Demain, quelles énergies? - Introduction

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1 Demain, quelles énergies? - Introduction
Yves Martin Centre de Recherches en Physique des Plasmas Association Euratom - Confédération Suisse Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne CH Lausanne, Suisse

2 Plan de l’introduction
Energie Notions de base, définition(s) Etat des lieux – consommation énergie Statistiques suisses Statistiques mondiales Demain Ressources Prévisions Options énergétiques Plan du cours Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

3 Energie – définition Dictionnaire Ecole (8VSB) Exemple d’énergie
Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité d’accomplir un travail (moteur, …) à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il entre en interaction Ecole (8VSB) Il est difficile de définir l'énergie en soi, puisqu'on ne peut l'observer que par les effets qu'elle produit. Poincaré: Il y a une quantité numérique qui ne change pas lorsque qqch se produit. Feynman: L'énergie se conserve, mais on ne sait pas ce que c'est. Exemple d’énergie Mécanique, électrique, thermique, chimique, nucléaire, rayonnante, ... Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

4 Energie – principes et usage
Principe de Lavoisier Il ne peut y avoir création ou disparition d’énergie mais seulement transformation d’une forme en une autre Principe de Carnot Transfert d’énergie d’un système à un autre Mais ... Source d’énergie Production d’énergie ... Définition Transformation irréversible d'une énergie "latente" en une énergie "utile" Exemples: fossiles, nucléaire, solaire Contre-exemple: hydrogène (électrique) Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

5 Autres définitions utiles
Energie renouvelable Dont la consommation n'aboutit pas à une diminution apparente des ressources naturelles parce qu'elle fait appel à une source inépuisable (pour nous) Transformation est aussi irréversible mais la source est toujours présente Développement durable – développement qui permet de faire face aux besoins actuels sans compromettre la capacité des générations futures à assurer leurs propres besoins Energie grise Energie nécessaire à la fabrication de l'installation productrice d'énergie Devrait être prise en considération lors du développement d'une source d'énergie Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

6 Energie - Unités et conversions
MKSA: [Joule] = [Nm] = [m2 kg s-2] Calories: 1 cal = 4.18 J Dans le cadre de "production d'énergie" 1 kWh = J 1 btu = 1055 J 1 tep (tonne équivalent pétrole, toe) ~ 42 GJ ~ kWh mais 1 toe donne 4500 kWh dans une centrale [BP] 1 MJ = 106 J (= 1 Mega J) 1 GJ = 109 J (= 1 Giga J) 1 TJ = 1012 J (= 1 Tera J) 1 PJ = 1015 J (= 1 Peta J) 1 EJ = 1018 J (= 1 Exa J) Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

7 Etat des lieux – consommation globale en Suisse
Energies renouvelables Chauffage à distance Electricité Gaz Carburants Combustibles pétroliers Déchets industriels Charbon Bois Consommation suisse totale 2005: 890'440 TJ (+1.3%) [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

8 Consommation globale en Suisse II
Bois Gaz Combustibles pétroliers Electricité Carburants Répartition de la consommation selon les groupes de consommateurs Répartition de la consommation selon les agents énergétiques Energies fossiles: ~70% Ménages Transport Industries Services [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

9 Flux énergétique en Suisse
Combustibles solides Ménages Pétrole brut Industries Produits pétroliers Services Gaz Transport Combustibles nucléaires Hydraulique Renouvelables [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

10 Consommation globale en Suisse
Consommation brute & Consommation finale Différence Variations de stock Pertes transformation Consommation propre Pompage/turbinage Pertes transport Consommation brute 1'132'660 TJ Consommation finale 890'440 TJ Rapport: ~80% [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

11 Consommation électrique en Suisse (2005)
Production d'électricité par catégorie de centrale Hydraulique: 56.6% Nucléaire: 38% Autres: 5.4% Consommation d'électricité par groupes de consommateurs [Statistique suisse de l'électricité 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

12 Structure de production d'électricité en Europe
Structures très différentes d'un pays à l'autre [Statistique suisse de l'électricité 2004, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

13 Bilan suisse de l'électricité 2005
Importation ~ production indigène Importation ~ Exportation Exportation ~ consommation indigène [Statistique suisse de l'électricité 2005, OFEN] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

14 Consommation d'énergie primaire dans le monde
2005 2000 1990 Charbon 1980 Hydraulique Nucléaire Gaz Pétrole Consommation mondiale 2005: 10'537 Mtoe (+2.7%) Energies fossiles: ~88% Rapport Suisse/monde: 2.26 o/oo [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

15 Energies primaires consommées par région
Charbon Hydraulique Nucléaire Gaz Pétrole Amérique du Nord Amérique du C+Sud Europe Eurasie Moyen Orient Asie Pacifique Afrique Différentes dépendances en énergie primaire Asie: forte dépendance au charbon [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

16 Consommation par personne
Inde, Chine, ... ont un fort taux de croissance [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

17 Demain – ressources énergies fossiles
Réserves de pétrole inégalement distribuées ... [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

18 Réserves de pétrole / consommation actuelle
40 Réserves de pétrole ~40 ans [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

19 Ressources énergies fossiles
Charbon Gaz Pétrole Réserves en énergies fossiles par région et pour le monde: Pétrole: ~40 ans, gaz:~60 ans; charbon:~150 ans [BP statistical review of world energy, June 2006 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

20 Ressources combustible nucléaire
Centrales actuelles: ~50ans Surrégénérateurs: ~30'000 ans Les informations à ce sujet sont nettement moins courantes sur Internet que celles concernant les énergies fossiles Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

21 Environnement Augmentation de la concentration de CO2
Influence des gaz à effet de serre Réchauffement de la planète Fonte des glaces (-iers), permafrost, ... Instabilité du climat (ouragans, ...) Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

22 Prévisions démographiques (M habitants)
Région 2005 2030 Amérique du Nord 332 407 Amérique latine 558 711 Europe de l'Ouest 468 488 Europe de l'Est 406 380 Afrique 888 1398 Moyen Orient, Asie du Sud 1674 2325 Asie du Sud-Est, Pacifique 405 500 Extrême Orient 1719 1914 Monde 6450 8123 [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

23 Prévisions énergétiques (EJ, % nucléaire)
Région 2005 2030 Amérique du Nord 112.9, 8.4 133, 8.4 159, 8.7 Amérique latine 30.8, 1.0 55, 0.9 83, 1.8 Europe de l'Ouest 70.7, 13.6 82, 5.0 94, 13.0 Europe de l'Est 56.2, 6.1 75, 7.9 98, 8.3 Afrique 29.7, 0.4 47, 0.4 62, 1.5 Moyen Orient, Asie du Sud 48.5, 0.4 89, 1.8 121, 2.7 Asie du Sud-Est, Pacifique 22.6 38, 0.2 53, 0.6 Extrême Orient 102.1, 5.4 164, 6.1 237, 6.1 Monde 473.5, 6.0 683, 4.9 907, 6.1 [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

24 Autres prévisions ... Production d'électricité en Chine Production d'électricité en Chine: x 3.3 en 30 ans ¾ produite à partir de charbon 2002 Pétrole Gaz Fission 2030 Chine Inde Amérique du Nord Hydraulique Charbon Renouvelables Europe 2030 Amérique Latine Afrique 2002 1973 1026 1096 2048 3316 3565 Année [EFDA, Energy, powering your world, 2005] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

25 Et encore, pour la petite histoire ...
Prévision US Energy Information Administration Office of Integrated Analysis and Forecasting U.S. Department of Energy Washington, DC 20585 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

26 ... pour la petite histoire, suite
Où est le problème ??? Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

27 Mais ... déclin des ressources fossiles
Pétrole Pétrole lourd, bitumes Zones polaires, eaux profondes NGL Gaz naturel Méthane issu du charbon Gboe Pic du pétrole (et du gaz): ~ 2010 2050 = ½ x 2000 [CJ Campbell, 1998] [CJ Campbell, Forecasting global oil supply , 2002 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

28 Prévisions avec diminution pétrole / gaz
Gboe Hydraulique Renouvelables Fission Charbon Gaz Pétrole Pic du pétrole ~ 2020 [Edwards, 1997] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

29 ... et en Suisse ? Quelle politique ?
'Perspectives énergétiques ' 4 rapports de l'OFEN, M.Renggli Août 2005 – Août 2006 Conditions cadres Population Tendance Immigration plus élevée Croissance du PIB Elevée Climat Normal Plus chaud vagues chaleur et froid Prix de l'énergie du pétrole (30 ou 50$ / bbl) Investissement dans l'énergie 16'000'000M$ [AIE (2003); «World Energy Investment Outlook»] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

30 Les scénarios Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

31 Stratégies A priori, chaque stratégie s'applique à chaque scénario
Toutes les stratégies conservent la production hydraulique Stratégies: Nucléaire Fossile centralisé Fossile décentralisé Energies renouvelables Importations Nucléaire – renouvelable Fossile c. – nucléaire Fossile c. – renouvelable Fossile d. – renouvelable Renouvelable de + en + Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

32 Estimations (1990 – 2050) Scénario I Scénario II
Offre électricité Offre électricité Importations + nucléaire Importations Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

33 Agents énergétiques finaux scénarios III & IV
Scénario III Scénario IV Période 1990 – 2035 Diminution des énergies fossiles Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

34 Scénario II Promotion des énergies renouvelables
Total représente 10% de la consommation électrique 2005 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

35 Coûts globaux, scénarios I & II
A=Imp+nucl. B=imp+therm.centr.+nucl C=Therm.centr Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

36 Résumé des scénarios Scénarios prévoient une diminution de la demande
Fin de vie des centrales nucléaires Construction de nouvelles centrales nucléaires Construction de centrale thermique Importation Etude pas complète Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

37 Résumé des options énergétiques
Etude pas complète ... pas beaucoup de chiffres pour var D et E ?? Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

38 Demain ... Energie de remplacement Quelle(s) solution(s) ? Demande
Année Demande énergétique (Terre – Suisse) Energies fossiles Energie de remplacement Energie de remplacement A plus long terme ? Quelle(s) solution(s) ? Envisager toutes les solutions énergétiques compatibles avec le développement durable ... y.c. économies Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

39 Demain - visions Monde Europe Suisse Protocole de Kyoto
Fusion contrôlée - ITER Participants: EU, Japon, Russie, US, Chine, Corée-du-Sud, Inde Futurs participants: Brésil, ... Europe Green paper Programmes cadre Suisse OFEN = Office Fédéral de l'ENergie CORE = COmmission de Recherche en Energie FNS, ... Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

40 En Suisse – Programme CORE
Quatre objectifs pour générer un effet substanciel d'ici 2050 Elimination combustibles fossiles pour seulement chauffer les bâtiments Réduction de moitié de la consommation des bâtiments Utilisation accrue de la biomasse jusqu'au potentiel de production écologique Réduction à 3l/100km consommation moyenne de carburants fossiles des véhicules privés [CORE, Rapport annuel 2005] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

41 Distinction 'Recherche' et 'Mise en oeuvre'
Recherche fondamentale orientée La recherche fondamentale orientée est à l'origine d'applications intéressantes pour la technique énergétique. L'apparition de phénomènes ignorés stimule souvent la recherche fondamentale orientée. Lors qu'elle contribue au développement d'un approvisionnement énergétique durable, la recherche fondamentale orientée justifie un soutien étatique Mise en oeuvre Implication directe des partenaires de l'industrie Financement ciblés de projets pilotes et de démonstration Programme SuisseEnergie Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

42 Grandes options de la Recherche 2004-2007
4 pôles de la recherche énergétique gérée par la CORE Utilisation rationnelle de l'énergie Sources d'énergies renouvelables Energie Nucléaire Fondements de l'économie énergétique [OFEN, CORE, Plan directeur de la recherche ] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

43 Domaines de recherches
Utilisation rationnelle de l'énergie Bâtiment Transports Stockage, transport et utilisation de l'électricité Couplage chaleur-force Pile à combustible Combustion Sources d'énergies renouvelables Energie solaire chaleur solaire, photovoltaïque, chimie solaire Chaleur ambiante (pompes à chaleur) Biomasse (bois, déchets, ...) Géothermie Energie éolienne Force hydraulique Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

44 Domaines de recherches II
Energie nucléaire Fission nucléaire Sécurité, déchets radioactifs, recherche prospective Fusion nucléaire Fondements de l'économie énergétique Politique de l'énergie Economie, société et environnement Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

45 Attributions financières suisses
Financement des différents programmes de recherche énergétique en Suisse Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

46 Plan du cours Fusion – M. Martin Géothermie – M. Wilhelm
Des principes de la fusion au réacteur ITER Géothermie – M. Wilhelm Le potentiel géothermique Les possibilités d’utilisation La géothermie basse énergie La géothermie profonde Exemples d’application Aspects économiques Les atouts de l’énergie géothermique Hydrogène et mobilité – M. Sudan Les propriétés de l'H2 La production d'H2 Le stockage d'H2 La combustion d'H2 Les applications actuelles Les défis techniques et économiques actuels et futurs de l'H2 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

47 Plan du cours II Photovoltaïque – MM. Baillif, Wyrsch
Nouveau nucléaire – M. Dupont Les 4 piliers de politique énergétique le nucléaire en perspective Les risques : accidents et déchets Le nucléaire de 4e génération Contribution à la sécurité d’approvisionnement suisse Question de société – M. Dupont Décider – choisir : la méthode Ecologie : faits et opinions. Contradiction entre les labels écologiques et les bilans écologiques Sécurité : normes ou interdiction ? maîtriser ou fuir les risques? La société à 2000 W Risque – projet - sens Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

48 Références / Lecture OFEN DETEC BP IAEA EU, EFDA
Statistique globale suisse de l'énergie 2005 Statistique suisse de l'électricité 2005 Plan directeur de la recherche énergétique de la Confédération Recherche énergétique 2005 – rapports de synthèse des chefs de programme DETEC A contribution to the identification of promising technologies for the 2050 swiss energy R&D policy vision, M.Bürer, C.Cremer, mars 2006 BP Quantifying energy, BP statistical review of world energy, 2006 IAEA Energy, electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030 Energy indicators for sustainable development, 2005 Climate change and nuclear power, 2000 EU, EFDA Towards a european strategy for the security of energy supply, 2000 The energy challenge of the 21st century: role of nuclear energy, 2003 Energy, powering your world, 2005 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

49 Références / Lecture II
IEA Key world energy statistics, 2006 Alternative fuels: an energy technology perspective Impact of climate change policy uncertainty in power investment Deploying climate-friendly technologies through collaboration with developing countries WEC World energy in 2006 Energy policy scenarios 2050 US – DOE International energy outlook, 2006 UK Our energy future – creating a low carbon economy, 2003 Divers 'Combustibles fossiles: quel avenir pour quel monde ?', J.Laherrere, ASPO, nov 2006 'Energie éolienne – Le vent en poupe', Suisse Eole, fév 2005 The Hardley Centre regional climate modelling system Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

50 Potentiel hydraulique
Les chiffres indiquent la fraction réalisée du potentiel hydraulique [Worl Energy Council] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,

51 [Worl Energy Council] Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon,