L’ÉNERGIE Armel Boutard une nécessité

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1 L’ÉNERGIE Armel Boutard une nécessité
des caractéristiques géo-politico-socio-économiques un champ notionnel des problèmes environnementaux Armel Boutard

2 Les «nécessités» de la vie
Métabolisme Basal Relations interpersonnelles Espace de créativité Communications et transports Loisirs Activités industrielles et commerciales Confort thermique et sanitaire

3 Les nécessités de la vie au quotidien
Atelier: Une semaine dans la vie de …..

4 L’importance de l ’énergie
combustion lente (2,8 106cal/j) Métabolisme Basal Espace de créativité Relations interpersonnelles combustion rapide (1,5 108 cal/j) Activités industrielles et commerciales Loisirs Communications et transports Confort thermique et sanitaire Un facteur 60 pour le Nord-américain

5 Le Canadien, champion énergivore
Régions du Monde Tep/hab Afrique 0,36 Amérique latine 0,98 Amérique du Nord 7,66 Asie 0,73 Europe 3,65 Pays Tep/hab États- Unis 8,08 Canada 7,93 Japon 4,08 Allemagne 4,23 France 4,22 PIB/hab ($)* 29,3 19,2 32,3 26,6 24,2 Changer ? pourquoi comment * Méthode de clacul de la Banqye mondiale tenant compte du taux de change L’état du monde 2001, La Découverte, Boréal

6 Activités industrielles
L’importance de l ’eau Débit lent (5 l/j) Métabolisme Basal Relations interpersonnelles Espace de créativité Débit rapide (450 l/j) Activités industrielles et commerciales Loisirs Communications et transports Confort thermique et sanitaire Un facteur 90 pour le Nord-américain

7 Les Nécessités de la vie
$ Le Marché L’Énergie L’Eau Les êtres humains auront naturellement tendance à s ’approprier les ressources énergétiques et en eaux pour eux-mêmes et leurs proches. Ces ressources seront donc des enjeux géopolitiques importants. L’Amour

8 Plan de la présentation
L ’énergie une nécessité un champ notionnel des caractéristiques géo-politico- socio-économiques des ressources et des problèmes une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables

9 L’énergie, un champ notionnel
Filières énergétiques Formes de la ressource Besoins Ressources ÉNERGIE Attitudes: les comportements des consommateurs Recherche: Sciences et innovations technologiques Qualité de société vie Environnement Santé Socio-économie Risques Géopolitique: autonomie nationale Diversité des usages Différentes formes

10 Les unités de l’énergie
Des unités 1MW.h (électricité) = 3, joules 1 baril de pétrole = 5,8 109 joules 1 m³ de gn= 3,9 107 joules 1 Kilocalorie = 4 BTU 1 Quad = 1015 BTU = 1, joules Les tonnes «équivalentes» 1tec (tonne équivalent de charbon) = 2, joules 1tep (tonne équivalent pétrole) = 4, joules  1,44 tec 1teg (tonne équivalent de gaz) = 3, joules  1,33 tec 1 ten (tonne équivalent nucléaire) = 7, joules  2,7 tec Les aliments 150g yogourt: 130 kcal 125 ml de lait: 230 kcal 125 g de bœuf: 600 kcal 100g de légumes: 70 kcal 1 tranche de pain (125 g de pâtes): 100 kcal 1 cuillère à thé de beurre : 100kcal 1 cuillère à thé de sucre:120 kcal

11 L’énergie : des besoins
solide, liquide, gazeux biomasse (nourriture) électricité Besoins : Forme Quantité Fiabilité Coût Santé densité énergétique ou puissance: P = E/t facilement stockable ou disponible des approvisionnements des technologies de production risque faible à l ’usage faible

12 L’énergie: des ressources
Endogène ou exogène Non renouvelable ou renouvelable Forme Qualité Sécurité Coût hydrocarbures, nucléaire, géothermique, solaire, éolien, biomasse, importance des gisements filières énergétiques (technologies) accès transport manipulation, transformations profitabilité

13 Plan de la présentation
L ’énergie une nécessité un champ notionnel des caractéristiques géo-politico- socio-économiques des ressources et des problèmes une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables

14 La population mondiale
Population mondiale en milliards d’individus 2050 2000 2100 1970 projections 5 10 1 10 juillet 1987 Juin 1999 5 Données: Fondation des Nations-unies pour la population FNUAP 1000 1500 1950 2000 2050 0-JC 1900

15 La quête de la satisfaction des besoins: vers la mondialisation des ressources
pétrole matières premières

16 Une consommation inégale
5 milliards d’humains 1 milliard d’humains 35 Brésil Afrique Inde et Nigéria Chine Mexique Japon France Angleterre Allemagne États-Unis Canada Luxembourg 30 Nombre de pays Consommation/h/an 10 1 5 25 20 15 10 Moyenne mondiale 2 tec/h 5

17 Un corollaire quant aux écarts de richesse collective (PIB)
Consommation d ’énergie (en T.e.c. /h) Canada États-Unis Norvège Japon Espagne Grèce France Belgique Suède Pays-Bas Australie Chine Écart grandissant des richesses collectives Marginalisation des plus démunis 1989 80% De la population mondiale

18 «L’Efficacité énergétique» à l’échelle mondiale
Consommation annuelle d’énergie P.I.B

19 «L’autonomie énergétique», facteur géopolitique
1 3 Rapport : production consommation PNB / h États-Unis Japon Suisse Canada France Maroc Inde Chine Algérie x3 Libye x3 Nigéria x3 Irakx5 Venezuela Grande-Bretagne Espagne Allemagne Norvègex2 Qatar x2 Arabie Saoudite x3 Brésil Argentine Bahreïn x2 Russie Suède Oman x10 Finlande Mexique

20 «L’indépendance énergétique», facteur géopolitique du pétrole
+ + - ?  0 - ? + +  0 + + +

21 Les impacts environnementaux de l ’énergie
Production Déplétion des stocks, santé et hygiène industrielle, catastrophes industrielles, émissions de contaminants, gestion des résidus (combustible nucléaire «usé») Dégradation des stocks et flux (déforestation) des ressources Transports Accidents, déversements, contamination, introduction d ’espèces exogènes Usages Émissions dans l ’air, les eaux et sur les sols: Gaz à effets de serre (GES), Pluies acides (charbon), Produits organiques persistants (POP) comme les BPC, diminution de la couche d ’ozone (fluide frigorigène des échangeurs de chaleur), smog, Dégradation des écosystèmes naturels et atteintes à la santé humaine Des vecteurs de propagation des impacts: les cycles de l ’eau (mers et atmosphère) les régimes des vents Un facteur de synergie des effets la bioaccumulation

22 Les problèmes de l ’énergie
La biodiversité des gènes des espèces des écosystèmes L’épuisement des stocks et flux de ressources La pollution: risques à la santé et changements climatiques L’inégalité des accès aux ressources énergétiques et à la production des richesses

23 Les symptômes de la maladie Planétaire
La biodiversité des gènes des espèces des écosystèmes La dégradation des stocks et flux de ressources La dégradation des milieux de vie et des écosystèmes naturels La dégradation de la Qualité de vie des humains La biodiversité des communauté culturelles Mondialisation

24 Plan de la présentation
L ’énergie une nécessité des caractéristiques géo-politico- socio-économiques un champ notionnel des ressources et des problèmes une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables

25 Le bilan des ressources énergétiques
renouvelables Ressources non renouvelables

26 Le bilan du potentiel énergétique mondiale
Énergies non renouvelables charbon pétrole gaz nucléaire Énergies renouvelables solaire éolien géothermique mer (marée, vagues, thermique -OTEC) Économies d’énergies

27 Les ressources énergétiques non renouvelables
forte densité énergétique Lignite Ressources de biomasses «fossiles» Pétrole Charbon Tourbe Gaz Ressources originelles de la lithosphère et de l ’hydrosphère Uranium Thorium Deutérium Lithium raffinerie carbonisation Centrale thermique Gaz Électricité Essence Coke Charbon Tourbe Chaleur (IR) Centrale nucléaire (fission lente) Centrale nucléaire (fission rapide) Centrale nucléaire (fusion) U235 U238 Th232 Électricité et chaleur ? hydrogène

28 La Gestion des ressources énergétiques
Hydroélectricité Adoption d’alternatives, effort soutenu surtout par la recherche et l ’innovation technologique (sciences et techniques) , changements de comportements individuels et de choix collectifs Énergies fossiles Solaire Éolien, etc.. Biomasse forestière

29 Les réserves prouvées de charbon
Réserves probables: 2x réserves prouvées An 2000 Total de millions de tonnes Données:

30 La consommation de charbon
An 2000 225 années de réserves Total de 4 344millions de tonnes/ an Données:

31 Les pays grands consommateurs de charbon et producteurs de GES
Consommation de 4350 millions de tonnes. Réserves de millions de tonnes, 225 années de réserves Données:

32 Les grands consommateurs de charbon et producteurs de GES
T/hab. Données:

33 Les grands consommateurs de charbon et producteurs de GES
PIB (pouvoir d ’achat) Données:

34 Les réserves prouvées : pétrole brut et gaz liquide (LGN)
réserves probables: 3,3 x réserves prouvées An 2000 Total de millions de tonnes Données:

35 La consommations de pétrole brut et de gaz liquide (LGN)
An 2000 41 années de réserve Total de 3 471,6 millions de tonnes Données:

36 Les pays grands consommateurs de pétrole et de LGN et producteurs de GES
Consommation de millions de tonnes, Réserves de millions de tonnes, 41 années de réserves 106 T Données:

37 Les grands consommateurs de pétrole et LGN et producteurs de GES
T/hab. Données:

38 Les grands consommateurs de pétrole et LGN et producteurs de GES
PIB (pouvoir d ’achat) Données:

39 Les réserves prouvées de gaz
Réserves probables: 60% des réserves prouvées An 2000 Total de milliards de m³ Données:

40 La consommation de gaz Réserves de An 2000 63,5 ans
Total de 2 388,3 milliards de m³ Données:

41 Les grands consommateurs de gaz et producteurs de GES
Consommation de 2400 milliards m³, réserves de milliards, couverture de 63,5 ans Données:

42 Les grands consommateurs de gaz et producteurs de GES
103m³/hab

43 Les grands consommateurs de gaz et producteurs de GES
m3/hab/1000$ PIB An 2000

44

45 La consommation annuelle d’Uranium
consommation annuelle de l’ordre de T/an, qui devrait varier entre T et T pour la période des années 2000 à 2015 40% des besoins sont actuellement couverts par les stocks «stratégiques» et le démantèlement des ogives nucléaires En 2002 consommation moyenne de T/an $ /kg $ /Kg En 2007 108 réacteurs planifiés au cours des 15 prochaines années 50% Inde et Chine Données:

46 Les grands producteurs de l ’électronucléaire
Réserves prouvées de l ’ordre de 50 ans pour un coût entre 40 et 80 $/ kg MWh/ hab. TWh 1. Suède 2. France 3. Belgique

47 La «dépendance» nucléaire
1999: 31 pays ont un parc nucléaire, production de 2291 TWh 7% de l ’énergie totale primaire 16% de l ’électricité mondiale 35% de l ’électricité de l ’Union européenne 75% de l ’électricité française % de la production d’électricité 434 réacteurs: Amérique du Nord: 131 Europe de l ’Ouest: 151 Europe de l ’Est: 64 Asie: 81 Données:

48 Le nucléaire: (1999) projet de construction en MW
forte densité énergétique

49 Les problèmes de l ’énergie, au global
Les ressources: accès sans entrave : respect des us et coutumes locales, corruption des pouvoirs politiques, zones d ’influences (facteurs géopolitiques) en quantité suffisante au coût les plus bas: spoliation des ressources, risques environnementaux et pression sur les écosystèmes (zones d ’exploitations pétrolières frontières fragiles) maîtrise des filières énergétiques: les pays producteurs pauvres sont à la merci des pays industrialisés pour assurer la production et la valorisation des ressources Les usages: pollution : gaz à effet de serre (GES) et risques de changements climatiques et d ’évènements climatiques extrêmes, pluies acides, smog urbain, déversements d ’hydrocarbures transport : introduction d ’espèces exogènes, importance du secteur des transports Problèmes socio-politiques: Difficultés du dialogue Nord-Sud, laminage des cultures locales par la mondialisation du marché des ressources énergétiques qui se traduit par un flux des ressources des pays pauvres vers les pays riches, une distorsion des économies et des enjeux politiques nationaux

50 Les problèmes de l ’énergie, au national
Les ressources: accès sans entrave : asujettissement des zones de production aux besoins des zones urbaines, corruption des pouvoirs politiques… en quantité suffisante au coût les plus bas: spoliation des ressources, risques environnementaux et pression sur les écosystèmes (zones d ’exploitations pétrolières frontières fragiles) Les usages: pollution: gaz à effet de serre (GES) et risques de changements climatiques et d ’évènements climatiques extrêmes, pluies acides, smog urbain, déversements d ’hydrocarbures transport: camionage et pression au développement du réseau routier problèmes socio-politiques: comment contribuer au développement local ? «les bons jobs» restent en ville, distorsion des économies et des enjeux politiques locaux, lobbies des filières polluantes et des transporteurs

51 BILAN: inconvénients avantages
Ressources non-renouvelables: charbon, pétrole, gaz, nucléaire (fission lente) Ressources alternatives: solaire, éolien, géothermique, hydroélectrique, nucléaire (fission rapide et fusion) Maîtrise de l’énergie (5RV2E) Prouvées quantité duré accès «équitable» impacts environnementaux (-) identification du potentiel technologie d’extraction analyse coûts- avantages économies efficacité impacts environementaux (+) Probables technologie de l’hydrogène innovation technologiques analyse coûts – avantages Impacts sociétaux court terme (  ) long terme ( ) long terme (+) court terme ( + ) long terme (++)

52 Répondre aux besoins ? deux approches
développement de nouvelles ressources (mondialisation) valorisation de la densité (puissance) énergétique loi du marché: privilégie le court terme subventions d’aide au développement fuite en avant dans la nécessité du court terme Gestion de l’offre Une nécessité adoption de politiques de réduction de la consommation: responsabilisation, contraintes éducation du consommateur: «économies» subventions à l’innovation de technologies «efficaces» subventions à la recherche scientifique Gestion de la demande: la maîtrise de l’énergie

53 Les stocks des ressources énergétiques non renouvelables
Année 2000 Une année de consommation = Réserves estimées de la ressource Consommation mondiale annuelle de toutes les énergies commerciales Année 2000: consommation de 3, Joules tec/an , 2 t.e.c./hab/an

54 La consommation mondiale
Consommation mondiale d ’énergie primaire (année 2000, Tec (8,3 Tep) ou 3, Joules ) Combustible solides: 25% Pétrole : 41% Gaz naturel : 23% Électricité primaire : 11% - Hydro : 2,6% - Nucléaire : 2,6%

55 La part des diverses formes d’énergie dans le Monde

56 équivalent pétrole Millions ?
La Recherche, n0407 Cahier technologique 1 équivalent pétrole Millions ?

57 La demande énergétique d ’une population en croissance
Scénario d ’une consommation de 2 tec/hab/an 3 8 20 12 12 Crise du pétrole de 1973 10 Juin 1999 6 Bilan de la consommation énergétique mondiale (x109 Tec) Population mondiale (x109 hab.) juillet 1987 5 2 1950 2000 2050 2100

58 Vers une rupture des stocks de pétrole
Scénario consommation moyenne de 2 tec/hab/an le pétrole représente en moyenne 40 % de la consommation annuelle tec de réserves de pétrole 160 ans de réserves équivalentes à la consommation de l ’an 2000 (40 prouvées et 120 probables) Consommation annuelle (x10 9Tec) 90 années pour la période + Tout est consommé par 2/10 de la population

59 Le pétrole 90 années pour la période 1990-2050 + 2060-2100
Tout est consommé par 2/10 de la population

60 Les nouveaux «gisements» énergétiques
1. Énergies renouvelables solaire (dont hydroélectricité) éolienne géothermique de la mer (chaleur, vague, marée, etc.) biomasse (plantations marines et terrestres) 2. Valorisation des énergies «résiduelles» (eaux usées, résidus solides et de biomasse) 3. Réduction des besoins par les économies d ’énergie Hydrogène

61 Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie de la biomasse Biomasse fossile hydrocarbures (charbon, pétrole, gaz) vivante forestière agricole aquatique «morte» tourbière résidus Le pouvoir calorifique des rejets solides domestiques plantation résidus plantation résidus Plantation d ’algues Industriels commerciaux domestiques

62 Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie solaire Circulation générale des masses d ’air Précipitations hydroélectricité Vents Vagues systèmes oscillants Effets thermiques Effets météorologiques Bioconversion AIR MER Radiations électromagnétiques TERRE photons UV, visible, IR Radiations Évaporation hydroélectricité Courants marinsturbines ancrées Gradients thermiques centrales thermiques à basse température Fusion de l ’hydrogène au cœur du Soleil Biomasse marine Biomasse terrestre biotechnologies Cellules photoélectriques Évaporation hydroélectricité Capteurs solaires

63 Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie «lunaire» Attraction gravitationnelle Radiations électromagnétiques réfléchies et polarisées, du soleil RADIATIONS photons UV, visible, IR MER marées TERRE forces de tension dans le magma et le manteau terrestre rythme des éclairements lunaires biote Rythmes biologiques des organismes vivants Chez les humains? centrale marémotrice

64 Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie géothermique Fission des éléments radioactifs du cœur Radiations électromagnétiques IR Attraction gravitationnelle Gradient thermique sources géothermales T>1500C centrales thermiques T< 800C chaleur sanitaire et serriculture T  3-9°C valorisation par PAC Poids (et chute) des corps sur Terre g= G MT/ R²T énergie cinétique de l ’eau Particules cosmiques et du vent solaire Le champ magnétique terrestre nous protège des particules chargées qui s ’enroulent autour des lignes du champ. Ce phénomène, lors des «orages solaires» est à l ’origine des aurores

65 Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie de la biomasse Biomasse naturelle, de production, et de rejets : agricoles, commerciaux, domestiques, industriels et méthane des sites d ’enfouissement urbains Sciences et techniques appliquées à la valorisation de composés de la production végétale Valorisation par fraction Valorisation globale Hydrolyse Biodégradation Thermochimie Fermentation éthanol Thermochimie Sucres, acides, aldéhydes, etc. réduction huiles pyrolyse char oxydation gaz aérobie humus CH4 anaérobie

66 Les technologies de valorisation des gisements «basses» températures
Pompe: P Turbine: détente de la vapeur, P Échangeur de chaleur «haute» température: vaporisation du fluide, gain de chaleur latente Échangeur de chaleur «basse» température: condensation du fluide, rejet de chaleur COP= Q2 W  1 Q1 R=1- Tf /Tc exemple du projet OTEC Tf=273+3°; Tc= ° R 7% Tf Tc Compresseur, P et T Détente du fluide, P et T Échangeur de chaleur haute température:, condensation du fluide, rejet de Q2 Échangeur de chaleur basse température: Q1 est pris au milieu extérieur pour vaporiser le fluide, gain de chaleur latente Le Moteur thermique à «basse température» La Pompe à chaleur: PAC

67 L ’Hydrogène, fioul «fuel» du futur
H2O H2 ½O2 NOx Une ressource «renouvelable» Des contraintes Une ressource énergétique d’appoint abondante, nécessaire à la production d ’hydrogène Des modes de distribution et de stockage La sécurité (le syndrome du zeppelin -grand ballon dirigeable) Le coût L’automobiliste : autonomie (km, km/h) entre deux «pleins»

68 Les flux annuels des ressources énergétiques renouvelables
faible densité énergétique Stocker l ’énergie? Une année de consommation = Réserves estimées de la ressource Consommation mondiale annuelle de toutes les énergies commerciales Joules

69 L’hydroélectricité An 2000 Total 2633 TWh

70 Les réserves d ’hydroélectricité
TWh/ an >40 704 >14 379 An 2000

71 L’hydroélectricité An 2000 TWh/ an Autres avantages?
(3, joules/ an) Autres avantages? moins de GES que les autres filières contrôle des crues réserves d ’eau potable et d ’irrigation amélioration de la navigation développement récréo-touristique ?

72 Le solaire Potentiel théorique 10 000 fois les besoins
d ’énergie primaire moyenne janvier moyenne avril

73 Le solaire Puissance solaire installée de 1993 à 2000

74 Le solaire Production photovoltaïque d ’électricité An 2000 Japon MW
Allemagne États-Unis

75 L ’énergie éolienne An 20000 MWe GWh
Allemagne États-Unis Inde Nouvelle- Zélande Égypte Chili Iran Danemark, premier producteur éolien/hab.

76 planification de croissance à 60 000 MW en 2010
L ’énergie éolienne MWe 60 000 Monde planification de croissance à MW en 2010 17 000 13 333 2010

77 La place des énergies renouvelables
Principalement le bois et l’hydraulique Ça m’intéresse, no 267, mai 2003, p.29

78 La production d’électricité
Essentiellement Ça m’intéresse, no 267, mai 2003, p.29

79 L ’Hydroélectricité Ça se discute !
des mini aux méga-centrales ? une vision continentale? exportation d’énergie électrique valorisation par la production d’hydrogène amélioration de la qualité de l’air revenus Ça se discute ! Une concertation dans le cadre de l ’approche du «bassin versant»

80 La production d’hydrogène
Le nucléaire La production d’hydrogène Pour la terre entière la valorisation de grandes réserves d’uranium (Australie, Kasakhstan, Canada) l’amélioration de la qualité de l’air le bouclier canadien, un «cimetière» mondial des résidus nucléaires des régions de sous développement économique offrant des sites propices pour les centrales: Abitibi, Gaspésie et Côte Nord le savoir faire (expertise) une nation pacifique Ça se discute !

81 Le secret le mieux gardé ?
Revenons aux nécessités de la vie: énergie, eau, amour Le Québec: de l’énergie ? oui de l’eau ? oui ? de l’amour c’est le paradis sur Terre ! CHUT!