secteur bioénergies français
2010 2020 2030 Efficacité électrique nette (%) 32 33
2.5 Modélisation de la demande
2.5.1 Désagrégation en huit demandes distinctes
Comme nous l’avons dit précédemment, des objectifs de consommation ont été fixés par le législateur dans le COMOP 10, repris par les PPI chaleur et électricité et le plan d’action national en faveur des énergies renouvelables. La désagrégation de la demande totale en bioénergies que nous avons retenue est basée sur le découpage le plus détaillé fourni par ces différents documents : celui du COMOP 10 pour la chaleur et l’électricité et le PAN pour les biocarburants.
Le modèle développé doit ainsi répondre à huit demandes finales, qui peuvent être classées en trois catégories – chaleur, électricité et carburants :
1) Chaleur « seule » produite à partir de biomasse solide (HETUSE1) ;
2) Chaleur « cogénération » produite à partir de biomasse solide ou de biogaz (HETUSE2) ; 3) Chaleur « seule » produite à partir de biogaz (HETUSE3) ;
4) Électricité « cogénération » produite à partir de biomasse solide ou de biogaz (ELCUSE) ; 5) Biocarburants se substituant à l’essence (TRAUSE1) ;
6) Biocarburants se substituant au carburéacteur (TRAUSE2) ; 7) Biocarburants se substituant au gazole (TRAUSE3) ;
8) Biogaz pour les véhicules roulant au gaz naturel (TRAUSE4).
Le tableau 2.22 permet de faire le lien entre les objectifs préconisés par le COMOP 10 et les demandes définies dans le modèle. Le choix d’agréger la consommation de chaleur issue de bois individuel et pour les usages collectifs et industrie/process permet d’étudier l’arbitrage entre chauffage individuel et collectif. Les biocarburants sont aussi désagrégés par type de carburant qu’ils remplacent car il n’y a pas de substitution possible entre chacun de ces types. Pour rappel, nous avons fait le choix de ne pas inclure les déchets urbains et industriels banaux dans ce modèle.
120 Consommations détaillées dans le COMOP/PAN Demandes du modèle
Chaleur – Bois individuel
HETUSE1 Chaleur – Collectif et Industrie/Process
Chaleur cogénération - Biomasse HETUSE2
Chaleur - Biogaz HETUSE3
Électricité – Biomasse et biogaz ELCUSE
Biocarburants
Bioéthanol/bio-ETBE TRAUSE1
Biodiésel TRAUSE2
TRAUSE3 TRAUSE4
Tableau 2.22 : Table de correspondance entre les demandes COMOP et le modèle
2.5.2 Valeurs pour l’année de référence
Les données présentées dans le tableau 2.23 correspondent aux consommations finales pour chacune des huit demandes modélisées. Les données des années 2000 et 2005 sont données à titre d’information et dans le cas où le modèle bioénergie serait intégré dans un modèle dont l’année de référence est antérieure.
Le service statistique du ministère du développement durable – le SOeS (Service Observation et Statistiques) – fournit les données les plus récentes concernant les consommations finales en bioénergies. Une hypothèse a néanmoins dû être effectuée pour calculer la chaleur issue des unités de cogénération. Nous l’avons déduit de la quantité d’électricité produite à partir de biomasse solide (bois énergie + résidus agricoles et agroalimentaires) en considérant un ratio électricité sur chaleur moyen de 0,85. En Mtep 2000 2005 2010 Chaleur seule 8,0 (SOeS, 2012) 8,6 (Eurobserv’ER, 2007) 9,668 (SOeS, 2012)
Chaleur issue de cogénération 0 0
(Jean-Claude Lenoir, Alain Liébard, 2008) 0,18112 Chaleur biogaz 0,071 (SOeS, 2012) 0,085 (SOeS, 2012) 0,122 (SOeS, 2012) Électricité
dont bois énergie dont biogaz 05 0,16 (Eurobserv’ER, 2007) 0,16 0 0,244 (SOeS, 2012) 0,124 (SOeS, 2012) 0,090 (SOeS, 2012) Substituant à l’essence 0,059 (SOeS, 2012) 0,075 (SOeS, 2012) 0,394 (SOeS, 2012) Substituant au gazole 0,28 (SOeS, 2012) 0,33 (SOeS, 2012) 2,023 (SOeS, 2012) Substituant au carburéacteur 0 0 0
Tableau 2.23 : Récapitulatif des demandes (les sources sont données en dessous de la valeur)
12
Calculée à partir de la quantité d’électricité produite par cogénération avec un ratio électricité sur chaleur de 0,85
121
Conclusions
Ce chapitre est consacré à la modélisation prospective du secteur des bioénergies en France. En premier lieu, nous avons justifié le choix de l’approche TIMES retenue. Puis nous l’avons explicitée. Dans un second temps, nous avons passé en revue l’ensemble des données de l’année de référence, de l’amont à l’aval. Les évolutions jusqu’à la fin de l’horizon de modélisation de certains paramètres ont été explicitées, lorsque ceux-ci ne feront pas l’objet de scénarios ultérieurs.
Parmi les outils à notre disposition, la modélisation mathématique permet de définir des objectifs chiffrés, de prendre en compte une grande partie des problématiques techniques, des contraintes de déploiement industriel, et des paramètres économiques. Elle permet de plus de se donner une vision systémique des bioénergies en représentant la chaîne de conversion de l’ensemble des ressources biomasse en demandes finales et de prendre en compte les secteurs avec lesquels les bioénergies sont en concurrence. Parmi les modèles mathématiques existants, une approche bottom-up, ou technologiquement riche, nous semble la plus pertinente, étant donné les forts enjeux à caractère industriel du secteur. Cette représentation est d’ailleurs couramment utilisée pour modéliser les secteurs énergétiques, par l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) en premier lieu. Celle que nous retenons est l’approche TIMES.
Elle permet en effet de représenter le système énergétique, des ressources aux consommations, en insistant sur la chaîne des procédés de transformation, qui sont décrits dans le détail. D’un point de vue mathématique, c’est un générateur de modèle d’optimisation linéaire. La fonction objectif à maximiser est la somme des coûts actualisés sur l’ensemble de l’horizon de modélisation. Les contraintes de capacité, de production et d’équilibre des flux sont implémentées, et des contraintes spécifiques peuvent être ajoutées. D’un point de vue économique, c’est un modèle d’équilibre partiel d’anticipation parfaite. Dans nos conditions d’utilisation, les valeurs duales du problème d’optimisation sont égales aux coûts marginaux et donnent donc des informations utiles pour l’interprétation des résultats.
Dans la deuxième partie, nous avons précisé les périmètres du modèle : il décrit les bioénergies en France métropolitaine, de 2010 à 2050 et présenté le système énergétique de référence – chaine des procédés des ressources aux demandes.
Les ressources, dont les disponibilités et les coûts ont été évalués, incluent les commodités agricoles métropolitaines et importées pour la production des biocarburants de 1ère génération, les co-produits agricoles, les cultures énergétiques et les ressources forestières pour l’énergie. Enfin, les procédés de production de triglycérides par voie autotrophe, qui pourraient prendre le relais des huiles végétales conventionnelles sont détaillés.
Les technologies décrites sont les procédés de production de chaleur, de cogénération et d’électricité pour les usages domestiques, industriels et pour les réseaux de chaleur collectifs et tertiaires. Les voies de production de biocarburants liquides, de première génération et de deuxième génération, par voie thermochimique et biochimique (dont la production d’huile par voie hétérotrophe) ont aussi fait l’objet d’une description détaillée. Enfin, la production de biogaz, de première et deuxième génération, est présentée.
122 La désagrégation des demandes bioénergies, indispensable pour représenter les spécificités du secteur, est basée sur le découpage du COMOP et du plan d’action national, avec l’ajout d’une demande spécifique pour les biocarburéacteurs et le biogaz pour véhicules.
L’ensemble des données présentées dans ce chapitre permet donc d’élaborer le cœur du modèle. Les chapitres suivants permettront de présenter et de justifier des scénarios contrastés d’évolution des ressources, des demandes et des paramètres technologiques. Il sera par ailleurs enrichi pour répondre à des problématiques spécifiques, comme l’ajout d’un sous-module représentant le secteur de la chimie du végétal ou la prise en compte des externalités. Dans le chapitre 3, nous apporterons des éléments de réponse à la problématique « quelle ressources et quelles technologies pour répondre aux objectifs bioénergies en 2050 ? ». L’essor de la chimie biosourcée sera investiguée dans le chapitre 4. Les questions autour des contextes réglementaires et des externalités seront appréhendés dans le chapitre 5. Et nous clôturerons avec une analyse de sensibilité sur les paramètres clés et nous montrerons son intérêt pour éclairer les questions de développement de la filière dans le chapitre 6.
123
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