Plan de transformation de l’économie française : focus sur l’industrie

La fiche présentée sur cette page est un document de travail. Elle fait partie de l’État d’avancement du Plan de transformation de l’économie française (PTEF) du think tank The Shift Project. C’est le premier jalon du travail annoncé le 6 mai 2020, qui a pu être initié grâce au succès de sa campagne de financement participatif – merci aux plus de 3700 donateurs !

  • La fiche présentée traite d’un sujet parmi une vingtaine, qui sont intriqués les uns aux autres et donnent ensemble une vision globale, systémique de l’économie française. Les autres fiches sont disponibles sur le site internet* du Shift Project. Nous y décrivons l’économie telle qu’elle pourrait être après une transformation visant à la décarboner et la rendre plus résiliente (à un choc pétrolier, au changement climatique…), secteur par secteur et selon des thématiques transversales (l’emploi, l’énergie, les matériaux…).
  • Cette Vision globale – de l’économie actuelle, du chemin de transformation et de l’économie après transformation – reste à parfaire, à compléter et à débattre. D’une part, la Vision globale_V0 devra être consolidée en une vraie V1. D’autre part, pour devenir « le Plan », elle devra être complétée par des propositions de mesures opérationnelles. Ces mesures devront permettre d’amorcer une trajectoire de transformation pour décarboner nos activités au bon rythme, et rendre la société résiliente aux chocs. Construire, secteur par secteur, ces propositions, par une mobilisation des acteurs concernés : cela sera l’objet de la prochaine phase du projet PTEF, qui débutera à l’automne 2020.
  • Vos retours sur le travail déjà accompli sont les bienvenus. En vue de publier fin septembre 2020 une version consolidée de ce travail (la Vision globale_V1), nous menons durant cet été une (petite) consultation (merci aux Shifters). Nous vous invitons à y répondre : rendez-vous sur ce formulaire en ligne pour nous faire part de vos retours (anonymes).
  • Votre contribution est possible pour la suite du travail. Elle pourra être sectorielle, transversale, ou porter sur la valorisation et vulgarisation du travail. Pour les plus motivé×es d’entre vous, rendez-vous sur cet autre formulaire en ligne pour proposer votre contribution.

Secteurs et chantiers du PTEF

I- Le secteur Industrie lourde, manufacturière et déchets dans le PTEF

1-  Périmètre

Le secteur industrie lourde dans le plan de transformation regroupe les filières extractives, de première transformation et manufacturière. Elle comprend toutes les chaînes de production du territoire et tend à avoir une vision d’ensemble des chaînes de valeur dont sont issus les biens consommés et utilisés en France.

L’industrie lourde est considérée comme la partie la plus amont de nos activités, puisqu’elle établit le lien entre nos secteurs économiques et les ressources non-énergétiques leur étant directement ou indirectement nécessaires. Cette partie du système de production est traitée notamment au travers de trois secteurs principaux :

  • L’acier (l’un des flux dimensionnant dans le travail de rebouclage),
  • Le ciment (l’un des flux dimensionnant dans le travail de rebouclage et objet d’un travail plus approfondi sur la filière elle-même),
  • La chimie (l’un des flux dimensionnant dans le travail de rebouclage et objet d’un travail plus approfondi sur la filière elle-même).

L’industrie manufacturière est considérée comme l’interface entre les flux de matières de l’industrie lourde et les autres secteurs de l’économie. L’ambition étant de construire une vision générale sur cet ensemble de filières multiple et hétérogène, les questions liées aux biens sont traitées au travers de deux grands axes :

  • La filière de production de batteries, dont l’exemple permet de comprendre comment les besoins des secteurs de l’économie en transformation appellent de nouveaux impératifs de production pour l’industrie.
  • La structuration des filières de recyclage et de réemploi, au travers desquelles apparaissent les principales questions à soulever pour construire une véritable stratégie de gestion de nos biens.

Le présent document rassemble les directions de transformation générales ayant été construite à ce stade. Il a vocation à donner la vision d’ensemble qui se dessine pour l’appareil productif français une fois devenu résilient, en soulignant les considérations systémiques qui y sont attenantes. Trois documents complémentaires ont été également produits :

  • Filière Ciment – un travail complémentaire est mené sur la filière de l’industrie lourde cimentière, afin d’en faire apparaître les axes de décarbonation principaux, ainsi que les alternatives de sobriété à réfléchir notamment en lien avec les transformations portées dans le secteur du bâtiment.
  • Filière Chimie – un travail complémentaire est mené sur la filière de l’industrie lourde chimique, afin d’en faire apparaître les axes de décarbonation principaux, ainsi que les alternatives de sobriété à réfléchir notamment en lien avec les transformations portées dans le secteur du recyclage et du réemploi.
  • Filière Batterie – un travail complémentaire est mené sur la filière de production de batteries, afin d’illustrer les axes.

Les conclusions ici présentées ne sont donc pas exhaustives et n’épuisent en rien les sujets essentiels liés à la transformation de notre système industriel, mais elles dressent les directions principales à explorer, les limites des leviers technologiques, les interactions avec les transformations des autres secteurs et la méthodologie à adopter pour être en mesure de dimensionner les filières de production qui permettent la résilience des autres secteurs.

2- Interactions avec les autres secteurs

L’industrie se doit de remplir deux missions au sein du PTEF :

  • Permettre la transformation : l’appareil productif doit être en mesure de produire les biens nécessaires à tous les autres secteurs de l’économie, dont les services, les usages et les infrastructures ont été transformés pour devenir résilients.
  • Assurer sa propre résilience : les chaînes de valeur de l’industrie doivent être rendues intrinsèquement résilientes. L’industrie se doit de comprendre quelles sont les vulnérabilités de ses activités, comment les amoindrir ou les contourner, notamment en se rendant capable de produire les biens nécessaires tout en diminuant ses émissions propres.

3- Organisation des travaux

Le groupe de travail « Industrie lourde, manufacturière, recyclage et déchets » a été piloté par :

  • Baptiste Andrieu
  • Eric Bergé
  • Maxime Efoui-Hess
  • Denis Gasquet

Les conclusions ici présentées s’appuient sur un important travail de bibliographie et de croisement de bases de données (produites par les associations professionnelles françaises et internationales ainsi que par la sphère académique) complété par une série d’audition d’acteurs des secteurs traités, afin d’y inclure une première critique opérationnelle.

Afin de gérer le degré très important d’interaction avec les autres secteurs du PTEF, plusieurs séries d’auditions et d’échanges ont été menées, afin de construire une cohérence globale entre systèmes de production et secteurs économiques reposant sur les biens produits.

 

II-  Notre point de départ : le système productif français

L’industrie en France représente 13,3% des emplois (INSEE 2020), 20 % des émissions annuelles de GES (I4CE 2020, CITEPA 2019) et sa valeur ajoutée brute représente 12% du PIB du territoire français (INSEE 2020).

Les gaz à effet de serre émis par le secteur de l’industrie sont pour 77% du CO2, pour 20% des HFCs et les 3% restants sont du N2O et autres gaz (CITEPA 2019), pour un total de 95,4 MtCO2eq.

Figure 1- Répartition sectorielle des émissions sur le territoire Français (I4CE 2020, CITEPA 2019)

Note : Afin de ne pas représenter d’émissions négatives, les émissions dues à l’utilisation des terres, changement d’affectation des terres et foresterie (-31,9 Mt CO2eq) n’ont pas été représentées sur ce schéma, les émissions annuelles de la France hors utilisation des terres étant de 464,6 Mt CO2eq.

Ces émissions viennent pour 46% des procédés eux-mêmes et pour 54% de la combustion de carburants pour produire de l’énergie. Ces consommations d’énergie et émissions de procédés peuvent être regroupées en une dizaine de secteurs (figure 2, figure 3).

Figure 2- Répartition sectorielle de la consommation d’énergie de l’industrie (Eurostat 2019, CITEPA 2019)

Note : le total de consommation d’énergie est de 26,5 Mtep, correspondant à 51,4 Mt CO2eq.

Figure 3- Répartition sectorielle des émissions dues aux procédés industriels (CITEPA 2019)

Note : le total est de 43,9 Mt CO2 eq

L’importance des infrastructures et des intrants physiques supportant les activités industrielles en fait un secteur dont les vulnérabilités face aux risques physiques sont plurielles et conséquentes. L’appareil productif étant la colonne matérielle de l’intégralité de notre économie, il est indispensable d’en assurer la résilience de manière concrète et stratégique.

Les acteurs industriels sont familiers de la gestion des risques associés à leurs infrastructures et intrants. Ainsi les propositions de ce plan de relance visent-elles à s’appuyer sur cette capacité de réflexion et d’organisation stratégiques, dans le but de construire une résilience nationale.

Ses vulnérabilités face aux risques physiques sont plurielles, conséquentes et internationales (99% des minerais métalliques, 100% du minerai de fer et 53% de l’acier consommé en France en 2017 ont été importés (0017)).

III- Le chemin proposé par le PTEF, une vision de long terme

  • La vision long terme que nous dressons pour l’industrie après transformation n’est pas encore déterminée de manière opérationnelle et précise, mais s’organise autour de trois grandes directions :
    • Une industrie qui connaît ses réalités et flux physiques,
    • Une industrie manufacturière qui permet la production des biens toujours nécessaires aux autres secteurs,
    • Une industrie lourde ayant déployé ses solutions technologiques afin de réduire autant que possible ses émissions incompressibles, et ayant diminué ses volumes de production de manière à répondre aux demandes essentielles des autres secteurs sans sortir des trajectoires impératives de décarbonation.
  • Comme annoncé dans le chantier d’urgence publié le 6 mai dernier, l’industrie transformée sera en mesure de cartographier ses dépendances aux flux de matières, de comprendre comment son activité leur est liée et de lister les points de vulnérabilité qui en découlent (en termes de risques sur l’approvisionnement, de vulnérabilité face à une nécessité de diminuer les émissions et la dépendance énergétique). L’exercice consiste en une activité de « rebouclage », qui consiste à synthétiser les demandes en matières des autres secteurs de l’économie afin de comprendre les charges de production qui sont imposées par les transformations des secteurs. Les travaux permettront ensuite de traduire ces demandes en points de vigilance pour l’industrie, une fois replacées dans les flux nationaux et leurs origines géographiques.
  • L’industrie lourde sera une industrie dont la décarbonation aura été construite en rendant économiquement viable les leviers technologiques étant déjà aujourd’hui à un état de maturité suffisant (procédés de production du ciment, développement de l’acier recyclé, CCUS[1]) et en diminuant les volumes de production. Elle sera en mesure de répondre aux besoins de l’économie transformée tout en limitant ses volumes de manière à ce qu’ils n’engendrent pas des émissions qui soient supérieures aux seuils imposés. Limiter les volumes de biens de premières transformation issus de l’industrie lourde (acier, ciment, chimie etc.) se structure de concert avec des changements de méthodes de production dans les secteurs aval, par exemple dans les normes de construction en ciment, par des changements de normes de production de biens comme les voitures rendues plus légères, mais également par des changements organisationnels en aval sur les biens de grandes consommation comme les emballages (dont les volumes doivent être réduit et le recyclage développé). Les leviers technologiques permettront de compenser les émissions incompressibles du secteur industriel, c’est-à-dire les émissions dues aux procédés physiques de production, qui sont inévitables pour une production donnée.
  • Les limites physiques des leviers technologiques, dont le CCUS, permettront de dimensionner l’effort de sobriété à effectuer. Dit autrement, les émissions qui ne pourront être évitées grâce aux leviers technologiques purs impliqueront une diminution des volumes de production qui les engendrent. L’industrie de notre économie transformée aura ainsi arbitré les productions à préserver au vu des limites physiques qui s’imposent, tout en permettant aux autres secteurs d’assurer leurs fonctions essentielles.
  • À ce stade d’avancement, nous avons pu :
    • Lister les enjeux de décarbonation principaux de deux filières lourde de manière détaillée : la filière Ciment et la filière Chimie (voir fiches dédiées). Pour chacune d’entre elle, nous avons pu identifier les leviers technologiques aujourd’hui suffisamment matures pour être déployés dans les dix ans à venir sous certaines conditions. Leurs limites physiques et organisationnelles nous ont permis d’évaluer leur potentiel de réduction des émissions d’ici 2025 et d’ainsi mesurer l’amplitude à donner aux mesures de sobriété pour respecter les impératifs de réduction de 20 % des émissions du secteur en 5 ans.
    • Effectuer une première cartographie des interactions essentielles entre les secteurs de l’économie et les flux de matières de l’industrie lourde. Nous avons pu identifier les interactions essentielles entre les leviers de sobriété des secteurs et les productions de l’industrie lourde (comme évoqué dans les paragraphes précédents, par exemple, le lien entre la réduction des volumes de ciment et l’évolution des normes et rythme de construction). La cartographie n’est à ce stade pas complète, les besoins des autres secteurs doivent encore être déterminés de manière exhaustive et définitive.
    • Identifier la question de la sécurité d’approvisionnement des intrants nécessaires à la transition comme cruciale. L’exercice de rebouclage sur les matières (voir partie dédiée dans cette fiche) permettra de quantifier les besoins en matières des secteurs économiques, et une étude de la diversité des sources d’approvisionnement sera menée pour mesurer la résilience des chaînes d’approvisionnement.

1-  Une industrie de première transformation résiliente

  • Les cycles d’investissement et de déploiement des leviers technologiques et organisationnels dans l’industrie lourde ne permettent pas de se placer sur la bonne trajectoire dans les années à venir (les détails de ces analyses sont disponibles pour les filières chimie et ciment, dans leurs fiches dédiées). C’est ce constat, additionné à celui des limites physiques des mesures technologiques elles-mêmes, qui implique la mise en place de leviers de sobriété, qui sont des changements de pratiques dans les secteurs aval (par exemple, la limitation de la construction neuve et le recours au bois dans le secteur du bâtiment).
  • La filière ciment (détails disponibles au sein de la fiche dédiée)
    • Les leviers technologiques pour la filière ciment concernent la décarbonation des procédés de production : pour la production du clinker et notamment diminution du contenu carbone du mix des combustibles, pour la production du ciment notamment en réduisant la part de clinker nécessaire, déploiement des solutions CCUS.
    • La stratégie pour assurer l’effort de sobriété nécessaire à atteindre le bon ordre de grandeur de diminution des émissions devra être élaborée en collaboration avec les secteur du bâtiment : il s’agit de substituer le ciment par d’autres matériaux dont notamment le bois (le référentiel Energie-Carbone (E+ C-) peut catalyser le développement de l’écoconception), favoriser la rénovation tout en baissant la construction neuve et mettre en place une modification des normes de construction.
  • La filière chimie
    • Les leviers technologiques pour la filière chimie quant à la décarbonation des procédés de production lui permettent des diminutions d’émissions non-négligeables : diminution du contenu carbone du mix de combustibles, leviers sur les intrants et feedstocks, déploiement des solutions CCUS etc.
    • La stratégie pour assurer l’effort de sobriété nécessaire à atteindre le bon ordre de grandeur de diminution des émissions devra être élaborée en collaboration avec les secteurs de l’agriculture et du recyclage : les diminutions de volumes de production de la filière chimie sont rendus possibles par une agriculture moins dépendantes des engrais de synthèse (et donc de la chimie minérale qui les produit) ainsi que par une politique de diminution des volumes d’emballages produits et non-recyclés.

Ces interactions avec l’agriculture et la filière recyclage ne sont à ce stade pas quantifiées, bien que les directions qualitatives aient été construites de concert.

  • La filière acier
    • Le principal levier technologique déployé dans le PTEF pour la filière acier repose sur le développement de la filière électrique. Basée sur le recyclage de l’acier (fours à arc électrique), elle permet de produire un acier dont les émissions directes sont inférieures à celles de l’acier de hauts fourneaux (The Shift Project, 2017). Le développement de la filière de recyclage de l’acier en France permet non seulement de diminuer les émissions de procédés mais également la dépendance de la filière aux importations, l’acier recyclé sur le territoire devenant un gisement exploité.

C’est grâce à un effort industriel fort et piloté que le déploiement de la filière électrique devient possible : collecte intensive de l’acier recyclé et gestion de la charge supplémentaire créée sur le système électrique français ne sont possibles qu’au travers d’une stratégie impliquant les différents acteurs concernés.

  • La stratégie pour assurer l’effort de sobriété nécessaire à atteindre le bon ordre de grandeur de diminution des émissions devra être élaborée en collaboration avec les secteurs notamment de la mobilité : la conception d’une voiture individuelle sobre, notamment, tend à faire diminuer la demande en acier.

D’autres secteurs utilisant l’acier, comme le bâtiment, participent à dimensionner la demande. Le travail d’évaluation de la demande venant de ces secteurs a été entamé dans l’exercice de rebouclage sur les matières (voir partie dédiée dans cette fiche).

2- Une production manufacturière cohérente avec la transition

  • L’industrie manufacturière est plurielle et interconnectée non seulement avec les systèmes extérieurs (elle permet de produire les biens utilisés dans tous les secteurs de l’économie) mais aussi en son propre sein (les biens produits dans une première filière manufacturière interviennent dans la production et chaînes de valeur des autres filières). Dimensionner une industrie manufacturière qui soit résiliente, donc, c’est :
    • D’une part comprendre comment elle répond aux nouvelles exigences des secteurs après transformation,
    • D’autre part être capable de replacer ses activités dans le cadre des contraintes appliquées à l’appareil industriel, notamment lourd.
  • L’industrie manufacturière décrite par notre Plan est l’interface entre l’industrie lourde et les autres secteurs économiques. C’est-à-dire qu’elle permet de produire les voitures, les vélos, les batteries, les infrastructures, les smartphones etc. qui seront ensuite utilisés pour par exemple construire la mobilité du futur résilient, des usages sobres ou encore des systèmes énergétiques compatibles avec les impératifs de transition.
    • La partie « Focus batterie » disponible en annexe de la présente fiche met en œuvre, afin de l’illustrer et à titre d’exemple, la méthodologie que nous avons construite pour traduire les demandes des secteurs de l’économie en besoins de production, afin à terme d’établir une cartographie des flux de matières concernés, de leurs évolutions au cours de la transformation et des points de vigilance à avoir pour parvenir à réaliser la transformation complète de l’économie.
  • Pour respecter les impératifs de limites sur les flux physiques, il sera nécessaire de limiter les volumes de production de certains biens. C’est ce qu’appelleront certains leviers de sobriété. Diminuer les volumes de biens produits tout en continuant d’assurer les services nécessaires passe par des réflexions sur les usages prioritaires et sur les biens nécessaires dans les autres secteurs économiques (voiture plus sobres, écoconception des biens, durabilité des biens de grande consommation etc.). A usages constant, diminuer les volumes de biens produits passe par l’allongement de la durée de vie des biens et des matériaux. Deux solutions, pour cela : le recyclage et le réemploi. Il s’agit donc de maximiser la durée de vie des biens produits et de développer les filières permettant d’exploiter les gisements de matières que représentent les biens en fin de vie.

Il est bien entendu nécessaire de compléter ces deux grands axes de politique industrielle avec des impératifs de conception, afin de dimensionner de la manière la plus sobre possible les biens que nous produisons.

  • Augmenter la durée de vie des biens (réemploi, réutilisation) est le premier axe d’amélioration à développer pour la gestion de nos biens. Augmenter les capacités de nos filières de réparation et reconditionnement (pour 326 Mt de déchets en France en 2017 et 2,5 Mt de biens ménagers collectés, seuls 40 % de biens sont réemployés ou réutilisés (ADEME, 2019)) permet de diminuer notre dépendance aux intrants en matières premières (énergétiques et non-énergétiques), en limitant le nombre de biens produits et en favorisant la production de pièces détachées par exemple. Cela ne peut se faire qu’en rendant économiquement rentable et compétitif les activités de réparation, qui souffrent aujourd’hui du déséquilibre du prix de la main d’œuvre face au prix de l’énergie et des ressources consommées (qui permet de produire puis d’importer des biens sur de longues distances pour des coûts moins importants qu’une production locale). Rendre compétitif la réparation permettra ainsi de développer des filières à forte valeur ajoutée en terme de main d’œuvre, tout en diminuant les impacts matériels (émissions carbonées, consommation d’énergie et de ressources) de nos biens et équipements.
  • Développer notre filière de recyclage, c’est augmenter la capacité de notre industrie à exploiter les gisements de matières que représentent nos déchets. C’est le second axe d’amélioration à développer pour la gestion de nos biens.

Aujourd’hui, 15 % des intrants français en matières premières transformées proviennent du recyclage (ADEME, 2019). Or, comme évoqué pour les filières acier (filière électrique) et chimie (emballages), la mise en place d’infrastructures de recyclage performantes permet de diminuer les impacts des filières auxquelles elles sont liées.

  • Structurer une véritable filière de l’« après-première vie »
    • Dans la vision long terme du PTEF, les deux axes, réutilisation et recyclage, se développent et se structurent au sein d’une véritable filière de l’après-première vie. Créer une filière cohérente, c’est mettre fin à la concurrence d’acteurs dont l’objectif commun est de diminuer notre dépendance aux flux de matières extérieurs. Créer une interaction pilotée entre ces acteurs, c’est nous rendre capable de structurer une véritable stratégie cohérente de gestion de nos biens et de nos déchets.
    • Les deux filières sont aujourd’hui asymétriques et en concurrence : la filière recyclage est une filière structurée et forte d’infrastructures logistiques d’échelle industrielle, contrairement à la filière de réutilisation qui repose sur des structures généralement moins importantes (en 2017, il existe en France 6700 entreprises pour le secteur du réemploi et 34 000 ETP dont 85 % relèvent de l’ESS (ADEME, 2019)). C’est ce constat qui justifie de construire une politique industrielle claire qui permettra de dimensionner et structurer une véritable « filière de l’après-première vie » à la hauteur des enjeux de sobriété. Cette filière s’appuie sur les infrastructures logistiques et la puissance industrielle des filières de recyclage aujourd’hui déjà déployée sur le territoire, tout en y associant la galaxie déjà présente de gisements d’activités liés au réemploi (d’emploi, d’implantations locales et territoriales, de savoir-faire, d’apports sociaux et sociétaux indirects etc.).
    • Piloter de la filière est indispensable pour en assurer la cohérence et le succès : il est indispensables de comprendre comment choisir l’importance donnée à nos différentes alternatives (réemploi, réparation, recyclage) selon les objectifs de toutes les filières concernées, en amont (vers l’industrie lourde) comme en aval (vers l’industrie manufacturière) Pour illustration : la nécessité de réduire les emballages plastiques pour permettre aux filières lourdes pétrochimiques de se placer sur la bonne trajectoire de réduction des émissions ne peut se faire sans poser les questions liées à la place des emballages verre et des mécanismes de consigne. Or aujourd’hui, les acteurs de l’industrie lourde, du recyclage et du réemploi n’ont pas la possibilité de s’organiser selon une trajectoire qui prendrait en considération leurs différentes trajectoires et leviers afin de les agencer, de la manière la plus efficace pour l’économie nationale.
    • Cette filière doit être intégrée dans une stratégie industrielle nationale claire et quantifiée, qui permet d’ensuite laisser les échelons territorial et local assurer sa traduction en dynamiques opérationnelles pertinentes (collecte des déchets et des biens, infrastructures logistiques liées aux consignes, réseaux de réparation, formations professionnelles etc.). Les emplois générés sont de très nombreux types, puisqu’ils balayent le spectre professionnel allant de la réalisation opérationnelle (réparation, reconditionnement, collecte, nettoyages et réemplois etc.) à la structuration de filière (structuration d’investissements, développement de modèles économiques, innovation de procédés, structurations logistiques, construction d’infrastructures, pilotages stratégiques etc.).
  • À ce stade d’avancement, nous avons pu :
    • Effectuer une première cartographie des filières, des typologies d’acteurs les structurant.
    • Identifier la nécessité d’évaluer et quantifier les investissements nécessaires au développement et à la structuration d’une filière complète et cohérente. Evaluation que nous n’avons pas réalisée à ce stade.
    • Identifier l’utilité de cartographier les flux de déchets du territoire, afin de comprendre comment les orientations choisies sur la gestion de nos volumes de déchets pourra influer sur les activités des autres secteurs (disponibilité en déchets pour valorisation énergétique, diminution de la demande en production de biens pour les secteurs manufacturiers etc.), ce de la manière la plus quantitative possible.

IV-              Rebouclage sur les consommation de matières premières

1-  Nécessité d’un rebouclage

  • Le secteur de l’industrie doit non seulement réussir sa propre transition mais également rendre possible la transition des autres secteurs. Il faut en particulier pouvoir produire les matières premières nécessaires aux différents secteurs. Il existe un lien bijectif entre production de matières premières et consommation d’énergie. Le risque est donc que la transition crée un pic de demande en matières premières et par conséquent un pic des émissions de CO2 au moment précis où ces émissions devraient diminuer drastiquement.
  • Il convient alors d’anticiper ces besoins et de vérifier qu’il y a une cohérence entre les trajectoires des différents secteurs et les impératifs de décarbonation de l’industrie. La contrainte de sobriété étant incompatible avec une augmentation des consommations de matières premières, des questions d’usages concurrentiels apparaissent. Des arbitrages seront alors nécessaires pour trouver les meilleurs compromis. Le chantier de « Rebouclage matières » du PTEF a précisément pour ambition d’identifier ces usages concurrentiels.
  • Des auditions des principaux secteurs consommateurs de matières premières ont été effectuées : énergie, industrie automobile, mobilité quotidienne, mobilité longue distance, bâtiment individuel, bâtiment collectif, bâtiment tertiaire, agriculture, forêt, frêt et industrie du numérique. L’objectif est d’étudier les flux dimensionnant de matières à partir de l’évolution prévue des usages de ces secteurs (nombre de voitures, nombre de nouveaux m2 construits, nombre de m2 rénovés, etc.) et des intensités matières (quantité d’acier par véhicule, quantité de ciment par surface construite, etc.).
  • Trois rebouclages ont pu être effectués : énergie, bâtiment résidentiel et moyens de transport. Les autres secteurs seront étudiés par la suite afin d’obtenir une vision systémique des différentes utilisations de matières premières et des usages concurrentiels identifiés.

2- Rebouclage énergie

a.   Points méthodologiques

  • Le secteur de l’énergie a établi plusieurs variantes d’évolution de mix d’ici 2050 et post-2050.
  • Ces variantes d’évolution n’ont à ce stade qu’un seul but : non pas de proposer un mix plutôt qu’un autre comme une meilleure option technologique, mais d’évaluer les consommations en matériaux que requiert l’évolution du système électrique pour la construction des installations de production.
  • L’objectif consiste à établir des bilans matières du système électrique, et constater si c’est dimensionnant ou non par rapport à la demande globale de ces matériaux (les matériaux évalués sont le béton, l’acier et le fer, l’aluminium, et le cuivre). Ceci à plusieurs titres : en régime établi en fin de transition (après 2050, sous une forme modélisée de régime établi), et pendant la transition elle-même (2020-2050). En plus d’évaluer le caractère dimensionnant ou non pour un mix donné, de façon absolue, on pourra aussi comparer des mix entre eux, de façon relative.
  • La méthodologie, les hypothèses et les limites de cet exercice sont explicitées en annexes.
  • Il y a trois classes de variantes : classe A, où le mix reste similaire au mix actuel avec une part de nucléaire équivalente, le charbon en moins (mix « AcSansCharbon ») ; classe B, où le nucléaire descend aux alentours de 10% en 2050, avec pour mix 2050 un mix basé sur le mix « Watt » du Bilan prévisionnel 2017 de RTE ; classe C, où le nucléaire baisse à 46% en 2035 avec un mix basé sur le mix « Ampère » du Bilan prévisionnel 2017 de RTE, puis reste identique ensuite. Les classes sont ensuite modulées par la durée de fonctionnement du nucléaire : A.1 = classe A, durée 40 ans ; A.2 = classe A, durée 50 ans ; A.3 = classe A, durée 60 ans (le principe est le même pour les classes B et C).

b.   Résultats

  • Dans les résultats sur les demandes matières, nous ne prenons volontairement pas en compte l’hydraulique. En effet, nous n’avons pas de données sur la façon dont se fait l’entretien des capacités existantes, certainement beaucoup moins intensif en matières que lors la construction. Cela ne pose pas beaucoup de problèmes, pour les comparaisons du moins, car les capacités hydrauliques étant aujourd’hui plus ou moins saturées, il ne peut pas y avoir sensiblement plus de constructions dans une variante que dans une autre.
  • Pour illustrer le principe, voici l’évolution du mix dans la variante B.2, et l’évolution en conséquence des installations en construction :

  • On constate le caractère cyclique des constructions : la charge de construction n’est pas bien répartie dans le temps et entraîne des hauts et des bas.
  • Pour illustrer également le propos, voici à quoi ressemble les consommations en béton pour cette même variante (B.2) (la ligne la plus haute représente les besoins totaux, les autres lignes sont les besoins par filière) :

Régime établi, consommations moyennes

  • Ci-après, les consommations moyennes annuelles en régime établi (agrégées, hors hydraulique) :
   

Demande moyenne annuelle sur un cycle

Classe de variantes

Renouvellement nucléaire

Béton (Mt)

Acier et fer (Mt)

Aluminium (Mt)

Cuivre (Mt)

AcSansCharb

40 ans (A.1)

1,375

0,298

0,012

0,008

50 ans (A.2)

1,224

0,278

0,012

0,008

60 ans (A.3)

1,124

0,265

0,012

0,008

Watt

40 ans (B.1)

3,964

1,046

0,069

0,035

50 ans (B.2)

3,942

1,044

0,069

0,035

60 ans (B.3)

3,927

1,042

0,069

0,035

Ampère

40 ans (C.1)

3,123

0,752

0,047

0,025

50 ans (C.2)

3,025

0,739

0,047

0,024

60 ans (C.3)

2,960

0,731

0,047

0,024

 

  • Pour évaluer l’importance de ces consommations et comprendre quelles recommandations de planification peuvent être extraites de ces résultats, il sera nécessaire de les mettre en regard des consommations globales en matières premières de l’économie nationale. C’est en replaçant ces résultats dans le travail de cartographie des flux de matières, évoqué plus tôt dans cette fiche, que l’exercice permettra de formuler des constats quantifiés sur les directions à prendre ou non pour la transformation.

Pics de consommation (en transition et en régime établi)

  • Les pics pendant la transition sont du même ordre de grandeur que ceux que l’on peut avoir ensuite en régime établi (les années avec les consommations maximales), quelle que soit la variante. Ils sont même inférieurs dans le cas des variantes de la classe A, ce qui est normal car le mix reste identique tandis que la demande augmente légèrement.
  • Les pics font parfois un peu plus du double de la consommation moyenne en régime établi. Ceci est dû au fait que tel qu’actuellement modélisé, les installations sont souvent renouvelées de manière très concentrées dans le temps pour une filière, au lieu de bien répartir sur la durée. L’importance des pics au regard des consommations annuelles de la société pour les matériaux étudiés soulève donc l’importance de bien répartir les constructions dans le temps pour que la consommation instantanée soit toujours au voisinage de la consommation moyenne et limite la pression sur les besoins en matériaux. (L’apparition de pics de construction est problématique pour les consommations matières, mais également d’un point de vue industriel, car cela représente alors pour les filières des périodes de pertes de compétences, et des besoins en emplois instables.) Cette répartition dans le temps appelle donc à une planification à l’avance des constructions.
  • Tout comme pour les consommations moyennes, les pics sont plus importants pour les variantes avec beaucoup d’ENR et peu de nucléaire.
  • Les consommations sont plus étalées dans le cas des variantes B, puis C, puis A : car plus il y a d’ENR, plus le renouvellement est fréquent, les durées de fonctionnement étant plus courtes que pour le nucléaire ; mais cela est aussi dû au fait que le nucléaire n’est pas bien étalé dans le temps dans ce modèle.

3- Rebouclage bâtiment résidentiel

  • En partant de l’évolution de la construction neuve et de la rénovation, le secteur bâtiment individuel a pu conclure sur les besoins en matières premières entre 2019 et 2050 avec un pic au plus fort de la transition. Ces résultats sont regroupés dans le tableau 1 ci-dessous.
 

2019

2050

PIC

 

kt/an

kt/an

kt/an

Béton

50157

11456

48164

   dont ciment

6076

1393

5835

Métaux

1008

272

1015

    dont acier

947

248

936

Verre

134

73

211

Plastiques

430

186

554

Laines minérales

123

180

506

Isolants Biosourcés

40,6

254,3

460,2

Bois

1153,7

258,3

1499,7

Plâtre et enduits

1819,4

526,5

1934,7

Terre cuite et céramiques

3512

530

3302

Tableau 1 – Besoins en matériaux bâtiment résidentiel (source : secteur bâtiment du PTEF)

  • La quantité de ciment utilisé passe de 6076 kt/an en 2019 à 1393 kt/an en 2050 avec un pic inférieur à la consommation de 2019. Cela signifie que la consommation de ciment peut décroître dès aujourd’hui pour ce secteur avec un objectif de baisse de 77% en 30 ans. La consommation de ciment du secteur du logement représente 33% de la consommation totale (18,6 Mt en 2018, SFIC 2019). La transition de ce secteur permet donc de réduire de 23% la consommation totale de ciment.
  • La quantité d’acier utilisé est elle réduite de 74% entre 2019 et 2050. La consommation d’acier en France en 2017 était de 28560 kt (worldsteel 2018) donc la quantité utilisée pour les bâtiments résidentiels ne représente que 3% du total.
  • Les rebouclages pour les bâtiments tertiaires et les travaux publics n’ont pas encore été effectués mais une démarche similaire sera menée.

4- Rebouclage transport

  • Pour le secteur du transport, un calcul des besoins en matières premières a pu être effectué et les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous.

 

2019

2050

Acier

2426 kt

1669 kt

Cuivre

45 kt

93 kt

Aluminium

393 kt

383 kt

Autres métaux

349 kt

333 kt

Verre

130 kt

89 kt

Plastique

737 kt

505 kt

 

  • La quantité d’acier consommé annuellement pour produire les véhicules devrait donc diminuer de 31% selon la trajectoire du plan.

5- Bilan

  • L’approche utilisée est une approche « bottom-up » : partir des infrastructures pour arriver aux consommations totales de matériaux. Pour s’assurer du bon fonctionnement de cette méthode pour prédire les besoins en 2050, il conviendra de comparer les résultats avec une approche « top-down » actuelle, en utilisant les grands secteurs de consommation des matériaux. Il s’agira également de prendre en compte les importations et exportations de matières premières et de produits finis pour s’assurer de la cohérence des calculs
  • Les résultats des rebouclages préliminaires sur l’énergie, le bâtiment résidentiel et le transport posent le premier jalon d’un travail de rebouclage de plus grande ampleur qui aura lieu dans la suite de l’élaboration du plan.

V-  Potentiels des leviers technologiques

  • Chiffrage, odg – Ciment : les leviers de décarbonation du ciment sont maintenant bien connus et permettraient selon Cembureau (Cembureau 2020) de réduire les émissions de CO2 par tonne de ciment de 2,6%/an entre 2017 et 2020.
  • Systémique, choix : d’ici à 2025, ce taux de décarbonation ne semble pas réaliste au vu de l’inertie du secteur et le besoin de nouvelles normes concernant le ciment et le béton. The Shift Project estime que le gain grâce aux leviers techniques à court terme ne serait que de 0,8%/an tant que les conditions (normes, coûts carbone) ne seront pas réunies pour accélérer le développement du potentiel total de ces leviers.

CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage) – Séquestration géologique du dioxyde de carbone :

  • Chiffrage, odg :
    • Investissements de l’ordre de 1 G€ pour une installation d’une capacité de capture de 1 MtCO2e/an actuellement.
    • Capacité aujourd’hui installée dans le monde : 37,1 MtCO2/an (GCCSI 2019)
  • Systémique, choix : le CCUS est mûr techniquement mais très intense en capitaux et avec des incertitudes sur les capacités de stockage. Trois questions se posent:
    • 1) le financement: sans taxe carbone le financement à l’échelle industrielle sera difficile   
    • 2) problème d’organisation de l’offre (pratique: où sont les zones de stockages, ou juridique: qui a la responsabilité du stockage et des fuites éventuelles)
    • 3) quelles sont les priorités si les capacités de stockage sont limitées

Sobriété :

  • Les leviers technologiques et organisationnels permettant de diminuer les émissions des procédés et chaînes de valeurs à volumes de production de biens équivalents ne suffisent pas à atteindre un niveau de diminution des émissions qui soit suffisant pour répondre aux impératifs de résilience carbone. L’économie rendue possible par notre Plan est ainsi construite à l’aide de leviers de sobriété dans les usages, c’est-à-dire de manières de consommer qui permettent de diminuer les volumes de production tout en préservant les usages et services essentiels.
  • Chiffrage, odg ciment : The Shift Project estime que les efforts en sobriété pour le secteur du ciment doivent être de l’ordre de 2,7%/an sur la période 2020-2025, pour un total de 14% (cf. focus ciment)

Annexe 1 – un focus de l’industrie lourde : filière ciment

1-  Le secteur Industrie lourde – filière ciment dans le PTEF

  • Le secteur Ciment est la clef de voûte d’une filière « béton » beaucoup plus large.
  • La filière béton, ce sont 10 milliards d’Euros de chiffre d’affaires, 2600 entreprises et 40000 emplois directs (SNBPE 2016, SFIC 2019, ECOCEM 2019, UNPG 2011)
  • L’aval du ciment est le béton sous deux formes principales :
    • Prêt l’emploi (BPE) : 36M de m3 (circa 80MT) (SNBPE 2016)
    • Préfabrication (béton industriel) : 20 MT (SFIC 2016)
  • Cette filière béton consomme également environ 40% des 400MT de granulats produits en France.
  • Avec 16,5 MT produites en 2018 (2,2 milliards de CA), la production de ciment concentre à elle seule la quasi-totalité des émissions de CO2 de cette « filière béton ». Avec des importations de 2,8MT et des exports de 0,9MT, la consommation 2018 est de 18,5MT (SFIC 2019).
  • Le secteur Ciment strict est très concentré : 4 acteurs principaux sont des firmes internationales regroupées ‘instance de représentation : SFIC, syndicat français de l’industrie cimentière).
  • Le secteur Ciment est impacté par les deux activités principales :
    • Bâtiment : 62% (neuf et rénovation)
    • Le TP (travaux publics) pour 38%.

2- Notre point de départ

  • La production du ciment a deux grands types d’intrants :
    • La matière première venant de carrières : calcaire et argile
    • L’énergie sous deux formes principales :
      • des combustibles pour la cuisson (1450°) du clinker : environ 3900 MJ/t de clinker, très stable depuis 10 ans (GNR 2020)
      • l’électricité pour la préparation du cru et le broyage du clinker et des ajouts
    • Les émissions de CO2 de la production du ciment sont synthétisées dans le tableau ci-dessous.

Indicateur

Chiffrage

Unité

Intensité carbone du clinker

823

kg CO2 / t clinker

Intensité carbone du ciment

633

kg CO2 / t ciment

Production de clinker

11 410 101

t clinker

Production de ciment

14 949 566

t ciment

Total émissions CO2

9 784 332

t CO2

Tableau 1 – Données françaises de production de ciment (GNR 2020)

  • Ces 9,8 Mt CO2 représentent 3% des émissions de CO2 françaises (2,3% du total de gaz à effet de serre) (CITEPA 2019). Pour connaître l’impact total, il faudrait aussi prendre en compte l’extraction des matières premières ainsi que l’électricité utilisée dans les cimenteries, ce qui augmenterait un peu ce bilan.
  • Les émissions des importations (2MT/an) ne sont pas comptées dans ces chiffres.
  • La profession communique sur les émissions nettes : ce sont les émissions brutes diminuées des émissions de combustibles alternatifs qui sont de deux sortes : des déchets et de la biomasse. Cette dernière (passée de 9% en 2000 à 20% des combustibles en 2017) sera comptée dans les leviers de réduction de CO2 par The Shift Project.
  • Avec 613kg de CO2/tonne de ciment, la France est très proche de la moyenne de l’Union Européenne (637 kg selon les données GNR).

3- Estimation du potentiel de décarbonation des leviers technologiques d’ici 5 ans

  • Au total, en France le secteur s’est décarboné de 45% depuis 1990 et de 27% depuis 2010 (GNR 2020), essentiellement par la baisse de la demande de ciment due à la forte baisse de l’activité de construction (bâtiment et Travaux Publics) en particulier après la crise de 2008 : de 24MT consommées en 2008 à 18,4MT en 2018 (-23%)
  • Par contre, la baisse des émissions par tonne de ciment produite est bien plus modeste et en ralentissement depuis 2010
    • Depuis 1990 : -2,3% par an en net mais -1% par an en brut
    • Depuis 2010 : -1% par an en net mais -0,6% par an en brut
  • L’amélioration des combustibles a été le gros facteur de progrès (GNR 2020) :
    • l’intensité carbone du fuel mix (CO2/MJ) est passée de 93 en 1990 à 83 en 2010 puis 72 en 2017
    • Mais pas de progrès notables en GJ/t : 3900 (vs 3,100 au Japon), fait déjà constaté dans bien d’autres publications.
    • L’amélioration du ratio clinker/ciment a été très faible depuis 2010 : le marché consomme toujours à 80% du CEM I et II, les ciments “classiques” les plus intensifs en carbone.
  • L’industrie cimentière est guidée par la mise en place à compter de 2021 des nouveaux quotas de l’EU ETS (marché européen des quotas d’émission). Si la plupart des cimentiers ont eu un effet d’aubaine les années passées, en raison d’un excès de quotas par rapport à la demande du marché (suite à la crise de 2008), la plupart des acteurs France sont plutôt acheteurs nets et que le nouveau système de la phase IV de l’EU ETS entraîne une baisse de 2,2%/an des quotas gratuits.
  • Les leviers d’actions sont maintenant bien connus, et se retrouvent dans toutes les publications (IAE, Cembureau, les rapports de sociétés cotées etc.)
  • L’industrie européenne en général et les acteurs industriels individuellement se reconnaissent dans les travaux et publications de Cembureau.
  • La nouvelle feuille de route de Cembureau (mai 2020) affiche une forte ambition pour ses membres :
    • À 2030 : un gain de -2,6%/an, ce qui constitue une accélération énorme par rapport à la tendance des 7 dernières années (-0,6%/an)
    • À 2050 : la poursuite de la même tendance de -2,6%/an à laquelle pourrait s’ajouter le levier du CCUS (carbone capture Storage and usage) qui pourrait effacer les derniers 280Kg de CO2/t.

 

  • Les leviers d’action sont tous techniques, soit interne à la filière, soit en amont (tri de matières premières recyclées) soit en aval (redesign du mix béton voire redesign du bâtiment pour consommer moins de béton) et ils touchent 5 niveaux (voir détail annexe)
    • Le clinker
    • Le ciment
    • Le béton (concrete) : évolution du mix design
    • La construction : évolutions de l’usage du béton dans la construction
    • Le CCUS (carbon capture usage and storage) : techniquement faisable mais nécessiterait un coût du CO2 bien plus élevé pour justifier les investissements (par prévu avant 2030).
  • À volume constant, la baisse prévue par Cembureau (2,6%/an) ne permet pas de tenir le -3,7%/an nécessaire pour assurer l’objectif de réduction des émissions de -20% entre 2017 et 2025 fixé dans le cadre du PTEF:

→ Il manque structurellement 1%/an pour tenir la trajectoire.

  • Par ailleurs, notre évaluation est qu’entre 2017 et 2025, les émissions à la tonne de ciment ne baisseront pas de plus de 1%/an et contre 2,6%/an affiché par Cembureau.
  • L’accélération sur les leviers classiques permettent en effet maintenir le -0,6%/an et un effort en France supérieur à Cembureau sur le combustible biomasse (50% au lieu de 30% dans la progression) pourrait permettre de tendre vers -0,8%/an au global, à condition que cette ressource soit suffisamment disponible (point qui fera l’objet d’un bouclage ultérieur dans le cadre du PTEF).
  • Pour les autres leviers, au potentiel de -1,6%/an, un travail sur les normes ciment et béton est en cours mais faute de décision rapide et compte tenu des délais probables de mise en œuvre (dans un secteur de la construction au cycle lent), l’impact à 2025 sera très faible.
    • Le plus probable est que ces leviers commenceront à agir à partir de 2025.
    • Il faut donc 1,6%/an d’économies carbone supplémentaires d’ici 2025 pour être sur la trajectoire Cembureau.
  • À volume de ciment constant (vs 2017), l’effort de sobriété qui serait alors à fournir serait de l’ordre de 2,7%/an soit un effort cumulé de 14% sur la période 2020-2025.

4-  Quels leviers pour décarboner plus vite et se mettre sur la bonne trajectoire ?

  • A court terme, seule une accélération radicale des normes ciment et béton débouchant opérationnellement dès 2021 pourrait changer la donne pour limiter le besoin de sobriété à 1%/an.
    • Il faudra une action politique extrêmement forte et urgente sur les normes
  • A défaut, les -2,7%/an manquants ne pourront être réalisés que par une forme sobriété:
    • Substitution: le béton remplacé par un matériau alternatif comme le bois pour certains usages. Cela peut se produire avec l’arrivée du référentiel E+C- qui marque une étape majeure dans l’écoconception des bâtiments (voir fiche secteur bâtiment). Une telle évolution dépendra des modalités de mise en œuvre. Vu les délais d’adaptation de la filière construction, il est peu probable que cela ait un impact significatif d’ici 2025.
  • Sobriété : comment baisser la construction neuve et favoriser la rénovation : cf. fiches secteurs logement et urbanisme
    • N à volume de travaux (Euros) équivalent, on utilise 3 à 4 fois moins de ciment en rénovation qu’en neuf.
    • Plusieurs facteurs dont la faiblesse de la construction neuve au Royaume-Uni (malgré une population équivalente) permettent à ce pays d’afficher une consommation de ciment de moins de 150 Kg par habitant, contre 238 Kg en France.

5- La filière ciment après transformation

  • Le ciment (4500 emplois directs) ne représente que 10% des emplois de la filière : la fabrication du béton (sans même compter les granulats) est très riche en emploi locaux et non délocalisables. La préfabrication est encore plus riche que le BPE, car elle remplace une partie de la main d’œuvre sur chantiers.
  • La situation de l’emploi dans la filière est globalement la suivante :

Tableau 2 – Emplois dans la filière ciment-béton

Sources : Ciment – SFIC 2019 ; BPE – SNBPE 2016 ; Préfabriqué – FIB 2020 ; Granulat BPE – UNPG 2011

 

  • La première menace pour le ciment lui-même est le risque de délocalisation (en particulier du clinker) : au-delà de l’emploi, c’est une vulnérabilité stratégique majeure pour la France. Les cimentiers réclament une protection aux frontières de l’UE pour éviter les “fuites carbones”, sujet depuis longtemps en débat à Bruxelles.

Cette demande de protection est logique. Se pose la question de ses contreparties pour l’industrie européenne du ciment :  suppression des quotas ETS gratuit pour faire monter les prix du ciment et encourager les investissements ?

  • La décarbonation limitée aux leviers techniques (ciment et mix béton) ne sera pas coûteuse en emploi : elle devrait avoir un impact limité dans le secteur du ciment (si l’on évite les fuites carbone aux frontières de l’UE), et n’affectera pas le BPE et la préfabrication, très riches en emploi.
  • Une décarbonation par substitution (ex : remplacement d’une partie du béton par d’autres matériaux comme le bois), il faudra regarder le bilan net.
  • En revanche, la décarbonation par la sobriété serait destructrice d’emplois dans le secteur. La sensibilité « emploi » du secteur peut être facilement illustrée à l’aune de la crise de 2008 (voir « Eléments complémentaires »).
    • La sensibilité emploi de l’aval (BPE/Préfa) est plus grande que celle du ciment lui-même.
    • Une estimation grossière donne un coefficient multiplicateur d’emploi pour la filière autour de 0,7.
    • Un effort de sobriété de l’ordre de 14% (pour retrouver la trajectoire -20% à 2025) pourrait ainsi se solder par une perte brute d’emploi de 10% soit environ 4 000 emplois directs.

6- Eléments complémentaires

 

Source : SFIC 2017

 

 

Source : SFIC 2019

 

Source : GNR 2020

 

Source : GNR 2020

 

Source : GNR 2020

 

 

Source : GNR 2020

 

Feuille de route de Cembureau (2020)

Source : Cembureau 2020

 

Evaluation Shift des leviers efficaces à l’horizon 2025 :

Source : hypothèses The Shift Project 2020, d’après Cembureau 2020

 

 

Sensibilité emploi de la filière : impact de la crise de 2008-2018

  • Hypothèses The Shift Project,
  • D’apès Ciment – SFIC 2019 ; BPE – SNBPE 2016 ; Préfabriqué – FIB 2020 ; Granulat BPE – UNPG 2011

 

 

 

Benchmark Europe sur consommation de ciment et émissions de CO2 :

 

 

Annexe 2 – un focus de l’industrie manufacturière : filière de production de batteries

1-  Le secteur Industrie Manufacturière – filière Batterie dans le PTEF

  • Le focus batteries dans le plan de transformation concerne tous les recours à l’utilisation de batteries dans le futur décrit par le PTEF.
  • Ce secteur inclut les activités professionnelles reliées à la production de batteries et au raffinage de matières premières.
  • Le secteur batterie est indispensable à la transition et ne peut pas être pensé isolément dans une démarche de transformation de l’économie :
    • La production de batteries est indissociable de la production et l’utilisation d’appareils ayant recours aux batteries : appareils numériques, véhicules électriques, stockage d’énergie etc.
    • Les batteries utilisées en France sont en majorité produites hors de nos frontières et importées une fois assemblées depuis des pays comme la Chine. Les matières premières sont extraites dans des mines puis importées en majorité en chine ou elles sont raffinées puis transformées en produits finis (Joint Research Center, 2018).
    • L’évolution du secteur batterie dans le cadre du PTEF se calque sur l’évolution de la mobilité, les batteries utilisées pour la mobilité représentent une large majorité du volume de batteries produites.
    • Les batteries utilisées pour la mobilité électrique aujourd’hui sont en majorité des batteries lithium-ion, la production de ces batteries fait appel à l’utilisation de métaux rares dont l’approvisionnement est critique. Plusieurs métaux sont particulièrement critiques et leur approvisionnement dimensionnera les capacités de production de batteries lithium ion (le cobalt par exemple).
    • Dans le cadre du PTEF, le secteur batterie se calque sur l’évolution des batteries lithium ion utilisées pour la mobilité électrique
  • L’équipe du focus batteries a interagi avec les autres secteurs du PTEF afin d’établir des tendances dans l’évolution du recours aux batteries. L’équipe a aussi participé aux chantiers de mise en cohérence des flux d’énergie et des flux de matière.

 

2- Dimensionnement d’une filière pour la résilience …

  • Les besoins en batteries de l’économie transformée :
    • 3 secteurs sont particulièrement concernés par la production et l’utilisation de batteries : Le numérique dont les terminaux ont recours à des batteries de petites tailles au chargement rapide, le système électrique qui peut être amené à utiliser des batteries pour équilibrer la production et la consommation en électricité à chaque instant, en fonction des mix de production proposés, La mobilité qui a recours aux batteries pour les véhicules particuliers électriques, les vélos à assistance électrique, les Bus électrique etc.
    • Dans le PTEF, le secteur dont l’évolution est la plus déterminante pour le dimensionnement de la filière batterie est la mobilité.

 

  • Actuellement le secteur batterie n’a pas d’industrie en France et importe la grande majorité des batteries sous forme de produits finis. Les batteries sont aujourd’hui produites en grande majorité en Chine (Joint Research Center, 2018). Les matières premières constituant ces batteries sont extraites hors de la France (République démocratique du Congo ou Chine pour le Cobalt) et raffinées en Chine (Joint Research Center, 2018). 
  • Nous estimons la consommation actuelle de batteries pour les besoins de mobilité en France à 1,5 GWh/an. Cette estimation se fonde sur la capacité moyenne d’une batterie de voiture électrique vendue en France en 2017, de 41 KWh[2] (correspondant à un poids d’environ 200 kg et à une autonomie moyenne de 220 km) (International Energy agency, 2019) et sur le nombre de ventes de voitures électriques particulières, de 27 000/an auquel on ajoute les ventes de vélos à assistance électrique (environ 400 000/an[3]).
  • La demande en véhicules issue de la mobilité après transformation mène à une demande en véhicules correspondant à une consommation de 300 t de cobalt, nécessaire à la fabrication des batteries[4].
  • A titre de comparaison, selon l’IAE, la production mondiale de batterie s’élevait en 2018 à 100 GWh/an avec 15 kt de cobalt. En 2017, 160 Kt de cobalt ont été extraites mondialement. (Joint Research Center, 2018). D’après cette dernière source, il sera possible d’extraire en 2030 240 Kt/an de cobalt dans un scénario optimiste.
  • La transformation de l’industrie automobile par le PTEF implique une augmentation très importante de l’utilisation de la voiture électrique, passant de 27 000 voitures vendues chaque année à plus d’1 million en 2050 (avec une capacité moyenne de batterie de 50 Kwh de capacité, pour 250 km d’autonomie). En parallèle, l’ensemble du parc de véhicules utilitaires légers (VUL), et de bus (urbains) s’électrifie, ce qui représente alors une demande d’environ 350 000 VUL électriques par an.
  • La transformation de la mobilité quotidienne par le PTEF implique également une multiplication par près d’un facteur 4 de la production de vélos à assistance électrique par rapport à aujourd’hui, et la massification des 2 roues électriques légers (1,4 millions de véhicules vendus annuellement).
  • Le besoin estimé de batterie serait ainsi de 75 GWh/an et représenterait environ 10 Kt/an de cobalt en prenant en compte un changement de technologie vers des batteries plus sobres en cobalt[5].
  • A titre de comparaison, le scénario mondial EV30@30 proposé par l’IAE nécessite 170 kt de cobalt pour 2,3 TWh de batteries produites en 2030. (International Energy agency, 2019)

 

3- … porteuse de ses propres points de vulnérabilité

  • Aujourd’hui, la mobilité électrique est dépendante de l’importation de produits finis depuis la Chine, laquelle est elle-même est dépendante de l’importation de matières premières depuis des pays comme la république démocratique du Congo.
  • Produire 1 KWh de batterie dans un pays comme la Chine émet 75 kg de CO2eq. Relocaliser la production de batteries en France où l’électricité est moins carbonée pourrait permettre de réduire globalement les émissions liées à cette industrie (Joint Research Center, 2018).
  • Produire 75 GWh de batteries pour la France nécessitera des investissements. A titre d’exemple, la construction d’une “giga-factory” en Angleterre nécessite 4 G£ d’investissement (soit environ 4,4 G€) pour une production annuelle de 30 GWh et amènera la création de 4 000 emplois permanents[6]. Ainsi, on peut s’attendre à devoir mobiliser des investissements du même ordre de grandeur pour développer une filière batterie, en France ou en Europe.
  • Des points de vulnérabilité apparaissent une fois un pan de notre économie appuyé sur cette nouvelle filière, notamment la dépendance aux intrants de matières premières dont le cobalt, mais aussi la consommation d’énergie et les émissions associées à la production des batteries.

Annexe 3 – Rebouclage sur les matières pour le système électrique – détails des méthodologies et résultats obtenus à ce stade

1-  Méthodologie

  • Un outil a été construit pour simuler un système électrique année par année :
    • Il permet d’établir un calendrier (année par année) des demandes totales annuelles d’électricité voulues, ainsi que du mix désiré (choix annuel également) pour satisfaire à cette demande ;
    • En fonction de ce double calendrier, il affiche les puissances nécessaires chaque année par filière ;
    • Il permet ensuite de créer des unités de production dans chaque filière avec puissance de l’unité et date de mise en service réglables (les unités « historiques », c’est-à-dire actuellement en fonctionnement, ont également été ajoutées avec leur date de mise en service dans la mesure du possible), afin d’établir au pas de temps annuel un mix électrique « réglé à la main » dont le but est qu’il colle au plus proche du mix « calculé en fonction des calendriers » (on se laisse une marge d’erreur de 1% limite basse et 3% limite haute) ;
    • Le mix « réglé » est établi de 2020 à 2170 :
      • La période 2020-2050 correspond à la transition,
      • Et la période 2051-2170 correspond à une période artificiellement longue afin d’avoir le temps d’établir un « régime établi » : les installations du SE se renouvelant assez lentement, ce régime établi n’est pas instantané ; il est cependant plus court à établir que la période observée, et va se caler sur la période de renouvellement la plus longue parmi les filières (nucléaire, ou hydraulique si on prend en compte ce dernier, ce qui n’est pas le cas, cf. note à ce sujet plus bas) ;
    • Une fois le mix établi sur toutes les années, il est possible de calculer les besoins annuels en matériaux : pour cela, on affecte à chaque filière une durée de construction type, on dispose d’intensités matière en t/MW d’installations (par matière et par filière), et l’on répartit donc les tonnes nécessaires pour les installations que l’on construit sur leur durée de construction, qui s’étale sur les années précédant la mise en service que l’on a rentrée pour l’installation en question.
  • Cela nous permet de calculer et constater plusieurs choses :
    • Les pics des quatre matières pendant la transition : leur amplitude, leur date de survenue (qui n’est pas forcément la même pour chaque matière) et la (les) filière(s) qui en est (sont) majoritairement responsable(s) ;
    • Les consommations annuelles moyennes par matière en « régime établi », et la (les) filière(s) qui a (ont) le plus de poids dedans : pour cela, on calcule les consommations moyennes annuelles sur un cycle « régime établi » pour chaque filière (le cycle d’une filière étant plus ou moins long selon la filière, car égal à la durée de fonctionnement type de la filière en question), et on fait la somme pour obtenir les consommations moyennes annuelles du SE en « régime établi ».
    • Ce calcul est également fait beaucoup plus simplement avec un autre outil qui ne nécessite pas de construire le mix année par année mais seulement de rentrer le mix en régime établi et la demande globale. Il calcule ensuite la demande matières par filière pour construire l’intégralité des puissances par filière, et divise le tout par des durées cycles afin de ramener en consommations annuelle moyennes. C’est de cet outil que sont tirés les résultats « régime établi ».
    • Concernant les pics, on peut également vérifier que les maximums sont atteints pendant la transition et non après (en d’autres termes, comparer le pic en transition aux pics en régime établi, pour savoir si l’effort pendant la transition est supérieur à ce qu’il faudra ensuite en régime établi, qui a lui également des max et des min).
    • On peut enfin, en régime établi, voir la hauteur des pics par rapport à la moyenne.

 

2- Paramètres et Hypothèses

Filières

Les filières de production d’électricité considérées sont :

  • Nucléaire (historique et nouveau, celui-ci étant calqué en puissance sur celle d’un EPR)
  • Hydroélectricité
  • Thermique gaz
  • Thermique charbon
  • Thermique fioul
  • Eolienne terrestre
  • Eolienne offshore
  • PV
  • Bioénergies
  • Energies marines

 

Calendriers des demandes totales et des mix

  • Nous avions plusieurs points « remarquables » sur la durée 2020-2170 :
    • 2025 : sortie du charbon ;
    • 2035 : pour certains calendriers, point de passage avec 50% ou moins de nucléaire dans l’énergie produite ;
    • 2050 : fin de transition.
  • Nous avons pris des mix types non pas pour les proposer comme des mix vers lesquels il faudrait tendre mais pour pouvoir disposer d’ordres de grandeur et de comparaisons. Le but n’est pas de démontrer la validité des mix choisis d’un point de vue technique : pour cela, nous nous reposons sur des arguments cités ci-après lors de leur présentation.
  • Un « mix type » signifie ici une correspondance entre les puissances installées par filière et les productions par filière parmi la production totale. Nous faisons l’hypothèse que ces rapports (qui mettent en jeu les taux de charge des filières) sont homothétiques de la demande totale : si on augmente ou diminue la demande totale, les productions et puissances par filière vont évoluer proportionnellement, ce qui est bien sûr une approximation grossière (notamment pour l’hydraulique, voir la note plus bas).
  • Les mix types choisis, avec lesquels nous avons fait plusieurs variantes présentées plus loin, sont les suivants :
    • Mix « Actuel » pour le départ en 2020, tiré du Bilan électrique 2019 de RTE ;
    • Mix « AcSansCharb » (actuel sans charbon), le même que le précédent avec la puissance du charbon mise à 0 et l’énergie de la filière charbon (plus faible en 2019 que les années précédentes) reportée sur le nucléaire, en faisant donc l’hypothèse d’un taux de charge un peu supérieur pour le nucléaire.
    • Mix « Ampère », tiré du Bilan prévisionnel de 2017 de RTE.
    • Mix « Watt », tiré du Bilan prévisionnel de 2017 de RTE.
  • L’argumentaire pour avoir choisi ces mix est le suivant :
    • En termes de validité technique tout d’abord, nous nous basons sur le fait que les deux premiers sont proches ou équivalents au mix actuel, et pour les deux suivants, que le gestionnaire de réseau les avait proposés (sous certaines hypothèses cependant, voir pour cela les Remarques et limites).
    • Ils ne remettent pas en question (ou ne sont pas censés le faire) le paradigme du réseau électrique et son fonctionnement, ce qui nous permet de nous intéresser en première approximation aux unités de production seulement.
    • Ils permettent de faire des comparaisons entre eux : le mix « AcSansCharb » comporte sensiblement autant de nucléaire qu’aujourd’hui (71% de l’énergie totale), le mix « Ampère » descend à 46% et « Watt » à 11%.
  • Pour ce qui est de la demande, nous avons fixé un calendrier identique pour chaque variante : égale à 537.7 TWh en 2020 (BE RTE 2019), et à 600 TWh à partir de 2050 (car le bilan énergétique établi lors du rebouclage macro-énergétique a abouti pour le moment a une demande en électricité d’environ 550 TWh ; nous avons fixé la production à 600 TWh pour s’assurer une marge, et laisser de la place à un éventuel export. La demande évolue de façon linéaire pendant la transition, puis reste constante après 2050, à 600 TWh.
  • La transition entre deux mix types (par exemple, Actuel en 2020 et AcSansCharb en 2025) se fait de manière linéaire dans ce modèle, c’est aussi une approximation.
  • Les variantes de calendriers de mix ont été construites de la sorte (on rappelle qu’on commence en 2020 avec le mix Actuel) :
    • Variantes classe A : passage en 2025 par le mix AcSansCharb, puis continuation avec ce mix jusqu’en fin de transition. Cela ne respecte donc pas le passage à 50% de nucléaire en 2035 programmé dans la PPE. Par ailleurs, la limite en capacités nucléaires instituée par la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte et fixée à 63,2 GW est également non respectée car on arrive à 70 GW environ en fin de transition dans les variantes de classe A. Il faut rappeler ici que le but de l’exercice n’est pas à ce stade de se prononcer sur un mix donné mais d’évaluer des ordres de grandeur d’intensités matières nécessitées, qui ne constituent qu’une partie de la question posée par la planification du mix.
    • Variantes classe B : passage en 2025 par le mix AcSansCharb, mix Watt fixé en 2050, et transition linéaire pendant toute la période 2025-2050. Le mix Watt a été construit par RTE pour être atteint en 2035 (du point de vue de 2017) ; nous avons préféré le repousser en 2050 pour la raison suivante. Il est précisé dans le BP que la demande totale doit diminuer considérablement pour permettre le mix tel que proposé : en effet, les ENR n’ont sinon pas le temps de se développer suffisamment et il faut surenchérir sur les capacités en thermique gaz. Le fait de repousser à 2050 laisse 15 ans de plus, et nous faisons donc l’hypothèse que la contrainte sur la demande totale est levée, ce qui nous permet d’aller à 600 TWh. A noter cependant, le mix que cela donne pour 2035 avec la transition linéarisée comporte 46% de production nucléaire, donc respecte la PPE (la correspondance avec la classe C (voir ce qui suit) est un hasard).
    • Variantes classe C : passage en 2025 par le mix AcSansCharb, passage en 2035 par le mix Ampère, puis continuation avec ce mix jusqu’en fin de transition. A noter, la transition pour arriver à Ampère n’est pas la même que celle proposée lors du BP 2017. En 2035, la production nucléaire représente 46% du total.
  • Enfin, nous avons joué sur l’âge de fermeture des centrales nucléaires : 40 ans, 50 ans ou 60 ans. Pour la désignation des variantes, nous avons la variante A.1 qui est la variante de classe A avec l’âge fixé à 40 ans, la A.2 avec l’âge fixé à 50 ans, et la A.3 à 60 ans (le principe est le même pour les classes B et C).

 

Paramètres matières et durées de vie

  • Les intensités matières sont tirées du livre « Mineral Resources and Energy » d’Olivier Vidal, p. 75-76 (Vidal, O., 2017).
  • On a considéré, par ordre de priorité dans les différentes sources indiquées dans les tableaux, et en fonction de la disponibilité ou non de données à ces lignes :
    • La ligne « MI Chapter 6 (t/MW) »,
    • Puis « Average of literature data »,
    • Puis « Average of averages ».
    • Ces données de paramétrage sont à prendre avec des pincettes :
    • Source unique (le livre) ;
    • Livre publié en 2018, et données récoltées datant d’un peu plus : ces données sont datées, or elles peuvent évoluer dans le futur, notamment pour les filières encore non matures, qui pourraient devenir moins intensives en besoins matières.
  • Les durées de fonctionnement sont tirées également du livre d’O. Vidal pour la plupart, sauf contre-indication.

Autres hypothèses

  • Pour la filière Bioénergies, les données intensités matières manquantes ont été prises égales aux données Thermique gaz (ce qui est potentiellement conservatif (conservatif ici au sens de ne pas surestimer la consommation en matière) car ce sont des unités de production plus petites, moins centralisées). La durée de fonctionnement a également été prise égale à celle du Thermique gaz.
  • Pour la filière Energies marines, faute de données, nous avons pris des intensités matières égales à la moitié de celles de la filière Eolienne offshore (on a divisé par deux pour être ici aussi conservatif).
  • On a distingué l’éolien onshore et offshore (en ne prenant pas en compte l’ordre de priorité présenté ci-dessus dans le choix de la ligne des paramètres matières), car les données étaient égales dans la ligne « MI Chapter 6 (t/MW) » pour les deux filières, alors que la filière offshore est a priori plus consommatrice.
  • La durée de construction du nucléaire a été prise à 10 ans (hypothèse discutable dans un sens ou dans l’autre), celle du gaz à 5 ans, celles du charbon et du fioul égales à celle du gaz, et pour les ENR, de 1 à 3 ans (pas de données précises faute de temps, mais durées fixées courtes car relativement petites installations).
  • L’EPR de Flamanville est supposé mis en route en 2023, ce qui pourrait évoluer.
  • Les durées de fonctionnement des centrales nucléaires, pour une variante donnée, sont les mêmes pour le nucléaire actuel et le nouveau nucléaire (par exemple, tout à 50 ans), sauf dans le cas des variantes à 40 ans : dans ce cas, les centrales construites avant 1990 (donc la grande majorité) sont prolongées à 50 ans, pour avoir le temps, dans l’exercice de ce modèle, de construire d’autres pour les remplacer (pas de nouvelle centrale avant 2030 à cause de l’hypothèse de temps de construction).

3- Remarques et limites

  • Les données paramétrées sont certainement discutables (et par ailleurs, n’évoluent pas dans le temps, donc il n’y a pas de place laissée aux améliorations technologiques, ce qui pose surtout problème pour les filières en développement qui peuvent gagner en sobriété dans leurs intensités matières).
  • Nous n’avons pas simulé d’étalement de la fermeture des centrales nucléaires, qui permettrait d’éviter un effet falaise trop brutal, la même durée de fonctionnement est prise pour toutes les centrales au sein d’une même variante.
  • En conséquence, il est difficile de régler finement les capacités de nucléaire si la descente est très rapide, comme dans les variantes C : il faut tout de même construire de nouvelles centrales pour ne pas être en sous-capacité, mais une fois construites, celles-ci se retrouvent en surcapacité pendant une longue période car la capacité voulue dans le mix a continué à baisser entretemps, ce n’est donc pas très réaliste. Cela pourrait être nuancé avec des durées de fonctionnement plus modulables et soulève donc la question de l’amortissement de l’effet falaise par des durées de fonctionnement étalées dans le temps.
  • Par ailleurs, l’hypothèse de durée de construction du nucléaire fixée à 10 ans ne permet pas d’avoir de nouvelles centrales dans le mix avant la décennie 2030 (sauf pour l’EPR de Flamanville), cela conduit donc à une légère sous-capacité en nucléaire dans certaines variantes pendant la décennie 2020.
  • Le chiffre de 600 TWh fixé en fin de transition pour la demande totale sera sans doute amené à évoluer, les bilans énergétiques n’étant pas encore complètement définitifs, notamment ceux de l’industrie et du tertiaire.
  • On ne prend en compte que les besoins en matières pour la construction (pas pour l’entretien (notamment le carénage nucléaire) et le démantèlement).
  • Les consommations impliquées par les capacités en thermique gaz sont sans doute irréalistes si prises à la lettre quand on les met en perspective avec l’esprit du plan : la sortie des fossiles impliquerait de les alimenter en biogaz, dont les capacités sont limitées. Le calcul détaillé n’a pas été fait faute de temps, mais on rappelle que le but de l’exercice ici est de se concentrer sur les intensités matières.
  • Les mix RTE font également des hypothèses sur le stockage et les nouvelles capacités d’interconnexions pour assurer l’équilibre offre-demande : les interconnexions n’ont pas ici été prises en compte dans les besoins matières faute de temps et de données, et le stockage via des véhicules électriques n’a pas été pensé non plus en coordination avec la mobilité.
  • Les mix de RTE sont construits pour 2035, pas 2050, donc dans le cas de Watt les ENR auraient pu se développer plus et le mix proposé par RTE aurait pu être différent s’il avait été conçu pour 2050.
  • Les capacités hydroélectriques pour les variantes B sont irréalistes avec une demande à 600 TWh, les capacités augmentant homothétiquement selon nos hypothèses par rapport à la production normale du mix : on arrive à 37 GW, au lieu de 26 GW aujourd’hui, alors que les capacités sur le territoire sont déjà saturées.
  • Les capacités de la filière nucléaires « en fonctionnement » ne prennent pas en compte les visites décennales (alors qu’il faudrait les soustraire pendant le temps de la visite pour être plus précis).
  • Pour certaines filières, les installations « historiques » avec leurs date de mise en service et puissance n’étaient pas facilement accessibles, nous avons donc fait des hypothèses pour coller aux puissances totales indiquées dans les Bilans électriques de RTE.

[1] Carbon Capture Utilisation and Storage, Capture, utilisation et stockage du carbone

[2] https://www.statista.com/statistics/309584/battery-capacity-estimates-for-electric-vehicles-worldwide/

[3] https://fr.statista.com/statistiques/713440/nombre-velos-assistance-electrique-vendus-france/

[4](Joint Research Center, 2018) nous indique que le cobalt représente 4% du poids d’une batterie finie, on sait que la densité énergétique moyenne d’une batterie est de 0,2 kWh/Kg, en additionnant les poids de toutes les batteries vendues en France par an, on trouve qu’il est nécessaire d’extraire 0,3Kt de cobalt pour leur fabrication.

[5] Les technologies utilisées ayant recours à du cobalt dans les batteries aujourd’hui (NMC 111 pour 42% des batteries produites, NMC 433 pour 7%, NMC 532 pour 5%, NCA pour 14%)(Joint Research Center, 2018) sont plus consommatrices en cobalt que celles prévues en 2030 par l’IAE (NMC 811 pour 50% des batteries produites, NMC 622 pour 40% et NCA pour 10%) (International Energy agency, 2019). Une batterie NMC 111 nécessite un atome de cobalt pour un atome de manganèse pour un atome de nickel tandis qu’une batterie NMC 811 ne nécessitera plus qu’un atome de cobalt pour 8 atomes de nickel, réduisant ainsi le besoin en cobalt par KWh de batterie produit.

[6] https://www.theguardian.com/business/2020/may/20/uk-first-car-battery-gigafactory-amte-power-britishvolt

 

Cliquez sur l’image pour une meilleure résolution

Contact

Ce travail est piloté par Maxime Efoui-Hess (The Shift Project) : maxime.efoui@theshiftproject.org

 

Comment faire pour aider ? Pour recevoir des nouvelles des travaux du Shift sur la « relance », inscrivez-vous à notre Newsletter. Si vous souhaitez soutenir nos travaux sur un « Plan de transformation de l’économie française » en faveur du climat et de la résilience, vous pouvez participer à la campagne de financement participatif qui le finance, où à sa diffusion avec le « Kit de communication ».