PARTIE II : PRODUCTION SCIENTIFIQUE ET STRATEGIE DE RECHERCHE
Chapitre 5 : Stratégie de recherche
A. Consortium ETSAP-TIAM
Depuis 2011, date de sa création, je suis membre du consortium qui s’est constitué au sein de l’ETSAP et regroupant plusieurs utilisateurs des modèles TIAM dans le but d’un développement collaboratif de ETSAP-TIAM. L’objectif de ce consortium est plus précisément d’essayer de reproduire, avec le même succès, l’expérience de TIMES avec ETSAP-TIAM et, ainsi, de partager des améliorations et corrections apportées aux modèles par les équipes d’utilisateurs. Comme en ont en effet conscience les utilisateurs de TIAM, il n’est pas aisé de maintenir un tel modèle à jour ; ce consortium constitue ainsi un moyen de rester concurrentiel face aux autres modèles de cet acabit. A noter que l’ambition initiale proposée par le porteur du consortium allait même plus loin et était de permettre in fine à TIAM de devenir le meilleur modèle disponible. L’idée était alors de fusionner toutes les contributions dans une seule version commune de ETSAP-TIAM, qui serait alors continuellement distribuée aux participants du consortium. Les différentes équipes devaient alors entrer dans un mode de complète coopération et investir leur temps et ressources dans le développement d’un unique modèle commun. Pour autant, même si la perspective de développer un tel modèle de haut niveau était intéressante, notamment six équipes ont largement investi dans le développement du modèle spécifique suivant des perspectives de recherche propres à chaque laboratoire. Non seulement, le nouveau modèle aurait pu ne pas correspondre aux attentes ou aux priorités nationales mais aussi certains des changements apportés sont pratiquement incompatibles les uns avec les autres. Ainsi par exemple, l’extraction du Royaume-Uni de la région Europe de l’Ouest implémentée dans TIAM-UCL, n’est pas compatible avec celle des pays scandinaves implémentée dans VTT-TIAM. La piste d’un développement parallèle des modèles TIAM a ainsi été privilégiée et conservée, les contributions étant alors discutées et validées de concert.
Les missions du consortium sont ainsi de maintenir et d’apporter des développements à ETSAP-TIAM, afin d’offrir aux équipes d’utilisateurs participantes des sources d’amélioration du modèle qu’il est ensuite possible d’intégrer dans chaque version nationale. Le consortium permet aussi à ses membres moins expérimentés dans l’utilisation de TIAM de bénéficier de l’expérience des équipes ayant fortement investi dans le modèle. Ce consortium a connu plusieurs phases depuis sa création, phases caractérisées par différentes contributions que j’ai pu apporter.
1. Phase 1 – 2011-2013 - Consortium ETSAP-TIAM sous la coordination de Markus
BLESL, IER, Université de Stuttgart
Cette première phase du consortium a impliquée 11 centres de recherches européens : CIEMAT (Centro de Investigationes Energéticas, Medio Ambientales y tecnologicas, Espagne), CMA (Centre de Mathématiques Appliquées, France), DTU/RisØ (National Laboratory for Sustainable Energy, Danemark), ECN (Energy research Centre of the Netherlands, Pays-Bas), ENEA (Italian National
Agency for new technologies, energy and sustainable economic development, Italie), IER (Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy of the University of Stuttgart, Allemagne), IFE (Institute for Energy Technology, Norvège), JRC (Joint Research Centre – Institute for Energy, Commission européenne), UCL (Energy Institute, University College London, Royaume-Uni), VITO (Flemish Institute for Technological Research, Belgique) et VTT (Technical Research Centre of Finland, Finlande). Elle a été coordonnée par l’IER.
Partant de la version 2010 officielle de ETSAP-TIAM, le consortium s’est ainsi efforcé de pérenniser le modèle en actualisant certaines données, en identifiant et corrigeant d’éventuels dysfonctionnements ou erreurs dans la base de données et la structure du modèle et en contribuant à un axe d’amélioration de ce dernier. L’intégration de ces divers développements a ainsi conduit à concevoir collectivement la version 2012 du modèle, ETSAP-TIAM2012.
Un travail préparatoire a tout d’abord consisté en une comparaison de modèles, entre ETSAP-TIAM et les différentes versions nationales de TIAM. Une série commune de scénarios a ainsi été définie et utilisée. Pour s’assurer d’une comparaison efficace, les résultats des modèles les plus importants ont également été définis et une feuille de résultats harmonisée a été conçue. Un programme d’organisation de workshops a par ailleurs été établi, au rythme de deux par an afin de faciliter les échanges et de confronter les avancées du travail collaboratif. A noter que j’ai organisé un de ces workshops au CMA à Sophia Antipolis, le 15 février 2012. Fort des enseignements de cette première étape comparative, des améliorations possibles dans la base de données du modèle, la structure et les technologies ont été spécifiées afin de générer cette nouvelle version commune de ETSAP-TIAM2012. La plupart des partenaires a ainsi apporté un développement dans le modèle avec un focus spécifique : • CIEMAT : Le solaire à concentration avec stockage et les technologies des vagues et de la marée ; • ECN : Le secteur de l’hydrogène ;
• IFE : La production d’électricité renouvelable : l’éolien (onshore et offshore) et l’hydroélectricité ; • JRC : Les échanges mondiaux de gaz ;
• UCL : Le gaz de schiste ;
• VITO : Le développement du secteur du fer et de l’acier.
Ma contribution a porté sur le développement du secteur électrique de l’Afrique et plus précisément de sa régionalisation et de l’implémentation de scénarios d’accès à l’électricité. En effet, en comparaison avec sa démographie, l’Afrique consomme peu d’énergie. Plus de 60 % de la population africaine n'a pas accès à l'énergie commerciale et l'utilisation du bois de chauffage (Favennec, 2009)36. Par ailleurs, la croissance attendue de la population et le développement économique en Afrique conduiront à des besoins accrus en énergie. Paradoxalement, les ressources naturelles en Afrique sont importantes, que ce soit des combustibles fossiles ou du potentiel renouvelable qui reste encore largement inexploité à ce jour: l'Afrique dispose d'un potentiel hydroélectrique important et, dans une moindre mesure des énergies éolienne, solaire et géothermique. Mais le fait est que les réalités économiques et énergétiques sont différentes au sein du continent africain et de grandes disparités existent. Le mix énergétique de l'Afrique, bien que globalement similaire à d'autres continents, change
36 Favennec Jean-Pierre (sous la direction de), 2009, L’Energie en Afrique à l’horizon 2050, Rapport de l’Agence Française de Développement et de la Banque Africaine de Développement, 84p.
considérablement d'une région à l'autre. L’Afrique du Nord et l'Afrique du Sud représentent 75 % de l'énergie consommée par l'Afrique, alors même que le reste de l'Afrique, l'Afrique sub-saharienne, représente les trois quarts de la population. Les ressources et le potentiel de l'énergie sont inégalement répartis en Afrique, avec par exemple :
• Afrique du Nord (MENA): pétrole abondant et potentiel de gaz et de solaire à concentration, • L'Afrique sub-saharienne: potentiel hydroélectrique,
• Afrique du Sud: le charbon.
La consommation d'électricité devrait croître de manière significative, mais particulièrement dans les régions du Nord et du Sud. Ainsi, au vue de leurs ressources et potentiels spécifiques, l'impact sur leur mix énergétique sera différent de celle exprimée par une représentation agrégée, telle qu’elle est implémentée dans le modèle TIAM. J’ai ainsi recalibré le secteur électrique et implémenté trois sous-secteurs suivant trois zones géographiques du continent : Afrique du Nord (MENA), Afrique sub-saharienne et Afrique du Sud. Des scénarios régionaux de vitesse d’accès à l’électricité modifiables par les utilisateurs ont aussi été intégrés. A titre d’illustration, la figure ci-dessous présente le mix électrique de l’Afrique avant et après implémentation des sous-régions :
a) ETSAP-TIAM2010 b) ETSAP-TIAM2012 (AFR / AFR1+AFR2+AFR3) Figure 41. Mix électrique africain (PJ)
2. Phase 2 – 2013-2015 - Consortium ETSAP-TIAM sous la coordination de Markus
BLESL, IER, Université de Stuttgart
Cette seconde phase du consortium fut également coordonnée par l’IER et a impliqué 10 centres de recherches européens : CIEMAT (Espagne), CMA (France), DTU (Danemark), ECN (Pays-Bas), IER (Allemagne), IFE (Norvège), JRC (Commission européenne), UCL (Royaume-Uni), VITO (Belgique) et VTT (Finlande). Le projet autour de ETSAP-TIAM a poursuivi son objectif de collaboration en vue de perfectionner le modèle et d’un développement continu d’une base de données. Une version ETSAP-TIAM2014 en a résulté.
Les contributions des équipes membres du consortium ont cette fois-ci portées sur :
• CIEMAT : Un module dédié à la fusion nucléaire et mise à jour des données sur le nucléaire ; • DTU : Amélioration des statistiques chinoises et correction des bugs liés ;
• ECN : Développement des technologies de CSC dans le secteur industriel ;
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2005 2012 2020 2030 2040 2050 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2005 2012 2020 2030 2040 2050 Solar Thermal Solar PV Wind Biomass Geo and Tidal CH4 Options Hydro Nuclear Oil and Gas Coal
• IFE : Développement de la filière éolienne (suite) ; • JRC : Les échanges mondiaux de gaz et de pétrole ; • UCL : Développement dans le module climatique ;
• VITO : Le développement du secteur du fer et de l’acier (suite)
Pour la contribution du CMA, j’ai fourni une base de données et des scénarios différenciés de potentiels de stockage du carbone et de coûts de transport du carbone. En m’appuyant sur le travail de stage de Govind Malhotra que j’ai piloté en 2013, j’ai mis à jour les données concernant les potentiels de stockage du carbone et implémenté des scénarios alternatifs sur différents potentiels. Une distinction onshore et offshore des sites de séquestration du carbone a été intégrée lorsqu’elle n’existait pas (notamment pour les aquifères salins profonds qui représentent le plus grand potentiel dans la plupart des cas) et différentes données de coûts de stockage et de transport du carbone ont été ajoutées, là encore avec une distinction suivant la localisation onshore ou offshore du site.
3. Phase 3 – 2016-2017 – Forum collaboratif ETSAP-TIAM sous la coordination de
Kenneth KARLSSON, DTU, Université Technique du Danemark
Cette troisième phase a été lancée en juin 2016 sous la coordination du DTU de l’Université Technique du Danemark. Les membres partenaires sont CIEMAT (Espagne), CMA (France), ECN (Pays-Bas), ENEA (Italie), LTU (Luleå University of Technology, Suède), UCC (University College Cork, Ireland), UCL (Royaume-Uni), VTT (Finlande), et deux entreprises de consulting E4SMA (Energy, Engineering, Economic and Environment Systems Modelling Analysis, entreprise fortement impliquée dans l’ETSAP) et NAJUB (entreprise qui propose une plateforme collaborative en ligne). Cette collaboration est elle-aussi orientée vers la pérennisation et le développement de ETSAP-TIAM mais en s’appuyant sur une plateforme collaborative et un système de suivi de version et de gestion des modifications avec évaluation et tests avant implémentation (NAJUB et GIT) avec lesquels le DTU a enregistré de bons résultats dans le développement de leur modèle TIMES danois. L'objectif est, dans un premier temps, de tirer parti de leur expérience et de faire évoluer le modèle au gré de nouvelles mises è jour et correctifs apportés par les différents participants. Le focus est d’améliorer le modèle afin de permettre d’en tirer une meilleure analyse des politiques et notamment des contributions climatique nationales et du 6ème rapport du GIEC.
Un workshop de deux jours à Copenhague a été organisé en novembre 2016 où les participants ont pu bénéficier d’une formation à GIT.
Un projet a été soumis à l’ETSAP en novembre 2016 pour financement, et accepté. Dans ce cadre et de la contribution du CMA, je dois fournir des scénarios contrastés de potentiels de biomasse régionaux et tester leur implémentation dans le modèle via la nouvelle plateforme.