L’énergie solaire et éolienne sont indispensables pour construire un avenir à faibles émissions de carbone. Cependant, leur production d’électricité ne correspond pas toujours aux besoins, notamment lors des pics de consommation ou des périodes sans soleil ou vent. Alors que l’intégration des sources renouvelables dans les systèmes énergétiques devient la règle, la gestion de leur capacité intermittente sera essentielle pour garantir la stabilité et la fiabilité du réseau électrique.
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Si l’énergie solaire et éolienne sont si propres et en abondance, pourquoi ne pas simplement les utiliser pour remplacer les combustibles fossiles ?
Malgré la chute spectaculaire de leurs coûts et la croissance rapide de leur déploiement, ces sources présentent un défi fondamental : elles ne produisent de l’électricité que lorsque le soleil brille ou que le vent souffle. À moins de repenser la gestion des systèmes électriques, l’intermittence de ces ressources compromettra la progression vers la décarbonisation.
Qu’est-ce que l’intermittence et pourquoi survient-elle ?
L’intermittence, en termes énergétiques, désigne la fourniture variable d’électricité par certaines sources — c’est-à-dire, une production qui ne peut pas être ajustée à la demande en permanence, mais uniquement lorsque les conditions sont favorables.
Contrairement à une centrale à gaz ou à charbon, qui peut augmenter ou diminuer sa production selon la consommation, une éolienne ou un panneau solaire ne fonctionne que dans des circonstances particulières. Une centrale solaire ne produit rien la nuit, ou en cas de ciel nuageux ou d’hiver, la production étant grandement réduite. De même, les éoliennes peuvent passer du plein régime à zéro en quelques heures si le vent faiblit ou change de direction. Cette dépendance météorologique constitue la base de l’intermittence : la puissance issue des énergies renouvelables fluctue quotidiennement et selon les saisons, de manière souvent déconnectée des besoins incessants en électricité de la société.
Les caractéristiques physiques de l’énergie solaire et éolienne expliquent cette variabilité.
L’énergie solaire suit un cycle diurne clair : la production augmente le matin, atteint un pic vers midi, puis chute à zéro la nuit. Même à midi, une nuée passagère peut faire baisser temporairement la production solaire. Les nuages légers peuvent réduire la production d’environ 24 %, tandis que de fortes couches nuageuses peuvent réduire celle-ci jusqu’à 67 %. La production solaire est également très saisonnière : en été, les longues journées ensoleillées génèrent beaucoup plus d’électricité qu’en hiver, lorsque les journées sont courtes et souvent couvertes. Par exemple, au Royaume-Uni, la production solaire en décembre ne représente qu’environ 20 % de celle de mai ou juillet.
De même, la production éolienne dépend des schémas atmosphériques changeants. Certaines saisons ou régions sont plus venteuses que d’autres, par exemple avec un vent plus fort en hiver et la nuit que lors des journées d’été. Cela peut compenser les variations solaires, car souvent quand le soleil baisse, le vent se renforce, et vice versa. Cependant, ces deux sources peuvent aussi échouer simultanément. La “dunkelflaute” (terme allemand signifiant « mélancolie sombre ») est un phénomène redouté dans le Nord de l’Europe. Il s’agit d’un autre système de haute pression apportant un ciel couvert et un vent faible pendant l’hiver, incapable de produire suffisamment d’électricité à la fois à partir du vent et du soleil. Bien que rare, cet événement montre qu’il ne faut pas actuellement compter uniquement sur les énergies renouvelables sans solutions de secours.
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Exemples concrets des défis d’intermittence des renouvelables
Les périodes de faible production renouvelable ont déjà mis à l’épreuve les réseaux électriques.
Par exemple, la Californie, dont le réseau est fortement orienté vers le solaire, a connu en août 2020 une vague de chaleur exceptionnelle. La demande en climatisation a grimpé en flèche, et en fin de journée, le réseau a dû lancer des coupures d’électricité tournantes. Si le solaire avait fourni une quantité importante d’électricité durant la journée, celle-ci a disparu dès le coucher du soleil, alors que la demande pour la climatisation restait élevée. Certains experts ont souligné qu’un stockage accru de batteries aurait pu éviter cette panne en conservant l’énergie solaire absorbée dans la journée pour la restituer après la tombée de la nuit. La Californie a depuis accéléré ses investissements dans de vastes parcs de batteries pour renforcer la fiabilité du réseau le soir venu.
L’Allemagne, quant à elle, offre un cas d’étude hivernal sur l’intermittence. En novembre 2024, une longue période de dunkelflaute a frappé l’Europe centrale, avec un ciel gris en permanence et peu de vent. Pendant plusieurs jours, les millions de panneaux solaires et d’éoliennes allemands ont produit très peu d’électricité. Au cours de la première semaine de novembre, les énergies renouvelables n’ont fourni qu’environ 30 % de la consommation électrique, le reste étant couvert par des centrales à combustibles fossiles et des importations d’autres pays européens.
Les analyses indiquent que ce type de phénomène est fréquent à cette période de l’année. Une étude du Service météorologique allemand a révélé qu’en moyenne, deux fois par an, la production éolienne et solaire chute en dessous de 10 % de la capacité totale, durant une période d’environ 48 heures. Pendant ces épisodes, le réseau doit s’appuyer sur des sources de secours ou sur des réserves stockées. Heureusement, l’Allemagne a évité tout blackout durant cette dunkelflaute en mobilisant ses centrales à gaz et en utilisant les interconnexions européennes pour importer de l’électricité.
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Pourquoi l’intermittence compromet-elle la fiabilité du réseau ?
L’intégration à grande échelle d’énergies dépendant du climat modifie fondamentalement le fonctionnement des réseaux électriques. Ceux-ci nécessitent un équilibre constant entre l’offre et la demande, en temps réel.
Traditionnellement, cet équilibre était assuré par des générateurs contrôlables — centrales à charbon, à gaz ou hydroélectriques — que l’on pouvait faire monter ou descendre selon les besoins. Avec l’énergie intermittente, cette maîtrise est beaucoup plus limitée : lorsqu’il n’y a pas de soleil ou de vent, le réseau doit rapidement trouver des sources alternatives ou réduire la consommation pour éviter la surcharge ou la chute de tension. Cela complique la conception et la gestion du système électrique, une situation qui n’était pas aussi critique auparavant.
Une difficulté majeure réside dans la gestion des fluctuations rapides de l’offre et de la demande. Par exemple, lorsque la production solaire atteint son maximum en milieu de journée, la charge résiduelle sur d’autres générateurs diminue brusquement, imposant une réduction soudaine de leur production. Le fameux « duck curve » californien illustre parfaitement cette problématique : la courbe de la demande nette montre une chute importante en milieu de journée suivie d’une remontée brutale en fin d’après-midi. La capacité du réseau à réagir rapidement est essentielle pour éviter des épisodes de surcharge ou de coupures lorsque le soleil se couche ou que le vent faiblit.
En outre, le maintien de la stabilité du réseau (fréquence et tension) devient plus complexe. Les centrales traditionnelles, avec leurs turbines en rotation, fournissent une inertie — un « amortisseur » naturel qui stabilise la fréquence. Les panneaux solaires, ainsi que de nombreux éoliennes modernes connectées via des convertisseurs, ne contribuent pas à cette inertie. Une proportion élevée de renouvelables rend le réseau plus sensible aux déséquilibres, car il dispose de moins de résistance physique face aux variations rapides de fréquence.
Les études montrent qu’un pourcentage accru d’énergies renouvelables réduit l’inertie globale du système, nécessitant des stratégies de réponse plus rapides pour maintenir la fréquence et la tension. Les réserves d’énergie à réponse rapide, comme les batteries, deviennent essentielles pour gérer ces fluctuations, tout comme l’amélioration des prévisions pour anticiper au mieux les variations de production renouvelable.
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Comment garantir la fiabilité dans un réseau alimenté par des énergies renouvelables ?
Plusieurs solutions, déjà en place ou encore en développement, permettent d’atténuer les inconvénients de l’intermittence et de renforcer la stabilité du réseau.
Les batteries, en particulier les batteries lithium-ion, jouent un rôle de premier plan. Installées à grande échelle, elles peuvent absorber l’excès d’électricité lors des pics de production renouvelable et la restituer lorsque la production baisse. Ainsi, de vastes parcs de batteries peuvent stocker l’énergie solaire de la journée pour la redistribuer après le coucher du soleil.
Les coûts de ces batteries ont fortement diminué, rendant cette stratégie économiquement viable pour équilibrer le réseau à court terme (sur une heure ou quelques heures). Les feuilles de route énergétiques visant la neutralité carbone s’appuient largement sur l’expansion du stockage par batteries pour gérer la variabilité horaire et quotidienne des renouvelables, tout en maintenant la stabilité du réseau.
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Une autre approche consiste à moduler la demande pour mieux répondre à l’offre variable.
Les systèmes de réponse à la demande encouragent les consommateurs — qu’il s’agisse de grosses industries ou de ménages — à décaler leur consommation électrique vers des périodes où l’énergie renouvelable est abondante ou à réduire leur usage lors de pics de demande. Cela peut passer par des incitations financières ou des signaux automatisés : par exemple, offrir des réductions pour faire fonctionner certains appareils ou charger une voiture électrique en journée plutôt qu’en soirée. Ces stratégies aident à lisser les pics et à rendre la gestion du réseau plus aisée face à une production fluctuant selon la météo.
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Une autre solution consiste à augmenter la connectivité des réseaux à l’échelle géographique.
En reliant plusieurs régions par de hautes lignes à haute tension, il devient possible d’échanger de l’électricité dans des zones favorisées lorsque d’autres subissent des périodes de faible production. Si un secteur est en calme ou dans l’obscurité, il peut importer de l’énergie d’un endroit où l’offre est forte. En Europe, par exemple, des interconnexions transfrontalières permettent aux pays de pallier leurs déficits en puisant dans les surplus de partenaires voisins.
Une étude du Service météorologique allemand a montré qu’à l’échelle du continent européen, ces interconnexions réduisent considérablement la fréquence des événements de très faible production renouvelable : ce qui représentait deux incidents par an en Allemagne seul n’arrive plus qu’à 0,2 incident en moyenne lorsque tous les pays sont considérés.
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Pour gérer aussi les épisodes d’intermittence prolongée, durants plusieurs jours ou semaines, les chercheurs innovent en stockant l’énergie excédentaire sous forme de carburants chimiques. Par exemple, l’électricité en surplus lors d’une semaine venteuse peut alimenter des électrolyseurs produisant de l’hydrogène vert à partir de l’eau. Ce gaz est ensuite stocké dans des réservoirs ou sous terre pour être reconverti en électricité lors de périodes prolongées de faibles ensoleillement ou de vent faible. L’hydrogène ainsi stocké constitue une solution de stockage à long terme, permettant de combler des trous saisonniers dans l’approvisionnement.
D’autres technologies émergentes incluent des batteries à flux, le stockage d’énergie par air comprimé pour plusieurs heures, ou encore des systèmes d’intelligence artificielle pour prévoir plus précisément les variations à venir.
Enfin, maintenir une part d’énergie déployée rapidement mais sans émission de carbone, comme l’hydroélectricité durable, la géothermie ou même le nucléaire, peut compléter le mix énergétique pour assurer la fiabilité du système. À terme, l’adoption d’un ensemble cohérent de solutions est essentielle pour surmonter le défi de l’intermittence.
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Ce qui nous attend
Il ne sera pas possible de remplacer simplement toutes les centrales à combustibles fossiles par des énergies renouvelables sans transformer en profondeur le réseau électrique. La variabilité de l’éolien et du solaire remet en cause le modèle traditionnel de conception de nos systèmes électriques, longtemps fondé sur une fourniture constante et contrôlable.
La transition vers un énergie renouvelable requiert donc plus que l’installation d’éoliennes et de panneaux solaires : elle demande un réseau flexible capable de s’adapter en temps réel aux fluctuations de la production.
Heureusement, la route est déjà en partie balisée. Les technologies de stockage par batteries, la gestion flexible de la demande, les interconnexions transfrontalières et les innovations dans le stockage à long terme, comme l’hydrogène vert, façonnent un futur où il sera possible de concilier abondance renouvelable et sécurité d’approvisionnement. Ces solutions ne sont pas miraculeuses, mais elles posent les bases d’un système énergétique plus propre et plus résilient. La réussite de cette transition dépend de l’intégration efficace de ces innovations dans le réseau durant les décennies à venir.
