Optimisation des systèmes énergétiques hybrides nucléaire-renouvelable pour l’efficacité économique en tenant compte de la sécurité énergétique à Porto Rico

Pourquoi l’avenir électrique de Porto Rico compte

Porto Rico dépend fortement des combustibles fossiles importés et dispose d’un réseau électrique qui a été dévasté par des ouragans passés. Cela rend l’électricité coûteuse et peu fiable pour les foyers, les hôpitaux et les entreprises. L’étude résumée ici pose une question simple mais urgente : comment Porto Rico peut-il passer à une énergie plus propre tout en maintenant l’électricité pendant les tempêtes et en maîtrisant les coûts ? Les auteurs explorent de nouvelles façons de combiner nucléaire, solaire, éolien, géothermie et technologies d’hydrogène pour créer un système électrique plus intelligent et plus sûr, qui pourrait servir de modèle à d’autres îles.

D’un réseau fragile à un système hybride flexible

Aujourd’hui, la majeure partie de l’électricité de Porto Rico provient de centrales au pétrole, au charbon et au gaz reliées par de longues lignes de transmission facilement endommagées par les ouragans. Les auteurs soutiennent que l’île a besoin d’un système « hybride » plus diversifié qui mélange des sources renouvelables locales avec de petits réacteurs nucléaires et du stockage d’énergie. Ils se concentrent sur des combinaisons incluant panneaux solaires, éoliennes, centrales géothermiques, batteries et piles à combustible à hydrogène, certaines options intégrant un petit réacteur modulaire. L’objectif est de trouver des mixes énergétiques qui maintiennent des coûts raisonnables, réduisent la dépendance aux livraisons de carburant et permettent au réseau de se remettre plus rapidement après des événements climatiques extrêmes.

Trouver le mix sécurisé le moins cher

Pour trier de nombreuses combinaisons possibles, l’équipe construit un modèle mathématique qui cherche le coût global d’électricité le plus bas tout en satisfaisant la demande électrique de Porto Rico. Le modèle prend en compte les coûts de construction, d’exploitation, la consommation de combustible et la production typique annuelle de chaque technologie. Il impose une marge de sécurité afin que la capacité de production reste au-dessus de la demande de pointe et vérifie que le coût global par unité d’électricité reste en dessous d’un objectif politique. Parce que faire des simulations horaires complètes pour chaque option serait lent et complexe, les auteurs créent aussi un modèle « substitut » statistique capable de prédire rapidement coût et performance et de mettre en évidence quelles technologies comptent le plus.

Nouveaux critères pour fiabilité et résilience

Comparer des plans énergétiques pour différentes îles est difficile car chaque système a sa taille et ses unités. Pour remédier à cela, l’étude introduit trois scores sans dimension appelés les métriques « 3R » : Fiabilité (Reliability), Résilience (Resilience) et Part renouvelable (Renewability). En utilisant un outil classique de la physique connu sous le nom d’analyse dimensionnelle, les auteurs transforment six grandeurs physiques — capacité totale, demande de pointe, énergie de stockage, durée des coupures, production renouvelable et part des charges critiques — en trois ratios simples. Un ratio mesure la capacité disponible par rapport à la demande de pointe, un autre indique combien de temps le stockage peut couvrir les charges essentielles lors d’une panne, et le troisième décrit la part de la capacité totale qui est renouvelable. Comme ces scores sont sans unité, ils peuvent servir à comparer sur un pied d’égalité des réseaux insulaires très différents.

Ce que dit le modèle sur les bons designs

L’optimisation produit cinq configurations hybrides prometteuses pour Porto Rico, chacune faisant un compromis différent entre coût, résilience et part d’énergie propre. Un mix entièrement renouvelable composé de solaire, géothermie et stockage par hydrogène offre une très grande résilience et une forte part renouvelable mais est le plus coûteux. L’ajout d’éolien, selon différentes variantes, modifie l’équilibre entre coût et risque lié aux tempêtes. L’option la plus abordable combine nucléaire, éolien et stockage par hydrogène, mais sa résilience et sa part renouvelable sont quelque peu inférieures. Un design légèrement plus coûteux qui mêle un petit réacteur modulaire avec éolien, solaire et stockage par hydrogène se démarque comme un choix équilibré : il maintient les coûts proches de 0,10 $ par kilowattheure, offre une forte fiabilité, améliore la résilience et porte les renouvelables à environ 70 % de la capacité tout en réduisant le coût total du système par rapport aux mixes dominés par les fossiles.

Expliquer les moteurs cachés

Pour comprendre pourquoi certains mixes fonctionnent mieux que d’autres, les auteurs utilisent une méthode d’apprentissage automatique qui non seulement ajuste les résultats mais les explique. Cette analyse montre que la capacité nucléaire et le stockage par batteries ont tendance à réduire les coûts, tandis qu’une forte utilisation de l’éolien et de l’hydrogène peut augmenter les coûts dans les scénarios à haute pénétration parce qu’ils nécessitent davantage de stockage et de secours. Pour le score de résilience, le stockage et les piles à combustible à hydrogène sont essentiels, puisqu’ils maintiennent l’alimentation des services critiques durant de longues pannes. Le solaire et l’éolien influencent principalement le score de renouvelabilité, comme prévu. L’étude montre aussi que des conditions de financement telles que le taux d’actualisation peuvent faire varier les coûts de plus de 30 %, soulignant l’importance d’un capital à faible coût et d’un soutien politique avisé.

Une feuille de route pour une électricité propre et résistante aux ouragans

En termes concrets, l’article conclut que Porto Rico et des îles similaires n’ont pas à choisir entre électricité abordable, énergie propre et résilience face aux tempêtes. En combinant soigneusement des sources fermes à faible émission de carbone — comme des petits réacteurs modulaires ou la géothermie — avec solaire, éolien et stockage longue durée, les planificateurs peuvent concevoir des systèmes qui maintiennent l’alimentation pendant les ouragans à un coût raisonnable. Les nouvelles métriques 3R fournissent un langage commun pour comparer ces options entre différentes îles, aidant les décideurs à juger de la fiabilité, de la robustesse et du caractère renouvelable de chaque voie alors qu’ils préparent un avenir énergétique plus sûr.

Citation: Appiah, R., Aguilar, D., Quiñones, J. et al. Optimizing nuclear-renewable hybrid energy systems for cost efficiency based on energy security concerns in Puerto-Rico. Sci Rep 16, 15650 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46862-7

Mots-clés: énergie Porto Rico, systèmes énergétiques hybrides, nucléaire renouvelable, résilience énergétique, réseaux insulaires