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Comment (re)fonder l’économie sur la météo ?

Moduler la demande en fonction de la disponibilité de l’énergie faciliterait la transition vers les énergies renouvelables, en rendant ces modèles énergétiques bien plus réalistes qu’ils ne le sont aujourd’hui.

Traduit par: Théo Manent

Stoneferry detail

Image: Stoneferry (détail), peinture de John Ward of Hull.

Jusqu’à la Révolution industrielle, les populations humaines adaptaient spontanément leurs besoins en énergie à un approvisionnement énergétique par nature fluctuant, à la fois intermittent et variable. A l’échelle mondiale, les réseaux de transport et de commerce – basés sur la marine à voile – ne fonctionnaient qu’en période de vent, au même titre que les moulins, qui fournissaient la base de notre alimentation et produisaient l’énergie mécanique nécessaire à de nombreux procédés manufacturiers.

Réintroduire ces principes (élémentaires) pourrait s’avérer bénéfique, tout en les associant à certaines avancées techniques contemporaines. En particulier, les usines et le transport de marchandises – par voie maritime ou ferroviaire – pourraient ainsi ne fonctionner que lorsque les énergies renouvelables les alimentant sont disponibles. Moduler la demande en fonction de la disponibilité de l’approvisionnement énergétique faciliterait la transition vers les énergies renouvelables, en rendant ces modèles de production énergétiques plus crédibles et réalistes qu’ils ne le sont aujourd’hui.

Energies renouvelables à l’ère préindustrielle

Jusqu’à la Révolution industrielle, le domaine de l’industrie autant que celui des transports étaient largement tributaires, pour leur bon fonctionnement, de sources d’énergie aujourd’hui qualifiées de « renouvelables ». Si l’usage des moulins à eau, moulins à vent et bateaux à voiles remonte à l’Antiquité, ces techniques ne prirent réellement leur essor qu’à partir du 15ème siècle en Europe.

A leur apogée, c’est-à-dire jusqu’aux prémices de la Révolution industrielle, on estime que l’Europe comptait pas moins de 200 000 moulins à vent et 500 000 moulins à eau. A l’origine, ces deux types de moulins étaient principalement utilisés pour moudre le grain, une tâche laborieuse réalisée à la main pendant des siècles auparavant, d’abord au moyen de pierres puis, plus tard, de meules rotatives manuelles (dites « meules à main » ou « moulinets »).

summer landscape with windmill and boat

Een zomers landschap (« Paysage d’été »), peinture de Jan van Os.

Très vite, pourtant, les moulins à eau et à vent furent adaptés pour réaliser un éventail toujours plus large de procédés artisanaux, proto-industriels puis industriels. On peut ainsi citer, entre autres, le sciage du bois, le polissage du verre, la fabrication du papier, le forage de tuyaux, la découpe du marbre, le refendage du métal, l’affûtage de couteaux, le broyage de la craie ou du tuf pour la préparation de mortiers, la fabrication de poudre à canon, le battage de la monnaie, et cetera. 13 Les moulins à eau et à vent servaient en outre à la transformation d’une multitude de produits agricoles. Ils étaient ainsi utilisés pour presser des olives, broyer les épices et le tabac, ou encore moudre les graines de lin, de colza et de chanvre utilisées dans l’alimentation et comme huiles d’éclairage.

Bien qu’entièrement basé une source d’énergie intrinsèquement intermittente – le vent – le commerce mondial n’en demeurait pas moins essentiel pour de nombreuses puissances économiques européennes à l’époque préindustrielle.

L’utilisation de « moteurs » ou « roues hydrauliques » remonte à l’Antiquité et s’est largement diffusée en Europe au cours du 15ème siècle ; il faut cependant attendre le début du 17ème siècle pour voir apparaître les premiers moulins à vent aux Pays-Bas. Les Hollandais ont d’ailleurs eu recours à l’énergie éolienne pur conquérir des terres sur la mer (poldérisation) ; jusqu’en 1850, le drainage de l’ensemble du pays était en effet assuré par des moulins de drainage (aussi appelés « moulins de polder »), actionnés de manière intermittente grâce au vent. 3

river landscape with fishermen in rowing boats

Abraham Storck: Vue du fleuve avec pêcheurs dans des barques, 1679.

L’utilisation de la force du vent pour le transport connut elle aussi – sous la forme de navires à voile – un formidable essor à partir du 16ème siècle, époque à laquelle les puissances européennes firent la « découverte » de nouveaux territoires. Le transport maritime, basé sur l’énergie éolienne directe, a ainsi permis le déploiement d’un vaste système de négoce international, à la fois robuste, diversifié et en expansion permanente ; ceci a rendu possible la circulation, sur les océans du globe, tout à la fois de marchandises en vrac (grains, vins, bois, métaux, céramiques, poisson séché), d’articles de luxe (pierres précieuses, métaux rares, fourrures, épices, ivoire, soieries, remèdes médicinaux), et d’esclaves. 4

Bien que fondé sur une source d’énergie aussi intrinsèquement intermittente que le vent, le commerce mondial n’en demeurait pas moins vital pour les puissances économiques européennes de l’époque. A titre d’exemple, l’industrie navale néerlandaise, organisée autour d’un réseau de quelques 450 scieries à vent (aussi appelées « moulins à scier » ou « moulins-scieries »), importait pratiquement toutes ses munitions navales (matières premières) de la mer Baltique : le bois, le goudron, le fer, le chanvre et le lin. Même l’approvisionnement alimentaire pouvait, dans certains cas, dépendre d’un mode de transport basé sur l’énergie éolienne. Vers la fin des années 1500, les Néerlandais importaient ainsi chaque année 2000 cargaisons entières de grain, en provenance de Gdansk. 4 Les voiliers revêtaient, par ailleurs, une importance considérable pour la pêche.

Adaptation à l'intermittence énergétique à l'ère préindustrielle

En dépit d’une dépendance cruciale de la société européenne à des sources d’énergie renouvelables dites « variables » pendant les quelques 500 ans qui précédèrent l’irruption massive des combustibles fossiles, elle ne disposait, pour gérer le caractère intermittent de l’énergie fournie par le vent et l’eau, d’aucune batterie chimique ni de lignes de transmission électrique, et encore moins d’un système d’équilibrage instantané du réseau via des centrales thermiques à combustibles fossiles. Comment nos prédécesseurs s’adaptaient-t-ils à la grande variabilité des sources d’énergie renouvelable?

Dans une certaine mesure, l’histoire montre qu’ils s’appuyaient sur différentes solutions techniques afin de faire coïncider l’énergie disponible avec la demande, exactement comme nous le faisons aujourd’hui. Le niveau d’eau dans les rivières fluctue en fonction des saisons et des conditions météo, tandis l’axe de rotation des roues hydrauliques est généralement fixe. Les moulins-bateaux, moulins pendants et moulins suspendus (dits « moulins sous un pont ») furent une des premières innovations techniques pour pallier ce problème. Ils suivaient simplement le niveau du fleuve, ce qui leur permettait de disposer d’un régime de fonctionnement plus fiable et constant. 12

Dans une certaine mesure, l’histoire montre que nos ancêtres s’appuyaient sur différentes solutions techniques afin de faire coïncider l’énergie disponible avec la demande, exactement comme nous le faisons aujourd’hui

Cependant, l’énergie hydraulique pouvait également être stockée afin d’en différer l’utilisation. A partir du Moyen Age furent ainsi édifiés des barrages et digues destinés à créer des retenues d’eau (étangs, réservoirs) en amont des moulins. Ces dispositifs de stockage de l’énergie potentielle de l’eau sont comparables aux réservoirs hydroélectriques actuels. Ces retenues d’eau garantissaient à la fois un débit constant et une disponibilité de l’eau (autrement dit, de l’énergie) quand cela était nécessaire à l’activité du moulin. 2 5

horse mill

The Horse Mill (« Le moulin à cheval »), peinture de James Herring, vers 1850.

Mais cela n’empêchait pas les rivières d’être à sec (étiage voire assèchement) ou de geler sur de longues périodes, mettant hors d’usage les barrages, de même que les moulins « ajustables » évoqués plus haut. En outre, de tels dispositifs n’étaient d’aucun secours dans les régions faisant usage de moulins à vent. 367

Le moulin à traction animale (ou « moulin à cheval ») offrait une solution technique au problème posé par l’intermittence et la variabilité des énergies hydraulique et éolienne. Contrairement au vent ou à l’eau, les chevaux, ânes et bœufs constituaient une ressource énergétique dont la puissance pouvait être mobilisée à tout moment. Toutefois, les moulins à traction animale étaient plus couteux à faire fonctionner et disposaient d’un mauvais rendement : la surface agricole nécessaire pour nourrir un seul cheval permettait de subvenir aux besoins en nourriture de huit humains. En conséquence, le recours à la traction animale demeurait relativement rare pour des productions manufacturières à grande échelle. Ce type de moulin, ayant recours à des bêtes de somme, était principalement utilisé pour la mouture de grains ou comme source d’énergie dans des ateliers d’artisanat. 1

Bien évidemment, les moulins à traction animale ne pouvaient être utilisés comme énergie de secours sur les voiliers. En principe, les bateaux à voile pouvaient être reconvertis en bateaux à rames en situation de « pétole », c’est dire d’absence de vent suffisant pour naviguer. Passer d’une propulsion éolienne à une propulsion basé sur la seule énergie musculaire humaine impliquait cependant un équipage de rameurs suffisamment nombreux, et par conséquent de plus grandes réserves d’eau potable et de vivres, limitant alors soit l’autonomie soit la capacité de la cargaison. Les rames n’étaient donc utilisées comme moyen de propulsion que sur des navires de guerre ou des embarcations de petite taille.

Adapter la demande à l'approvisionnement : les manufactures

Ayant à leur disposition un panel limité de solutions techniques pour faire face à la variabilité des sources d’énergie renouvelables, nos ancêtres avaient en premier lieu recours à une stratégie simple, aujourd’hui quasiment oubliée : ils adaptaient leurs besoins en énergie à l’approvisionnement, par nature variable, en énergie. Autrement dit, ils acceptaient que l’énergie d’origine renouvelable ne soit pas disponible en permanence, et agissaient en conséquence. Par exemple, les moulins et voiliers n’étaient tout simplement pas utilisés dans les périodes sans vent.

windmills

Moulins à Westzijderveld près de Zaandam, peinture de Claude Monet.

Dans les moulins à vent, le travail était effectué chaque fois qu’il y avait suffisamment de vent, et ce même si cela impliquait, pour le meunier, de travailler nuit et jour, avec seulement de brèves périodes de repos. Par exemple, un document d’archive nous apprend qu’au moulin de Cranbrook, en Angleterre, il arriva une fois que le meunier n’ait que 3 heures de sommeil au cours des 60 heures d’un épisode particulièrement venteux. 3 Un livre de 1957 sur les moulins à vent, basé en partie sur des entretiens avec les derniers meuniers encore en activité, rend ainsi compte de l’urgence qu’il y avait à utiliser la force du vent quand celui-ci soufflait :

« Bien souvent, quand le vent soufflait à l’automne, le meunier travaillait de dimanche minuit à mardi soir, puis de mercredi matin à jeudi soir, et enfin de vendredi matin à samedi minuit, ne s’accordant que de rares et courtes siestes ; et un bon meunier se réveillait en pleine nuit si le vent se levait, pour aller mettre le moulin en marche, car le vent était son seul maître et il lui fallait en tirer parti chaque instant où il soufflait. Avant l’invention de la machine à vapeur, nombreux sont les villages qui sont tombés à court de froment parce que le moulin local était encalminé, dans une région sans cours d’eau ; il fallait alors s’accommoder de pain d’orge voire de pain de pommes de terre pour traverser la disette provoquée par un automne sans vent. » 10

Auparavant, en des temps plus conservateurs, le meunier avait interdiction de travailler le dimanche. Il était sanctionné s’il travaillait quand même, mais n’en tenait pas toujours rigueur. Quand une vague de protestation s’éleva contre le travail dominical réalisé par Mr Wade au moulin de Wicklewood à Norfolk (Angleterre), sa réponse fut la suivante : « Si le Seigneur est assez bon pour m’envoyer du vent un dimanche, je m’en servirai quoi qu’il arrive. » 11 A côté de cela, lorsqu’il n’y avait pas de vent, les meuniers s’acquittaient d’autres travaux, à commencer par l’entretien de leur machinerie, ou bien profitaient d’un peu de repos. Noah Edwards, le dernier des meuniers au moulin d’Arkley à Hertfordshire (Angleterre), raconte que, le soir venu, il « montait s’asseoir sur la queue du safran et jouait du violon ». 11

Adapter la demande à l'approvisionnement : les voiliers

Les voyages en mer, à bord de voiliers, observaient une approche tout à fait similaire. Dans les périodes de l’année sans vent, les marins restaient à terre / quai, entretenaient et réparaient leurs navires, ou vaquaient à d’autres occupations. Ils planifiaient leurs traversées en fonction des saisons, profitant ainsi de vents et courants plus favorables à certaines périodes de l’année. En effet, les vents marins sont non seulement beaucoup plus puissants que les vents terrestres, mais également plus prévisibles.

Les marins planifiaient leurs traversées en fonction des saisons, profitant de vents et courants plus favorables à certaines périodes de l’année.

La basse atmosphère de la Terre est parcourue par six principaux couloirs de vents, trois dans chaque hémisphère. De l’Equateur aux pôles, ces « vents dominants » sont les alizés (en anglais trade winds, « vents commerciaux »), les vents d’ouest (ou « contre-alizés ») et les vents d’est polaires. Ces six vents correspondent à ce que l’on appelle le régime dominant des vents ; ils se déplacent vers le Nord pendant l’été de l’hémisphère nord et vers le Sud pendant l’hiver. Ces couloirs de vents sont corrélés à 5 gyres océaniques principaux.

the maas at dordrecht painting by aelbert cuyp

Le Port de Dordrecht, peinture d’Aelbert Cuyp, 1660.

Au fil du temps, les marins européens apprirent à déchiffrer les vents et courants, et en tirèrent parti pour développer de nouvelles routes maritimes sur les océans du globe. Dès le début du 16ème siècle, Christophe Colomb avait compris que la combinaison des alizés et des contre-alizés permettait aux navires de réaliser une traversée aller-retour de l’océan Atlantique.

Les alizés atteignent vers la fin de l’été (hémisphère nord) leur latitude la plus septentrionale, à la portée de l’Espagne et du Portugal. Ces vents estivaux rendaient aisée la traversée entre le Sud de l’Europe et les Caraïbes ou l’Amérique du Sud, puisque le vent soufflait dans cette direction pendant tout le voyage.

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Carte des vents de l’Atlantique, 9 Septembre 2017. Source: Windy

Emprunter le même itinéraire au retour serait pratiquement impossible. C’est pourquoi les navigateurs ibériques commençaient par mettre cap vers le Nord pour atteindre les contre-alizés, qui atteignent leur position la plus méridionale vers la fin de l’hiver ou peu après, et ramenaient ainsi les marins en Europe du Sud d’une seule traite. Dans les années 1560, l’explorateur basque Andrés de Urdaneta découvrit un itinéraire aller-retour vers l’océan Pacifique, basé sur le même principe. 12

Grâce à ces vents favorables, les temps de traversée des voiliers devinrent relativement fiables. La traversée de l’Atlantique la plus rapide s’effectuait en 21 jours, et la plus longue en 29 jours.

Grâce à ces vents favorables, les temps de traversée des voiliers devinrent relativement fiables. Ocean Passages for the World fait ainsi mention d’une durée de 25 à 30 jours pour une traversée de New York à la Manche, réalisée à bord d’un navire à voile du milieu 19ème - début 20ème siècle. Entre 1818 et 1832, la traversée de l’Atlantique la plus rapide s’effectuait en 21 jours, et la plus longue en 29 jours.13

Le voyage entre La Manche et New York durait environ 35-40 jours en hiver et 40-50 jours en été. Pour rejoindre Cape Town , Melbourne et Calcutta, il fallait respectivement 50-60 jours, 80-90 jours, et 100-120 jours. 13 Ces temps de navigation équivalent au double voire au triple des temps constatés pour les porte-conteneurs actuels, qui modulent leur vitesse en fonction du cours du pétrole et de la demande économique pour les produits qu’ils transportent.

Ancienne stratégie, nouvelles technologies

La stratégie consistant, pour s’adapter à des sources d’énergie variables, à moduler la demande en fonction de la disponibilité en énergie renouvelable demeure toujours aussi pertinente qu’elle ne l’était à l’époque préindustrielle. Cela ne signifie pas pour autant qu’il nous faille revenir aux techniques préindustrielles. De nouvelles technologies sont aujourd’hui disponibles, qui permettent d’adapter beaucoup plus facilement les besoins de l’économie aux caprices de la météo.

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Expédition sur une mer calme, peinture de Charles Brooking, première moitié du 18ème siècle.

Les paragraphes qui suivent investiguent plus en détail la manière dont les secteurs de l’industrie et des transports pourraient voir leur fonctionnement assuré exclusivement par des sources d’énergie variables ; ils visent à démontrer que de nouvelles technologies ouvrent de nouvelles possibilités en la matière. Cet essai de prospective se conclut par une analyse des conséquences et effets induits sur les consommateurs, le travail, et la croissance économique.

La production industrielle

A l’échelle mondiale, le secteur industriel représente pratiquement la moitié de la consommation d’énergie finale. Nombre de procédés mécaniques auparavant actionnés par des moulins à vent y occupent toujours une place importante, tels que le sciage, la découpe, le forage, le perçage, le broyage, le martèlement, l’affûtage, le polissage, la mouture, le tournage, etc. Or tous ces procédés manufacturiers peuvent être alimentés avec une source d’énergie intermittente sans être sensiblement affectés.

Il en va de même pour tous les procédés de transformation de denrées alimentaires (hachage, meulage ou écossage de céréales, pressage d’olives et de graines), le minage et l’excavation (abattage de la roche et pelletage, havage, concassage des minerais), ou encore la fabrication textile (foulage de la laine, préparation des fibres, tricotage, tissage). Pour chacun de ces exemples, le recours à une source énergie intermittente ne dégrade en rien la qualité du produit final, seule la cadence de production est affectée.

Beaucoup de procédés de fabrication peuvent être alimentés par une source d’énergie intermittente sans être sensiblement affectés.

En outre, alimenter ces dispositifs par des sources d’énergie variables est désormais rendu beaucoup simple qu’auparavant. En premier lieu car les parcs éoliens sont désormais entièrement automatisés, alors que les moulins traditionnels requéraient une attention de tous les instants. 14

how to rig a windmill sail

Image: « Travailler au moulin / Werken met molens », Jean Bruggeman, 1996.

Non seulement les éoliennes (et turbines hydroélectriques) actuelles sont plus pratiques et puissantes que les premières générations, mais nous pouvons désormais utiliser l’énergie solaire pour produire de l’énergie mécanique. On y parvient généralement au moyen de panneaux photovoltaïques qui convertissent le rayonnement solaire en électricité, laquelle alimente ensuite un moteur électrique.

Par conséquent, une usine dans laquelle l’énergie mécanique représente l’essentiel des besoins énergétique peut parfaitement être alimentée par une installation électrique combinant solaire et éolien, ce qui augmente la probabilité que la quantité d’énergie requise par les machines soit disponible à un instant t. L’énergie solaire est en effet la plus facile à capter, étant de loin la source d’énergie renouvelable la plus abondante. L’essentiel du potentiel de production d’énergie hydraulique à l’échelle mondiale est, quant à lui, d’ores et déjà exploité. 15

L'énergie thermique

Une autre différence cruciale entre notre époque et l’ère préindustrielle tient à la possibilité dont nous disposons désormais d’appliquer la même stratégie à des procédés industriels relativement simples, basés sur l’énergie thermique – et non plus mécanique. Les besoins en chaleur sont en effet prépondérants dans les usages industriels de l’énergie, par exemple pour la fabrication de produits chimiques, de microprocesseurs, ou encore pour la sidérurgie.

A l’ère préindustrielle, les procédés manufacturiers qui nécessitaient de l’énergie thermique étaient alimentés par la combustion de biomasse, de tourbe et/ou de charbon. L’utilisation de ces différentes sources d’énergie fut à l’origine de graves problèmes, parmi lesquels une déforestation massive, la perte de terres, et une importante pollution de l’air. Si l’énergie solaire était déjà utilisée à des époques bien antérieures, par exemple pour récolter le sel par évaporation de l’eau de mer dans les marais salants, sécher des légumes en vue de leur conservation, ou encore réaliser le séchage de briques de terre crue (adobe), son usage était cantonné à des procédés nécessitant des températures relativement basses.

Il nous est désormais possible d’appliquer la même stratégie à des procédés industriels « élémentaires », basés sur l’énergie thermique (et non plus mécanique) ce qui n’était pas possible avant la Révolution industrielle

Il existe de nos jours deux manières de produire de l’énergie thermique à partir de sources renouvelables autres que la biomasse. La première consiste à utiliser des éoliennes, turbines hydroélectriques et panneaux photovoltaïques pour générer de l’électricité, convertie ensuite en chaleur par l’intermédiaire d’une résistance électrique. Ceci était impossible avant l’ère industrielle puisqu’il n’y avait tout simplement pas d’électricité.

solar powered printing press

L’imprimante-presse solaire d’Augustin Mouchot, 1882.

La seconde méthode consiste quant à elle à utiliser l’énergie solaire de manière directe en utilisant des panneaux solaires thermiques (plans ou tubulaires), qui captent le rayonnement solaire direct (mais également diffus) et peuvent atteindre des températures de 120 degrés Celsius. Il existe par ailleurs des collecteurs solaires, qui concentrent les rayons du soleil, et sont capables de générer des températures suffisamment élevées pour faire fondre du métal ou même fabriquer des micro-processeurs. Ces technologies ne firent leur apparition qu’à la fin du 19ème siècle, à la suite des progrès réalisés dans les domaines de la verrerie et de la miroiterie.

Limiter les infrastructures de stockage énergétique

L’idée de faire tourner les usines à partir de sources d’énergie variables et intermittent n’exclut pas pour autant le recours à des infrastructures de stockage énergétiques ou des centrales d’appoint. Adapter la demande à la disponibilité de l’énergie devrait être la priorité, cependant d’autres stratégies peuvent être amenées à jouer un rôle complémentaire. Tout d’abord, le stockage d’énergie ou une capacité de production « modulable » s’avéreraient utiles pour des procédés de production vitaux pouvant difficilement tolérer des interruptions sur de longues périodes, à l’instar de la production alimentaire. La production dite « modulable » ou « pilotable » (en anglais, dispatchable generation) désigne des sources d’énergie électrique qui peuvent être injectées sur le réseau à la demande de l’opérateur. Il s’agit de centrales électriques, généralement au gaz ou au charbon, qui peuvent, sur demande, être mises en marche et arrêtées, ou dont la puissance peut être ajustée au besoin. [NdT]

En second lieu, le stockage énergétique à court terme est également utile pour alimenter des procédés qui s’accommoderaient mal d’un approvisionnement intermittent (qualité des produits significativement dégradée, par exemple). 16 Enfin, le stockage à court terme est indispensable pour des chaînes de production industriels assistées par ordinateurs, puisqu’il leur permettrait de continuer à fonctionner y compris pendant de brèves coupures d’alimentation, et de s’éteindre correctement, sans arrêt brutal, en cas d’interruptions prolongées. 17

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Le port intérieur de Rotterdam, peinture de Jongkind Johan Berthold (1857)

En comparaison avec l’ère préindustrielle, nous disposons désormais de solutions de stockage de l’énergie à la fois plus nombreuses et de meilleure qualité. Il nous est par exemple possible d’utiliser la biomasse comme solution de secours pour la production d’énergie mécanique, ce qui n’était pas envisageable pour les meuniers de l’époque – avant l’invention de la machine à vapeur, il n’existait aucune technique permettant la conversion de biomasse en énergie mécanique.

Avant l’invention de la machine à vapeur, il n’existait aucune technique permettant la conversion de biomasse en énergie mécanique.

Nous disposons également de batteries chimiques, ainsi que de systèmes plus low tech comme les volants d’inertie, le stockage par air comprimé, les accumulateurs hydrauliques ou encore les centrales de pompage-turbinage (également appelées STEP pour « Stations de transfert d’énergie par pompage »). L’énergie thermique peut être stockée à l’intérieur de réservoirs d’eau bien isolés (jusqu’à 100°C) ou dans du sel, de l’huile ou encore de la céramique (pour des températures plus élevées). Notons qu’aucune de ces solutions, déployée à grande échelle, ne serait en mesure d’assurer le stockage d’une fraction suffisamment conséquente de la production d’énergie renouvelable. En revanche, elles peuvent se révéler très utiles pour participer à l’équilibrage énergétique des réseaux à une plus petite échelle.

Une nouvelle ère pour la marine à voile

Le transport de marchandises constitue lui aussi un bon candidat à une utilisation des énergies renouvelables basée sur leur disponibilité quotidienne et saisonnière. Ceci est particulièrement vrai pour la marine. 90 % du trafic mondial de marchandises est aujourd’hui encore assuré par des navires, et même si le fret maritime est un des modes de transport les plus économes en énergie par tonne-kilomètre, la consommation énergétique globale du secteur demeure considérable et les navires actuels sont extrêmement polluants – notamment à cause des carburants non raffinés qu’ils utilisent.

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Image d’Arne List [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

Une lubie technologique assez répandue propose d’installer des parcs éoliens offshore, convertir l’électricité produite en hydrogène, puis d’utiliser cet hydrogène pour alimenter des navires marchands. Il est cependant beaucoup plus pratique et efficient d’utiliser le vent de manière directe pour propulser les bateaux, comme nous l’avons fait avec ingéniosité pendant des millénaires. Qui plus est, les porte-conteneurs patientent fréquemment plusieurs jours voire semaines avant de pouvoir entrer dans un port ou le quitter ; vu sous cette perspective, le caractère moins « prévisible » des trajets réalisés à la voile pourrait ne pas être si problématique que cela.

Il est beaucoup plus pratique et efficient d’utiliser le vent de manière directe pour alimenter les bateaux.

On peut établir, pour le transport maritime, le même constat que celui dressé plus haut au sujet de la production industrielle. Nous avons désormais accès à des connaissances et des technologies bien meilleures, suffisamment avancées pour fonder à nouveau le commerce maritime mondial sur la seule énergie éolienne. Nous disposons de nouveaux matériaux performants pour construire des bateaux et voiles durables et robustes ; d’instruments de navigation et de communication perfectionnés, d’une précision accrue ; de prévisions météorologiques plus fiables ; d’une connaissance approfondie des vents et courants marins ; nous pouvons en outre utiliser des panneaux solaires photovoltaïques comme alimentation de secours pour les moteurs des navires.

image seven masted schooner

Le Thomas W. Lawson était une goélette sept-mâts à coque en acier, construite en 1902 pour du fret maritime dans l’océan Pacifique. Son équipage était composé de 18 membres.

En réalité, lorsque la compréhension du régime dominant des vents et courants marins à l’échelle mondiale fut réellement complète, l’âge d’or de la marine à voile touchait déjà à sa fin. Entre 1842 et 1861, le navigateur Matthew Fontaine Maury rassembla une vaste collection de journaux de bord, qui lui servirent à établir une cartographie des vents et courants dominants, ainsi que leurs variations saisonnières. 18

Les travaux de Maury permirent aux marins de réduire considérablement leurs temps de navigation, en tirant simplement meilleur parti des vents et courants répertoriés. A titre d’exemple, la traversée de New York à Rio de Janeiro passa à cette période de 55 à 23 jours, tandis que la durée du voyage de Melbourne à Liverpool fut réduite de moitié, soit de 126 à 63 jours. 18

Plus récemment, les régates ont introduit de nombreuses innovations, dont aucune n’a connu à ce jour d’application dans le domaine du commerce maritime. Par exemple, lors de l’édition 2017 de la Coupe de l’America, l’équipe de Nouvelle Zélande a substitué des vélos stationnaires aux manivelles classiquement utilisées pour diriger le bateau par l’intermédiaire d’un système hydraulique. Nos jambes étant naturellement plus musclées que nos bras, un système à pédale permet des virements de bord et empennages plus rapides, un avantage précieux lors d’une régate mais qui pourrait par ailleurs s’avérer utile pour réduire la main d’oeuvre nécessaire au (re)déploiement d’une marine à voile commerciale. 19

image emirates team sailing

Les records de vitesse établis sur la mer sont eux aussi édifiants. En 1972, le voilier le plus rapide n’atteignait même pas les 50 km/h, tandis que le tenant actuel du titre — le Vestas Sailrocket 2 — a atteint en 2012 le record de 121 km/h. Si ce type de bateau n’est évidemment pas adapté au transport de marchandises, il pourrait servir d’inspiration au le design de navires à vocation marchande.

Les trains à énergie solaire et éolienne

La même logique pourrait ensuite être étendue au fret terrestre, sous la forme de trains propulsés à l’énergie solaire et éolienne. Au même titre que les voiliers, les trains pourraient en effet rouler dès que ces deux sources d’énergie renouvelable seraient disponibles localement. Non pas en ajoutant des voiles aux trains, bien entendu, mais en disposant des panneaux photovoltaïques ou des parcs éoliens le long de voies de chemin de fer, pour les alimenter en électricité. La stratégie centenaire d’adaptation à des sources d’énergie intermittentes et variables pourrait ainsi être réactualisée et trouver une nouvelle application, rendue possible par l’invention de l’électricité.

La stratégie centenaire d’adaptation à des sources d’énergie intermittentes et variables pourrait être réactualisée et trouver une nouvelle application dans le déploiement de trains propulsés à l’énergie solaire et éolienne.

Alimenter des trains de marchandises avec des énergies renouvelables est une manière intéressante d’utiliser l’énergie éolienne dans la mesure où ils opèrent habituellement de nuit, au moment où la puissance éolienne est souvent à son maximum et la consommation énergétique à son minimum. En outre, à l’instar des cargos, les horaires des trains de marchandises sont d’ores et déjà peu fiables étant donné qu’ils stationnent fréquemment plusieurs jours en gare de triage, en attente d’un chargement complet.

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Les Docks de Cardiff, peinture de Lionel Walden (1894)

La vitesse elle-même des trains pourrait être régulée sur la base de la puissance renouvelable disponible à un instant t, exactement comme la vitesse du vent détermine la vitesse de croisière d’un voilier. La même logique pourrait se voir étendue à d’autres moyens de transport basés sur l’électricité, tels que les trolleybus, toueurs ou téléphériques.

La combinaison de trains de marchandises solaires et éoliens avec des usines basées sur ces deux mêmes énergies renouvelables élargit en outre le champ des possibilités. Par exemple, l’hypothèse de trains de voyageurs solaires ou éoliens paraissent a priori peu plausibles, car les passagers sont moins flexibles que les marchandises, notamment en termes d’horaires. Un train « solaire » ralenti voire arrêté par manque de soleil ce jour-là obligerait à déplacer des réunions à la dernière minute, par exemple. De la même manière, les jours de forte couverture nuageuse (on parle de « nébulosité » élevée), peu d’employés pourraient se rendre au bureau.

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Des panneaux photovoltaïques couvrant une voie ferrée en Belgique, 2016. Image: Infrabel.

Ce problème, néanmoins, pourrait être résolu en mobilisant les mêmes sources d’énergie renouvelable pour les usines et les trains de voyageurs. Le long des voies ferrées, les panneaux photovoltaïques seraient dimensionnés pour des jours de faible luminosité (couverture nuageuse), garantissant ainsi une production minimale d’énergie, suffisante pour assurer de service minimum pour les trains de voyageurs (mais aucune production industrielle). A l’inverse, les jours ensoleillés la puissance supplémentaire disponible pourrait être utilisée pour alimenter des usines attenantes aux voies ferrées, ou bien affréter des trains de voyageurs (ou de marchandises) supplémentaires.

Conséquences sur l'organisation sociale : consommation & production

Comme vu plus haut, si la production industrielle et le fret devenaient dépendants, pour leur fonctionnement, de la disponibilité quotidienne en énergies renouvelables, nous continuerions de pouvoir produire un large éventail de biens manufacturés et les acheminer aux quatre coins du globe. Tous les produits ne pourraient cependant être pas disponibles en permanence. Pour acheter une nouvelle une paire de chaussures, il faudrait potentiellement attendre la saison propice à leur confection et livraison.

Dans ce scénario, la production et la consommation dépendraient entièrement des conditions météo et des saisons. Les usines (à énergie) solaire produiraient plus en période estivale, tandis que la période hivernale verrait la production des usines à énergie éolienne augmenter. Les saisons propices à la navigation entreraient également en ligne de compte dans ce nouvel équilibre.

Pour acheter une nouvelle une paire de chaussures, il faudrait potentiellement attendre la saison propice à leur confection et livraison.

Pour autant, réorganiser toute l’économie sur le rythme des saisons et la météo n’entraînerait pas nécessairement une baisse de la production ni de la consommation. Dans l’hypothèse où la consommation énergétique des usines comme du fret serait modulée en fonction des conditions météo, ces deux secteurs consommeraient l’intégralité de la capacité annuelle de production du solaire photovoltaïque et de l’éolien.

windmill zaandam

Moulin à Zaandam, peinture de Claude Monet (1871).

Les fabricants pourraient anticiper des baisses saisonnières d’approvisionnement énergétique en produisant leurs articles « de saison » puis en les stockant au plus près des lieux de consommation afin qu’ils puissent être vendus en « basse saison » énergétique. De fait, dans ce scénario, les produits eux-mêmes constitueraient, en un sens, une forme de « stockage énergétique ». Plutôt que de stocker de l’énergie pour fabriquer des produits plus tard, les produits seraient manufacturés quand l’approvisionnement énergétique le permettrait, et entreposés pour être vendus ultérieurement.

Néanmoins, une production saisonnière pourrait effectivement réduire les niveaux de production et de consommation. Surproduire en période d’abondance énergétique implique des infrastructures de production et de stockage conséquentes, qui seraient sous-exploitées le reste de l’année. Pour continuer à produire à des coûts raisonnables, les fabricants seraient amenés à faire des compromis. Ces arbitrages conduiraient inévitablement à des pénuries ponctuelles, lesquelles inciteraient les gens à envisager d’autres solutions que la consommation de biens neufs, comme la réparation et la réutilisation d’objets existants, la fabrication artisanale, les solutions DIY, le troc ou le partage de biens.

Conséquences sur le travail et la main d'oeuvre

Moduler les besoins énergétiques en fonction de l’approvisionnement implique par ailleurs de la main d’oeuvre qu’elle s’adapte elle aussi aux conditions météorologiques. Si une usine est alimentée à l’énergie solaire, la disponibilité de la source d’énergie renouvelable se trouve être en corrélation avec le rythme de vie humain. Le seul inconvénient est que les ouvriers seraient exemptés de travail les journées d’hiver et de couverture nuageuse.

A contrario, dans une usine ou un train de marchandises alimentés à l’énergie éolienne, les employés seraient amenés à travailler en partie de nuit, augmentant la pénibilité de ces métiers. L’avantage est qu’ils disposeraient en contrepartie de vacances en été, de même que les jours ensoleillés où le vent est généralement plus faible.

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Nachtelijk werk in de dokken (Travail de nuit sur les docks), peinture d’Henri Adolphe Schaep (1856).

Dans le cas d’une usine ou d’un réseau de transport alimenté à l’énergie solaire ou éolienne exclusivement, les ouvriers devraient en outre s’adapter à des plannings de travail peu prévisibles et fluctuants. Les prévisions météorologiques ont beau être désormais bien plus précises, il demeure difficile d’obtenir des prévisions réellement fiables au-delà de quelques jours.

Le fonctionnement des installations de production d’énergie renouvelable est désormais entièrement automatisé. Or, c’est également le cas d’un nombre croissant d’usines. Au cours du siècle dernier, l’automatisation des procédés de production s’est largement répandue, principalement via le déploiement d’ordinateurs et robots. Ces usines dites de « fabrication dans le noir » (en anglais, lights-out manufactures ou dark factories) sont entièrement automatisées – n’ayant besoin d’aucune présence humaine sur place, elles peuvent fonctionner lumières éteintes.

Les installations d’énergie renouvelable sont désormais entièrement automatisées. Or, c’est également le cas d’un nombre croissant d’usines.

Dans une usine sans ouvriers, les horaires de fonctionnement importent peu. En outre, de nombreuses usines dans monde produisent aujourd’hui 24h par jour, pilotées en partie par des millions de travailleurs en trois-huit. Dans ces usines, le travail de nuit serait réduit, dans la mesure où ces usines ne tourneraient de nuit qu’à la condition qu’il y ait suffisamment de vent.

Enfin, il serait par ailleurs possible d’assurer l’essentiel de la production industrielle et du fret ferroviaire aux horaires de travail « classiques » – c’est à dire de jour, et de restreindre la surproduction saisonnière nocturne. Dans ce scénario, nous disposerions tout simplement de moins de biens matériels, et de plus de vacances. En contrepartie, le besoin de main d’oeuvre augmenterait dans d’autres secteurs, tels que l’artisanat et la marine à voile.

Quid d'Internet ?

En conclusion, la production industrielle et le fret — à la fois terrestre et maritime — pourraient fonctionner presque exclusivement à partir de sources d’énergie renouvelables, et avec des besoins relativement limités en termes d’infrastructures de stockage, de réseaux de distribution, de centrales d’équilibrage ou encore de surdimensionnement des installations d’énergies renouvelables. En comparaison, la doctrine high-tech contemporaine consistant à calibrer à chaque instant la production énergétique pour répondre à la demande mobilise de très nombreuses infrastructures secondaires, et fait du déploiement des énergies renouvelables une entreprise à la fois complexe, coûteuse, lente et peu durable.

Prendre le parti de moduler la demande en fonction de la disponibilité de l’énergie faciliterait la transition vers les énergies renouvelables, en rendant ces modèles énergétiques plus crédibles et réalistes qu’ils ne le sont aujourd’hui. Il n’y aurait, dans cette configuration, pas d’effacement de la consommation électrique – le lissage de la courbe de charge par le pilotage de la demande consiste, en cas de déséquilibre offre-demande d’électricité, à provisoirement réduire la consommation physique d’un site donné ou d’un groupe de consommateurs par rapport à leur consommation « normale » – ni de pertes de stockage (par autodécharge) ou de pertes en ligne. La totalité de l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques et les éoliennes serait consommée en temps réel, sans pertes.

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Marina, peinture de Carol Popp de Szathmary (v. 1800).

Il faut en convenir, adapter la demande à la production énergétique (plutôt que l’inverse) peut s’avèrer chose plus délicate dans d’autres secteurs d’activité. Si Internet pourrait, en théorie, fonctionner entièrement à partir de sources d’énergie renouvelables — en utilisant notamment des réseaux asynchrones et des logiciels dits « tolérants aux délais », c’est à dire acceptant des temps de latence plus ou moins importants — nombreuses sont les applications récentes qui, à l’instar de l’Internet des Objets (IoT), seraient incompatibles avec la nécessaire réduction de la consommation énergétique dont s’accompagnerait ce scénario et, fatalement, disparaitraient.

A l’échelle domestique, il paraît peu envisageable de priver les foyers de la possibilité de s’éclairer ou de cuisiner en périodes de faible production renouvelable. De même la fréquentation des hôpitaux ne se limite pas aux journées ensoleillées. Dans de tels cas, associer les installations d’énergies renouvelables à un stockage énergétique ou à d’autres systèmes d’appoint s’avérerait nécessaire pour gérer le caractère intermittent et variable de l’approvisionnement. C’est l’objet d’un autre article.

Kris De Decker.

Une partie des recherches préalables à la rédaction de cet article ont été menées dans le cadre d’une activité universitaire au Demand Centre à Lancaster (Royaume-Uni).


  1. Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. Indissociable de l’histoire des sociétés humaines, l’utilisation de la meule de pierre est parfois qualifiée de « plus vieille des industries » [NdT] 

  2. Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. Le moulin-bateau, aussi connu sous le nom de « moulin flottant » ou « moulin à nef », avait l’apparence d’un bateau, mais fonctionnait exactement comme un moulin à eau : il s’agissait en fait d’un moulin à eau (roue et bâtiment) construit sur une base flottante et amarré à la rive, ou ancré dans le courant. Les moulins sous les ponts (parfois aussi appelés « moulins suspendus ») se distinguaient quant à eux des moulins flottants en ce qu’ils étaient bâtis en même temps que le pont, le mécanisme de meunerie se trouvant sur le tablier du pont. Une variante historique du moulin sous le pont fut le « moulin pendant » ou « pendu », qui n’était pas suspendu à un pont mais à une structure fixe spécialement conçue. [NdT] 

  3. Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. 

  4. Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. 

  5. Le barrage de Cento, construit en Italie en 1450, est un des premiers grands barrages hydrauliques ; long de 71 m, il mesurait presque 6 m de hauteur. Au cours du 18ème siècle, les plus grands barrages en activité mesuraient jusqu’à 260 m de long et 25 m high ; les canaux qu’ils alimentaient pouvaient desservir plusieurs dizaines de moulins aux alentours. [2] 

  6. Il n’existe pas, pour l’énergie éolienne, d’équivalent connu à ce que sont les barrages pour l’énergie hydraulique : même si les moulins à vent étaient historiquement équipés de toutes sortes de mécanismes internes leur permettant de s’adapter à des variations soudaines dans la vitesse et la direction du vent, ils ne permettent pas, contrairement aux barrages, de stocker temporairement la source d’énergie pour en différer l’utilisation. 

  7. Ceci explique d’ailleurs le rôle central qu’occupèrent les moulins à vent dans des régions au climat sec, des zones très froides ou encore dans des pays relativement plats, où l’énergie hydraulique n’était pas disponible. Dans les pays disposant de bonnes ressources en eau, les moulins à vent ne se développèrent que plus tardivement, au moment où l’augmentation de la demande entraîna une crise énergétique, les meilleurs sites hydrauliques étant d’ores et déjà équipés de moulins. 

  8. Les moulins à marée étaient techniquement très proches des moulins à eau, mais s’avéraient plus fiables, dans la mesure où la mer est généralement moins encline qu’une rivière à s’assécher, geler ou changer de niveau. 

  9. Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. 

  10. Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 

  11. Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 

  12. Au régime dominant des vents à l’échelle du globe s’ajoutent des régimes de vent locaux, spécifiques à chaque territoire, telles que les brises marines et terrestres. La partie nord de l’Océan Indien connaît ainsi des vents de mousson, qui s’inversent tous les 6 mois. Ces vents soufflent du Sud-Ouest de juin à novembre, puis du Nord-Est de décembre à mai. Ceci explique en partie pourquoi le commerce maritime s’est développé plus tôt qu’ailleurs dans l’Océan Indien ; les routes maritimes établies de longue date y étaient entièrement basées sur les saisons. 

  13. Jenkins, H. L. C.“Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). 

  14. Les meuniers devaient en effet en permanence veiller à ce que l’espace entre les meules demeure constant quelle que soit la vitesse du vent : avant l’invention du régulateur à boules, cette action était effectuée à la main. Le meunier devait évaluer la force du vent, en déduire la surface de toile à déployer sur les ailes, et rester prêt à mettre le moulin à l’arrêt pour augmenter ou réduire la surface. En outre, avant l’invention du safran, il lui fallait en même temps surveiller la direction du vent afin de conserver les ailes bien perpendiculaires à l’axe du vent. [11] 

  15. Hormis l’électricité, ont également vu le jour, au cours de la Révolution industrielle, l’air comprimé, l’eau sous pression, ainsi que des mécanismes sophistiqués de transmission de l’énergie mécanique ; ces inventions peuvent, pour certaines applications, constituer des alternatives pertinentes à l’électricité. 

  16. On réalisait par le passé une distinction équivalente. Par exemple, le filage du coton requière une vitesse constante, afin d’éviter des soubresauts dans les mécanismes d’engrenage, à l’origine d’irrégularité dans la finesse du fil des pelotes de laine. [3] C’est la raison pour laquelle le filage n’était mécanisé qu’au moyen de l’énergie hydraulique, qui présentait de plus l’avantage de pouvoir être stockée temporairement, de manière à assurer une disponibilité plus constante de l’énergie, et non de l’énergie éolienne. L’énergie éolienne était en outre peu adaptée à des procédés tels que la fabrication de papier, le halage minier, ou l’entraînement des soufflets dans les hauts fourneaux. 

  17. Le stockage énergétique à très court terme est pertinent pour de nombreux procédés mécaniques alimentés par des sources d’énergie variables ; il permet d’atténuer des variations soudaines mais faibles dans l’approvisionnement énergétique. Les moulins traditionnels préindustriels faisaient déjà usage de système mécaniques de ce type. 

  18. Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D.(2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. 

  19. Rival teams rejected pedal power because they feared radical change, says Team New Zealand designer. The Telegraph, May 24, 2017. 

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