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Lénergie: les contraintes incontournables des chiffres et des ordres de grandeur Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique.

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1 Lénergie: les contraintes incontournables des chiffres et des ordres de grandeur Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique - retour sur lénergie dépensée - service/dépense - les conséquences environnementales - pollution - déchets - effet de serre - les coûts - le reste - lintermittence - lacceptabilité

2 Labondance Problème de balance entre offre et demande Peut-on « produire » assez ? Peut-on consommer moins? La situation daujourdhui: production (consommation) mondiale: 10,5 Gtep/an soit 1,7 tep/habitant/an 1tep = kWh

3 Labondance Pays Population (millions habitants) Énergie Primaire (Mtep) tep/habitant USA ,8 Japon ,0 Europe (25) ,8 France602584,37 Chine ,1 Inde ,5 Monde ,69 Minimum vital homme0,1-0,2 Source : mémento sur lénergie CEA 2006

4 Zambie Afrique du Sud Inde Japon Chine Russie Grèce CHCH FR SCa E.U Au delà de 1,5 tep/an/hab on ne voit plus de relation entre consommation dénergie et espérance de vie MaRoumanie I La corrélation consommation-espérance de vie

5 Peut-on réduire la consommation totale ? n Comment consomme-t-on dans les pays développés? Cas de la France %

6 n Au niveau du monde: la réponse est clairement : non (+38% de 1982 à 2002; Chine: +4,3% entre 2000 et 2001) n Au niveau de la France : un facteur 2 ? - chauffage et climatisation: isolation optimale des habitations : ce sera long… utilisation raisonnable de la climatisation… isolation optimale des habitations : ce sera long… utilisation raisonnable de la climatisation… - choix des équipements: lampes basse consommation optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés) ne pas gaspiller lampes basse consommation optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés) ne pas gaspiller - choix des moyens de transport et des lieux dhabitat: privilégier les transports en commun et le ferroutage ne pas prendre sa voiture pour rien… proximité des lieux de vie et de travail ne pas privilégier les vacances lointaines… privilégier les transports en commun et le ferroutage ne pas prendre sa voiture pour rien… proximité des lieux de vie et de travail ne pas privilégier les vacances lointaines… n Réduire la consommation nécessite : - un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent linverse?) - un changement dans les structures de lhabitat Peut-on réduire la consommation totale ?

7 Peut-on produire assez ? –Énergies non-renouvelables: réserves ? –Énergies renouvelables: ressources annuelles? Premier constat: les non-renouvelables sont aujourdhui dominantes

8 Les limites des réserves et ressources Les pourcentages sont calculés par rapport à la consommation dénergie primaire Sources: Observatoire de lénergie AIE Bobin et al, SFP 2001 ** correction rendement incluse

9 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique - retour sur lénergie dépensée - service/dépense - les conséquences environnementales - pollution - déchets - effet de serre - les coûts - le reste - lintermittence - lacceptabilité

10 Lefficacité énergétique rapport entre lénergie obtenue et lénergie dépensée en amont cas des capteurs photovoltaïques cas des biocarburants rapport entre lénergie utile et lénergie 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

11 Lefficacité énergétique Combien dépense-t-on pour produire 1kWh? Combien de temps faut-il pour récupérer lénergie dépensée? pétrole ~1,1 kWh biocarbur. blé: 0,98 kWh betterave: 0,83 colza: 0,37kWh tournesol: 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

12 Lefficacité énergétique pétrole gaz charbon uranium sourcevecteurusagechaleur électricité Bâtiments cuisson EC, chauff. bâtiments éclairage bâtiments appareils industrie transports éolien solaire th. solaire pv biocarbur. hydraulique géotherm.

13 Lefficacité énergétique pétrole gaz charbon uranium sourcevecteurusagechaleur électricité hydrogène Bâtiments cuisson EC, chauff. bâtiments éclairage bâtiments appareils industrie transports éolien solaire th. solaire pv biocarbur. hydraulique géotherm. Non stockables ! stockable

14 Lefficacité énergétique Quelques recettes: - passer par le vecteur « chaleur » pour chauffer… solaire thermique adapté - lélectricité seule nest pas optimale pour le chauffage lélectricité : un appoint (problème de lintermittence 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 dénergie solaire - ne rien perdre si possible isoler les habitations récupérer lénergie de freinage des véhicules: véhicules électriques

15 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique - retour sur lénergie dépensée - service/dépense - les conséquences environnementales - pollution - déchets - effet de serre - les coûts - le reste - lintermittence - lacceptabilité

16 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

17 n Leffet de serre - leffet de serre existe et il croît

18 n Leffet de serre - leffet de serre existe et il croît - tout ce qui brûle y contribue « sauf » la biomasse (et encore…)

19 Un bilan sur les gaz à effet de serre

20 - Il faut : - soit privilégier les sources à faible effet de serre - soit apprendre à capter et séquestrer le CO2 Privilégier les sources à faible effet de serre: mais attention aux effets secondaires: exemple de léolien PaysFranceRoy. UniItalieSuèdeAllemag.EspagneDanem. Hydraul.11,8%1,2%11,3%40,1%3,4%11,4%0,1% éolien0,1%0,5% 0,6%4,2%5,6%17,5% Phot. Géoth. 0,01%0%0,04%0%0,1%0,03%0,003% Biomasse0,7%1,8%0,8%4,8%1,5%2,3%8,5% total12,6%3,5%14,2%45,5%9,2%19,3%26,1% CO 2 (t/hab) 1,682,442,041,532,772,042,60 Source: ministère de lIndustrie; énergie: chiffres 2004; CO2: chiffres 2002 Production délectricité renouvelable dans les pays européens

21 - Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2: dans les anciens gisements dans les anciens gisements inauguration le 15 mars 2006 de la première installation (projet européen CASTOR au Danemark: coût: 20-30/tonne de CO2) inauguration le 15 mars 2006 de la première installation (projet européen CASTOR au Danemark: coût: 20-30/tonne de CO2) projet de TOTAL à Lacq projet de TOTAL à Lacq - Il faut interdire la construction de centrales au charbon sans séquestration Cest à ce prix que le charbon peut continuer à produire une fraction importante de lélectricité mondiale (aujourdhui: 40%) Cest à ce prix que le charbon peut continuer à produire une fraction importante de lélectricité mondiale (aujourdhui: 40%) La seule alternative pour une production massive délectricité est, à moyen terme, le nucléaire (contribution mondiale actuelle: 16%) La seule alternative pour une production massive délectricité est, à moyen terme, le nucléaire (contribution mondiale actuelle: 16%) - Le problème de leffet de serre impliquera que lon centralise les combustibles à effet de serre. Modification profonde des transports Modification profonde des transports ferroutage et abandon de lessence pour les voitures ferroutage et abandon de lessence pour les voitures

22 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 lélectricité: on la produit comment? dans la voiture à partir dautres carburants : Prius hors de la voiture –problème des batteries –source primaire: le nucléaire est le mieux placé –hydrogène: un nouveau carburant? ce nest pas une source dénergie!

23 Demain lhydrogène ? 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 nest pas au point

24 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique - retour sur lénergie dépensée - service/dépense - les conséquences environnementales - pollution - déchets - effet de serre - les coûts - le reste - lintermittence - lacceptabilité

25 Le coût Bioéthanol: exemple de lE85 (85% déthanol): - moins cher à la pompe, mais 1,5 fois moins énergétique - taxes non percues par létat: 0,56 par litre - les industriels reçoivent 0,33 par litre EnergieCoût interne c/kWh Coût externe c/kWh Total c/kWh Aide publique France (c/kWh) Gaz 2,92,55,4 Charbon 3,4811,4 Nucléaire 3,4 (amort.: 20 ans) 0,033,4 Hydroélectricité 2,50,252,7 Eolien 60,0568,4 Photovoltaïque 500, Biomasse 80,88,8 bioéthanol 6,7 (taxes) +4 (indust.) Géothermie 7-7 Sources: groupe Energie SFP, et livre Bobin et al On ne peut tout financer : des choix sont nécessaires après comparaison InstallationsPuissance prévue coûtProduct./anInvest./TWh durée de vie 30 ans Progr. éolien France17000 MW27 G30 TWh3 c/kWh EPR Flamanville 1600 MWe 3 G11 TWh1 c/kWh Photovolt. Branlis 40 MWc0,13 G0,04 TWh10 c/kWh

26 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - labondance - lefficacité énergétique - retour sur lénergie dépensée - service/dépense - les conséquences environnementales - pollution - déchets - effet de serre - les coûts - le reste - lintermittence - lacceptabilité

27 Lintermittence Cest un problème majeur car on ne sait pas stocker lélectricité Le pétrole est actuellement le meilleur moyen de stocker lénergie Ordre de grandeur de ce quil faut stocker: Avec 1kWh de diesel, on fait environ 1,4km en voiture 500km dautonomie 300kWh de diesel; 70 kWh dénergie mécanique Méthode de stockageCaractéristiques Batterie au Lithium1 tonne Air comprimé700 kg à 300 bars Moteur à inertieAnneau de 1 tonne, Ф=1mètre, 200 tours/s Condensateur1000 Farads sous 1000 Volts Hydrogène10 kg soit 400 litres à 300 bars

28 Lintérêt de Génération IV Lacceptabilité: le cas des déchets nucléaires

29 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 lénergie solaire –…mais elle est intermittente Il sera nécessaire de tout développer en parallèle A court terme, il faut développer le chauffage solaire Léolien est bien moins prioritaire La recherche doit porter sur –les capteurs photovoltaïquesmoyen terme –les moyens de stockage de lélectricitémoyen-long terme –la filière hydrogènemoyen terme –le nucléaire fission innovantmoyen terme –la fusion contrôléemoyen-long terme –une valorisation plus complète de la biomassemoyen terme


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