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La Suisse s'est fixé pour objectif de mettre fin à ses émissions de gaz à effet de serre d'ici 2050. Avec cet objectif net zéro, le pays espère contribuer à limiter le réchauffement climatique à moins de 1,5°C. Les implications de cet objectif pour les besoins futurs en électricité - et les contributions potentielles de la géothermie et de l'hydroélectricité en particulier - ont fait l'objet de recherches menées par l'ETH Zurich auprès de 25 institutions scientifiques suisses, d'entreprises industrielles et d'autorités fédérales dans le cadre du Centre de compétence suisse pour la recherche énergétique - Approvisionnement en électricité (SCCER-SoE). Bien que ce projet se soit initialement concentré sur les énergies renouvelables en tant que substitut à l'énergie nucléaire, il a finalement eu une portée beaucoup plus large. Après tout, le système énergétique de l'avenir devra non seulement fournir davantage d'énergie, mais aussi produire des émissions négatives dans la mesure du possible. Cela nécessite des solutions beaucoup plus complètes et, surtout, plus intégrées.
Le mix électrique du futur
Sous la direction du SCCER-SoE, huit centres de compétence au total ont utilisé des scénarios pour modéliser la composition future de l'offre et de la demande d'électricité. L'augmentation de la demande d'électricité d'ici 2050 sera en grande partie due à l'électrification dans deux domaines: les transports et le chauffage.
Pour répondre à cette demande croissante et, surtout, pour compenser la suppression des centrales nucléaires, l'offre d'énergies renouvelables devra presque doubler d'ici 2050. Le plus grand potentiel réside dans le photovoltaïque. «Toutefois, ce potentiel ne pourra être pleinement exploité que si nous prenons également des mesures pour compenser les déficiencescompenser les fluctuations de cette forme d'énergie», explique Peter Burgherr de l'Institut Paul Scherrer. L'énergie photovoltaïque est mal adaptée à la fourniture d'une puissance suffisante en hiver, et elle produit un surplus d'énergie en milieu de journée en été, ce qui peut taxer le réseau électrique.
Pour mieux faire face à l'irrégularité de l'approvisionnement en électricité, il est impératif de mieux exploiter le potentiel offert par d'autres énergies renouvelables telles que le vent, l'énergie hydraulique, la biomasse et la géothermie. L'énergie excédentaire des systèmes photovoltaïques pourrait être stockée temporairement dans des batteries, utilisée pour des centrales de pompage-turbinage, ou transformée en chaleur ou en hydrogène.
C'est là que l'hydroélectricité entre en jeu. En tant que principale source d'énergie domestique en Suisse, aujourd'hui et à l'avenir, elle contribue non seulement directement à l'approvisionnement en électricité, mais joue également un rôle important en tant que moyen de stockage de l'énergie. Mais Robert Boes, chef du Laboratoire d'hydraulique, d'hydrologie et de glaciologie et professeur à l'ETH Zurich, nuance ce potentiel: «Une expansion significative de l'énergie hydraulique au cours des prochaines décennies n'est pas réaliste compte tenu des exigences strictes en matière de protection de l'environnement, de la rentabilité qui est faible ou inexistante et de la mauvaise acceptation de tels projets par la population.» Même dans des hypothèses optimistes, cela signifie que des importations supplémentaires d'électricité et des centrales domestiques au gaz seront toujours nécessaires pour répondre à la demande.
En Suisse, la géothermie a le potentiel de contribuer à la production future d'électricité et de fournir une grande partie de la chaleur nécessaire au chauffage, à la production d'eau chaude et à certains processus industriels. En outre, il n'est pas seulement possible de chauffer de l'eau dans le sous-sol pour ensuite l'extraire. Le sous-sol peut également être utilisé pour stocker de l'eau chauffée en surface grâce à l'énergie excédentaire provenant par exemple du photovoltaïque ou des usines d'incinération des déchets.
Pas sans émissions négatives
Outre le développement des énergies renouvelables, l'augmentation de l'efficacité des technologies existantes et la mise en œuvre de mesures visant à minimiser la consommation d'énergie, la Suisse devra parvenir à des émissions négatives si elle veut atteindre l'objectif de zéro émission nette. Ces émissions négatives pourraient par exemple être obtenues en captant le dioxyde de carbone directement dans l'air ambiant (captage direct dans l'air) ou en brûlant de la biomasse, en captant le CO2 qui en résulte et en le plaçant dans un stockage souterrain à long terme. Les résultats actuels suggèrent que les possibilités de stockage souterrain en Suisse ne sont pas aussi étendues qu'on l'espérait à l'origine, et qu'il est donc nécessaire de les explorer davantage, tout comme les recherches sur les possibilités de stockage à l'étranger.
Les résultats des sept années de recherche du SCCER-SoE indiquent que l'objectif zéro net est techniquement réalisable d'ici 2050. «Toutefois, cela nécessitera des ajustements importants et coordonnés dans de nombreux domaines différents qui touchent l'ensemble de la société. Nous ne pouvons plus nous permettre de perdre du temps si nous voulons atteindre les objectifs climatiques fixés d'ici 2050», déclare Domenico Giardini, professeur à l'ETH Zurich et directeur du SCCER-SoE.