Besoin de chauffage et consommation d’énergie
La consommation d’énergie, primaire comme finale, varie fortement selon les saisons : la consommation énergétique des mois d’été est ainsi inférieure d’environ 20 % à celle des mois d’hiver. Les variations saisonnières de consommation énergétique s’expliquent essentiellement par le besoin de chauffer les bâtiments.
Si les consommations énergétiques sont ainsi nettement plus importantes en hiver qu’en été, elles varient également en fonction des régions et des années selon la rigueur plus ou moins importante des températures en hiver ou en automne.
Évolution de la consommation primaire et des températures entre 2012 et 2022
Consommation primaire en TWh, température en °C
Sources : SDES, conjoncture de l’énergie ; Météo-France, données climatologiques de base. Calculs SDES
Température de base et degrés jours unifiés (DJU)
La consommation d’énergie n’évolue pas linéairement en fonction des températures. En effet, lorsque les températures extérieures sont élevées, les besoins de chauffage sont nuls. On peut ainsi définir une température de base correspondant au seuil au-delà duquel les bâtiments n’ont pas besoin d’être chauffés pour assurer un confort thermique aux occupants. En théorie, les systèmes de chauffage programmés pour maintenir une température intérieure agréable se déclenchent lorsque les températures extérieures sont inférieures à cette température de base.
Pour mesurer le besoin de chauffage, on utilise un indicateur, appelé degrés jours unifiés (DJU). Ces degrés jours unifiés sont calculés comme la différence entre la température extérieure moyenne quotidienne et la température de base. Ils mesurent la rigueur des conditions climatiques et reflètent les besoins de chauffage sur une période et un territoire donnés. Plus le nombre de DJU est élevé, plus le besoin de chauffage est important.
La température de base, et par suite la mesure des DJU qui en dépend, peut varier selon les pays et les régions en fonction des standards de confort et des pratiques énergétiques locales.
Ce seuil, fixé a priori, sans être nécessairement adapté au contexte, est en général de 18 °C dans la littérature économique. Le SDES retenait jusqu’à présent dans ses publications un seuil de 17 °C. Une méthode statistique empirique a permis de déterminer ce seuil à partir de données observées (voir méthodologie). Selon cette estimation, la température de base mensuelle est légèrement plus basse que les seuils habituellement retenus et s’élève à 15 °C sur la période 2012-2022 en France métropolitaine.
Exemple de la consommation d’électricité en fonction de la température
Consommation primaire en TWh, température en °C
Notes : relation entre la consommation mensuelle d’électricité sur le réseau en basse tension et la température mensuelle moyenne. La droite rouge représente le seuil de 15 °C qui permet de séparer le groupe de consommation dit de chauffe et celui dit de confort.
Trois observations, en vert, correspondent à des mois de mai où la température moyenne nationale dépasse légèrement les 15 °C, mais où de fortes variations quotidiennes (jusqu’à +/- 10 °C) sont observées. Ces fluctuations ont entraîné une demande de chauffage soutenue, générant ainsi une consommation énergétique plus élevée que celle attendue pour un mois de mai typique. Visuellement, ces points agissent comme des outliers (données aberrantes) et risquent de fausser l’interprétation globale du graphique s'ils ne sont pas correctement identifiés.
Sources : SDES, conjoncture de l’énergie ; Météo-France, données climatologiques de base. Calculs SDES
Une fois définis, les DJU jouent un rôle essentiel dans la correction des variations climatiques (CVC) des consommations d’énergie, en permettant de comparer la consommation d’énergie sur plusieurs périodes ou pour des territoires différents à climat constant. La consommation CVC correspond ainsi à la consommation d’énergie qui aurait été observée si le nombre de DJU avait été égal à la moyenne enregistrée sur une période de référence et un territoire spécifique.
Évolution de la consommation primaire réelle et corrigée des variations climatiques entre 2012 et 2022
En TWh
Sources : SDES, conjoncture de l’énergie ; Météo-France, données climatologiques de base. Calculs SDES
Au-delà de la température extérieure le niveau d'ensoleillement, qui peut réchauffer naturellement les espaces, et la force du vent, qui peut augmenter les déperditions thermiques, peuvent également influer sur la demande énergétique. Si ces éléments ont peu d’impact sur les consommations annuelles et mensuelles d’énergie, une fois celles-ci corrigées avec les températures, ils peuvent néanmoins, à une fréquence infra-mensuelle, expliquer des variations de consommations additionnelles.
Une thermosensibilité qui varie selon les secteurs d’activités et les énergies
La consommation réelle d’énergie est supposée dépendre linéairement du nombre de DJU, cette relation étant modélisée à travers un coefficient de thermosensibilité, qui exprime la sensibilité de la consommation d’énergie aux variations de température. Cette thermosensibilité varie selon les secteurs d’activités et les énergies.
Le résidentiel est le secteur le plus sensible aux variations de températures en hiver, car l’énergie y est consommée majoritairement pour des besoins de chauffage. Si le nombre de DJU augmente de 1 – lorsque que le nombre de DJU augmente d’une unité, cela signifie qu’il y a une baisse d’un degré pour un jour dont la température moyenne est inférieure à 15 °C –, la consommation du résidentiel, toutes énergies confondues, augmente de 136 GWh, soit 0,024 % de la consommation d’énergie du secteur. En comparaison, une hausse de 1 DJU augmente la consommation du secteur tertiaire de 47 GWh, ce qui représente 0,018 % de sa consommation, toutes énergies confondues.
Les consommations de gaz naturel, d’énergies renouvelables (EnR) thermiques et de chaleur sont les énergies les plus thermosensibles. Ainsi, si le nombre de DJU augmente de 1, la consommation du résidentiel en gaz naturel augmente de 55 GWh, soit 0,040 % de la consommation de gaz naturel du secteur résidentiel à climat moyen. La thermosensibilité des EnR thermiques et de la chaleur commercialisée est similaire, représentant respectivement 0,0037 % et 0,038 % de la consommation annuelle moyenne.
La consommation d’électricité du résidentiel est moins sensible aux températures : un accroissement d’une unité de DJU entraîne une hausse de la consommation de 23 GWh, soit 0,014 % de la consommation annuelle. En effet, l’électricité est aussi utilisée pour d’autres usages que le chauffage, notamment l’alimentation électrique des appareils électroménagers (usages spécifiques de l’électricité).
La thermosensibilité est moindre dans le tertiaire (0,018 % de la consommation annuelle) car le chauffage y représente une part plus faible des usages de l’énergie. La part de l’électricité y est d’ailleurs beaucoup plus importante que dans le résidentiel (53 % contre 28 %). Comme dans le secteur résidentiel, les thermosensibilités des consommations de gaz naturel et de chaleur commercialisée dans le secteur tertiaire représentent respectivement 0,038 % et 0,036 % de leur consommation annuelle moyenne. La thermosensibilité de l’électricité représente quant à elle seulement 0,008 % de la consommation annuelle, ce qui s’explique, là aussi, par des usages spécifiques de l’énergie plus développés dans le secteur tertiaire (par exemple : alimentation des ordinateurs, éclairage, etc.).
Enfin, la consommation du secteur industriel est très peu sensible aux températures avec une hausse de consommation moyenne toutes énergies confondues de seulement 0,007 % de la consommation annuelle, soit 21 GWh. Cette situation s’explique par la faible part du chauffage dans les usages industriels de l’énergie, celle-ci étant avant tout utilisée pour des processus de production indépendants des conditions météorologiques.
Coefficients annuels moyens de thermosensibilité
n.d : les consommations sont trop faibles pour estimer avec précision un coefficient de thermosensibilité.
* Produits pétroliers et charbon
Note : coefficients annuels moyens de thermosensibilité pour la période 2012-2022 suite à une hausse de 1 DJU. Par exemple pour la consommation de gaz résidentiel, en moyenne une hausse de 1 DJU sur l’année entraine une hausse de consommation de 55 GWh, ce qui représente 0,040 % de sa consommation annuelle réelle.
Sources : SDES, conjoncture de l’énergie et bilans énergétiques ; Météo-France, données climatologiques de base. Calculs SDES
Une thermosensibilité spécifique à la période estivale
Avec des étés de plus en plus chauds en raison du changement climatique, la consommation estivale augmente en lien avec la généralisation de l’installation des systèmes de climatisation, en particulier dans les bureaux, les commerces et les hôtels et restaurants.
Comme pour les besoins de chauffage l’hiver, il est possible de définir les potentiels besoins de climatisation l’été. Pour mesurer le besoin de climatisation, on utilise un indicateur, appelé degrés-jours de refroidissement (DJR). Ces degrés-jours sont calculés comme la différence entre la température extérieure moyenne quotidienne et une température de base, différente de celle établie pour les besoins de chauffage. Ainsi, plus le nombre de DJR est élevé, plus le besoin de climatisation est important.
Empiriquement, la température n’a encore pas d’impact visible sur les consommations nationales l’été dans le secteur résidentiel, à un niveau agrégé.
Cependant, le secteur tertiaire se singularise par une thermosensibilité de la consommation l’été. En effet, à partir d’une température moyenne de 21 °C, les besoins de refroidissement deviennent significatifs. Ainsi, pour la consommation d’électricité dans le secteur tertiaire, une hausse d’un DJU l’hiver entraine une hausse de consommation annuelle de 11 GWh tandis qu’une hausse d’un DJR l’été mène à une hausse de consommation annuelle de 15 GWh.
Alors que les hivers plus doux pourraient entraîner une diminution relative des besoins en chauffage électrique, la hausse des températures estivales, particulièrement sous l'effet du changement climatique, représente un défi croissant.
Évolution de la consommation d’électricité estivale sur le réseau moyenne tension
Évolution en base 100 2002, part de la consommation en %
Sources : SDES, conjoncture de l’énergie ; Météo-France, données climatologiques de base. Calculs SDES
Auteur : Marie BRUGUET, SDES
Méthodologie
Définitions
- Données de consommation
L’ensemble des données de consommation sont issues des chiffrages réalisés par le SDES et publiés en conjoncture ou lors du bilan énergétique annuel. - Données de température
Les relevés de température quotidienne sont fournis par Météo-France pour un ensemble de stations météorologiques couvrant le territoire métropolitain français. Afin de construire des températures mensuelles et annuelles moyennes cohérentes avec l’activité française, chaque municipalité du territoire est associée à une unique station. Ensuite, chaque station est pondérée par la population totale qui lui est attribuée. - Calcul des degrés jours unifiés (DJU)
Les degrés jours unifiés sont fondés sur la comparaison, pour chaque jour de l’année, de la température observée du jour par rapport à une température seuil. Par exemple, si la température extérieure moyenne est de 10 °C pour une journée donnée, et que la température de base est de 15 °C, les DJU pour cette journée seront de 5 (15 °C - 10 °C = 5 DJU). Cette valeur est ensuite cumulée sur plusieurs jours pour quantifier les besoins énergétiques sur une saison ou une année.
Analyse du lien entre consommation et température par partitionnement de données
Afin d’extraire une température de base empirique, il est possible d’utiliser une méthode basée sur le partitionnement de données de séries temporelles, une approche qui regroupe les données en fonction de leur similarité. Ici, cette technique est appliquée à la relation entre deux séries temporelles : la série de consommation d’énergie et la série de températures. L'objectif est de diviser ces séries en groupes distincts, selon un critère de similarité, afin d’identifier les moments où la consommation d’énergie change de comportement en fonction du niveau de la température extérieure.
Données
Données associées à la publication sous forme de tableaux et graphiques.
