Interaction eau-énergie

Le concept ne semble pas posséder de dénomination unique en langue française. Différents noms sont utilisés dans la littérature scientifique et dans les sources officielles, tels que interaction eau-énergie[3] ou complexe eau-énergie[4]. Le terme anglais nexus eau-énergie[5] s'inspirant de la dénomination anglaise water-energy nexus est lui aussi usité.

Figure 1. Consommation d'eau pour la production d'énergie - WCEP - total par catégorie d'énergie, 2008

Tous les types de production d'énergie consomment de l'eau soit pour traiter les matières premières utilisées dans l'installation, pour construire et entretenir l'usine, soit pour produire l'électricité elle-même. Les sources d'énergie renouvelable telles que l'énergie solaire photovoltaïque et l'énergie éolienne, qui nécessitent peu d'eau pour produire de l'énergie, nécessitent de l'eau pour traiter les matières premières des matériaux (eau virtuelle). L'eau peut être prélevée ou consommée, et peut être catégorisée comme eau douce, eau de surface, eau bleue, eau grise ou eau verte entre autres. L'eau est considérée comme prélevée si elle ne réduit pas l'apport d'eau aux utilisateurs en aval, c'est-à-dire que l'eau prélevée est retournée à la même source, comme dans les centrales thermoélectriques qui utilisent l'eau pour le refroidissement et sont de loin les plus grands utilisateurs d'eau. Alors que l'eau usée est retournée au système pour des utilisations en aval, elle a généralement été dégradée d'une manière ou d'une autre, principalement à cause de la pollution thermique ou chimique, et le débit naturel a été modifié, ce qui n'est pas pris en compte dans l'évaluation si seulement la quantité d'eau est prise en compte. L'eau est consommée lorsqu'elle est complètement éliminée du système, par exemple par évaporation ou consommation par les cultures ou les humains. Lors de l'évaluation de l'utilisation de l'eau, tous ces facteurs doivent être pris en compte, de même que les considérations spatiotemporelles, ce qui rend très difficile la détermination précise de l'utilisation de l'eau.

Spang et al. (2014) ont mené une étude sur la consommation d'eau pour la production d'énergie (water consumption for energy production - WCEP) à l'échelle internationale montrant les variations des types d'énergie produites entre les pays ainsi que les grandes différences de rendement énergétique par unité d'utilisation de l'eau (figure 1). Les opérations de distribution d'eau et de distribution d'énergie dans des conditions d'urgence de puissance et de disponibilité limitées de l'eau sont des facteurs importants pour améliorer la résilience globale du lien eau – énergie. Khatavkar et Mays (2017)[6] présentent une méthodologie de contrôle des systèmes de distribution d'eau et de distribution d'énergie dans des conditions d'urgence de sécheresse et de disponibilité d'énergie limitée pour assurer au moins une alimentation minimale en eau de refroidissement aux centrales. Khatavkar et Mays (2017b) ont appliqué un modèle d'optimisation du système de connexion eau-énergie pour un système hypothétique au niveau régional qui a montré une meilleure résilience pour plusieurs scénarios d'urgence.

Un rapport de l'Agence internationale de l'énergie[7] établit différentes projections pour les besoins futurs en eau douce pour la production d'énergie selon différents scénarios. Il évalue aussi la quantité d'énergie nécessaire à toute une série de processus dans le secteur de l'eau, notamment le traitement, la distribution et le dessalement des eaux usées, et la manière dont ces besoins pourraient croître au cours des 25 prochaines années. Il indique également où les potentiels d'efficacité énergétique et de récupération d'énergie existants peuvent être exploités.

Les sources non conventionnelles en eau que sont le dessalement et la réutilisation ou recyclage des eaux usées, pour les pays qui ont des ressources en eau douce limitées, contribuent à réduire l’écart entre prélèvements d’eau douce et approvisionnement durable, mais ils contribuent également à l’augmentation de la demande énergétique du secteur de l’eau. Bien que le dessalement et la réutilisation de l'eau atteignent moins de 1 % des besoins mondiaux en eau, ces processus représentent près du quart de la consommation totale d'énergie dans le secteur de l'eau.

En 2040, les deux sources devraient représenter 4 % de l’approvisionnement en eau, mais 60 % de la consommation d’énergie du secteur de l’eau. La capacité de dessalement devrait augmenter de manière significative au Moyen-Orient, le dessalement devrait alors représenter plus de 10 % de la consommation finale totale d’énergie du Moyen-Orient[7]