Un recours plus important aux énergies renouvelables est maintenant reconnu comme l'une des conditions nécessaires pour permettre un développement durable de l'humanité. Cette conclusion résulte de l'évidence des avantages des énergies renouvelables pour résoudre les problèmes d'énergie, d'environnement et de développement qui se poseront avec de plus en plus d'acuité dans les décennies qui viennent.

Un consensus existe aussi sur la nécessité d'analyser la rentabilité économique présente et future des énergies renouvelables afin de juger si elles peuvent se développer à grande échelle. Or, la plupart des analystes classiques mettent en doute leur rentabilité économique ou, lorsqu'ils admettent une certaine rentabilité (comme pour l'hydroélectricité à grande échelle ou l'électrification par énergies renouvelables des populations rurales des pays en développement), la mobilisation du capital nécessaire aux investissements initiaux est présentée comme un obstacle rédhibitoire!

A. Coûts, prix, valeur: trois étapes de l'analyse économique

En préalable, il est bon de rappeler que l'analyse économique doit être exhaustive au niveau de ces trois concepts, coûts, prix, valeur:

- Les coûts:

Les facteurs intervenant dans leur calcul devraient tous être pris en compte. D'une part, les coûts directs, c'est-à-dire le coût global actualisé (prenant en compte les coûts d'investissements, d'exploitation, de maintenance), et d'autre part les coûts pour l'environnement et les coûts sociaux, souvent appelés coûts cachés ou externalités; ils n'existent pas moins, même si leur prise en charge se fait in fine par la collectivité de façon aveugle ou reportée dans le temps. Ces coûts cachés ne sont pas pris en compte et de plus ils sont difficiles à calculer, de sorte qu'un consensus sur des valeurs précises est quasiment impossible à obtenir compte tenu de la diversité des hypothèses de calcul et d'estimation de certains impacts. Comme démonstration triviale de ce fait on peut constater que dans ce type d'études des externalités, la valeur économique attribuée à une vie humaine varie au moins d'un facteur 20!

On trouvera à la figure 1 un exemple d'utilisation des résultats de l'étude menée par R. L. OTTINGER et ses collègues en 1990 dans le cas des USA, montrant que la prise en compte de ces coûts pour l'environnement peut bouleverser la rentabilité relative des différentes filières entre elles, et cela clairement en faveur des énergies renouvelables.

Figure 1

- Les prix:

A priori, ils devraient être fixés par les lois du marché à un niveau supérieur aux coûts. En fait, ce n'est pas le cas car le marché de l'énergie est loin d'être parfait et équitable.  

Le marché de l'énergie n'est pas transparent ni équitable du fait de subventions ouvertes ou cachées, soit à la production, soit à la consommation. La banque mondiale a ainsi estimé à 230 G$ (milliard de $) le montant des subventions à la production d'énergie en 1992 dans le monde (pour un chiffre d'affaires d'environ 1000 G$). Ces subventions profitent dans leur quasi totalité aux sources conventionnelles d'énergie et non aux énergies renouvelables.

- Les valeurs:

Le prix que l'on consent à payer pour une quantité d'énergie ou un service énergétique devrait tenir compte de la valeur que l'on attache à la qualité de la fourniture considérée pour l'environnement et le développement. Cette démarche n'est pas simple puisque, pour la plupart, nous considérons que "l'électricité vient de la prise et l'essence de la pompe". Mais de plus en plus la démarche de marketing vert devrait pouvoir s'appliquer aussi au domaine de l'énergie avec une prime consentie aux énergies propres et produites localement. L'opinion publique évolue rapidement comme en témoignent plusieurs sondages sur la faisabilité de tarifs verts spécifiques pour encourager la production d'électricité par les nouvelles énergies renouvelables (principalement l'électricité photovoltaïque et l'énergie éolienne). Ainsi, en Suisse en 1994, 80% des personnes interrogées se sont montrées d'accord avec la proposition d'augmenter de 1% les factures d'électricité pour favoriser la production d'électricité photovoltaïque sur le réseau. En Nouvelle Zélande, 58% des personnes sondées seraient d'accord pour une augmentation de 5% des tarifs de l'électricité pour encourager sa production par des énergies renouvelables. Dans l'état du Colorado aux USA, 85% des abonnés de la compagnie locale d'électricité seraient prêts à contribuer volontairement à un fonds spécifique pour des projets d'énergies renouvelables, via des prélèvements effectués sur chaque facture d'électricité.

Cette tendance à affecter aux énergies renouvelables une valeur qui dépasse les prix conventionnels des énergies traditionnelles traduit bien la volonté de plus en plus marquée des citoyens de voir prendre en compte les coûts et bénéfices cachés pour l'environnement et le développement de la produetion et de la consommation d'énergie. 

Ce pas a déjà été franchi par la plupart des pays européens avec des modalités qui peuvent être différentes:

- Une obligation d'achat par les compagnies d'électricité de l'électricité produite par énergies renouvelables par des producteurs indépendants à un prix favorable (environ 0,1$/kWh, soit environ 0,05 $/kWh de plus que les stricts coûts évités pour la compagnie d'électricité). C'est la solution choisie avec des variantes mineures par l'Angleterre, l'Italie, l'Espagne, le Portugal, la Grèce, la Suisse...

- L'instauration d'une taxe sur les émissions de C0₂ au Danemark, somme en partie attribuée aux producteurs d'électricité de source énergétique renouvelable (principalement par l'énergie éolienne, qu'ils soient des producteurs indépendants ou des compagnies d'électricité), d'où un prix d'achat final semblable à celui cité ci-dessus.

- La fixation du tarif d'achat par les compagnies d'électricité de l'électricité produite au moyen des énergies renouvelables par des producteurs indépendants à 80% du tarif de vente de l'électricité domestique (Allemagne, Japon...)

- Enfin, démarche ultime, rachat au prix de revient réel de l'électricité produite par énergies renouvelables, pour des quantités et des durées modulées selon l'état de développement des filières et révisables en fonction des baisses de coûts de production obtenues par le développement industriel ainsi concrétisé. Cette option a déjà été prise par certaines collectivités locales et régionales en Suisse et en Allemagne, en particulier pour l'électricité photovoltaïque dont le coût de production (environ 2$/kWh) est encore très élevé.

B) Le choix entre rentes et fardeaux: qui arbitre aujourd'hui pour donner une valeur au temps?

Le facteur temps n'est pris qu'imparfaitement en compte par l'analyse économique, en particulier pour les projets et équipements à long et très long terme. Or, dans le domaine du développement durable et des choix énergétiques correspondants, l'horizon des conséquences des choix est à 20, 30, 50 ans ou même plus. L'adage "sur le très long terme nous serons tous morts" ne peut plus être utilisé, du fait du devoir de solidarité entre générations qu'implique la recherche du développement durable, en particulier en ce qui concerne la réduction du risque de changement climatique.

La limitation de l'analyse économique classique est en particulier évidente sur les points suivants:

2. Un calcul économique classique est limité à un horizon d'une génération (30 ans). Il ignore donc complètement les phénomènes de rentes et de fardeaux pour les générations futures résultant des choix énergétiques actuels. Or les investissements en énergies renouvelables sont d'une part susceptibles de créer des rentes et d'autre part peu suspects de générer des fardeaux futurs du fait de leur absence de rejets, de déchets et de problèmes de démantèlement (en tablant bien sûr sur le remplacement du déboisement dans les pays en développement pour obtenir du bois de feu par une utilisation moderne et rationnelle de la biomasse). Les exemples suivants sont éclairants:

- Les grands aménagements hydroélectriques consentis en France après la seconde guerre mondiale sont maintenant amortis puisqu'ils avaient été décidés il y a plus de 30 ans par les pouvoirs publics à l'encontre des économistes qui démontraient alors avec "raison" qu'une solution "tout charbon" était plus rentable à court terme. Ils produisent donc maintenant avec un coût du kWh très faible (de l'ordre de 0,03 à 0,13 FF représentant les frais d'exploitation et d'entretien-maintenance), et la différence de ces coûts de production avec ceux des centrales thermiques génère une "rente hydroélectrique" qui doit être de l'ordre de 6 à 9 GFF/an. Utilisée jusqu'à présent uniquement par le secteur électrique, une partie de cette rente devra être dorénavant affectée aussi à des actions d'aménagement du territoire. Cumulée sur des générations, on voit le rôle stratégique qu'elle peut jouer, à condition que, comme toutes les rentes elle ne soit pas dilapidée, mais affectée à des investissements utiles à long terme. Il serait en particulier judicieux d'inclure dans ces investissements des sommes pour la recherche, le développement et l'aménagements des filières d'énergies renouvelables amenées à prendre le relais de l'hydroélectricité en France, par exemple l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Ces deux filières pourront à leur tour générer des rentes; les aménagements de base des sites éoliens (routes, connexion au réseau, fondations, tours...) peuvent recevoir plusieurs générations de rotors et de pales. L'architecture solaire intégrale, associant à une haute efficacité énergétique une conception bioclimatique, un chauffage par plancher solaire direct à basse température et des parties d'enveloppe pour accueillir des modules photovoltaïques, peut elle aussi recevoir des équipements solaires successifs sur deux ou trois générations d'occupation. 

- Quant aux énergies fossiles carbonées, dans l'hypothèse où nous ne consentirions pas à améliorer substantiellement notre efficacité énergétique ni à leur substituer rapidement des énergies renouvelables, leur utilisation actuelle à grande échelle reporte sur les générations futures le fardeau financier de cette amélioration et de cette substitution, ainsi que celui, infiniment plus lourd, de l'adaptation au changement climatique éventuel.

C) Coût de production du kWh, coût de mise à disposition, coût du service rendu

La rentabilité des filières énergétiques ne peut se résumer au coût de production d'une tep ou d'un kWh. La mise à disposition de cette énergie implique des infrastructures de transport et de distribution. Or, par exemple dans le cas de l'électricité, il s avère que seule une petite partie de ces coûts est prise en charge par les prix de l'électricité payés par l'abonné. La collectivité, notamment dans le cas de l'électrification rurale, prend en charge la plus grande partie de ces coûts de mise à disposition. Les énergies renouvelables utilisables localement, qui pourraient réduire les coûts d'extension et de renforcement de réseaux, se trouvent dans une situation de concurrence déloyale si des mécanismes compensateurs ne sont pas prévus. En France, un tel mécanisme vient d'être mis en place: une tranche spécifique de 100 MF du FACE (fonds d'amortissement des charges d'électrification) sera consacrée en 1995 à la promotion et au financement de projets d'énergies renouvelables et d'efficacité énergétique pour éviter des extensions ou des renforcements de réseaux. Une telle démarche serait applicable à une échelle infiniment plus grande dans les pays en développement, l'extension des réseaux électriques interconnectés étant embryonnaire et son expansion à toutes les populations rurales posant des problèmes de financement immenses, alors que le recours à des énergies renouvelables (petites usines hydroélectriques, biomasse, éoliennes sur des réseaux ilôtés, électrification photovoltaïque pour les besoins domestiques et les écarts) serait moins coûteux.
 
 

Le calcul des coûts de la production d'électricité par des énergies renouvelables obéit aux mêmes règles que les solutions classiques; on cernera ainsi séparément les coûts d'investissement, les coûts d'exploitation et les coûts d'entretien-maintenance.

A l'exception des centrales thermiques utilisant un combustible issu de la biomasse, l'une des caractéristiques communes de la production d'électricité par énergies renouvelables est de faire appel à un gisement "gratuit": soleil, vent, eau.

Aussi la structure de coûts du kWh produit par des énergies renouvelables présente une part importante pour les frais d'amortissement des investissements, une part nulle pour les frais de combustibles (à l'exception des centrales utilisant la biomasse) et une part très faible ou moyenne pour les frais d'exploitation et d'entretien-maintenance.

Cette structure est tout à fait différente de celle du kWh produit par des combustibles fossiles (centrales thermiques à flamme et groupes électrogènes) où les frais dus à l'amortissement de l'investissement sont faibles alors que les frais de combustible et d'exploitation-maintenance sont prépondérants.

L'importance des coûts d'amortissement de l'investissement initial rend les filières d'énergies renouvelables plus sensibles aux taux d'actualisation que les solutions plus gourmandes en coûts de fonctionnement (par ex. diesel avec le prix du combustible). Choisir des taux d'actualisation faibles revient à privilégier le long terme, ce qui doit être le rôle des pouvoirs publics pour les investissements de base comme l'électrification. L'intérêt général et la justice sociale sont donc bien en phase avec la promotion de solutions qui privilégient le long terme comme la production d'électricité par énergies renouvelables.

L'amortissement à annuités constantes "A" d'un investissement initial "I" sur une durée de "n" annees à un taux d'intérêt annuel 't%" est donné par la formule:

Si l'on fait intervenir par ailleurs:
- Le coefficient de charge annuel "Fc" défini comme le rapport entre l'énergie annuelle réellement produite et l'énergie productible si la centrale électrique avait produit continûment toute l'année (soit 8760 heures par an) à sa puissance nominale;
- le ratio "Iup" défini par le rapport entre l'investissement initial et la puissance nominale de la centrale électrique;
- les ratios "KA" et "KEM" définis respectivement par les rapports entre "A" et "I" et entre les dépenses annuelles d'exploitation-maintenance et "I".

Le coût global actualisé "C" du kWh électrique produit, hors frais de combustibles, s'exprime alors par la relation suivante:

La relation ci-dessus peut être utilisée pour établir des abaques de détermination graphiques du coût global actualisé du kWh produit par une centrale ou un générateur électrique d'une technologie donnée en fonction du ratio de coût d'investissement "Iup", du facteur de charge "Fc" (ou d'un paramètre représentatif du gisement solaire et éolien disponible) et des conditions de financement ou d'amortissement (durée et taux d'actualisation).

On trouvera à la figure 3 un exemple d'abaque relative à l'énergie éolienne, bien représentative d'une filière dont les baisses de coûts ont été rapides et dont les perspectives d'application à grande échelle sont importantes:

Il y a moins de quinze ans, au démarrage industriel de cette filière au Danemark et en Californie, le prix du kWh fourni était supérieur à 0,9 FF. Sur un bon site éolien, avec une vitesse de vent de 7,5 m/s à la hauteur du moyeu, on voit en figure 3 que le coût est maintenant de 0,45 FF/kWh, valeur déduite des éléments de coût et de performance du projet de 2 MW opérationnel depuis septembre 1993 à Port-La-Nouvelle dans le sud de la France. Sur ce même site, avec des machines disponibles d'ici 5 ans et légèrement améliorées, on voit que le coût de production sera de 0,28 FF/kWh. Cette valeur a été confirmée dans le cadre de l'étude du Ministère de l'industrie français sur les coûts de référence de l'électricité à l'horizon 2003. 

De cette étude, il ressort que les centrales nucléaires produiraient un kWh à 0,25 FF, et les centrales thermiques à flamme un kWh variant de 0,29 à 0,37 FF. Compte tenu que les progrès de productivité et les baisses de coût des aérogénérateurs vont encore s'amplifier avec la montée en puissance du parc installé (la puissance éolienne en Europe était de 1,2 GW en 1993, et les perspectives pour 2005 sont de 4 à 5 GW), l'énergie éolienne s'avérera être rapidement l'une des filières de production d'électricité des plus propres et des plus rentables. 

Il est donc aisé de pronostiquer que l'énergie éolienne sera le pétrole azuré du 21e siècle, avec un rythme de développement mondial de 1995 à 2095 du type de celui constaté pour la houille blanche de 1895 à 1995 (soit une croissance de la production de 3,5 TWh/an à plus de 2200 TWh/an en seulement trois générations).

Le cas de l'électricité photovoltaïque est intéressant à analyser. Comme on peut le voir à la figure 5, les centrales photovoltaïques couplées au réseau fournissent un kWh à un coût supérieur à 2 FF, même sur un site très ensoleillé:

Sur le plus long terme (années 2010 à 2015) le coût du kWh sur un très bon site pourra descendre entre 0,7 et 1F, ce qui rendra économiquement intéressants les investissements pour la fourniture d'électricité de pointe en zone très ensoleillée et sur tout le concept de toits photovoltaïques.

Dans ce dernier cas, comme on peut le voir sur la figure 6, un petit générateur photovoltaïque relié au réseau (de 2 à 5 kWc) peut fournir tout ou partie des besoins annuels en électricité d'une famille reliée au réseau en se substituant partiellement à des consommations en basse tension, donc à un prix relativement élevé.

Figure 6

Dans le cas de générateurs photovoltaïques pour sites isolés, le surcoût dû aux batteries et à leur remplacement tous les 7 ans mène à un coût du kWh (plus de 11 F actuellement) qui ne peut pas se comparer au coût du kWh sur réseau. A terme de 5 à 10 ans ce coût du kWh pourra descendre aux alentours de 5 à 8 FF, ce qui représente déjà une compétitivité améliorée par rapport aux groupes diesel de petite puissance en sites isolés et par rapport aux extensions de lignes électriques pour desservir des abonnés en zones rurales peu denses. Mais on va voir ci-dessous que l'enjeu n'est plus alors de raisonner en compétitivité du kWh, mais d'élargir la comparaison à la compétitivité du service rendu.

Ce qui compte pour un utilisateur, en particulier lorsqu'il n'a pas accès à l'électrification classique par extension des réseaux de distribution, ce n'est pas le nombre de kWh disponibles mais la qualité et la quantité de services énergétiques fournis: intensité et durée d'éclairage, heures de télévision, nombre de litres d'eau pompée par jour, qualité et volume de froid pour la conservation des aliments ou des vaccins.

Il est évident que par une utilisation rationnelle et efficace de l'énergie, en choisissant notamment des appareils à haute efficacité énergétique (par exemple des lampes à fluorescence plutôt que des lampes à incandescence qui consomment 5 fois plus d'électricité à éclairage égal), on aura accès à une plus grande quantité de services énergétiques pour une quantité donnée d'énergie.

Cette démarche de synergie entre la production propre et sûre d'énergie en ayant recours aux énergies renouvelables et son utilisation rationnelle et efficace est déjà couramment mise en pratique dans le cas des systèmes photovoltaïques en sites isolés. Ainsi on peut voir à la figure 7 que même avec de petits générateurs photovoltaïques (souvent appelés kits photovoltalques) on peut assurer le confort de base en électricité spécifique correspondant aux aspirations des milliards de personnes dans le monde encore condamnées à l'usage de la lampe àpétrole, de piles hors de prix pour la radio, et privées de la possibilité d'alimenter un petit poste de télévision.

Figure 7

Systématiser cette démarche de synergie, d'une part entre la production propre et sûre d'énergie (en ayant recours aux ressources locales et renouvelables que constituent les différentes formes d'énergie solaire), et d'autre part entre l'utilisation sobre et efficace de cette énergie, c'est ce que l'on peut qualifier de démarche complète de maîtrise de l'énergie, déjà citée et décrite à la figure 2. Son application permet d'élargir les zones de compétitivité des énergies renouvelables, en particulier pour l'électricité domestique, comme on le voit à la figure 8:

Cette démarche est valable à la fois dans les pays industrialisés et dans les pays en développement, comme décrit à la figure 9, simplement le sens de la démarche est inversé:

- Dans les zones rurales des pays en développement (et très marginalement dans les zones encore isolées des pays industrialisés), l'enjeu, du fait de l'absence quasi généralisée dans ces zones d'infrastructures de production et de distribution d'énergie, est d'abord d'avoir recours aux énergies locales et renouvelables (là aussi principalement d'origine solaire) puis d'utiliser rationnellement et efficacement cette énergie pour obtenir le plus possible de services utiles à la société et aux citoyens.
 
 

C'est ce qui est schématisé à la figure 10:

B. CHABOT, "Analyse économique des filières d'énergie solaire", Sommet Solaire Mondial, UNESCO, Paris, juillet 1993.