
méfiance des justiciables quant à la capacité du processus politique à se saisir efficacement des enjeux liés à la protection de l'environnement, le juge fournissant en la matière des perspectives autrement plus crédibles. Aussi, la justice climatique, mobilisée à dessein par les citoyens soucieux de la qualité de l'environnement, appose-t-elle une injonction forte à l'action de l'État et les relations étroites qui unissent l'énergie et le climat et laissent à penser que ce processus se déploiera aussi au service de la transition énergétique.

***

## Conclusion générale aux parties 1 et 2

Au terme de cette étude, l'on en vient à reconsidérer le sujet qu'il nous a été demandé de traiter : les enjeux juridiques de la transition énergétique. En effet, si la relation entre le droit et la transition énergétique est placée sous le signe du ou des « enjeux », son examen invite à équilibrer différemment l'équation. Sans doute l'enjeu est-il moins d'inscrire la transition du droit lui-même, c'est-à-dire une mise à l'épreuve et, au besoin, un renouvellement de ses systèmes traditionnels d'appréhension, quitte à s'affranchir des plus archaïques d'entre eux lorsqu'ils ne résistent pas aux poids des contraintes environnementales et sociales du moment.

Or, à cet exercice d'autoévaluation, il faut concéder quelques réussites au droit. D'une part, la réactivité dont il fait preuve et le rythme soutenu auquel se succèdent les réformes juridiques en la matière témoignent visiblement de sa grande réceptivité aux enjeux du développement durable et à l'urgence d'y apporter une réponse concrète. Cette intuition paraît d'ailleurs fortement soutenue, depuis que la notion d'« urgence écologique et climatique » bénéficie d'un ancrage dans le droit positif, par l'effet de la LREC du 8 novembre 2019. D'autre part, l'observation du marché de l'énergie montre que le droit y a apporté des réponses convaincantes : directement imputables à l'énoncé de règles juridiques,

<footnote n="33">³³ C'est une nécessité indispensable à la crédibilité de n'importe quel projet politique que d'employer le droit au service de sa réalisation. Rien n'indique qu'il devrait en aller différemment du projet de développement durable.</footnote>
la réduction des émissions de GES, l'augmentation de la part des énergies renouvelables, l'écologisation des règles d'urbanisme, la mise en place de règles de protection des consommateurs, sont tant de témoins empiriques de la capacité du droit à orienter l'action de tous dans un sens favorable à la transition énergétique.

Ces avancées n'en restent pas moins nuancées par deux contraintes majeures qui indexent lourdement la capacité du droit à assimiler pleinement cette transition. Les premières sont d'ordre politique et tiennent au caractère hautement stratégique du secteur. Le report des échéances liées à la dénucléarisation du parc énergétique français, les atermoiements qu'appellent l'articulation entre l'objectif de décarbonisation du mix énergétique et l'enjeu de sécurité d'approvisionnement, ou bien encore les résistances sociales à la libéralisation du marché de l'énergie, en constituent quelques illustrations révélatrices. Les secondes sont d'ordre temporel et sont étroitement liées à la forte résistance que le droit oppose à l'écoulement des faits. Tandis qu'en ce domaine, sans doute plus qu'ailleurs, l'évolution constante des techniques rend rapidement obsolètes les réglementations en vigueur, l'élaboration du droit de l'énergie exige une temporalité autrement plus longue. Non seulement faut-il tenir compte des contraintes procédurales propres à l'élaboration de la règle de droit – lesquelles sont souvent liées à des enjeux démocratiques légitimes –, mais également de l'articulation complexe des sources juridiques internationales, européennes et nationales qui façonnent le droit de l'énergie et expliquent sans doute que sa structuration soit un processus si lent. Ce « retard » du droit par rapport aux phénomènes qu'il a vocation à régir a pu être mis en évidence au travers du régime juridique de l'autoconsommation, des communautés d'énergies renouvelables ou de l'exploitation de l'hydrogène.

Sans doute le développement asynchrone du droit et du fait renseigne-t-il sur la teneur du défi qui pèse sur le premier : s'il est admis que la transition énergétique ne pourra pleinement se réaliser que si des règles juridiques lui servent de véhicule, il est alors indispensable que le droit « préfigure et façonne institutionnellement ce que réalisent aujourd'hui les sciences et les techniques » (Thomas, 1998).
Références bibliographiques

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*Notre avenir à tous*, commission présidée par G. H. Brundtland, Rapport.

DURAND Étienne, 2015. « L'énergie à quel(s) prix ? Tarifs réglementés versus prix du marché », in. B. Le Baut-Ferrarese (dir.), *Les Transitions énergétiques dans l'Union européenne*, Bruxelles, Bruylant, p. 61-86.

—, 2017. *Électricité de source renouvelable et droit du marché intérieur européen*, thèse de doctorat, sous la dir. de M. Karpenschif & B. Le Baut-Ferrarese, Université Jean Moulin-Lyon 3.

—, 2020. « Une lecture de la décision QPC Force 5 au prisme du principe de participation du public (Cons. const., 28 mai 2020, n° 2020-843 QPC) », *Droit de l'environnement*, 291 (juillet-août), p. 243-250.

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LE BAUT-FERRARESE Bernadette, 2019. « Le paquet législatif de l'Union européenne "Une énergie propre pour tous les européens" », *Énergie – Environnement – Infrastructures*, 6 (mai), dossier 22 (1<sup>re</sup> partie) & 8-9 (août-septembre), dossier 26 (2<sup>e</sup> partie).

LE BAUT-FERRARESE Bernadette & DURAND Étienne, 2019. « Une nouvelle loi au soutien de la transition énergétique : la loi du 8 novembre 2019 relative à l'énergie et au climat. 1<sup>re</sup> partie : De la transition énergétique en générale », *Droit de l'environnement*, 284 (décembre), p. 464-470.

—, 2020. « Une nouvelle loi au soutien de la transition énergétique : la loi du 8 novembre 2019 relative à l'énergie et au climat. 2<sup>e</sup> partie : Des transitions énergétiques en particulier », *Droit de l'environnement*, 285 (janvier), p. 12-19.

LEMOINE-SCHONNE Marion, 2018. « Le droit transnational de l'environnement et du climat. Analyse des enjeux d'effectivité entre les sphères publiques et privées », *Énergie – Environnement – Infrastructures*, 10 (octobre), dossier 35.

OBSERVATOIRE NATIONAL DE LA PRÉCARITÉ ÉNERGÉTIQUE, 2019. *Tableau de bord de la précarité énergétique. Édition 2019 (2<sup>e</sup> semestre)* [En ligne].
Mis en ligne le 07/01/2020 (consulté le 12/04/2020). URL : https://www.precarite-energie.org/tableau-de-bord-de-la-precarite-energetique-2019/

RIFKIN Jeremy, 2012 [1re éd. en langue originale : 2011]. *La Troisième Révolution industrielle. Comment le pouvoir latéral va transformer l'énergie, l'économie et le monde*, trad. de l'anglais par F. & P. Chemla, Paris, Les Liens qui libèrent.

THOMAS Yan, 1998. « Le sujet de droit, la personne et la nature. Sur la critique contemporaine du sujet de droit », *Le Débat* [En ligne], 100 (3), p. 85-107. Mis en ligne le 01/01/2011 (consulté le 12/04/2011). DOI : 10.3917/deba.100.0085
# Transition énergétique et défi climatique : quelle place pour l'hydrogène vert ?

Patrick SCHEMBRI

## RÉSUMÉ

Cet article a pour objet d'étudier les conditions du déploiement à l'échelle mondiale de l'hydrogène vert dans le contexte de la transition énergétique actuelle et de l'agenda de l'Accord de Paris sur le climat adopté en 2015. L'analyse économique proposée vise à mettre en lisibilité les différentes forces contribuant à ce déploiement. Elle interroge également les trajectoires futures de l'hydrogène au regard des politiques énergie-climat qui devraient être mises en œuvre, notamment par référence au coût de ces politiques et au financement de la transition énergétique. Dans un premier temps, nous proposons un cadre d'analyse pour étudier les effets volume, composition et qualité associés au déploiement. Ensuite, nous présentons les scénarios énergétiques proposés par le GIEC (2018) et l'évolution associée des sources énergétiques de production de l'hydrogène. Dans un troisième temps, nous évaluons quelles pourraient être le niveau et la composition de la demande mondiale d'hydrogène à l'horizon 2050.

Le monde entier se trouve dans une période historiquement difficile. La Covid-19 frappe durement les sociétés dans un contexte de forte urgence climatique. Pour bon nombre de pays, il s'agit alors de trouver les moyens d'associer la lutte contre le changement climatique et les plans de relance proposés en réponse à la crise sanitaire. À cet égard, le verdissement de la reprise économique apparaît comme prioritaire pour bon nombre d'institutions internationales et de gouvernements. Même si des synergies demeurent possibles pour renforcer et moderniser les économies, le débat porte sur les éléments les plus critiques et les étapes essentielles vers une reprise dite verte. Dans ce contexte, les énergies renouvelables et
l'efficacité énergétique apparaissent comme des réponses incontournables à l'urgence climatique. Il s'agit désormais de les considérer comme des moteurs potentiels de la reprise économique.

Si l'on souhaite atteindre la neutralité carbone d'ici 2050, l'un des grands défis consiste à intégrer les secteurs de l'électricité, du chauffage et des transports en un seul système. Ce couplage sectoriel est un domaine prioritaire du Pacte vert pour l'Europe (European Green Deal) présenté par la Commission européenne. Parmi les options envisagées, l'hydrogène apparaît comme une technologie intéressante qui peut contribuer à relever le défi de l'intégration énergétique, car elle fournit des solutions pour plusieurs applications diversifiées et indépendantes, du grand transport terrestre et offshore au chauffage, ainsi qu'au stockage de l'énergie (Emonts et al., 2019). Pour de nombreux pays comme le Japon<fnref n="1" />, le Royaume-Uni et d'autres, l'hydrogène vert – ou non carboné – apparaît comme l'une des principales technologies énergétiques alternatives pour une économie neutre en carbone qui serait dotée d'un système énergétique sollicitant plusieurs vecteurs afin de mieux gérer la variabilité spatiale et temporelle de l'offre et de la demande d'énergie. À ce titre, la « stratégie hydrogène pour une Europe neutre en carbone » proposée par l'Union européenne souhaite multiplier par sept la production d'hydrogène d'origine renouvelable sur la période 2024-2030, passant de 6 GW à 40 GW (Commission européenne, 2020).

Dans le contexte de la transition énergétique actuelle, l'hydrogène apparaît donc comme une solution qui peut faciliter l'électrification massive des activités économiques et leur décarbonation, tout en renforçant la résilience des infrastructures énergétiques. L'hydrogène semble également bien adapté à de multiples usages. Nous pensons ici au secteur des transports et de la mobilité, mais aussi à d'autres services et usages industriels<fnref n="2" />. Toutefois, malgré l'observation de tendances

<footnote n="1">¹ Le Japon, qui cherche à sortir du nucléaire tout en promouvant la croissance économique et la qualité de l'environnement, est l'un des pays les plus dynamiques dans le développement d'une économie alimentée par l'hydrogène. En effet, celui-ci fait partie du programme gouvernemental dit « *Abeconomics* ».</footnote>

<footnote n="2">² Aujourd'hui, l'hydrogène est principalement utilisé pour le raffinage de produits pétroliers et pour produire de l'ammoniac principalement destiné à la fabrication d'engrais. Produit sous une forme décarbonée, il pourra alors contribuer à la décarbonation de ces</footnote>
rapides récentes mondiales pour certains secteurs comme les transports et l'énergie, le marché mondial de l'hydrogène est particulièrement étroit, représentant un total de seulement 70 millions de tonnes pour une valeur de 100 milliards de dollars. Si l'on souhaite favoriser les investissements dans l'hydrogène vert, il faut consolider les marchés concernés, ainsi que les perspectives de débouchés. Cette consolidation nécessite une forte pénétration des énergies renouvelables dans l'économie. Par conséquent, la production à grande échelle de l'hydrogène vert dépend aussi du rythme de la transition énergétique actuelle et des dynamiques conjointes d'électrification et de décarbonation qui lui sont associées<fnref n="3" />. Au lieu de se demander comment l'hydrogène vert peut favoriser la transition énergétique actuelle, on inverse la question en se demandant comment pareille transition peut-elle promouvoir la solution hydrogène ?

L'objectif de cet article est d'étudier les conditions du déploiement à l'échelle mondiale de l'hydrogène vert dans le contexte de la transition énergétique actuelle et de l'Accord de Paris sur le climat adopté en 2015. Différents scénarios de déploiement sont proposés sur la base des scénarios énergétiques établis à l'échelle mondiale en 2018 par le Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC), lesquels permettraient de respecter l'agenda de l'Accord de Paris. L'analyse économique proposée vise à mettre en lisibilité les différentes forces contribuant à ce

processus industriels. Par ailleurs, son utilisation devrait être encouragée dans la production d'acier, ainsi que dans les secteurs de l'électronique, de l'alimentaire et de l'habitat. Dans le secteur de l'aviation, l'hydrogène peut être utilisé en tant que gaz de levage ou être sollicité sous sa forme « biogénique », en tant que molécule intermédiaire, pour produire des carburants de synthèse. Il peut aussi être injecté dans les réseaux de gaz et être converti en méthane *via* le procédé de méthanation. Enfin, il apparaît comme une solution de stockage/déstockage de l'électricité contribuant en cela à une meilleure régulation des systèmes énergétiques. Sur le plan international, l'hydrogène pourrait être utilisé pour transporter l'électricité bas carbone entre les zones à haut potentiel en sources renouvelables et celles à faible potentiel.

<footnote n="3">³ En effet, la décarbonation des usages interroge notre capacité à couvrir les besoins croissants en électricité pour produire massivement l'hydrogène par voie électrolytique. Quant à la solution de stockage, elle requiert une part significative des énergies renouvelables dans le mélange électrique.</footnote>
déploiement. Elle interroge également les trajectoires futures de l'hydrogène au regard des politiques énergie-climat qui devraient être mises en œuvre, notamment par référence à leur coût et au financement de la transition énergétique. Dans un premier temps, nous proposerons un cadre d'analyse pour étudier les conditions du déploiement de l'hydrogène vert à l'échelle mondiale. Ensuite, nous présenterons les scénarios énergétiques proposés par le GIEC (2018) et l'évolution associée des sources énergétiques de production de l'hydrogène. Dans un troisième temps, nous évaluerons quelles pourraient être le niveau et la composition de la demande mondiale d'hydrogène à l'horizon 2050.

## Le déploiement de la solution hydrogène à l'échelle mondiale : un cadre d'analyse

En 2019, la demande mondiale d'hydrogène s'élève à hauteur de 69 millions de tonnes dans sa forme dite pure et de 48 millions de tonnes en tant que produit joint de processus industriels non dédiés à sa production (Agence Internationale de l'Énergie [AIE], 2019). Dans le présent papier, notre attention porte essentiellement sur l'hydrogène pur<fnref n="4" />, qui représente près de 330 Mtep en termes énergétiques ; une quantité qui est supérieure à ce que consomme la France en énergie primaire chaque année. La plus grande part de cette demande est constituée d'hydrogène noir, gris ou brun selon les appellations. Elle est principalement produite par la combustion des énergies fossiles, parmi lesquelles le gaz naturel (196 Mtep), le charbon (75 Mtep) et le pétrole (2 Mtep). Lorsque le dioxyde de carbone issu de la combustion de ces sources énergétiques est capturé et stocké, on évoque alors l'hydrogène bleu. Cette forme d'hydrogène peut apparaître comme une solution bas carbone. Toutefois, elle ne permet pas de s'affranchir de la dépendance aux énergies fossiles.

Le procédé de production par reformage à la vapeur du méthane est la technologie la plus utilisée aujourd'hui. Elle devance les procédés de

<footnote n="4">⁴ À cet égard, le papier ne traite pas de l'hydrogène qui peut être produit en utilisant le dioxyde de carbone capturé et stocké. De même, il ne tient pas compte de l'hydrogène dit natif ou blanc qui demeure naturellement présent dans les sous-sols. Enfin, l'hydrogène qui peut être produit par la chaleur issue de l'énergie nucléaire ne fait pas non plus l'objet de la présente analyse.</footnote>
gazéification qui sollicitent notamment le charbon et la biomasse. Quant à l'électricité employée pour produire de l'hydrogène pur, elle ne représente que 2 Mtep. À ce titre, la forme d'hydrogène produite par électrolyse de l'eau dépend de la manière dont l'électricité est produite. La production d'électricité est issue de différentes sources d'énergie allant des combustibles fossiles aux énergies renouvelables, en passant par l'énergie nucléaire. La production d'hydrogène électrolytique comprend donc les différentes formes d'hydrogène évoquées ci-dessus. Lorsque celui-ci est généré par une électricité carbonée, il s'agit alors d'un hydrogène noir, gris ou brun. Si les technologies de séquestration et de stockage du dioxyde de carbone sont sollicitées, il s'agira alors de l'hydrogène bleu. En revanche, pour les autres sources de production d'électricité, le procédé de l'électrolyse de l'eau engendre de l'hydrogène non carboné. Lorsque l'électricité sollicitée est d'origine renouvelable par référence à l'eau, au vent et au rayonnement solaire, l'hydrogène produit est alors appelé hydrogène vert. En 2019, la demande mondiale d'hydrogène comprend moins de 100 000 tonnes d'hydrogène vert et à peine 400 000 tonnes d'hydrogène bleu. La production actuelle d'hydrogène émet près de 830 millions de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

La figure 1 recense les principales forces à l'œuvre aux différentes échelles considérées : celle macroéconomique qui concerne les tendances globales observées et anticipées quant au rythme de croissance de la demande d'énergie ; celle davantage sectorielle portant sur les réalités technico-économiques de la production d'hydrogène.

Le déploiement à grande échelle de l'hydrogène dépend de la demande d'énergie et de son rythme de croissance. Cette force témoigne de l'effet volume, par référence aux débouchés et à la taille des marchés considérés. Sur le plan macroéconomique, cet effet peut être interprété comme le produit de l'intensité énergétique de la production globale en biens et services et de l'échelle de l'activité économique, mesurée par le niveau même de cette production. Le déploiement repose aussi sur les dynamiques conjointes d'électrification et de décarbonation de certaines activités ou usages.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>**Figure 1 -** Le déploiement de l'hydrogène et ses déterminants.</figcaption></figure>

Source : P. Schembri.

Note : les liaisons représentées ne sont pas des relations causales.
Actuellement, le principal levier réside dans la mobilité électrique et la possibilité de dépasser les insuffisances techniques associées à l'usage des batteries. Dans une perspective de plus long terme, à l'horizon 2050, l'hydrogène apparaît comme une solution de stockage de l'électricité contribuant en cela à l'équilibre du système énergétique dominé par les sources énergétiques dites de flux, à l'image des sources renouvelables.

Le déploiement de l'hydrogène dépend aussi du mélange énergétique utilisé et des sources de production de l'électricité. Il s'agit ici de l'effet composition. À ce titre, la part des énergies renouvelables dans le mélange énergétique influence de manière notable le développement du marché de l'hydrogène. Sur le plan mondial pour l'année 2018, elle<fnref n="5" /> ne s'élève qu'à hauteur de 5 % du mélange primaire, et seulement 2 % si l'on ne retient que le vent et le rayonnement solaire<fnref n="6" />. Dans le mélange électrique, les sources renouvelables représentent près de 23 % du total, dont 7 % pour le vent et le rayonnement solaire. Enfin, si l'on considère plus largement les énergies non carbonées, le nucléaire ne représente que 10 % du mélange électrique et seulement 5 % de la demande d'énergie primaire. Enfin, l'électricité ne représente qu'à peine 19 % de la consommation d'énergie finale dans le monde. À ce propos, le taux de retour énergétique donne un éclairage original quant au lien entre la composition de la demande d'énergie et l'efficacité des procédés de production de l'hydrogène, notamment lorsque ce dernier est produit à l'aide d'un autre vecteur d'énergie tel que l'électricité. Ce ratio mesure la quantité d'énergie produite rapportée à celle qui a été utilisée pour l'obtenir. En d'autres termes, il s'agit d'une mesure nette de

<footnote n="5">⁵ Il s'agit de la part des énergies renouvelables hors biomasse. Dans le présent papier, la biomasse n'est pas traitée comme une source de production de l'hydrogène. Aujourd'hui, cette source demeure encore peu présente. De surcroît, les technologies qui lui sont associées révèlent de faibles degrés de maturité et des coûts supérieurs aux procédés électrolytiques sollicitant les autres sources renouvelables. Par ailleurs, le potentiel de production à grande échelle est limité par la disponibilité même d'une biomasse bon marché (AIE, 2019).</footnote>

<footnote n="6">⁶ Cf. le graphique « Total Energy Supply (TES) by Source, World 1990-2018 » (Source : IEA World Energy Balances 2020), publié sur la page Data and Statistics du site de l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) : https://www.iea.org/data-and-statistics?country=WORLD&fuel=Energy%20supply&indicator=TPESbySource (consulté le 28/04/2020).</footnote>
l'énergie disponible qui contribue à quantifier le rendement des systèmes énergétiques utilisés. La manière de définir et de calculer le taux de retour énergétique suscite bon nombre de discussions et les mesures proposées diffèrent grandement selon les sources énergétiques étudiées (Weißbach et al., 2013 ; Raugei, 2013). Selon Fizaine & Court (2015), ce taux devrait atteindre une valeur seuil de 11 pour garantir pareille efficacité et la perspective d'une croissance économique pérenne. Par ailleurs, les sources d'énergies renouvelables ne sauraient actuellement fournir autant d'énergie nette que les ressources fossiles. Durant la transition énergétique vers une électricité d'origine renouvelable, ce taux pourrait fortement baisser à l'horizon 2050 (Fabre, 2019).

Enfin, la question du coût de production est particulièrement importante pour le déploiement de la solution hydrogène, laquelle croise deux réalités. Tout d'abord, celle technologique évoquée par référence à la productivité de l'énergie. Ensuite, la réalité économique qui fait écho au prix de l'énergie et aux différents marchés concernés. Le jeu combiné de ces deux réalités témoigne de l'effet qualité, ou encore de l'efficacité des procédés de production utilisés.

Dans le champ de l'électrolyse, les technologies<fnref n="7" /> proposées révèlent des différences en termes de rendement et de coût en capital qui deviennent d'autant plus significatives dans une perspective de long terme. Le coût de production de l'hydrogène électrolytique dépend du prix de l'électricité, de l'efficacité de la conversion énergétique, ainsi que du coût d'investissement et de maintenance des installations. Il dépend aussi du facteur de charge ou encore du nombre d'heures de fonctionnement des électrolyseurs. Ce facteur serait au plus bas entre 3 000 et 6 000 heures de fonctionnement.

<footnote n="7">⁷ Il s'agit de technologies caractérisées par des degrés divers de maturation dans le cycle de l'innovation. Tout d'abord, l'électrolyse basse température alcaline qui demeure la technologie la plus utilisée aujourd'hui. Viennent ensuite les systèmes d'électrolyse basse température utilisant un électrolyte solide, à l'image de la membrane polymère à échange de protons (PEM). Enfin, l'électrolyse à haute température, par référence aux cellules électrolytiques à oxyde solide (SOECs), qui devrait engendrer un niveau d'efficacité électrique particulièrement élevé. Dans une perspective de plus long terme, on peut évoquer certaines technologies prometteuses fondées sur la photoélectrolyse. Nous pensons notamment au procédé photoélectrochimique de décomposition de l'eau ou encore à la production d'hydrogène par des bactéries modifiées sous l'effet de la lumière du soleil.</footnote>
Quant au coût en capital, sa valeur varie entre 500 et 900 €/kWh<sub>H2</sub> et entre 900 et 1 600 €/kWh<sub>H2</sub>, si l'on prend en compte le coût de la séquestration et du stockage du dioxyde de carbone (AIE, 2019).

Un kilo d'hydrogène électrolytique nécessite en moyenne une consommation d'électricité de 50 kWh, avec un rendement supposé de 70 %, ainsi que près de 9 L d'eau (AIE, 2019 ; Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives [CEA] & Direction Générale de l'Énergie et du Climat [DGEC], 2018). Or un déploiement à grande échelle de l'hydrogène non carboné ne peut être possible que si la consommation d'électricité par kilo d'hydrogène produit diminue de manière significative (Saba et al., 2018). Par ailleurs, la disponibilité en eau et la proximité des sites de production vis-à-vis des sources d'eau peuvent varier fortement selon les contextes. Enfin, le coût de l'hydrogène dépend des usages, lesquels peuvent être intensifs et localisés – notamment dans l'industrie – ou plus diffus, ce qui nécessite alors d'intégrer les coûts de transport et de distribution qui peuvent doubler le prix pour l'usager final (CEA & DGEC, 2018).

Actuellement, les procédés électrolytiques utilisés demeurent plus coûteux que les autres procédés de production. De surcroît, la concurrence technologique et les risques de verrouillage sur des technologies alternatives<fnref n="8" /> sont importants. La production d'hydrogène par liquéfaction révèle un coût unitaire allant de 4 à 8 € (Saba et al., 2018). Les perspectives attendues quant à la baisse de ce coût à l'horizon 2030 pourraient être de l'ordre d'un facteur 2, sachant qu'il a été divisé par 4 entre 2010 et aujourd'hui<fnref n="9" />. Toutefois, cette baisse anticipée conduit à des valeurs demeurant en moyenne supérieures au coût de production des technologies dominantes, telles que celle du reformage dont le coût unitaire se situerait entre 1,5 € et 2 €, et celle de la gazéification du charbon qui révèle en moyenne un coût unitaire de l'ordre de 3 €. Si l'on intègre le coût des technologies

<footnote n="8">⁸ Parmi les technologies concurrentes, figurent les batteries, le procédé du stockage-pompage hydraulique, les véhicules électriques, les biocarburants et l'électrification de la chaleur à haute température.</footnote>

<footnote n="9">⁹ Cette tendance repose sur la baisse observée du coût de l'électrolyse PEM observée depuis 2010, laquelle est reprise dans le *Plan de déploiement de l'hydrogène pour la transition énergétique* (CEA & DGEC, 2018), lancé par le ministère de la Transition écologique et solidaire en 2017.</footnote>
de séquestration et de stockage du carbone, ce coût pourrait connaître une augmentation de l'ordre d'1 € en moyenne. À ce titre, le prix du CO₂ apparaît comme un signal important pour orienter l'arbitrage entre les différentes formes d'hydrogène, notamment entre l'hydrogène bleu et l'hydrogène noir, gris ou brun. Un kilo d'hydrogène produit à partir du gaz naturel émet de l'ordre de 9 kg de dioxyde de carbone, contre près de 20 kg lorsqu'il est produit à partir du charbon (Baykara, 2018). Par conséquent, l'hydrogène bleu deviendrait rentable si le prix de la tonne de dioxyde de carbone s'élève à hauteur de 100 € pour le charbon et de 200 € pour le gaz naturel. Avec des prix plus élevés et une valorisation adaptée des émissions de CO₂ évitées, l'hydrogène vert gagnerait également en compétitivité, sachant que la tarification du carbone influence indirectement celle de l'électricité produite, notamment lorsqu'il s'agit d'une électricité carbonée.

Le prix de l'électricité représente près de 75 % du coût de production de l'hydrogène électrolytique. La prévision de sa tendance reste un exercice difficile, eu égard notamment à la grande complexité de la filière électrique actuelle et des marchés qui lui sont associés. De surcroît, l'hydrogène vert dépend du coût de production de l'électricité d'origine renouvelable dont l'évaluation est fortement discutée. Au demeurant, le coût du procédé de l'électrolyse dépend indirectement du prix des énergies fossiles, notamment celui du gaz naturel utilisé dans le procédé concurrent du reformage.

## L'agenda climatique et le marché de l'hydrogène à l'horizon 2050

Nous allons désormais étudier les différentes trajectoires mondiales futures de l'hydrogène au regard des scénarios énergétiques proposés par le GIEC en 2018 pour respecter l'agenda de l'Accord de Paris sur le climat. Le tableau 1 ci-contre recense les données énergétiques relatives aux quatre scénarios proposés par le GIEC.

Concernant les futures voies potentielles de l'hydrogène à l'échelle mondiale, notre attention porte sur l'évolution de la demande d'énergie, laquelle dépend de celle de l'intensité énergétique de la production et du rythme de l'activité économique ou encore de la croissance économique. Le tableau 2 ci-après met en lumière les trajectoires anticipées de l'effet volume par référence à la consommation d'énergie primaire.
L'effet *composition* est abordé à travers l'évolution du mélange énergétique primaire, de la part de l'électricité dans la demande d'énergie finale et des sources de production de l'électricité. Aujourd'hui, la production électricité mobilise près de 40 % de l'énergie primaire mondiale<fnref n="10" />. Le charbon est de loin la première source de production (38 %), suivi par le gaz naturel (23 %). Viennent ensuite les sources énergétiques renouvelables (23 %) – principalement dominées par l'eau (16 %) –, puis l'uranium (10 %)<fnref n="11" />. Le tableau 3 ci-après présente l'évolution supposée des sources énergétiques utilisées pour produire l'hydrogène et de leur part relative dans le mélange primaire.

<table><caption>Tableau 1 – Scénarios énergétiques du GIEC à l'horizon 2050 pour limiter le réchauffement climatique à +1,5 °C.</caption><thead><tr><th>Scénarios</th><th>P1</th><th>P2</th><th>P3</th><th>P4</th></tr></thead><tbody><tr><td>Charbon</td><td>-97 %</td><td>-77 %</td><td>-73 %</td><td>-97 %</td></tr><tr><td>Pétrole</td><td>-87 %</td><td>-50 %</td><td>-81 %</td><td>-32 %</td></tr><tr><td>Gaz naturel</td><td>-74 %</td><td>-53 %</td><td>+21 %</td><td>-48 %</td></tr><tr><td>Énergie nucléaire</td><td>+150 %</td><td>+98 %</td><td>+501 %</td><td>+468 %</td></tr><tr><td>Part des renouvelables dans la production d'électricité</td><td>77 %</td><td>81 %</td><td>63 %</td><td>70 %</td></tr><tr><td>Biomasse</td><td>-16 %</td><td>+49 %</td><td>+121 %</td><td>+418 %</td></tr><tr><td>Énergies renouvelables non issues de la biomasse</td><td>+833 %</td><td>+1327 %</td><td>+878 %</td><td>+1137 %</td></tr><tr><td>Stockage cumulé de CO<sub>2</sub> jusqu'en 2100</td><td>0</td><td>348</td><td>687</td><td>1218</td></tr></tbody></table>

Source : rapport du GIEC (2018).

Note : les pourcentages concernent l'année 2050.

Les signes +/- désignent des hausses ou des baisses par rapport à l'année 2010.

<footnote n="10">¹⁰ Ce qui représente près de 65 % du charbon consommé dans le monde, la totalité de l'uranium extrait et 30 % des sources renouvelables collectées.</footnote>

<footnote n="11">¹¹ Cf. le graphique « Total Energy Supply (TES) by Source, World 1990-2018 » (Source : IEA World Energy Balances 2020), publié sur la page *Data and Statistics* du site de l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) : https://www.iea.org/data-and-statistics?country=WORLD&fuel=Electricity%20and%20heat&indicator=ElecGenByFuel (consulté le 30/04/2020).</footnote>
<table><caption>**Tableau 2** – L'évolution de la consommation d'énergie primaire par rapport à 2010 selon les scénarios.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Scénarios</th><th colspan="2">P1</th><th colspan="2">P2</th><th colspan="2">P3</th><th colspan="2">P4</th></tr><tr><th>2030</th><th>2050</th><th>2030</th><th>2050</th><th>2030</th><th>2050</th><th>2030</th><th>2050</th></tr></thead><tbody><tr><th>Demande d'énergie</th><td>0,75<br>(-25 %)</td><td>0,59<br>(-41 %)</td><td>0,93<br>(-7 %)</td><td>1,00<br>(0 %)</td><td>1,03<br>(+3 %)</td><td>1,21<br>(+21 %)</td><td>1,28<br>(+28 %)</td><td>1,52<br>(+52 %)</td></tr><tr><th>Intensité énergétique</th><td>0,416<br>(-59 %)</td><td>0,194<br>(-81 %)</td><td>0,516<br>(-49 %)</td><td>0,33<br>(-67 %)</td><td>0,59<br>(-41 %)</td><td>0,4<br>(-60 %)</td><td>0,621<br>(-38 %)</td><td>0,352<br>(-65 %)</td></tr><tr><th>Production</th><td>1,8<br>(+80 %)</td><td>3,03<br>(+203 %)</td><td>1,8<br>(+80 %)</td><td>3,03<br>(+203 %)</td><td>1,74<br>(+74 %)</td><td>3<br>(+200 %)</td><td>2,06<br>(+106 %)</td><td>4,31<br>(+331 %)</td></tr></tbody></table>

Source : calculs de P. Schembri, d'après Riahi et al. (2016), Peters et al. (2017) et le rapport du GIEC (2018).

Note : facteurs de croissance 2050/2010 et % de croissance. Les données relatives à la production sont issues des projections de Riahi et al. (2016) concernant les scénarios socio-économiques utilisés par le GIEC<fnref n="12" />. Les mesures d'intensité énergétique<fnref n="13" /> ont été calculées en prenant le scénario socio-économique SSP1 pour les scénarios énergétiques P1 et P2, SSP2 pour P3 et SSP5 pour P4.

<footnote n="12">¹² Les scénarios socio-économiques utilisés dans la présente analyse, lesquels sont évoqués sous l'acronyme SSP par référence à l'expression anglaise *Shared Socio-economic Pathways*, s'inscrivent dans les travaux du GIEC. Ils ont été construits dans le cadre d'une démarche collective visant à croiser les différents modèles économiques sollicités pour définir des futurs plausibles en lien avec les scénarios de concentration en gaz à effet de serre et de forçage radiatif qui avaient été proposés dans le cinquième rapport du GIEC publié en 2014. Ces scénarios sont au nombre de 5. Nous en avons retenu trois : le scénario SSP1 qui trace la « route vers la soutenabilité », le scénario SSP2 situé « au milieu du chemin » qui prolonge dans le futur la tendance passée récente, et le scénario SSP5 qui propose la voie d'un « développement carboné ».</footnote>

<footnote n="13">¹³ Dans l'analyse proposée, l'intensité énergétique de la production apparaît comme l'un des principaux leviers pour diminuer les émissions de dioxyde de carbone à l'horizon 2050. Sa diminution souhaitée témoigne d'une certaine efficacité quant à l'usage de l'énergie. Elle est généralement approchée par des améliorations d'ordre technologique. Parmi les autres leviers, le changement des comportements de consommation ne saurait être éludé. Cependant, il s'inscrit souvent dans des temporalités longues et peut révéler des problèmes d'arbitrage entre le développement économique et l'urgence climatique (GIEC, 2018).</footnote>
<table><caption>**Tableau 3** – L'évolution du mélange énergétique primaire par source d'énergie.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Sources énergétiques</th><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Part dans le mélange primaire</th><th rowspan="2">Sources énergétiques</th><th colspan="2">Part dans le mélange primaire</th></tr><tr><th>2030</th><th>2050</th><th>2030</th><th>2050</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">Gaz</td><td>P1</td><td>0,99</td><td>0,07</td><td rowspan="4">Fossiles</td><td>P1</td><td>0,69</td><td>0,03</td></tr><tr><td>P2</td><td>0,86</td><td>0,09</td><td>P2</td><td>0,74</td><td>0,07</td></tr><tr><td>P3</td><td>1,29</td><td>0,54</td><td>P3</td><td>0,79</td><td>0,17</td></tr><tr><td>P4</td><td>1,07</td><td>0,23</td><td>P4</td><td>0,97</td><td>0,23</td></tr><tr><td rowspan="4">Pétrole</td><td>P1</td><td>0,83</td><td>0,03</td><td rowspan="4">Nucléaire</td><td>P1</td><td>2,11</td><td>1,93</td></tr><tr><td>P2</td><td>0,94</td><td>0,1</td><td>P2</td><td>1,97</td><td>1,01</td></tr><tr><td>P3</td><td>0,94</td><td>0,05</td><td>P3</td><td>1,92</td><td>4,79</td></tr><tr><td>P4</td><td>1,45</td><td>0,42</td><td>P4</td><td>1,61</td><td>4,90</td></tr><tr><td rowspan="4">Charbon</td><td>P1</td><td>0,29</td><td>0,002</td><td rowspan="4">Renouvelables</td><td>P1</td><td><strong>7,02</strong></td><td><strong>28,13</strong></td></tr><tr><td>P2</td><td>0,42</td><td>0,02</td><td>P2</td><td><strong>6,15</strong></td><td><strong>28,34</strong></td></tr><tr><td>P3</td><td>0,24</td><td>0,02</td><td>P3</td><td><strong>4,03</strong></td><td><strong>17,23</strong></td></tr><tr><td>P4</td><td>0,32</td><td>0,003</td><td>P4</td><td><strong>1,64</strong></td><td><strong>11,90</strong></td></tr></tbody></table>

Source : calculs de P. Schembri sur la base du rapport du GIEC (2018).

Note : les valeurs désignent des facteurs de croissance prenant pour année de base 2010. Un facteur de croissance égal à 2 indique que la valeur mesurée en 2030 ou 2050 représente le double (deux fois) de celle observée en 2010. Le terme « fossiles » recense l'ensemble des sources énergétiques carbonées.

Enfin, concernant l'effet qualité, le coût de l'électrolyse devrait baisser via une amélioration de la productivité de l'électricité et une baisse de son prix. L'AIE (2019) anticipe un fléchissement de ce coût de près de 30 % à l'horizon 2030, par l'effet conjoint de la baisse du coût des énergies renouvelables et de l'augmentation de la demande d'hydrogène. Concernant les gains de productivité attendus, le facteur de croissance souhaité devrait être supérieur à 5.

Par ailleurs, le coût en capital devrait diminuer consécutivement à l'innovation technologique et aux économies d'échelle dans les processus de production des électrolyseurs. Les effets d'échelle attendus devraient engendrer une baisse de 20 % à 40 % de ce coût selon les technologies sollicitées. Cette baisse dépend aussi du nombre d'heures de charge des électrolyseurs. À cet égard, le facteur de charge peut varier selon les modes de fonctionnement sollicités, lesquels renvoient à des enjeux techniques et économiques fort différents (Réseaux de Transport de l'Électricité [RTE], 2020). Lorsque les électrolyseurs sont sollicités toute l'année, en régime de base, l'attention doit porter sur le prix de l'électricité et celui du dioxyde de carbone. Lorsque le régime de fonctionnement privilégie les périodes dites de surplus renouvelable,
caractérisées par un bas prix de l'électricité, l'attention doit alors porter sur le coût des électrolyseurs et la taille du parc qui devra alors être surdimensionné pour permettre la pleine régulation du système électrique.

L'exigence de compétitivité du procédé électrolytique devrait conduire à une amélioration soutenue du rendement de manière à converger rapidement vers le coût du procédé de production par vaporeformage. À ce titre, dans une étude publiée en 2018, Morgan Stanley Research anticipe une baisse du coût de production de l'ordre d'un facteur 10 à l'horizon 2050, supposant une augmentation significative à l'échelle mondiale de l'offre d'électricité d'origine renouvelable. En 2050, l'hydrogène pourrait alors représenter près de 18 % de la demande finale d'énergie contre seulement 2 % aujourd'hui, avec un marché d'une valeur globale de près de 2 500 milliards de dollars. Partant d'une valeur moyenne de l'ordre de 12 € en 2010¹⁴, le coût unitaire devrait atteindre 1,5 € à l'horizon 2030 et converger vers un montant bien inférieur à 1 € en 2050. Pour un niveau donné du prix de l'électricité, cela suppose de forts gains de productivité de l'ordre d'un facteur 8 entre 2010 et 2030, puis d'un facteur 10 sur la seconde sous-période (2030-2050). Nous retrouvons dans cette première trajectoire l'anticipation proposée par Morgan Stanley Research (2018).

La deuxième trajectoire du coût de production repose sur les hypothèses proposées par l'AIE (2019). La dynamique de convergence devrait être plus lente avec un coût unitaire de l'ordre de 2 € en 2030, avant d'atteindre une valeur inférieure à 1 € à l'horizon 2050. Le facteur de croissance serait supérieur à 5 pour la première sous-période, puis de l'ordre de 4 sur la seconde. Enfin, une troisième trajectoire « au fil de l'eau » est proposée, qui suppose l'absence de changements notables sur la prochaine décennie, de sorte que le facteur de croissance ne serait que de l'ordre respectivement de 4, puis de 3. Le coût unitaire de production atteindrait la valeur de 1 € en 2050. Le graphique 1 ci-contre présente les trois trajectoires, ainsi que les valeurs seuil correspondant au coût unitaire des procédés de production concurrents et des technologies de séquestration et de stockage du CO₂<fnref n="15" /> (SSC).

<footnote n="14">¹⁴ Cf. Étienne Beeker (2014), pour France Stratégie.</footnote>

<footnote n="15">¹⁵ Dans la présente analyse, nous ne tenons pas compte de l'évolution des gains de productivité pour les technologies du vaporeformage et de la gazéification du charbon sur la période considérée. Il en est de même pour les technologies de séquestration et de stockage du carbone.</footnote>
<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**Graphique 1** – La trajectoire du coût unitaire de production par électrolyse à l'horizon 2050.</figcaption></figure>

Source : P. Schembri.

Note : l'acronyme SSC renvoie aux technologies de séquestration et de stockage du carbone.

Les flèches correspondantes désignent le coût unitaire de production augmenté du coût de ces technologies.
Les projections énergétiques qui sont proposées par le GIEC à l'horizon 2050 anticipent une présence plus ou moins significative des énergies fossiles dans le mélange énergétique mondial, notamment lorsqu'il s'agit du gaz naturel. Durant la phase de transition, l'hydrogène bleu pourrait donc aider au titre d'une étape intermédiaire en utilisant l'infrastructure gazière actuelle. Il pourrait apparaître comme une solution de moyen terme importante pour répondre au problème de la variabilité des sources renouvelables. Peut-on alors traiter l'option gaz dans la seule perspective de passer de l'hydrogène bleu à l'hydrogène vert ? S'agirait-il de considérer à la fois le gaz naturel et l'électricité comme sources complémentaires de production de l'hydrogène ? Les politiques climatiques peuvent-elles justifier le développement du gaz naturel dans la transition énergétique<fnref n="16" /> ? Le développement de l'hydrogène bleu nécessite d'investir dans des gazoducs pour son transport à grande échelle. De plus, le déploiement de l'hydrogène vert repose sur l'abondance d'électricité d'origine renouvelable, non celle du gaz naturel. Si l'on reprend l'agenda proposé dans le cadre de l'Accord de Paris sur le climat, il s'agirait plutôt de procéder à un désinvestissement dans le secteur des énergies fossiles<fnref n="17" />. La production et l'utilisation de l'hydrogène bleu ne devraient donc pas être prioritaires par rapport à l'hydrogène d'origine renouvelable. Cela pourrait retarder la réalisation des objectifs en matière d'énergie et de climat aux horizons 2030, puis 2050. Enfin, même si les technologies de séquestration et de stockage du

<footnote n="16">¹⁶ Depuis la fin des années 2000, les États-Unis substituent du gaz de schiste au charbon pour produire l'électricité. Ce changement explique pour une part certaine la baisse des émissions de dioxyde de carbone dans ce pays sur la dernière décennie. Le gaz naturel de schiste peut révéler des atouts intéressants quant à sa disponibilité dans le monde et son empreinte carbone plus faible au regard des autres sources fossiles. Toutefois, son extraction engendre d'importants dommages à l'échelle locale. De surcroît, son exploitation massive peut engendrer un risque de verrouillage technologique et des effets de fuite de carbone en cas d'asymétrie des politiques climatiques entre les pays. En France, la loi Jacob (loi n° 2°11-835 du 13 juillet 2011 visant à interdire l'exploration et l'exploitation des mines d'hydrocarbures liquides ou gazeux par fracturation hydraulique et à abroger les permis exclusifs de recherche comportant des projets ayant recours à cette technique) interdit la pratique de la fracturation hydraulique pour extraire le gaz de schiste.</footnote>

<footnote n="17">¹⁷ À ce titre, l'incitation à désinvestir nécessite une valorisation économique appropriée des ressources fossiles laissées sous terre qui s'apparentent alors à des actifs « bloqués » pour les entreprises du secteur.</footnote>