QUEL MIX ÉLECTRIQUE FRANÇAIS POUR DEMAIN ?

L’électricité est si présente dans notre quotidien que nous avons souvent tendance à la considérer comme une nécessité naturelle, au même titre que l’eau. La consommation électrique mondiale ne cesse de croître. Pour la produire, on utilise principalement des ressources fossiles, dont les quantités sont vouées à diminuer. On comprend rapidement que l’approvisionnement électrique est un des enjeux capitaux de demain. La France est consciente de ces enjeux et plusieurs lois ont été votées ces dernières années concernant le modèle énergétique français.

En 2015, sous l’impulsion de la ministre de l’écologie Ségolène ROYAL, la loi “transition énergétique pour une croissance verte” a été votée¹. Cette loi fixe les grands objectifs d’un nouveau modèle énergétique français, encourageant l’utilisation d’énergies plus propres et plus sûres tout en réduisant la facture énergétique de la France. Ces engagements nécessitent néanmoins de lourds changements en matières de production électrique : diminution de la part du nucléaire de 75% à 50% en 2025, réduction des émissions deCO₂ et déploiement des énergies renouvelables (ENR).

Ces objectifs étant très ambitieux, une nouvelle loi relative à l’énergie et au climat a été votée en septembre dernier afin de fixer des objectifs plus réalisables. Cette loi renforce les objectifs de la France avec une neutralité carbone à l’horizon 2050 mais décale l’objectif de 50% de production électrique d’origine nucléaire à 2035². Cet article reprend les différentes projections proposées par le gouvernement en matière de mix électrique.

Qu’est ce que l’électricité ?

L’électricité est issue de la transformation d’une énergie primaire (énergie directement disponible dans la nature comme les énergies fossiles, le rayonnement solaire, le vent ou l’uranium). On distingue deux sources d’énergie pour la production électrique: les énergies renouvelables (énergie de flux) ou les énergies non renouvelables (énergie de stock). Dans les énergies non renouvelables, on distingue les ressources fossiles (charbon, gaz, pétrole) et le nucléaire (l’uranium n’est pas considéré comme une ressource fossile mais comme un métal lourd). L’avantage avec les centrales électriques non renouvelables c’est qu’elles sont pilotables, c’est à dire que l’on peut contrôler l’utilisation de ces centrales : elles ne dépendent pas (ou très peu) des conditions météorologiques.

Les énergies renouvelables regroupent l’hydraulique, l’éolien, le photovoltaïque et les énergies marines. Par définition, contrairement aux énergie fossiles, les énergies renouvelables dépendent entièrement des conditions météorologiques (ensoleillement, pluviométrie, vent). Les barrages hydrauliques constituent une énergie renouvelable particulière : ils peuvent être utilisés sur demande, à condition que celui-ci soit rempli. Les STEP (station de pompage) sont utilisées pour stocker l’énergie dans des bassins lorsque la demande électrique est plus basse que la production qui est ensuite restituée lors des pics de consommation³. Ces installations contribuent à maintenir l’équilibre entre production et consommation électrique, tout en limitant les coûts de production lors des pics de consommation.

Un mix électrique français bas carbone

Figure 1 : Production électrique (TWh) en France en fonction des types de centrale. Source: RTE (réseau de transport d’électricité) France⁴ (2018).

Le mix électrique français est une exception dans le monde : il est majoritairement composé de nucléaire (71,7%), d’’hydraulique (12,4%), puis des autres énergies renouvelables (8,7%). Ce mix électrique est peu dépendant des énergies fossiles (7,1%), contrairement aux mix électrique mondial, dont la part des énergies fossiles représente plus de 66%⁵.

Figure 2 : Emission de CO₂ par type d’énergie. Source: GIEC⁶.
Remarques: Les émissions de CO₂ par type d’énergie englobent le cycle de vie entier de la centrale. Ces émissions dépendent des pays où les moyens de production sont construits, ainsi que de leur utilisation.

Les énergies fossiles sont les énergies émettant le plus de CO₂ au kilowattheure produit. Les énergies renouvelables ou le nucléaire émettent quant à eux environ 30 fois moins de CO₂ au kilowattheure. Suite au plan Messmer⁷(1974), la France s’est nucléarisée et a fait du mix électrique français, un mix bas carbone avec seulement 7,1% d’énergies fossiles. Grâce à cette nucléarisation, la France se présente comme l’un des meilleur élève en terme d’émissions de CO2 dans la filière électrique⁸. Pour comparer à nos voisins allemands, dont les émissions de CO₂/kWh sont bien plus élevées (450 geqCO₂/kWh) qu’en France (60 geqCO₂/kWh)⁹.

Energie et puissance: deux notions à ne pas confondre

Pour différencier ces deux notions, on doit d’abord comprendre le concept de facteur de charge. Le facteur de charge (compris entre 0 et 1) est le rapport entre l’énergie produite par une centrale sur une année et l’énergie que cette centrale aurait pu produire si elle fonctionnait à pleine puissance. En d’autres termes, le facteur de charge définit le pourcentage d’utilisation d’une centrale électrique sur une année. Plus le facteur de charge est élevé, plus la centrale est utilisée à pleine capacité. Le tableau ci-dessous rassemble les différents facteurs de charge des centrales électriques en France.

Tableau 1 : Caractéristique de la production électrique en France en 2017. Source: AMIDES ¹⁰.


Puissance installée (MW)Puissance installée (%)Production électrique (TWh)Production électrique (%)Facteur de charge
Photovoltaïque85276,410,21,90,14
Éolien1510811,527,85,10,21
Hydraulique2551019,268,312,40,31
Nucléaire6313047,5393,271,70,71
Bioénergie20261,59,71,80,55
Centrale thermique185881439,47,20,24

En France, les énergies renouvelables ont des facteurs de charge peu élevés, contrairement au facteur de charge du nucléaire (utilisé comme moyen de production électrique principal) qui est de plus de 70%. D’après la RTE, en 2017, 48% de la puissance électrique installée était d’origine nucléaire alors qu’il représente 72% de la production d’électricité. Le photovoltaïque et l’éolien représentent à eux deux 18% de la puissance électrique installée sur le territoire mais n’assurent que 7% de la production électrique du pays. Cela montre qu’une installation d’1 kW de puissance issue du nucléaire n’est pas équivalent à celle d’1 kW de puissance issue du renouvelable.

Pour clarifier cette notion, on peut calculer le nombre nécessaire de centrales photovoltaïques permettant de remplacer entièrement la production issue du nucléaire en France. Le photovoltaïque a un facteur de charge de 0,14 et le nucléaire de 0,71 , soit un facteur de charge 5 fois plus élevé. Aujourd’hui, 63 130 MW de centrales nucléaires sont installées, il faudrait alors 315 000 MW de centrales photovoltaïques supplémentaires – soit 37 fois ce qu’il y a aujourd’hui – pour remplacer intégralement les centrales nucléaires. Évidemment une électricité 100 % issue de centrales photovoltaïques n’est pour le moment pas envisageable, mais ce calcul simpliste montre bien la distinction entre puissance installée et électricité réellement produite.

Étonnamment, le facteur de charge des centrales thermiques en France est très bas (0,24) comparé à la moyenne mondiale qui est d’environ 0,80. Ceci s’explique car l’utilisation de ces centrales se limite aux heures de pointe ou en période de froid et non comme apport principal. Ainsi, nous ne les exploitons absolument pas à leur maximum, ce qui est environnementalement une très bonne chose¹¹ !

L’électricité sur le territoire

La production électrique produite sur le territoire français nécessite des espaces importants. En fonction du type de centrale, la surface nécessaire pour produire 1 kWh est différente.

Figure 3 : Puissance surfacique en fonction du type de centrale. Source: AMIDES, google maps et EDF¹².

La puissance surfacique (MW/km²), c’est à dire la puissance électrique installée (MW) divisée par unité de surface (km²), est bien différente d’une centrale à l’autre. On remarque que le nucléaire se présente comme l’énergie la plus productrice par unité de surface comparé aux autres centrales électriques. Par exemple, pour une même puissance installée, l’éolien nécessite 400 fois plus de surface que le nucléaire. Ainsi, on commence à constater les contraintes liées aux énergies renouvelables.

Malgré tout, le photovoltaïque se détache au niveau de la contrainte surfacique : il prend peu de place. De plus, si les panneaux solaires (thermiques ou photovoltaïques) sont installés sur les toitures des bâtiments existants, ces installations n’ont pas besoin d’espace supplémentaire.

Le stockage électrique

Les énergies renouvelables (hors hydroélectricité) sont non pilotables : On ne contrôle pas la production (pas de soleil la nuit, absence de vent) et la consommation électrique d’un pays n’est jamais égale à sa production en temps réel. Si nous souhaitons augmenter la part des énergies renouvelables tout en gardant notre confort de consommation, l’unique intermédiaire possible entre production et consommation électrique est le stockage.

Pour fournir le réseau en électricité lors de la demande, éoliennes et centrales solaires peuvent être couplées à des batteries (lithium-ion comme celles des smartphones et des PC portables, ou plomb, moins chères), ce qui permet de stocker l’énergie produite quand celle-ci n’est pas consommée directement¹³. Aujourd’hui l’extraction de ces minerais s’avère généralement coûteuse, tant sur le plan financier qu’environnemental¹⁴. Le lithium (désormais surnommé “or blanc”) utilisé dans les batteries provient majoritairement de Chine ou d’Australie et son extraction pollue les sols (comme toute extraction de métaux). Malheureusement ces batteries ont une durée de vie très faible : de 5 à 15 ans en fonction des matériaux¹⁵. Si ces batteries étaient 100 % recyclables, nous pourrions assurer un approvisionnement électrique renouvelable sûr (à des coûts éventuellement élevés), mais ce n’est malheureusement  pas le cas pour le moment.

Un autre moyen de stockage intéressant est l’hydrogène. Longtemps vu comme une solution théoriquement viable, mais difficile à mettre en pratique, à cause de contraintes techniques et financières, l’hydrogène semble être aujourd’hui une technologie qui prend de la maturité. Pour le moment, la quasi-totalité de l’hydrogène est extrait du gaz naturel, mais il existe une technologie pour l’extraire n’utilisant pas de ressources fossiles, l’électrolyse de l’eau¹⁶. Pour le moment, l’efficacité de cette technologie (ainsi que son coût) n’est pas assez satisfaisant pour la déployer à grande échelle.

Centrales pilotables

Nous l’avons vu, maîtriser les productions électriques issues d’énergies renouvelables non pilotables (éolien, solaire) est une tâche complexe et pour le moment, le stockage en masse ne peut être envisageable dans un pays comme la France. En réalité, ces énergies sont des moyens de production complémentaires, ce qui augmente le parc électrique français sans réellement substituer une énergie par du renouvelable.

Les exigences environnementales issues de l’accord de Paris (2015), les problèmes sanitaires causés par la pollution atmosphérique, ou encore l’augmentation du prix des énergies fossiles : tous ces éléments peuvent facilement nous faire comprendre que les centrales électriques utilisant les énergies fossiles sont vouées à fermer avec le temps. Ainsi, à moyen terme – pour garantir un parc électrique pilotable bas carbone – avec les technologies actuelles, seul le nucléaire ou l’hydraulique peuvent être candidats.

L’hydroélectricité se présente comme la meilleure filière pilotable, c’est un moyen de production électrique renouvelable, bas carbone et ayant peu d’impacts sanitaires. Cette électricité rapidement mobilisable est un atout majeur pour sécuriser le réseau (éviter les black-out). Cette filière représente déjà environ 12% de la production électrique en France¹⁷. Néanmoins, notre capacité hydraulique maximum est quasiment atteinte : malheureusement l’exploitation de l’hydraulique ne devrait augmenter que très peu dans les prochaines années¹⁸.

La dernière option est l’énergie nucléaire : une énergie bas carbone qui répond aux besoins électriques du pays. Malheureusement, les risques sanitaires liés à la radioactivité, les problèmes liés à la sécurité des centrales et la gestion des déchets sont des freins pour l’acceptation de cette énergie par la population¹⁹. Aujourd’hui, le gouvernement français souhaite diminuer la part du nucléaire dans le mix électrique. Cette décision concerne t-elle la sécurité des citoyens ou plutôt la satisfaction de l’opinion publique ?

Le mix à venir

François DE RUGY, ancien ministre de l’économie, a confirmé en avril dernier que la France fermera sa dernière centrale à charbon en 2022²⁰. Cette décision permettra de réduire les émissions de CO₂ françaises. La RTE, qui gère la distribution électrique sur l’ensemble du territoire, a ainsi établit un plan pour la sortie du charbon²¹. Une nouvelle loi, la loi Énergie Climat, signée en Septembre dernier, va également impacter la stratégie énergétique de la France : elle fixe comme objectifs une production électrique à 40 % d’origine renouvelable d’ici 2030 ainsi que la réduction de la part du nucléaire à 50 % à l’horizon 2035. Mais est-ce réalisable ?

Regardons les chiffres de plus près : la puissance installée des énergies renouvelables devrait augmenter d’environ 30 GW chacun pour l’éolien et le solaire. Compte tenu du facteur de charge (temps de fonctionnement des centrales), ces 30 GW équivalent à 7 GW de puissance installée nucléaire pour l’éolien et 4 GW pour le solaire (à cause de leur faible facteur de charge)²². Ces 11 GW d’équivalents nucléaire correspondent à la puissance des 14 réacteurs qui fermeront d’ici 2035 : la demande électrique devrait être assurée. 

Cependant, d’après RTE, le développement des énergies renouvelables intermittentes doit s’accompagner de l’ajout de nouvelles centrales à gaz (plus de 9 GW) pour atteindre l’objectif de 50% de production nucléaire d’ici 2035 et éviter les black-out. Pour donner un ordre de grandeur, en 2018, environ 2 GW d’énergies renouvelables (majoritairement éolien et solaire) ont été installés accompagnés de 218 MW en centrale à gaz. Ainsi, à consommation stable, le déploiement des énergies renouvelables devrait augmenter le bilan carbone de l’électricité français. Le gouvernement, qui s’est engagé à le réduire, prévoit cependant une baisse de la consommation énergétique (pas seulement électrique) de 50% d’ici 2050 (par rapport à 2012) en promouvant notamment l’efficacité énergétique.

Côté budget

En 2017, l’électricité était achetée en moyenne à 11,6 centimes d’euros par kWh (42% de rémunération des fournisseurs, 28% pour l’acheminement et 30% de taxes). Cependant,  les prix dépendent du volume d’électricité livré : Les particuliers paient davantage (16,6 c€/kWh) que les industriels (6,4 c€/kWh) qui ont des tarifs préférentiels.

Malgré ce que peuvent penser les consommateurs, le prix de l’électricité en France est peu élevé (comparé aux prix en Europe). Nos voisins allemands, par exemple, paient l’électricité environ 2 fois plus cher que nous. Nous avons en effet en France des coûts de production électrique plus faible grâce au nucléaire (estimé entre 42 et 60 ct€/kWh)²³. 

Il faut noter que le coût du nucléaire en France devrait augmenter dans les années à venir à cause de la construction de l’EPR de Flamanville (nouvelle centrale nucléaire dernière génération) dont le coût a largement dépassé des prévisions. Le prix de l’électricité en sera naturellement impacté. Le développement des énergies renouvelables fera également augmenter le prix du kilowattheure, ce qui réalignera le prix de l’électricité en France avec ceux de nos voisins européens.

Il existe heureusement de nombreuses solutions pour parer à cette future hausse. La sobriété électrique (plus globalement énergétique), le fait de consommer raisonnablement et limiter les dépenses inutiles, permet de réduire notablement sa consommation. L’installation de petites centrales solaires (photovoltaïques ou thermiques en autoconsommation), la construction de bâtiments orientés plein sud avec des vérandas (faisant office de serre) ou l’isolation thermique des bâtiments sont également des investissements économiquement et environnementalement rentables.

Pour conclure

Aujourd’hui, l’électricité française est peu carbonée et majoritairement assurée par le parc nucléaire (facilement mobilisable à toute heure de la journée). Les différentes lois votées récemment vont amener le mix électrique français à changer. La réduction de la part du nucléaire d’ici 2035 sera réalisée par le déploiement d’énergies renouvelables accompagné de nouvelles centrales à gaz. Cela compliquera donc l’atteinte des objectifs climatiques français en terme d’émission CO2. Afin d’atteindre pleinement les objectifs fixés par la loi énergie climat, une réduction de la consommation électrique est également à prévoir grâce à non seulement une meilleure efficacité énergétique (isolation, meilleur rendement électrique, véranda, … ) mais aussi et surtout à une sobriété énergétique de la part de tous.

Auteurs : Bastien BRANCHOUX, Esther CHAVET.

Relecteurs : Patrick DOMISSE, Sophie SERVAN, Simon DOUCE et Joëlle LECONTE.

Sources :

¹ LOI n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte. Legifrance, 2015.

² ÉTUDE D’IMPACT. Projet de loi relatif à l’énergie et au climat. Assemblée nationale, 2019.

³ Hydroélectricité : stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). Connaissances des énergies, 2013.

Bilan électrique 2018. RTE France, 2019.

British PetroLeum stats, 2019.

Annexe 3 IPCC
Schlömer S., T. Bruckner, L. Fulton, E. Hertwich, A. McKinnon, D. Perczyk, J. Roy, R. Schaeffer, R. Sims, P. Smith, and R. Wiser, 2014: Annex III: Technology-specific cost and performance parameters. In: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Edenhofer, O., R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, E. Farahani, S. Kadner, K. Seyboth, A. Adler, I. Baum, S. Brunner, P. Eickemeier, B. Kriemann, J. Savolainen, S. Schlömer, C. von Stechow, T. Zwickel and J.C. Minx (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 

1974 : le plan Messmer choisit l’option du tout-nucléaire. Alternative Economie, 2014.

Climate Impact by Area. ElectricityMap Live CO2.

Historique de la sortie du nucléaire. Allemagne Energies, 2019.

¹⁰ David J.C. MACKAY, L’énergie durable – Pas que du vent ! AMIDES, 2011 (version française).

¹¹ La production d’électricité. Ministère de la transition écologique et solidaire, 2016;

¹² Pour la puissance surfacique du nucléaire, une étude par centrale a été faite. EDF fournit la puissance installé et a l’aide de l’outil de mesure de google map, une mesure surfacique pour chaque centrale a été fait en prenant en compte l’espace de sécurité jusqu’aux premières habitations. Les données ont été complétés avec celles fournis par l’AMIDE.

¹³ La batterie lithium-ion : comment ça marche? Planète Energies, 2019.

¹⁴ Les batteries de voitures électriques : quel impact écologique et environnemental ? E-RSE, 2017.

¹⁵ Christian NGÔ, Stockage de l’énergie. Techniques de l’ingénieur, 2016.

¹⁶  Tout savoir sur l’hydrogène. IFP Energies nouvelles, 2018.

¹⁷ FILIÈRE HYDRAULIQUE. Observ’ER Le Baromètre 2017 des énergies renouvelables électriques en France. 

¹⁸ Stratégie française pour l’énergie et le climat – Programmation pluriannuelle de l’énergie. Ministère de la Transition écologique et solidaire, 2019.

¹⁹ Sortir du nucléaire. Greenpeace, 2019.

²⁰ Le gouvernement maintient le cap d’une fermeture des centrales à charbon en 2022. Le monde de l’énergie, 2019.

²¹ Bilan prévisionnel de l’équilibre offre-demande d’électricité en France. RTE, 2018.

²² Bilan électrique 2018. RTE, 2019.

²³ LE COÛT DE PRODUCTION DE L’ÉLECTRICITÉ NUCLÉAIRE, Actualisation 2014. Cour des comptes, 2014.