Lénergie: les contraintes incontournables des chiffres et des ordres de grandeur Quels chiffres?...

L’énergie: les contraintes incontournables des chiffres et des ordres de grandeur

Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?- l’abondance

- l’efficacité énergétique- retour sur l’énergie dépensée

- service/dépense

- les conséquences environnementales- pollution- déchets- effet de serre

- les coûts

- le reste- l’intermittence- l’acceptabilité

L’abondance

Problème de balance entre offre et demande

Peut-on « produire » assez ?

Peut-on consommer moins?

La situation d’aujourd’hui:

production (consommation) mondiale: 10,5 Gtep/an

soit 1,7 tep/habitant/an

1tep = 12000 kWh

L’abondance

PaysPopulation (millions

habitants)

Énergie Primaire (Mtep)

tep/habitant

USA 281 2 293 7,8

Japon 127 509 4,0

Europe (25) 403 1 470 3,8

France 60 258 4,37

Chine 1 271 1 245 1,1

Inde 1 045 538 0,5

Monde 6 071 10 200 1,69

Minimum vital homme 0,1-0,2

Source : mémento sur l’énergie CEA 2006

Monde

30

40

50

60

70

80

90

0 1500 3000 4500 6000 7500 9000

Energie (kgep/hts)

Esp

eran

ce d

e vi

e

Zambie

Afrique du Sud

Inde

Japon

Chine

Russie

GrèceCH FR

S Ca

E.U

Au delà de 1,5 tep/an/hab on ne voitplus de relation entre consommation d’énergie et espérance de vie

Ma Roumanie

I

La corrélation consommation-espérance de vie

Peut-on réduire la consommation totale ?Peut-on réduire la consommation totale ?

Comment consomme-t-on dans les pays Comment consomme-t-on dans les pays développés?développés? Cas de la France Cas de la France

0

10

20

30

40

50

resident. transport indust. agricult.

resident.

transport

indust.

agricult.

Totale primaire

Tertiaire Résident.

Transports Industrie

Evolution France en

30 ans

+53%

+21%

+92%

-8%

%

Au niveau du monde: Au niveau du monde: la réponse est clairement : non la réponse est clairement : non (+38% de (+38% de 1982 à 2002; 1982 à 2002; Chine: +4,3% Chine: +4,3% entre 2000 et 2001)entre 2000 et 2001)

Au niveau de la France : Au niveau de la France : un facteur 2 ?un facteur 2 ?

- chauffage et climatisation:chauffage et climatisation:● ● isolation optimale des habitations :isolation optimale des habitations : ce sera long…ce sera long… ● utilisation raisonnable de la● utilisation raisonnable de la climatisation…climatisation…

- choix des équipements:choix des équipements:

● ● lampes basse consommation lampes basse consommation ● optimisation des appareillages (classe des ● optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés)appareils non utilisés) ● ● ne pas gaspillerne pas gaspiller

- choix des moyens de transport et des lieux d’habitat:choix des moyens de transport et des lieux d’habitat:

● ● privilégier les transports en commun etprivilégier les transports en commun et le ferroutagele ferroutage ● ne pas prendre sa voiture pour● ne pas prendre sa voiture pour rien… rien… ●● proximité des lieux de vie et de proximité des lieux de vie et de travailtravail ●● ne pas privilégier les ne pas privilégier les vacances lointaines…vacances lointaines…

Réduire la consommation nécessite : Réduire la consommation nécessite : - un changement de mentalité (ne voit-on - un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent l’inverse?)pas souvent l’inverse?) - un changement dans les - un changement dans les structures de l’habitatstructures de l’habitat

Peut-on réduire la consommation totale ?Peut-on réduire la consommation totale ?

Peut-on produire assez ?Peut-on produire assez ?

– Énergies non-renouvelables: réserves ?– Énergies renouvelables: ressources annuelles?

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Monde Un. Europ. France

non-renouvelables

renouvelables

Premier constat: les non-renouvelables sont aujourd’hui dominantes

Source Hydraul. Biomasse + déchets

Eolien Solaire Géotherm. Marées

Monde 6%** 10% < 1% 0% Union Eur. 4%** 4% 0,9%** 0,05%** 0,2% 0%

France 5%** 4% 0,1%** 0,2% 0,03% Ressources

monde 4 Gtep/an** <5 Gtep/an 4 Gtep/an** 50 000Gtep

/an 15 Gtep/an 2Gtep/an

Pot. France* 6%** <12% 10%** (28% éle) terre + off-shore

100% 2,5%** hydrauliennes <2%**

1/4 surface (France)

35 000 éoliennes(2MW)

20 000 km2

(4%France)** toute la surf. France

Source Pétrole Gaz Charbon Nucléaire Fission

Nucléaire Fusion

Total

Monde 33% 21% 23% 7% 0% 85% Europe (25) 37% 23% 18% 14% 0% 92%

France 34% 15% 5% 38% 0% 91% Réserves

(années de consomm. actuelle)

Prouvées 40 ans

Ultimes 135 ans

Prouvées 90 ans

Ultimes 230 ans

Prouvées 220 ans Ultimes 1400 ans

Prouvées 80(3000) Ultimes

280(14000)

Infinies

Les limites des réserves et ressources

Les pourcentages sont calculés par rapport à la consommation d’énergie primaire Sources: Observatoire de l’énergie AIE Bobin et al, SFP 2001

** correction rendement incluse



- service/dépense


- les coûts


L’efficacité énergétique

rapport entre l’énergie obtenue et l’énergie dépensée en amont

◘ cas des capteurs photovoltaïques ◘ cas des biocarburants

rapport entre l’énergie utile et l’énergie dépensée ◘ cas simples:

- moteur: Eff. = Travail / Energie dépensée- lampe: Eff. = Energie lumineuse / Energie dépensée- centrale élec.: Eff. = Energ. Élect. / Energie primaire

◘ cas plus compliqués:- automobile: Eff. = ?? / Energie dépensée- chauffage: Eff. = ?? / Energie dépensée

Rendement (de Carnot)

Chasse aux calories perdues et isolation

Prise en compte globale de la filière

L’efficacité énergétique Combien dépense-t-on pour produire 1kWh?

Combien de temps faut-il pour récupérer l’énergie dépensée?

pétrole ~1,1 kWh

biocarbur.blé: 0,98 kWhbetterave: 0,83colza: 0,37kWhtournesol: 0,28

éolien éolienne: 7 mois

solaire pv cell. photovolt.: 3-5 ans

blé: 9400% des surfaces cultivées en France betterave: 420% (pour assurer les 50 Mtep des transports)colza: 365% tournesol: 413%

Limitation intrinsèque des biocarburants à 10% des besoins

Espoir de la valorisation des matières ligneuses tiges et taillis


pétrole

gaz

charbon

uranium

source vecteur usage

chaleur

électricité

Bâtiments cuisson

EC, chauff.bâtimentséclairagebâtimentsappareils

industrie

transports

éolien

solaire th.

solaire pv

biocarbur.

hydraulique

géotherm.


pétrole

gaz

charbon

uranium

source vecteur usage

chaleur

électricité

hydrogène

Bâtiments cuisson

EC, chauff.bâtimentséclairagebâtimentsappareils

industrie

transports

éolien

solaire th.

solaire pv

biocarbur.

hydraulique

géotherm.

Non stockables !

stockable


Quelques recettes:

- passer par le vecteur « chaleur » pour chauffer… solaire thermique adapté

- l’électricité seule n’est pas optimale pour le chauffage l’électricité : un appoint (problème de l’intermittence du solaire)

- accroître les rendements quand ils sont pénalisants monter les températures (génération IV)

- passage 330°C 1000°C faire de la cogénération si possible

- gaz: OK- nucléaire: plus difficile

améliorer les conversions d’énergie solaire

- ne rien perdre si possible isoler les habitations récupérer l’énergie de freinage des véhicules: véhicules électriques



- service/dépense


- les coûts


Les conséquences environnementales

■ Pollution

■ Déchets

■ Effet de serre

Le pire: le charbon - poussières, NOx, radioactivité,… - filtres nécessaires mais aussi le pétrole (problème des transports)

Le plus problématique: le nucléaire mais bien des industries génèrent des déchets qui ne sont pas moins problématiques (exemple du photovoltaïque et du démantèlement des batteries au plomb)

Le pire: le charbon

L’effet de serreL’effet de serre- l’effet de serre - l’effet de serre existeexiste et il et il croîtcroît

L’effet de serreL’effet de serre- l’effet de serre - l’effet de serre existeexiste et il et il croîtcroît

- tout ce qui brûle y contribue « sauf » la - tout ce qui brûle y contribue « sauf » la biomasse (et encore…)biomasse (et encore…)

Un bilan sur les gaz à effet de serre

Coke lignite , Charbon (moy) Coke PétroleFuel LourdDieselKérosènePétroleGPLGaz

HydroélecticitéNucléairePhotovoltaïqueSolaire thermiqueÉolien (Moy)Biomasse (repl.)géothermie

Kg- equivalent- C émis par TeP pour diverses énergies. Pour les énergies Produisant de l’électricité, la conversion a été le taux physique

(1TeP=42GJ =11,6MWh) Sources Manicore, ADEME, EDF

Coke lignite , Charbon (moy) Coke PétroleFuel LourdDieselKérosènePétroleGPLGaz

HydroélecticitéNucléairePhotovoltaïqueSolaire thermiqueÉolien (Moy)Biomasse (repl.)géothermie

Kg- equivalent- C émis par TeP pour diverses énergies. Pour les énergies Produisant de l’électricité, la conversion a été le taux physique

(1TeP=42GJ =11,6MWh) Sources Manicore, ADEME, EDF

- Il faut : - Il faut : - soit privilégier les sources à faible effet de - soit privilégier les sources à faible effet de serre serre - soit apprendre à capter et - soit apprendre à capter et séquestrer le CO2séquestrer le CO2

Privilégier les sources à faible effet de serre:

mais attention aux effets secondaires: exemple de l’éolien

Pays France Roy. Uni Italie Suède Allemag. Espagne Danem.

Hydraul. 11,8% 1,2% 11,3% 40,1% 3,4% 11,4% 0,1%

éolien 0,1% 0,5% 0,5% 0,6% 4,2% 5,6% 17,5%

Phot. Géoth. 0,01% 0% 0,04% 0% 0,1% 0,03% 0,003%

Biomasse 0,7% 1,8% 0,8% 4,8% 1,5% 2,3% 8,5%

total 12,6% 3,5% 14,2% 45,5% 9,2% 19,3% 26,1%

CO2 (t/hab) 1,68 2,44 2,04 1,53 2,77 2,04 2,60Source: ministère de l’Industrie; énergie: chiffres 2004; CO2: chiffres 2002

Production d’électricité renouvelable dans les pays européens

- - Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2:Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2:

● ● dans les anciens gisementsdans les anciens gisements

● ● inauguration le 15 mars 2006 de la première inauguration le 15 mars 2006 de la première installation installation (projet européen CASTOR au Danemark: coût: (projet européen CASTOR au Danemark: coût: 20-30€/tonne de CO2)20-30€/tonne de CO2)

● ● projet de TOTAL à Lacqprojet de TOTAL à Lacq

- Il faut interdire la construction de centrales au - Il faut interdire la construction de centrales au charbon sans séquestrationcharbon sans séquestration

● ● C’est à ce prix que le charbon peut continuer à produire C’est à ce prix que le charbon peut continuer à produire une fraction importante de l’électricité mondiale une fraction importante de l’électricité mondiale (aujourd’hui: 40%)(aujourd’hui: 40%)

● ● La seule alternative pour une production massive La seule alternative pour une production massive d’électricité est, à moyen terme, le nucléaired’électricité est, à moyen terme, le nucléaire (contribution mondiale (contribution mondiale actuelle: 16%)actuelle: 16%)

- Le problème de l’effet de serre impliquera que - Le problème de l’effet de serre impliquera que l’on centralise les combustibles à effet de serre. l’on centralise les combustibles à effet de serre.

● ● Modification profonde des transports Modification profonde des transports

● ● ferroutageferroutage et abandon de l’essence pour les voitures et abandon de l’essence pour les voitures

Mais alors… quelles solutions pour les transports?

• Disparition des carburants actuels• Necessité de moins polluer en ville

– essence artificielle produite à partir du charbon?• non car effet de serre et pollution

– rôle accru de la biomasse• mais elle est limitée

– rôle accru de l’électricité: on la produit comment?• dans la voiture à partir d’autres carburants : Prius• hors de la voiture

– problème des batteries

– source primaire: le nucléaire est le mieux placé

– hydrogène: un nouveau carburant?• ce n’est pas une source d’énergie!

Demain l’hydrogène ?• Production : rendement à améliorer

– électrolyse– thermoproduction– bioproduction

• Source primaire– solaire – nucléaire– charbon

• Stockage– (basse température)– compression– hydrures métalliques

• Utilisation– pile à combustible– combustion

Problème: tout celà n’est pas au point



- service/dépense


- les coûts


Le coût

Bioéthanol:

exemple de l’E85 (85% d’éthanol):

- moins cher à la pompe, mais 1,5 fois moins énergétique

- taxes non percues par l’état: 0,56€ par litre

- les industriels reçoivent 0,33€ par litre

Energie Coût interne c€/kWh

Coût externe c€/kWh

Total c€/kWh

Aide publique France (c€/kWh)

Gaz 2,9 2,5 5,4

Charbon 3,4 8 11,4

Nucléaire 3,4 (amort.: 20 ans) 0,03 3,4

Hydroélectricité 2,5 0,25 2,7

Eolien 6 0,05 6 8,4

Photovoltaïque 50 0,25 50 55

Biomasse 8 0,8 8,8 bioéthanol6,7 (taxes) +4 (indust.)

Géothermie 7 - 7Sources: groupe Energie SFP, et livre Bobin et al

On ne peut tout financer : des choix sont nécessaires après comparaison

Installations Puissance prévue

coût Product./an Invest./TWh durée de vie 30 ans

Progr. éolien France 17000 MW 27 G€ 30 TWh 3 c€/kWh

EPR Flamanville 1600 MWe 3 G€ 11 TWh 1 c€/kWh

Photovolt. Branlis 40 MWc 0,13 G€ 0,04 TWh 10 c€/kWh



- service/dépense


- les coûts


L’intermittence

C’est un problème majeur car on ne sait pas stocker l’électricité

Le pétrole est actuellement le meilleur moyen de stocker l’énergie

Ordre de grandeur de ce qu’il faut stocker:

Avec 1kWh de diesel, on fait environ 1,4km en voiture

500km d’autonomie ≈ 300kWh de diesel; 70 kWh d’énergie mécanique

Méthode de stockage Caractéristiques

Batterie au Lithium 1 tonne

Air comprimé 700 kg à 300 bars

Moteur à inertie Anneau de 1 tonne, Ф=1mètre, 200 tours/s

Condensateur 1000 Farads sous 1000 Volts

Hydrogène 10 kg soit 400 litres à 300 bars

L’intérêt de Génération IVL’acceptabilité: le cas des déchets nucléaires

Conclusion

• La consommation mondiale va croître

• Il nous faut baisser la nôtre– en isolant nos habitations– en ne gaspillant pas– … mais ce sera dur

• Les énergies renouvelables seront insuffisantes – La plus prometteuse est l’énergie solaire– …mais elle est intermittente

• Il sera nécessaire de tout développer en parallèle

• A court terme, il faut développer le chauffage solaire

• L’éolien est bien moins prioritaire

• La recherche doit porter sur– les capteurs photovoltaïques moyen terme– les moyens de stockage de l’électricité moyen-long terme– la filière hydrogène moyen terme– le nucléaire fission innovant moyen terme– la fusion contrôlée moyen-long terme– une valorisation plus complète de la biomasse moyen terme

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