ENR : LE RENDEMENT DÉCROISSANT ET LA LOI DE BETZ RÉVÈLENT L' IMPASSE DU SYSTÈME

La loi du rendement décroissant 

  La loi du rendement décroissant énonce que, lorsque l’on augmente progressivement un facteur de production alors que les autres restent constants, chaque unité supplémentaire apporte un gain de plus en plus faible. Autrement dit, au-delà d’un certain seuil, augmenter les moyens engagés ne génère plus une hausse proportionnelle du résultat, et peut même devenir inefficace.

  Appliquée aux EnR — ou à l’économie en général, cela signifie que multiplier les installations ou les investissements conduit à des gains marginaux décroissants, en raison de contraintes techniques, physiques, économiques ou de saturation de la demande

Explications.

  De prime abord, il paraît logique de penser que l’augmentation de la puissance nominale installée, du nombre d’usines et donc d’éoliennes entraîne mécaniquement une hausse équivalente de la production d’électricité. Cette intuition est pourtant trompeuse. En réalité, un investissement massif — par exemple une augmentation de 45 % de la capacité installée — ne se traduit que par un gain réel de production limité à... environ 15 à 20 % !

  Comment expliquer un tel écart ? À mesure que le parc de production s’étend, les nouvelles installations sont implantées sur des sites de moins en moins favorables. Les meilleures zones, les plus ventées pour l’éolien ou les plus ensoleillées pour le solaire, sont exploitées en priorité. Les unités ajoutées ultérieurement fonctionnent donc dans des conditions moins optimales, avec un nombre d’heures de production effectives plus faible, ce qui réduit leur contribution globale à la production.

 De plus, pour les énergies renouvelables, s’ajoutent les limites imposées par la loi de Betz1 :
la fraction maximale de l’énergie cinétique du vent qu’une éolienne peut théoriquement capter est plafonnée à environ 59 %. Cette contrainte physique incompressible signifie que, au-delà d’un certain point, augmenter la taille ou le nombre d’éoliennes n’améliore plus proportionnellement la production, renforçant ainsi l’effet de rendement décroissant.

 

1. Albert Betz, 1885-1968, est un physicien allemand, pionnier des technologies éoliennes. « Il publie en 1920 l'article Das Maximum der theoretisch möglichen Ausnutzung des Windes durch Windmotoren — « Maximisation de l'exploitation potentielle théorique du vent dans les moteurs à vent ». La formule de Betz démontre qu'indépendamment du modèle de turbine, seuls 16/27e — environ 59 %, de l'énergie cinétique du vent peuvent être transformés en énergie mécanique. Son livre Wind-Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen — « L'énergie éolienne et son exploitation dans les moulins à vent », publié en 1926, donne un bon aperçu de la connaissance de l'énergie et des turbines éoliennes à cette époque. » Ainsi, le monde sait, il y a tout juste 100 ans que, l'énergie éolienne est bridée et ce, quelque soit le nombre de machines !

 

Le meilleur exemple... l'Allemagne
  Le graphique ci-devant montre l’incroyable croissance des capacités renouvelables outre-Rhin depuis les années 2000. Mais on voit aussi que la hausse de la production renouvelable ralentit progressivement, voire stagne, et ce en dépit de l’accumulation continue de nouvelles installations. 

  Le premier graphique montre que la puissance totale installée a connu une augmentation spectaculaire de près de 45 % en seulement 4 ans. 

  Cependant, le second graphique révèle que la production brute d'électricité n'a pas suivi cette courbe : elle est passée de 253,5 TWh en 2020 à 292 TWh en 2025, soit une hausse de seulement 15 % sur la même période. 

  Ainsi, +45 % de puissance installée pour seulement +15 % d’énergie produite, cela résume le décrochage entre capacités affichées et production réelle...  

  Nous sommes bien en présence du rendement décroissant !

  C'est idem pour le solaire photovoltaïque. Ce dernier augmente beaucoup en capacité, sans jamais provoquer d’accélération marquée de la production totale, reflet de facteurs de charge structurellement faibles et de longues périodes de sous-production saisonnière. 

  Dans ce paysage, la biomasse fait figure d’exception : avec une puissance modeste, elle fournit une part disproportionnée de l’énergie totale, juste parce qu’elle produit quand le système en a besoin... 

  Autre phénomène néfaste mais central, présenté par ce graphique : la saturation. L’Allemagne dispose aujourd’hui de capacités intermittentes largement supérieures à ce que le réseau peut absorber lors des périodes favorables. Quand le vent souffle et que le soleil brille simultanément, le système ne peut pas absorber toute la production : les prix s’effondrent, l’électricité est exportée à perte… ou simplement perdue. Malgré le gouvernement allemand continue d'ajouter des capacités… qui se cannibalisent entre elles ! 

 En conclusion, ce graphique met en évidence une réalité physique trop souvent négligée : l’ajout de capacités de production intermittentes n’entraîne pas mécaniquement une augmentation proportionnelle de l’énergie réellement utile. En l’absence de solutions de stockage à grande échelle, de dispositifs de pilotage efficaces ou de nouveaux usages capables d’absorber la production, ces capacités supplémentaires génèrent principalement des excédents difficilement valorisables. Dès lors, accumuler des mégawatts intermittents dans un système déjà saturé ne permet plus d’accroître l’énergie utile produite; cela conduit au contraire à une dégradation de la valeur de chaque kilowattheure additionnel.

  En ce sens, l’Allemagne illustre une transition énergétique parvenue à maturité sur le plan technique, mais désormais confrontée à ses propres limites structurelles. L’enjeu n’est plus tant d’augmenter les capacités de production que de produire au moment opportun ! Un système électrique ne se mesure pas à l’accumulation de mégawatts installés, mais à la régularité, à la valeur et à l’utilité effective de l’électricité qu’il fournit. Puissent les gouvernements français, actuels comme futurs, garder cette réalité à l’esprit.

 

 Source.

 

 

 

 

 

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