Mix électrique France continentale

Attention : tout ce qui suit concerne les travaux pour la construction des facteurs d’émissions représentatifs du mix français continental uniquement. Pour tous les territoires insulaires français (DROM, COM et Corse), merci de vous référer aux FE spécifiques de vos territoires.

Contexte

Le contenu carbone de l’électricité présente pour la France une variabilité plus importante que d’autres pays, compte tenu de la spécificité du secteur électrique français, dont le parc de production est très hétérogène : centrales nucléaires, énergies renouvelables, centrales gaz…

En effet, en France, les émissions de CO2 de l’électricité à la production sont en moyenne faibles (voir ci-après Le FE « mix moyen ») mais varient fortement selon les moyens de production : les émissions des parcs nucléaires et renouvelables (sans émissions directes) sont très faibles, mais celles du parc de centrales à gaz ou les importations de charbon sont beaucoup plus élevées (respectivement de l’ordre de 350 à 970 gCO2/kWh en émissions directes). Ceci conduit de fait à des variations saisonnières importantes du contenu moyen en CO2 du kWh livré sur le réseau, tandis que dans les autres pays européens, cette dispersion est plus limitée dans la mesure où la production d’électricité à partir de centrales thermiques à combustibles fossiles représente la majeure partie de la production en base.

Dans la mesure où les moyens de production émetteurs (centrales thermiques à flamme) fonctionnent en « bouclage » de l’équilibre offre-demande en France, et dans la mesure où le chauffage électrique par effet joule est très représenté en France, la moyenne nationale varie assez sensiblement en fonction des conditions de température et des disponibilités de fonctionnement du parc. 

Toutefois, il est important de garder en tête que sur le réseau, les électrons sont totalement indifférenciés. Ainsi, la question consistant à rechercher la centrale de production qui alimente tel utilisateur ou tel usage n’a pas de sens d’un point de vue physique. Le calcul d’un contenu en CO2, plus précis qu’une unique valeur moyenne, relève donc nécessairement de simplifications méthodologiques et de conventions. Pour cette raison, un Groupe de Travail « Electricité » de la Base Carbone® a été mis en place par l’ADEME, composé de différents organismes experts du sujet (CGDD, DGEC, DHUP, DGITM, CITEPA, RTE, APCC, CINOV, RAC, CLER, EDF, ENEDIS, ENGIE, GRDF, RTE, UFE, SER, RARE, AGFAZ, AMORCE, Total Direct Energie) et personnes qualifiées, afin de suivre l’évolution du parc et discuter des avancées méthodologiques qui permettraient la représentation la plus pertinente au fil du temps.

L’approche par un seul indicateur du contenu CO2 moyen du kWh français s’étant révélée insuffisante pour définir les politiques publiques et stratégies de long terme, ce GT a fait le choix d’utiliser en complément du contenu moyen du mix électrique, des contenus CO2 différenciés par usage. Ainsi, dès 2005, une méthode dite « saisonnalisée par usage » a été introduite dans la Base Carbone® visant à mettre en évidence le caractère saisonnalisé des émissions de CO2 du système électrique français, et à relier cet aspect notable du système électrique aux usages (chauffage, éclairage, cuisson, etc.) qui induisent et structurent cette saisonnalité, comme par exemple le chauffage électrique (en général, plus de 80% des consommations liées au chauffage sont concentrées sur 5 mois, de novembre à mars).

Par ailleurs, afin de permettre aux organisations qui réalisent un Bilan GES un suivi des émissions dans le temps sans que celui-ci ne soit trop influencé par les conditions climatiques exceptionnelles ou les opérations de maintenance et réparations imprévues d’une année n, la Base Carbone® propose ses facteurs d’émissions du kWh électrique pour des séries temporelles de 4 années glissantes. Ci-après un tableau de présentation des périodes couvertes ainsi que la correspondance avec les années des données d’activités.

Correspondance entre les années utilisées pour le calcul du FE et la données d'activité correspondante

* Comme la méthodologie utilise des moyennes glissantes de 4 ans et que les données homogènes ne sont disponibles que depuis 2008, les mêmes résultats seront utilisés pour les années 2008, 2009, 2010, 2011, 2012.

Le FE « Mix Moyen »

Le facteur d’émissions mix moyen « électricité France » correspond à la répartition des différentes sources d'énergies primaires utilisées pour la production d’électricité consommée en France, à laquelle sont ajoutée les pertes de transport et de distribution en ligne. Les données d’entrées (production et consommation) sont fournies par RTE à l’ADEME.

Jusqu’à la V15.0 de la Base Carbone®, le facteur d’émission « Mix moyen électricité France » était calculé selon la formule :

Suite aux travaux menés par le GT « Electricité » courant 2017-2018, une mise à jour importante a été réalisée afin de mieux prendre en compte l’impact des imports/exports et de mettre à jour le contenu CO2 moyen européen. Ainsi, la méthode utilise désormais les soldes importateur et exportateur, heure par heure et le contenu CO2 européen de l’AIE.

Le calcul du contenu CO2 moyen se base sur la formule suivante :

Avec :

- Le contenu CO2 associé au solde exportateur équivalent au contenu de base français, pour des raisons de cohérence avec la méthode dite « saisonnalisée » ;

- L’utilisation des facteurs d’émission européens utilisés pour les imports (valeurs de l’AIE pour le périmètre « Europe des 28 »).

En d’autres termes :

Une mise à jour rétroactive des valeurs du mix électrique (base, saisonnalisée, moyen) de 2008 à aujourd’hui a été effectuée en 2019 en tenant compte de ces actualisations du calcul. Ces hypothèses et formules sont désormais appliquées chaque année.

Les FE « par usage »

Comme mentionné plus haut, le calcul d’un contenu en CO2 par usage relève nécessairement de simplifications méthodologiques et de conventions. Ainsi, face à certaines insuffisances méthodologiques de la méthode historique « saisonnalisée par usage » introduite en 2005 et suite à la décision de l’Etat de retenir une nouvelle approche dans le cadre de la réglementation du bâtiment RE2020, il a été fait le choix dans la Base Carbone® de présenter deux méthodes de calcul des facteurs d’émissions par usage qui reposent sur des logiques d’allocation des impacts différentes :

-La méthode « moyenne mensualisée par usage », méthode de référence pour tout calcul d’émissions par usage, notamment en lien avec les réglementations du bâtiment,

-La méthode « saisonnalisée par usage à la maille mensuelle », qui s’inscrit dans la continuité de la méthode saisonnalisée historique en en corrigeant certains biais méthodologiques, et peut être utilisée en dehors des réglementations bâtiments en complément de la précédente pour la réalisation d’analyse de sensibilité.  

Nous rappelons que pour la réalisation d’un Bilan GES, le contenu moyen doit être utilisé et non les contenus par usage qui ne peuvent être utilisés à titre « indicatif », en information complémentaire de l’estimation via le contenu moyen du réseau.

Principes communs

Ces deux méthodes, leur logique de construction, et leur domaine d’application sont explicitées en détail ci-après. Toutefois, elles suivent l’une comme l’autre les grands principes suivants :

■ Elles respectent la somme totale des émissions : sur l’ensemble des usages, la somme du produit du contenu CO2 de chaque usage par sa consommation d’électricité annuelle est égale aux émissions CO2 de l’ensemble du parc électrique français corrigées des émissions liées aux imports et exports.

■ Elles sont basées sur les données historiques moyennées sur plusieurs années (4 ans – par exemple, les FE de 2016 sont basés sur les données moyennées de 2012 à 2015) permettant de gommer les variations dues à des situations particulières, aussi bien en termes de fonctionnement du parc qu’en termes de climatologie.

■ Le périmètre retenu est celui de la France continentale, hors production autoconsommée, avec prise en compte des interconnexions et échanges (le solde exportateur est considéré comme un usage ; le solde importateur comme un moyen de production).

■ L’utilisation de données au pas mensuel car la « variance » du contenu CO2 est en grande partie expliquée par la composante saisonnière (par opposition aux variations horaires au sein d’une semaine). Les études à pas de temps plus fin nécessiteraient des travaux complémentaires non menés à ce jour dans le cadre du GT « Electricité ».

Les principales caractéristiques des deux approches se résument par le tableau suivant :

Méthode moyenne mensualisée

La méthode mensuelle par usage est la méthode de référence pour tout exercice de comptabilité carbone cherchant à différencier les usages de l’électricité, et en particulier la réglementation bâtiment (RE2020, DPE, décret tertiaire…) ou tout autre réglementation qui s’appuierait sur cette approche méthodologique.

Son principe général repose sur le fait de relier le contenu CO2 moyen du système électrique, au pas de temps mensuel, avec un profil d’usage. Pour cela, on procède de la manière suivante :

1)Pour chaque mois, on calcule un contenu CO2 moyenné du parc de production électrique français (valeur en gCO2/kWh), tenant compte de la part respective de chaque moyen de production et de leur facteur d’émission propre ;

2)Pour chaque mois également, on calcule la part de la consommation de l’usage sur sa consommation annuelle (valeur en %, pour chaque mois), tel que représenté ci-dessous ;

3)Ensuite, on calcule le produit de ces deux résultats (valeur en gCO2/kWh) pour chacun des 12 mois de l’année et on somme les valeurs, de sorte à obtenir un résultat de contenu CO2 reflétant le profil annuel de cet usage.

Le contenu CO2 moyenné du parc de production électrique français se calcule par la formule suivante, basée sur les moyens de production identifiés (nucléaire, hydraulique, éolien, solaire, thermique renouvelable, charbon, fioul, gaz et imports) :

Avec :

Ainsi, le calcul réalisé pour un usage donné est :

Avec :

On retrouve ces éléments dans la note du Ministère en charge de l’Environnement, publiée le 28/07/2020 sur le site www.batiment-energiecarbone.fr/ qui précise la formule pour l’usage du chauffage (extrait) :

A titre d’exemple, le graphe ci-dessous illustre le calcul réalisé sur l’année 2019. Il met en perspective :

-Le facteur d’émission CO2 mensuel du parc de production (en gCO2/kWh) ;

-La part de la consommation de l’usage sur sa consommation annuelle (en %), pour les usages Chauffage (violet) et Industrie (bleu).

Cette approche répartit les émissions mensuelles de façon homogène sur tous les usages.

Retrouvez le détail du calcul de la méthode moyenne mensualisée dans le rapport technique détaillé proposé par l’ADEME.

Méthode saisonnalisée à la maille mensuelle

La méthode « saisonnalisée par usage mensuelle » s’inscrit dans la continuité de l’approche de la méthode saisonnalisée historique de la Base Carbone®. En 2021, afin d’améliorer la prise en compte du développement de la production d’électricité photovoltaïque et de l’usage « climatisation », la méthode a été revue pour ne pas se limiter à une maille annuelle (répartition des quantités d’énergie selon une part annuelle de base et une part annuelle saisonnalisée) et adaptée pour mieux intégrer la maille mensuelle permettant ainsi une analyse plus fine des évolutions.

La méthode consiste, pour chaque type de production (nucléaire, hydraulique, éolien, solaire, thermique renouvelable, charbon, fioul, gaz, imports), à séparer la production à la maille mensuelle entre une part « en base » et une part « saisonnalisée », puis de calculer le contenu CO2 de chacune de ces deux composantes de la production.

Pour chaque moyen de production, la part « en base » correspond au minimum de production mensuelle d’électricité atteint sur l’année. La part « saisonnalisée » correspond à la différence entre la production du mois et ce minimum.

La formule de calcul des contenus CO2 de base et saisonnalisé pour l’ensemble du parc, soit 9 moyens de production (dont les imports) est :

et

Avec :

Concernant la consommation, la méthode distingue également, pour chaque mois, la part « en base » et la part « saisonnalisée » à la maille mensuelle de chaque usage (climatisation, éclairage, chauffage, etc.). Cette distinction se fonde sur le minimum mensuel de l’usage au cours de l’année (part en base) et sur la différence entre la consommation du mois et ce minimum (part saisonnalisée).

La méthode affecte alors à ces deux parts de consommation, le contenu CO2 associé (respectivement celui de la production mensuelle en base et celui de la production mensuelle saisonnalisée). L’ensemble de ces valeurs sont alors sommées sur les 12 mois de l’année, puis cette somme est divisée par la quantité d’électricité consommée par l’usage concerné.

La formule de calcul pour chaque usage est :

Avec :

A titre d’exemple, les graphes ci-dessous illustrent le calcul réalisé sur l’année 2019. Ils mettent en perspective :

-Les facteurs d’émission CO2 mensuels du parc de production – en base et saisonnalisé (en gCO2/kWh) ;

-Les quantités d’électricité considérées en base ou saisonnalisée, à la maille mensuelle, pour les usages Chauffage (1er graphe) et Industrie (2nd graphe).

Nota : la quantité d’électricité « en base » est nulle, dans cet exemple, pour le chauffage

Cette approche vise à tenir compte à la fois des caractéristiques intrinsèques à chaque usage et de la réponse du système de production à ces usages, en se basant sur le principe d’un lien entre la variabilité saisonnière des émissions de CO2 à la variabilité saisonnières des usages.

Elle peut être utilisée pour réaliser des études de sensibilité pour les différents usages en complément de la méthode moyenne mensualisée, dès lors qu’une approche par usage est choisie, dans le but de rendre compte de l’incertitude liée aux règles d’allocation des émissions (allocation moyenne vs allocation saisonnalisée).

Retrouvez le détail du calcul de la méthode moyenne mensuelle dans le rapport technique détaillé proposé par l’ADEME.

"Règle" d'application des facteurs d'émission par usage

Guide pour l'utilisation des données