L’électricité peut être produite de différentes manières, chacune ayant sa propre empreinte environnementale. En tant que citoyen concerné ou en tant qu’Entreprise de dépannage d’électricité à Paris, je serais peut-être intéressé de savoir dans quelle mesure j’étais alimenté par des énergies renouvelables.
De plus, je serais peut-être intéressé de connaître la quantité d’émissions de gaz à effet de serre dont je suis responsable lorsque je consomme cette électricité.
Remonter l’origine de l’électricité consommée peut sembler une tâche ardue, d’autant plus qu’une partie de cette électricité peut ne pas être produite localement : elle peut aussi être importée des régions voisines.
De plus, ces zones voisines pourraient importer de l’électricité d’autres zones, qui à leur tour pourraient également importer de zones encore plus éloignées…
Comment se comporte l’électricité
À la base, l’électricité est toujours produite par des centrales électriques. Les centrales au charbon produisent de l’électricité à base de charbon et les éoliennes produisent de l’électricité à base de vent.
Lorsque l’électricité de chaque centrale électrique est combinée, nous finissons par avoir une électricité mixte : en partie à base de charbon, en partie à base d’énergie éolienne.
La part de chacun présente dans le mix résultant est déterminée par la part d’électricité fournie par chaque centrale.
Par exemple, si une centrale électrique au charbon produit deux fois la puissance d’une éolienne, on se retrouvera avec un mix deux fois plus gourmand en charbon qu’en vent.
Cela conduit à un mélange composé de 67 % de charbon et de 33 % d’éolien.
Règle n°1 (mélange proportionnel) : les sources d’électricité se mélangent proportionnellement à leur puissance.
Une façon simple d’y penser est de penser à ce qui se passe lorsqu’un smoothie est préparé. Les ingrédients bruts sont mélangés, et même si les constituants individuels ne sont plus présents dans le mélange, on peut toujours dire que le smoothie a été fait avec une certaine proportion de chaque ingrédient.
Notez que, comme pour le processus de préparation du smoothie, le processus de mélange électrique est irréversible. En buvant à la paille, il devient impossible de boire exclusivement la partie fraise du smoothie, et on finit inévitablement par boire le mélange.
De la même manière, il n’est pas possible de consommer spécifiquement de l’électricité d’origine éolienne une fois mélangée : il n’est possible de consommer de l’électricité que dans des proportions données par la part des sources.
Règle n°2 (irréversibilité) : De la même manière qu’on ne peut pas dé mixer un smoothie pour en récupérer les matières premières, on ne peut consommer de l’électricité qu’avec des proportions données par la part des sources.
Le réseau électrique
Le réseau électrique est un réseau qui contient des lignes électriques et des centrales électriques couvrant plusieurs zones.
Une représentation simplifiée consiste à découper le réseau électrique en zones à l’intérieur desquelles l’électricité est supposée circuler librement sans restriction. Ces zones dites peuvent représenter des pays, des états ou même des îles, selon les données disponibles.
L’électricité peut circuler entre ces zones en utilisant ce que l’on appelle des interconnexions , qui représentent les importations et les exportations d’électricité entre les zones voisines.
La capacité limitée de l’interconnexion impose des restrictions sur la quantité d’électricité pouvant circuler vers et depuis une zone voisine.
Deux choses se produisent sur ce réseau compte tenu du comportement de l’électricité décrit précédemment :
L’électricité exportée d’une zone donnée est la même que l’électricité disponible dans cette zone, car on ne peut pas dé mixer l’électricité pour en exporter sélectivement certains éléments.
L’électricité disponible dans une zone donnée résulte du mélange de l’électricité produite à partir de chaque centrale électrique locale avec de l’électricité importée de chaque zone voisine.
A noter que les deux règles conduisent à une conséquence particulière : comme le mix d’électricité importée peut provenir d’une zone qui importe également de l’électricité, le mix d’électricité disponible dans une zone donnée est influencé par l’ensemble de la chaîne d’importation .
Cette chaîne commence par les zones voisines fournissant de l’électricité importée, s’étend jusqu’à leurs voisins respectifs, le voisin des voisins etc… et se termine lorsqu’aucun voisin fournissant de l’électricité importée n’est accessible.
C’est comme si les smoothies étaient mélangés à plusieurs reprises avec de nouveaux ingrédients, où chaque opération de mélange représente une situation où les importations (les smoothies) sont mélangées avec la production locale (les nouveaux ingrédients).
Pour aggraver les choses, la chaîne des importations peut être infinie, car des flux dits en boucle peuvent survenir dans des situations où une zone finit par importer indirectement d’elle-même ..
N’ayez crainte, la modélisation mathématique est tout à fait capable de faire face à ces problèmes !
La méthodologie de traçage des flux
La solution à ce problème est une méthodologie appelée Suivi des flux (voir plus), et est un concept introduit dans cet article évalué par des pairs et appliqué sur le réseau électrique européen ici .
Il permet de retracer le mix électrique disponible sur un territoire donné, même en présence de bouclage.
Les mélanges résultants dans chaque zone indiquent d’où provient l’électricité disponible dans une zone donnée.
La cascade s’arrête lorsque la part du vent allemand ou du charbon polonais devient trop faible pour être puisée. Cela se produit par exemple en France car la production locale est très importante par rapport au vent allemand importé, ce qui fait que l’électricité exportée ne contient presque pas de vent allemand.
La répartition par type de centrale permet également de déterminer la part du renouvelable et la part de l’électricité dé carbonée (dont le nucléaire).
L’importance de prendre en compte non seulement les importations voisines, mais aussi la chaîne complète des importations (voisins des importations voisines..) ne doit pas être sous-estimée, car même les moindres changements peuvent avoir des conséquences importantes.
Conclusion
Le traçage de flux peut être utilisé pour tracer l’origine de l’électricité en temps réel, même en présence de flux de boucle.