La contribution des gaz renouvelables à la décarbonation des systèmes énergétiques

Green gas contribution for energy systems decarbonisation

• Auteur / Autrice : Gabin Mantulet
• Direction : Adrien Bidaud, Silvana Mima
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Soutenance le 04/06/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....) - Laboratoire d'économie appliquée de Grenoble (2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Mathy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodica Sandu-Loisel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Perez, Patrice Geoffron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthanisation

Biomasse

Transition énergétique

Mots clés libres

Transition énergétique

Biomasse

Methanisation

Gasification

Power to gas

Modelisation

Energy transition

Biomass

Methanisation

Gasification

Power to gas

Modelling

Résumé

Les problématiques liées au réchauffement climatique impliquent de devoir diminuer les émissions anthropogéniques de gaz à effet de serre. Il existe trois piliers de décarbonation des systèmes énergétiques parmi lesquels l’utilisation des énergies renouvelables. Ces dernières sont souvent assimilées à de l’énergie électrique produite par le soleil, le vent, l’hydraulique ou la biomasse. Néanmoins, cette énergie électrique ne permet pas une décarbonation profonde de tous les secteurs de consommation dont l’électrification est difficile. L’utilisation de gaz produit à partir de ces énergies décarbonées et appelé « gaz vert » peut palier cela en diminuant l’usage du gaz fossile. L’étude de la pénétration de ces « gaz renouvelables » est l’objet de cette thèse. Pour analyser l’apport du gaz vert sur la décarbonation des secteurs énergétiques, le travail mené utilise le modèle de prospective long terme POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems). Afin de représenter de manière détaillée le système de production de gaz vert, nous avons créé un module dans ce modèle, liant les ressources aux usages. Ainsi, les technologies de méthanisation, gazéification de la biomasse et la transformation d’électricité en gaz appelé power-to-gaz ont été modélisées et leurs contributions dans la consommation énergétique des secteurs de consommation estimées. Les résultats montrent que les technologies de gaz renouvelables jouent un rôle dans la transition énergétique en permettant de doubler la production de gaz fossile dans la seconde partie du XXIème siècle. Ce gaz permet la décarbonation des secteurs du transport, de l’industrie et de la production électrique. Néanmoins, le déploiement de ces technologies est directement lié aux progrès techniques attendus à l’avenir car ces technologies sont pour la majorité trop chères pour être compétitives face à l’utilisation du gaz naturel à l’heure actuelle. De plus, ce développement découle de la disponibilité de potentiels locaux au niveau des ressources de biomasse mobilisées. Ainsi, les trajectoires de développement sont différentes, région par région, en fonction du contexte local, tant au niveau de la ressource disponible que des incitations et programmes politiques mis en place pour promouvoir le déploiement des gaz verts.

The problems linked to global warming imply the reduction of anthropogenic emissions of greenhouse gases. There are three pillars for decarbonizing energy systems, including the use of renewable energy. These are often assimilated to the electrical energy produced by the sun, wind, hydraulics or biomass. However, this electrical energy does not allow a deep decarbonization of all consumption sectors. The use of gas produced from these renewable energies and called "green gas" can overcome this by substituting fossil gas. The study of the penetration of these "renewable gases" is the subject of this thesis. To analyse the contribution of green gas to the decarbonization of energy sectors, the work carried out uses the long-term prospective model POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems). A module was created in the model to include a detailed representation of the green gas production system, linking resources to uses. The technologies of anaerobic digestion, gasification of biomass and the transformation of electricity into gas called power-to-gas have been modelled and their contributions in the energy consumption of consumption sectors estimated. The results show that renewable gas technologies play a role in the energy transition by doubling the production of fossil gas in the second half of the XXIst century. This gas allows the decarbonisation of the transport, industry and agriculture sectors. Nevertheless, the deployment of technologies is directly linked to the technical progress expected in the future because, at present, these technologies are for the majority too expensive to be competitive with the use of natural gas without carbon tax. In addition, development stems from the availability of local potential in terms of the biomass resources mobilized. Development trajectories are therefore quite different depending on local contexts, both in terms of resource availability and in terms of the political incentives to promote the deployment of green gases.