Modélisation prospective de la décarbonation du système électrique européen : Enjeux pour une électricité environnementalement soutenable et socialement acceptable

Abstract

The electricity system is at the core of addressing against climate change due to its current reliance on fossil fuels but also its ability to decarbonize various sectors through electrification. Europe aims to achieve carbon neutrality by 2050, a goal that also applies to the electricity system. This target necessitates significant changes, including the phasing out of fossil fuel-based technologies and the integration of variable renewable energy sources. The implications extend beyond mere techno-economic aspects, as these transformations impact both social acceptance and the environmental sustainability of the electricity system.This thesis aims to explore pathways to achieve electricity production that is both socially acceptable and environmentally sustainable. The analysis relies on adapting these concepts to the electricity system using the eTIMES-EU model. This model belongs to the TIMES family, bottom-up models based on linear optimization, which consider the technical constraints related to electricity generation. This thesis seeks to complement the techno-economic analysis by considering social dimensions and environmental impacts, structured around four main axes.The first axis focuses on incorporating the land footprint of the electricity system as an intermediate metric to account for social acceptance. The second axis examines the assessment of the environmental sustainability of electricity generation using life cycle assessment tools and the planetary boundaries framework. The third axis analyzes the feasibility and challenges of green hydrogen trade between North Africa and Europe. The fourth axis, more exploratory in nature than the previous ones, addresses the integration of energy justice into the model, using the decentralization of electricity generation as a case study.Le système électrique est au cœur de la lutte contre le changement climatique à cause de sa dépendance actuelle aux énergies fossiles mais également de sa capacité à décarboner des usages grâces à l'électrification. L'Europe vise à atteindre la neutralité carbone en 2050, objectif qui s'applique également au système électrique. Cet objectif implique des changements importants avec la sortie des technologies basées sur les combustibles fossiles mais également l'intégration des énergies renouvelables variables. Les conséquences dépassent les seuls aspects technico-économiques car ces transformations ont un impact sur l'acceptation sociale ainsi que la soutenabilité environnementale du système électrique.Cette thèse vise à explorer les moyens d'action permettant d'atteindre une production d'électricité à la fois socialement acceptable et environnementalement soutenable. L'analyse repose sur l'adaptation de ces concepts au système électrique à partir du modèle eTIMES-EU. Ce dernier appartient à la famille des modèles TIMES, modèles de type bottom-up reposant sur l'optimisation linéaire, permettant de prendre en compte les contraintes techniques en liens avec la production d'électricité. Cette thèse propose de compléter l'analyse technico-économique en considérant les aspects sociaux et les impacts environnementaux, elle s'articule autour de quatre axes.Le premier axe porte sur la prise en compte de l'emprise au sol du système électrique comme métrique intermédiaire permettant de prendre en compte l'acceptation sociale. Le deuxième axe examine l'évaluation de la soutenabilité environnementale de la production d'électricité à l'aide des outils d'analyse de cycle de vie et du cadre des limites planétaires. Le troisième axe analyse la faisabilité et les défis liés aux échanges d'hydrogène vert entre l'Afrique du Nord et l'Europe. Le quatrième axe, de nature plus exploratoire que les précédents, s'intéresse à la prise en compte de la justice énergétique dans le modèle en prenant pour exemple la décentralisation de la production d'électricité