Environnement Global & Société Quelques chroniques sur lénergie & propositions de réflexion sur...
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Environnement Global & Société
Quelques chroniques sur l’énergie&propositions de réflexion sur notre mode de vie
D. Nerini M1 Pro, 2011
Détecter les arnaques…
« On ne peut pas vivre sans rejeter de CO2, tâchons déjà d’en rejeter un peu moins … »
Tâchons de mettre un peu d’ordre…
Détecter les arnaques…
-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000
Evolution de la population mondiale depuis le Néolithique
time (y)
nb
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nd
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ua
ls (
Mill
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)
1
5
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100
500
1000
2000
400060008000
A l’origine était l’Humanité…
[esa.un.org & www.sustainableworld.com]
A quoi est due l’augmentation de la population?
Sédentarisation
Amélioration des conditions de vie (vêtements, construction, chauffage)Hygiène (bactéricides, savons, antiseptiques)Médecine (vaccins, médicaments)Agriculture (engrais + pesticides = gain de productivité)Elevage (domestication, reproduction contrôlée, sélection)Education (amélioration et transfert des connaissances)
Une découverte d’enfer : la chimie!Transformation de matériaux primaires organiques ou inorganiques, issus de la Nature, en composés complexes, souvent inexistants à l’état naturel et destinés à fournir un bénéfice
Tous les organismes vivants utilisent de la chimie pour vivre
… qui découvre la chimie
Meuh! Du bon gazon!
Transformation de matières végétales en divers produits = bénéfice énergétique
Et pète la vache!RespirationCO2 + H2O
O2
DigestionCH4
Maintenir sa structure (fonctions vitales) Stocker le surplus
d’énergie (graisse, lait, autre…)
Assurer sa descendance (maintenance gonadique)
ENERGIE
Les fourmis manioc utilisent des esclaves (champignons) pour transformer de la matière organique en énergie
Certaines bactéries utilisent un hôte
pour se nourrir
Le corps humain, paradis des bactéries (peau, intestin, tous orifices, milliers d’espèces) puise son énergie en se nourrissant d’espèces animales et végétales
Un cas particulier : les organismes photosynthétiques
CO2 O2
Ce qu’il faut retenirBiosphère : partie de la Terre où se situe l’ensemble des organismes
vivants et leurs interactions (cont., atm., océan, glace)Organismes autotrophes = puits de CO2
Organismes hétérotrophes = source de CO2
O2 O2 O2
O2
CO2
CO2
CO2 CO2
O2
O2
CO2 Existe-t-il un équilibre, un contrôle entre puits et
sources?
Le passé du CO2 révélé par les glaces Continent Antarctique
Extraction par forage d’une carotte de glace
Ouverture de la carotte au laboratoire
Les bulles d’air renseignent sur la
teneur en CO2 dans l’atmosphère du
passé
CO2 et température à grande échelle
-4 -3 -2 -1 0
18
02
00
22
02
40
26
02
80
30
0
Vostok ice core CO2 records
year (x 100000)
CO
2 c
on
cen
tra
tion
(p
pm
)
-4 -3 -2 -1 0
-8-6
-4-2
02
tem
pera
ture
(°C
)
[www.cdiac.org]
Période de glaciation
Période de dégelLes variations de température et de CO2 atmosphérique sont fortement
corrélées. Pourquoi?
CO2 et température à grande échelle
-4 -3 -2 -1 0
-10
12
time (y*100000)
no
rma
lize
d v
alu
es
Les deux séries temporelles évoluent simultanément
-40 -20 0 20 40
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Lag
AC
F
Cross-Corrélation T°-CO2(ppm)
La température est légèrement en avance sur le CO2(quelques milliers d’années)
Quand on s’intéresse au climat…
[E. Bard & www.manicore.com]
A l’échelle de la semaine, l’atmosphère domine
A l’échelle considérée de nombreux forçages entrent en jeu
A grande échelle, la température contrôle laquantité de CO2 atmosphérique, MAIS…
[www.cdiac.org & www.manicore.com]
L’effet de serre
-18°C
[www.cdiac.org & www.manicore.com]
L’effet de serre
CO2CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
+15°C
L’effet de serre est nécessaire à la vie sur Terre
[www.cdiac.org & www.manicore.com]
Effet de serre & réchauffement climatique
CO2CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2 CO
2
CO2
CO2
CO2CO2
CO2
CO2
CO2CO2
+??? °C
augmentation GES = hausse de température de la Terre
JanvierMarsAvrilMaiJuilletAoutLa Terre, il y a 20000 ans… Seulement 5°C de moins… En moyenne!
Le niveau de la mer est 120 m plus basOn va à pied en AngleterreLe climat européen est celui du Groenland d’aujourd’huiMarseille est sous la glace
Que signifie une hausse de quelques degrés en moyenne?
Que signifie une hausse de quelques degrés en moyenne?
Le processus de réchauffement a duré 20000 ans pour arriver à la température d’aujourd’hui
Beaucoup d’espèces ont disparu (laineux) mais certaines ont eu le temps de s’adapter à ce changement climatique (migration)
Que se passerait-il si la température augmentait brutalement (1 siècle)?
Le changement climatique
Depuis le début du XIXème siècle, voici ce qui est observé dans l’atmosphère terrestre
-4 -3 -2 -1 0
20
02
50
30
03
50
year (x 100000)
CO
2 c
on
cen
tra
tion
(p
pm
)
30%
[www.cdiac.org]
Pourquoi cette hausse?Et la température?
ThonierCapacité : x 500Puissance : x 1000Vitesse : x 5Energie : Gasoil
ThonierEfficacité : 10 TPuissance : 30 HPVitesse : 5 knotsEnergie : Eolienne
efficacité
changementénergie
L’Homme découvre les esclaves-machines
TracteurEfficacité : 1Ha / 4hPuissance : 2 HP (1.6 KW)Vitesse : 2 km/hEnergie : solaire
TracteurEfficacité : 1Ha/ 5minPuissance : 500 HPVitesse : 40 km/hEnergie : Gasoil
efficacité
changementénergie
[compilation auteur]
Les esclaves-machines
DiligenceEfficacité : 15 pers.Puissance : 4 HPVitesse : 20 km/hEnergie : solaire
DiligenceEfficacité : 4 pers.Puissance : 70 HPVitesse : 130 km/hEnergie : Essence
vitesse
changementénergie
efficacité
changementénergie
PressoirEfficacité : 2.5l/h.Puissance : 1/2 HPVitesse : 2 t/minEnergie : solaire
PressoirEfficacité : 70l/h.Puissance : 5 HPVitesse : 2000 t/minEnergie : Electrique/Charbon
[compilation auteur]
Pétrole, charbon & gaz =
énergie fossile
Révolution Industrielle (~1800)
ENERGIE
ENER
GIE
ENERGIE
ENER
GIE
GES
GESGES
Il est où le problème?
La combustion des énergies fossiles libère dans l’atmosphère des molécules de gaz, majoritairement du H2O et du CO2 + un ensemble de produits complexes
Le problème majeur n’est pas de rejeter des gaz qui favorisent l ’effet de serre, effet naturel et nécessaire à la vie sur Terre. C’est :
la quantité (fourchette / ordre de grandeur)la vitesse de rejet L’origine de ces gaz
qui sont le problème.
la dose est en train de créer le poison
1850 1900 1950 2000
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
Variation des températures annuelles terrestres et marines autour de la moyenne 1961-1990
Années
Ano
mal
ies
de T
empé
ratu
re
CO2 et température à moyenne échelle
1900 1920 1940 1960 1980 2000
200
040
00
600
080
00
Emissions mondiales de CO2 (MTep)
TO
TAL
[www.cdiac.org]
1960 1970 1980 1990 2000 2010
32
03
40
36
03
80
Concentration CO2 à Mauna Loa, Hawai
CO
2 (
ppm
)
10
15
20
25
30
35
Temperature à Mauna Loa, Hawai
Tem
pe
ratu
re (
°C)CO2 et température à petite échelle
[www.cdiac.org]
1960 1970 1980 1990 2000 2010
10
15
20
25
30
35
Temperature à Mauna Loa, Hawai
Tem
pe
ratu
re (
°C)
1960 1970 1980 1990 2000 2010
21
22
23
24
25
26
Tem
pe
ratu
re (
°C)
1960 1970 1980 1990 2000 2010
-15-
10
-50
51
01
5Te
mp
era
ture
(°C
)
CO2 et température à petite échelle
[www.cdiac.org & traitement auteur]
Qu’est ce que l ’énergie?
Energie: grandeur qui caractérise le changement d’état d’un système
Modification de la température = énergie thermique
Modification de la vitesse = énergie cinétique
Changement composition chimique, combustion = énergie chimique
Changement de la distance entre 2 corps = énergie potentielle
Changement composition atomique = énergie nucléaire
Apparition/disparition rayonnement = énergie électro-magnétique
Qu’est ce que l ’énergie?
Il n’existe pas d’énergie sale ou propreProblèmes = ordres de grandeur
Loi de conservation de l’énergie : principe physique selon lequel l'énergie totale d'un système isolé (enceinte adiabatique) se conserve au cours du temps (1er principe de la thermodynamique)
L’énergie n’est pas produite : elle existe parce qu’il y a eu processus de transformation
Toutes les formes d’énergies utilisées par les êtres vivants résultent de la transformation d’énergies primaires (=énergies trouvées dans la Nature) en d’autres formes d’énergies. Il en résulte un bénéfice au passage
Son utilisation n’est pas récente…
-500 ka : domestication du feu (énergie chimique)
Antiquité : énergies renouvelables (bois, vent, traction animale, géothermie)
-3 ka : Energies fossiles également (Sumériens, pétrole/bitume)
-1 ka : premiers gisements exploités de charbon (Chine)
Notre ère actuelle n’est donc pas caractérisée par une utilisation de formes nouvelles d’énergies (sauf nucléaire & photovoltaïque) mais par un changement d’ordre de grandeur dans leur utilisation et dans l’épuisement des stocks dont on dispose
L’énergie n’est pas récente…
Quelle unité pour l ’énergie?Il y en a un moulon!
Joule (J) : travail d'une force d'un newton sur un solide dont le centre de gravité se déplace de un mètre dans la direction de la force :
1 J = 1N.m = 1 kg.m²/s² = 1 W.s
Calorie (cal): quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 gramme d'eau dégazée de 14,5 à 15,5 à une pression atmosphérique d’1 atm℃ ℃ .
1 Cal = 4.18 J
Grand public : 1000 kWh (3.6 109 J)
1 français consomme 170 109 J/an = 47 000 kWh/an1 litre d’essence = 10 kWh
Quelle unité pour l ’énergie?Energéticien : Tonne équivalent pétrole (Tep) : quantité d’énergie thermique libérée par la combustion d’une tonne de pétrole brut (ne s’applique pas uniquement au pétrole)
1 Tep = 41.8 GJ = 11 600 kWh
Physique des particules :Electron-volt (eV) : énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le
repos par une différence de potentiel d'un volt
1 eV = 1.6 10-19 J
1 réaction chimique = quelques eV1 réaction nucléaire = quelques millions d’eV (rapport 1/1000000)
Pour qui l’énergie?Consommation énergies primaires mondiale 2008
Te
p/h
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Italie
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Co
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én
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Ery
thré
e
02
46
81
01
21
41
61
82
02
22
42
6
Les méchants!
Les gentils!
Tout le monde n’est pas né à Marseille (ou en Indiana, ou à Doha)
Pour qui l’énergie?
[www.youtube.com & http://radar.zhaw.ch/]
Accélération et énergie
La découverte et l’utilisation massive des sources d’énergie dont dispose la planète ont profondément modifié notre rapport à l’espace
« L’accélération technique s’accompagne très concrètement d’un anéantissement de l’espace en même temps que d’une accélération du rythme de vie. [...] Cette accélération des rythmes de vie génère beaucoup de stress et de frustration. Car nous sommes malgré tout confrontés à l’incapacité de trop accélérer la consommation elle-même. C’est là un des stress majeurs liés à l’accélération du rythme de vie : le monde entier nous est offert en une seconde ou à quelques heures d’avion, et nous n’avons jamais le temps d’en jouir. [...] Cette rapidité et cette proximité nous semblent extraordinaires, mais au même moment chaque décision prise dans le sens de l’accélération implique la réduction des options permettant la jouissance [de l’espace] traversé » [Hartmut ROSA, Accélération : une critique sociale du temps, La Découverte, 2010]
On assiste à une désynchronisation de nos modes de vie relativement à notre environnement direct
Pourquoi ce besoin de contraction du temps et de l’espace?
1750 1800 1850 1900 1950 2000
02
00
04
00
06
00
08
00
0
Consommation mondiale de carbone fossile 1750-2006 (MTep)
année
CO
2 M
illio
n d
e T
ep
TOTALGAZLIQUIDESOLIDECIMENTTORCHE
Premier puits de pétroleTitusville, USA, 1859
1er changement d’ordre de grandeur
[www.cdiac.org]
Aujourd’hui, 80% de la consommation d ’énergie est d’origine fossile
X 15 en 1 siècle
1900 1920 1940 1960 1980 2000
20
00
40
00
60
00
80
00
Emissions mondiales de CO2 (MTep)
Year
TO
TA
L
PapyPapa & Maman
Bibi
Les lapins
Multiplication par 7 (!!!) en 2 générations :
Le coup est-il rejouable?
[www.cdiac.org]
2ème changement d’ordre de grandeur
2ème changement d’ordre de grandeur
1900 1920 1940 1960 1980 2000
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Consommation carbone fossile / hab
years
Te
p/h
ab
30 glorieuses = énergie x 3 en 30 ans, le coup est-il rejouable?
Bilan énergétique de la France en 2007 (M tep)
Charbon et Coke
Produitspétro liers
G az
Electric ité
ENR t etdéchets
Centraleshydrauliques,
éoliennes
Centrales therm iques
Exportation é lectricité
6.67
84.92
36.84
37.32
12.16
TO TA L : 177.91 M tepTO TA L : 278.43 M tep
Charbon
Pétro le brut
G az nature l
U ranium
Energ iesrenouvelableet déchets
Pertes et rendem ent de conversion,usages in ternes
P+DS : 0.91
I : 11.7312.64
P+DS : 1.35
I : 36.9438.29
114.6
P+DS : 19.61
I : 0 .32
19.93
P+DS : 2.16
I : 90.81
92.97
Energ ies P rim aires Energ ies F inalesSoutes m aritim esinternationales
4.88
1.525.37
1.16
3.45
0.77
5.655.73
0.66
90.28
2.88
0.34
Energies primaires & finales
63%
[www.iae.org, rapport 2009]
Energie primaire = carbone
Bilan énergétique mondial (énergies primaires) 2008
[www.iae.org, rapport 2009]
Energie primaire = carbone
Bilan énergétique mondial (énergies primaires & secondaires) 2007
250 g CO2 / kWh
340 g CO2 / kWh
200 g CO2 / kWh
PRIMAIRE FINALE68 %
18 %Sans carbone
(Mtoe : Million Tons of oil equivalent)
Question : nucléaire = moins de pétrole?
Austria
Azerbaij
an
Belaru
s
Belgium &
Luxe
mbourg
Bulgaria
Czech Rep
ublic
Denmark
Finlan
dFra
nce
German
y
Greece
Hungary
Icelan
d
Republic
of Irela
ndIta
ly
Kazakh
stan
Lithuan
ia
Netherl
ands
Norway
Poland
Portuga
l
Romania
Russian
Federa
tion
Slova
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Swed
en
Switz
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d
Turke
y
Turkm
enist
an
Ukraine
United Kingd
om
Uzbek
istan
Other Eu
rope &
Euras
ia0
10
20
30
40
50
60
70
Part du pétrole dans la consommation d’énergie primaire hors bois en Europe , 2007
La France est dans la moyenne
bois & biomass
e solid
e
Hydro
électr
icité
géotherm
ie
déchets
municip
aux
biocarburan
ts
biogaz
solai
re therm
iqueéo
lien
photovolta
ïque
marémotri
ce0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.01134.0
669.0
56.0 38.0 21.0 11.0 10.0 6.5 0.3 0.2
Quid du renouvelable?
Contribution énergies renouvelables au bilan énergétique mondial (Mtep), 2005
10% mondial
5% mondialMême avec une croissance de 100 % par an … c’est peanuts!
[www.earth.google.fr]
Un exemple d’effet induit par une énergie dite renouvelable : les biocarburants
160 km135
km
1975Un coin de paradis de 22000 km² quelque part au BrésilTerritoire grand comme 4 départements de la région PACA
[www.earth.google.fr]
1975198920012008
[www.earth.google.fr]
Pour quoi faire?
Electricité = carbone
Environ 70% de l’électricité dans le monde est générée avec du carbone fossile
75 % 69 %
Le cas unique : la France
La France est le 2ème producteur d’énergie nucléaire du monde
Forte dépendance
aux hydrocarbures
Et pourtant…
Les usages de l’énergie
Utilisation d’énergie finale par secteurs dans le monde, 2007
[www.iea.org]
transports industries autres secteurs usages non-énergétiques0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
MTe
p
TOTAL : 8300 MTep
Les usages de l’énergie en France
3.68 %
19.02%
43.56 %
1.84 %
31.9 %
Hors usages non-énergétiques : 163 MTep
Quelques ordres de grandeur…
Consommation annuelle par usages en kWh.Un français consomme environ 47000 kWh/an d’énergies primaires
[www.manicore.com, JM Jancovici]
Une autre unité d’énergie : l’équivalent-esclave
Energie pour la maintenance au repos d’un organisme humain : 2.5 kWh/j (2000 cal à manger)
3000 m de dénivelé pour une personne de 65 kg :0.5 kWh d’énergie mécanique(Pour les sceptiques : E = mgh = 65*9.81*3000 = 1.9 MJ = 0.5 kWh)
Un trou pour enterrer Mamie au fond du jardin soit18 T de terre (3-4 m3) sur 1m de profondeur :0.05 kWh d’énergie mécanique(E = mgh = 18000*9.81*1 = 0.18 MJ = 0.05 kWh)
1l d’essence = (tatataaaa!!)…10kWh d’énergie thermiqueEN CONSIDERANT LES RENDEMENTS DE CHACUN, IL Y A AUTANT D’ENERGIE DANS 1 LITRE D’ESSENCE QUE D’ENERGIE DANS 10 PAIRES DE JAMBES OU 100 PAIRES DE BRAS AU TRAVAIL SUR 24h !
agriculture eau chaude & cuisson
électricité (hors chauffage)
chauffage (travail & maison)
pertes systèmes énergétiques
industries transports0
5
10
15
20
25
30
21
3
27
9
5
25
28
Nous sommes les rois du pétrole!
[calculs détaillés sur www.manicore.com, JM Jancovici]
24h/24h, 120 équivalent esclaves-énergie travaillent pour vous
Nous sommes les rois du pétrole!
« Incidemment, notons qu'une division de l'énergie fossile consommée par 4 dans l'Hexagone, ce qui est nécessaire pour régler le problème climatique, signifie encore, à technologie constante, quelques dizaines "d'équivalent esclave" par Français. Ce ne serait pas vraiment le retour à l'âge de pierre, contrairement aux affirmations de certains ! »
JM Jancovici
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Comment? C’est pas cher?
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
Prix du pétrole en $ constant ( $ 2008) et en $ du jour
Estimation de l’évolution mondiale du PIB/hab ($ 1990)
[Bradford DeLong, 2005, BP international review, 2009]
Une situation à venir inédite
Le pétrole coûte relativement 10 x moins cher aujourd’hui qu’il y a un siècle
En plus de cela, les services rendus par 1 kWh d’énergie sont de mieux en mieux employés
En composant des prix bas avec cette augmentation d’efficacité énergétique, le coût réel d’un service énergétique a été divisé par 30 en 1 siècle en occident
Situation inédite : le mouvement va s’inverserComment gérer une démocratie quand le pouvoir d’achat des gens augmente moins vite que le prix de ce qu’ils peuvent s’acheter? Comment concilier de la croissance sans croissance?
[Franquin,Idées Noires]
Merci. Lisez Franquin!