Evolutions à long terme des prix de l’énergie et de la consommation énergétique dans l’industrie

Lorsque les prix de l’énergie augmentent, cela peut avoir notamment deux effets dans l’industrie. D’un côté, une réduction de la demande d’énergie, du fait que les entreprises s’efforcent de compenser l’augmentation des prix par des économies d’énergie, par exemple en recourant à des technologies et des méthodes de production plus efficaces. De l’autre, une augmentation des prix peut empêcher l’entreprise de rester concurrentielle, ce qui entraîne une baisse de la production et donc une baisse de la consommation d’énergie. Ce lien entre variation des prix et variation de la demande est appelé aussi élasticité des prix.

Les chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont étudié, dans le cadre d'un projet de recherche parrainé par l'Office fédéral suisse de l'énergie (OFEN), l’évolution de la consommation énergétique de l’industrie suisse en fonction des prix de l’énergie. Avec des économistes de la société de conseil britannique Cambridge Econometrics, ils ont développé une méthode qui permet aussi bien de comprendre cette élasticité des prix de manière rétrospective que de la modéliser pour l’avenir dans le cadre de scénarios. «Pour les évolutions qui ont eu lieu jusqu’ici, nous nous sommes appuyés sur la littérature scientifique existante et les données de l’OFEN et de l’IEA, l’Agence internationale de l’énergie», explique Tom Kober, chef du groupe de recherche Economie énergétique et l’un des principaux auteurs de l’étude. Les données utilisées couvrent la période 1970-2016. Les chercheurs ont étudié les prix ainsi que la consommation de gaz naturel et d’électricité.

La réaction intervient au bout d’environ cinq ans

Le gaz naturel et l’électricité représentent les deux tiers de la consommation énergétique de l’industrie suisse, alors que les déchets et d’autres vecteurs énergétiques représentent un tiers. L’industrie chimique, l’industrie agroalimentaire, l’industrie mécanique, le secteur des minéraux non métalliques (dont fait notamment partie l’industrie du ciment) et l’industrie des pâtes à papier sont les secteurs les plus énergivores. L’analyse rétrospective a ainsi montré qu’à court terme, dans ces secteurs, les augmentations de prix n’avaient guère d’effet sur la consommation de gaz et d’électricité. Les chercheurs ont constaté que la réduction de la demande énergétique intervenait uniquement à long terme, au bout de cinq ans environ. D’après l’étude, ce résultat est, entre autres, dû au fait que dans la plupart des cas, après un signal de prix, il faut du temps pour adapter les processus de production et les méthodes ou investir dans un équipement plus efficace d’un point de vue énergétique.

Les diverses branches présentent des différences significatives. Ainsi, la sidérurgie, responsable de 6% de la consommation énergétique de l’industrie suisse, est le secteur qui réagit le moins aux renchérissements. Pour une augmentation de prix de 1%, la consommation énergétique n’a baissé que de 0,14% dans ce secteur. A l’inverse, le secteur des minéraux non métalliques et l’industrie des pâtes à papier ont nettement réduit leur consommation d’énergie consécutivement aux augmentations de prix. Pour une augmentation de prix de 1%, la consommation énergétique a baissé de 0,7% dans ces secteurs.

Pour pouvoir étudier les futures évolutions à long terme de la consommation énergétique de l’industrie, les chercheurs ont élaboré des scénarios qu’ils ont calculés à l’aide de modèles informatiques. Le scénario appelé E-POL se base surtout sur la Stratégie énergétique 2050 de la Suisse. Celle-ci ne prévoit pas de valeurs concrètes de réduction des émissions de gaz à effets de serre et mise avant tout sur l’utilisation de technologies plus efficaces sur le plan énergétique et le développement des énergies renouvelables. Elle prévoit par exemple que, d’ici 2035, la consommation énergétique totale par tête en Suisse ne représente plus que 57% du niveau de 2000, et que ce même taux passera à 46% d’ici 2050. Le scénario appelé CLI, en revanche, est basé pour l’essentiel sur la stratégie climatique de la Suisse, dont l’objectif est de réduire à zéro les émissions de gaz à effet de serre d’ici 2050.

Applications électriques: la clé pour réduire les émissions de gaz à effet de serre

Dans le scénario E-POL comme dans le scénario CLI, les émissions de CO₂ sont réduites de manière continue et toutes les branches de l’industrie contribuent à cette réduction en recourant de manière accrue à des applications électriques et en remplaçant ou en économisant le gaz naturel, les huiles minérales et le charbon (qui est aujourd’hui incinérée notamment de l’industrie suisse du ciment).

Dans les secteurs de l’industrie agro-alimentaire et des pâtes à papier, la part de l’énergie électrique pourrait augmenter grâce à l’utilisation de technologies correspondants. Les objectifs d’efficacité énergétique fixés dans le scénario EPOL appuient l’utilisation de pompes à chaleur en combinaison avec la récupération de chaleur. Dans ce domaine, cela pourrait permettre d’améliorer l’efficacité énergétique de 40%. Les économies d’énergie pour l’industrie des matériaux non métalliques (roches, argile et sel, par exemple) sont un peu moins importantes. A long terme, le passage du charbon au gaz naturel contribuera à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire les émissions dans ce secteur. Il faut encore tirer au clair dans quelle mesure la séparation du CO₂ pourrait être utilisée lors de la fabrication du ciment.

En dépit des efforts pour réduire les émissions de CO₂, la part du secteur industriel dans le total des émissions en Suisse augmentera, car la réduction dans d’autres secteurs sera encore plus importante en raison des efforts redoublés de protection du climat. Dans l’ensemble, les chercheurs partent du principe que les coûts d’utilisation de l’énergie augmenteront à long terme et donc que les prix de certaines énergies augmenteront eux aussi. Cette évolution aura un impact sur l’économie et la demande énergétique totale ainsi que sur la composition des sources d’énergie et des technologies énergétiques.

Les chercheurs ont ainsi constaté, entre autres, un effet particulier au niveau de l’évolution de la consommation énergétique totale. La demande d’électricité reste largement stable ou va même croissant. Par ce biais, la part d’électricité dans la consommation énergétique totale augmente dans les trois scénarios pour passer d’environ 24% en 2015 de 28% à 35% en 2030 et de 32 à 62% en 2050. En chiffres absolus, la demande de courant dans le scénario E-POL se maintient pratiquement au niveau de 2015, alors que dans le scénario CLI elle augmente de presque 40% d’ici 2050.

«Dans ce contexte, la manière dont le courant est produit revêt une importance énorme, souligne Tom Kober. Si l’on veut réduire efficacement les émissions de gaz à effet de serre, il est indispensable de développer à temps les énergies renouvelables.» Le chercheur estime également qu’il faut recourir aux importations de courant depuis l’étranger, étant donné que là-bas aussi, les énergies renouvelables gagnent du terrain. Dans l’ensemble, la recommandation suivante se dégage: encourager une consommation de courant plus efficace dans l’industrie, tout en maintenant des incitatifs pour remplacer les combustibles fossiles par des technologies électriques. Les différents types de gaz restent une composante importante du bouquet énergétique pour les applications thermiques industrielles, mais les gaz synthétiques et biogènes jouent un rôle toujours plus important lorsqu’il s’agit de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Effets à court terme de Covid-19

L’étude n’inclut pas les effets à court terme de la pandémie actuelle de Covid-19. Après la fermeture de larges pans de l’industrie dans le monde, les prix sur les marchés de l’énergie se sont massivement effondrés. «Nos scénarios pour l’avenir modélisent l’évolution jusqu’en 2050, ils sont donc axés sur une perspective à beaucoup plus long terme», rappelle Tom Kober. Le chercheur admet qu’il n’est pas exclu que les conséquences de la pandémie puissent avoir un impact à long terme. «Mais on ignore à quoi ce dernier ressemblera précisément, note-t-il. Je pars du principe que, dans le système énergétique, les dynamiques à long terme décrites dans nos scénarios se maintiendront.»

Texte: Institut Paul Scherrer/Sebastian Jutzi

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2100 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 407 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage). (Mise à jour: mai 2019)