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Lénergie : un problème majeur pour demain…. n car nous en avons besoin dans tous les compartiments de notre vie - habitat (chauffage et consommation électrique)

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1 Lénergie : un problème majeur pour demain…. n car nous en avons besoin dans tous les compartiments de notre vie - habitat (chauffage et consommation électrique) - transports - production industrielle et agricole - santé n car les divers modes de « production » dénergie obéissent à des contraintes fortes et croissantes… n …et que lénergie risque de manquer.

2 Les contraintes … n contraintes scientifiques –Lénergie ne se crée pas –balance besoins - réserves/ressources –problèmes de rendements, de stockage –…. n contraintes économiques –coûts n problèmes denvironnement –pollution, déchets, effet de serre,… n contraintes politiques –indépendance énergétique –engagements pris vis-à-vis de partenaires n contraintes sociologiques –acceptabilité par le public n Tous les modes de « production » dénergie ont des inconvénients : il faut choisir les moindres n La recherche a un rôle important à jouer : elle peut lever certains verrous technologiques 7

3 Energie: unités consommation globale annuelle dans le monde : ( chiffres de 2002) 10 Gtep ( chiffres de 2002) n Lunité légale: le joule n Les unités utiles pour le citoyen: le kWh, le litre. n Les unités utiles au niveau de la consommation globale : -La tonne équivalent pétrole: 1tep (= kWh) Cest un bon ordre de grandeur de la consommation individuelle par an Cest un bon ordre de grandeur de la consommation individuelle par an lhomme de cette terre consomme 1,7 tep par an lhomme de cette terre consomme 1,7 tep par an le français moyen consomme 4.2 tep le français moyen consomme 4.2 tep cette consommation pourrait être réduite de moitié : il y a gaspillage cette consommation pourrait être réduite de moitié : il y a gaspillage -Au niveau du monde: 1 Gtep

4 Energie: comment la consomme-t- on?

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6 Energie: doù vient-elle aujourdhui? pour faire quoi? n Sources dénergie – énergies non-renouvelables n pétrole n gaz n charbon n nucléaire (uranium, autres?) – énergies renouvelables n hydroélectrique n éolien n solaire n biomasse n géothermique n marées ou hydrauliennes n Formes dénergie –chaleur –chaleur puis « mieux » n travail (moteurs) n électricité n pb du rendement thermo. –« mieux » n travail n électricité n pas de pb de rendement thermodynamique

7 Energie: doù vient-elle? n Energies: fossiles ou renouvelables ? –La situation d aujourdhui

8 Energie: doù vient-elle? n Energies fossiles: les diverses productions

9 Energie: doù vient-elle? bilan avantages - inconvénients - limites n Energies non renouvelables

10 Energie: doù vient-elle? bilan avantages - inconvénients - limites Energies renouvelables Energies renouvelables

11 n Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole va sépuiser rapidement n Sur quoi peut-on compter ? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) - le nucléaire fission (réacteurs rapides: réserves 14000ans) - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses) - les autres sources renouvelables resteront marginales …oui mais… il pollue : séquestration nécessaire il fait des déchets : peut-on les détruire? elle nest pas réussie : la réussira-t-on? il est trop cher : que peut-on faire? …..et les rendements?... …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …...et le problème du stockage?...

12 n Le charbon et leffet de serre - leffet de serre existe et il croît - tout ce qui brûle y contribue sauf la biomasse - il faut apprendre à séquestrer le CO2: dans les anciens gisements dans les anciens gisements problèmes du transport problèmes du transport - cet état de fait 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

13 n Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole va sépuiser rapidement n Sur quoi peut-on compter ? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans) - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses) - les autres sources renouvelables resteront marginales …oui mais… il pollue : séquestration CO 2 nécessaire il fait des déchets : peut-on les détruire? elle nest pas réussie : la réussira-t-on? il est trop cher : que peut-on faire? …..et les rendements?... …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …...et le problème du stockage?...

14 Energie nucléaire fission: les problèmes à résoudre –rendements –réserves –sûreté –déchets combustiblecaractérist.ralentiss t Fluide caloporteur 235 U (0,7%) ou 239 Pu neutrons lents oui (eau) eau 235 U (0,7%) ou 239 Pu 238 U(99,3% ) neutrons rapides non (pas deau) sodium –monter les températures –brûler 238 U ou/et 232 Th –multiplier les protections (coques) –stocker les déchets de façon sûre –produire moins de déchets –les détruire Propositions: génération IV Etat actuel des technologies

15 n Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole va sépuiser rapidement n Sur quoi peut-on compter ? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans) - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses) - les autres sources renouvelables resteront marginales …oui mais… il pollue : séquestration CO 2 nécessaire il fait des déchets : peut-on les détruire? elle nest pas réussie : la réussira-t-on? il est trop cher : que peut-on faire? …..et les rendements?... …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …...et le problème du stockage?... 44

16 Lautre énergie nucléaire : la fusion (comme dans les étoiles) les promesses de la fusion les promesses de la fusion n réserves infinies en deutérium ! n peu de déchets –un objectif encore non atteint –des progrès constants mais lents –deux voies possibles n fusion inertielle densités atteintes:30 fois celle de leau n tokamaks –installations actuelles majeures en Europe: n Méga-joule (Bordeaux) n JET (Oxford) et Tore supra (Cadarache) –installation prévue : ITER –échéance : ans : cest loin...

17 n Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole va sépuiser rapidement n Sur quoi peut-on compter ? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans) - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses) - les autres sources renouvelables resteront marginales …oui mais… il pollue : séquestration CO 2 nécessaire il fait des déchets : peut-on les détruire? elle nest pas réussie : la réussira-t-on? il est trop cher : que peut-on faire? …..et les rendements?... …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …...et le problème du stockage?...

18 Le point sur le solaire n Le solaire : il est partout –Léolien : cest du solaire –La biomasse : cest du solaire –Lhydraulique : cest du solaire –La houle : cest partiell t du solaire –Le solaire : cest du solaire –Le pétrole, le gaz,.. cest du solaire que la nature a su stocker –Seules les marées (lattraction lunaire) et la géothermie (la radioactivité de la terre) ne viennent pas du solaire… n Proportions 1/10000 (<1%) 1 à 3% 3/100003/ % n Puissances dispo Solaire* : 200 W/m 2 Géothermique : 0.06 W/m 2 Marées (France)**: 0,2W/m 2 * Moyenne sur toute la planète au niveau du sol ** Côtes françaises rapportées à la surface du pays n Les meilleures sources dénergie renouvelable sont lhydraulique (concentré) et le solaire lui-même. dispersédisperséconcentrédispersédispersé

19 Energies renouvelables et électricité (énergie totale) Une comparaison avec nos voisins Une comparaison avec nos voisins PaysFranceAllemagneEspagneItalieDanemark hydraulique13%3,2%17,4%15,9%0,1% éolien0,06%5%3,3%0,5%12% Photo- voltaïque 0,01%0,1%0,02%0,04%0,003% biomasse0,4%0,9%0,8%0,5%3,5% géothermie0,005%0% 0,2%0% total 14% (5%)*9% (4%)*22% (8%)*17% (6%)*15% (6%)* * Corrections rendement incluses

20 n Le solaire thermique: n Il est essentiel de le développer pour chauffer les habitations individuelles. n Une maison de 100 m2 reçoit en moyenne plus de 20kW dénergie solaire même au nord de la France (équivalent à 100 ampères au compteur électrique) n On peut localement stocker la chaleur n Brûler du gaz ou du pétrole pour assurer lensemble du chauffage et de leau sanitaire est un non-sens n Se chauffer exclusivement à lélectricité fait partie du gaspillage : pour délivrer 1kWh de chaleur dans la maison, on gaspille 2kWh de plus dans une centrale électrique nucléaire n Pour progresser, il faut : n une incitation politique pour baisser les coûts dinvestissement* (lEtat et certaines régions le font déjà) *4000 :eau chaude pour 4 personnes; pour équiper (eau chaude+chauffage) un pavillon de 120m2: amortissement: 10ans. n un développement au niveau industriel: design, normes, formation des architectes et service après vente n Il ny a pas de verrou technologique majeur. Faites du chauffage solaire ! 1,5m 2 de capteur par personne = 60% de son eau chaude

21 n Le solaire photovoltaïque : n Son premier problème : le coût –1 kWh solaire = 30 c (raccordement au réseau) ou 60 c (non raccordement : problème du stockage) avec une durée de vie est de 25 ans. –1 kWh gaz ou nucléaire = 2,5 c n Les améliorations possibles: –augmentation des rendements (recherche d efficacité plus forte sur tout le spectre solaire) –recherche sur des nouveaux matériaux: n semiconducteurs organiques n Tant quon ne sait pas stocker lélectricité cette solution restera marginale dans les pays développés n Malgré tout les Allemands font un gros effort: –500MW actuellement installés; objectif de 5500MWcrête en 2010: opération toits. –Prix dachat: 62c par kWh n Les leaders: les japonais –Tous les toits du Japon moins de 1% de la consommation électrique (Japon)

22 n Le second problème du solaire photovoltaïque est celui de lintermittence qui pose le problème du stockage de lélectricité n Ce problème est plus général : on a besoin de stocker lénergie dans de nombreux cas… n En particulier dans le cas des transports

23 n disparition des carburants actuels n nécessité de moins polluer en ville n essence artificielle produite à partir du charbon ? - non : car effet de serre n rôle accru de lélectricité - on la produit comment ? Le nucléaire est le mieux placé n hydrogène : un nouveau carburant - mais ce nest pas une source dénergie - production à partir du solaire, du charbon ou du nucléaire Les transports

24 Demain lhydrogène ? n Production : rendement à améliorer –électrolyse –thermoproduction –bioproduction n Source primaire –solaire –nucléaire n Stockage –(basse température) –compression –hydrures métalliques n Utilisation –pile à combustible –combustion

25 Pour conclure… n Contrairement à ce que lon entend souvent sur les medias: n Il ny a pas de solution miracle n Lavenir passe par le déclin du pétrole n Lavenir passe par les ressources limitées des énergies renouvelables hors solaire n A moyen terme, léolien va se développer n Lavenir passe par des solutions complémentaires ajoutées les unes aux autres: leau chaude et le chauffage solaire doivent avoir toute leur place n A plus long terme, il sera indispensable de faire appel au charbon, au solaire et au nucléaire* comme sources dénergie, à lhydrogène comme vecteur et moyen de stockage, à lhydrogène comme vecteur et moyen de stockage, (mais lhydrogène simposera lentement…..) (mais lhydrogène simposera lentement…..) … et … … et … n à lefficacité énergétique et aux économies dénergie que nous pouvons tous réaliser dès aujourdhui !!!! –Savez-vous quune télévision en veille consomme plus que cette télévision allumée 3 heures par jour? –Savez-vous que oublier une lampe allumée par français nécessite 3 à 4 réacteurs nucléaires? –Savez-vous que prendre le train sur un trajet long coûte 10 fois moins dénergie que prendre sa voiture (passager unique)? –Savez-vous que lon peut gagner un facteur 3 sur lisolation thermique des habitations? * Les allemands narrêteront pas le nucléaire

26 n n n 20% de la population mondiale consomment 60% de lénergie… que souhaitons-nous pour demain? n Devenons raisonnables : pensons à économiser ! n Soyons raisonnables : lavenir ne peut passer que par une complémentarité de modes de production tous imparfaits

27 La biomasse ne peut remplacer lensemble du pétrole n La biomasse cest: –Le bois –Le biogaz (méthane ou Gaz Naturel Véhicules) –Les huiles végétales (colza, tournesol) ou dérivés (diester ou Ester Méthylique dHuile Végétale) –Lalcool (betterave, canne, blé) ou dérivés (Ethyl Tertio Butyl Ether) n La biomasse est insuffisante pour remplacer lensemble du pétrole –Rendements: 1 à 2 tep/Ha pour biogaz ; 0,75 tep/Ha pour diester ou bioéthanol –10% des carburants routiers français à partir du diester ou du bioéthanol = 30 à 40% de lensemble des terres agricoles –50% des carburants routiers français = totalité de la forêt française –40% des carburants routiers mondiaux = ensemble des terres arables n La montée de la production de bioéthanol –Europe : objectif très ambitieux: mobilisation de 4 Mha en 2010 : 20Mtep de bioéthanol (8% de la consommation française; 7% de la surface de la France) –Injection de ces biocarburants dans les carburants liquides (10%) –Prix actuel: 3 fois le prix du pétrole n Nécessité dadapter les moteurs à ces carburants n Nécessité de régler les questions dordre « purification » (cycle benzénique). n Programme « énergie » au CNRS et au MRT

28 Les évolutions prévisibles de la biomasse n Eléments additionnels pour la France: –Bioéthanol (ajout à lessence) n Défiscalisation 380/m 3 n 25000ha consacrés n ha de blé et 62000ha de betterave (3,9% des surfaces disponibles) nécessaires pour atteindre 5,75% en teneur de biocarburants n Aide européenne : 45 à lhectare –Diester (biodiesel) n Défiscalisation 350/ha n ha consacrés n Montée possible à ha (selon la profession)

29 La croissance forte de léolien dans le monde et en France (source : ADEME) n Monde : croissance 30% par an –18000 MW installés en 2000 –6000 MW ajoutés en 2001 n Europe : –22000 MW début 2003 n MW en Allemagne n 4144 MW en Espagne n 2800 MW au Danemark n France : –68 MW en 2000 sur une quinzaine de sites –147 MW fin 2002 –300 MW sur 40 sites en 2003 –4000 MW en 2006 –12000 MW en 2010, cest-à-dire de lordre de 5000 à grosses éoliennes (respect des 21%) –potentiel français à terre: 70TWh (13% de lélectricité, 6% de lénergie totale consommée*) *correction rendement incluse *correction rendement incluse n Attention : le rendement moyen dune éolienne nest que de 23% n Une éolienne de 750kW avec un vent de 15m/s (force 7) ne fait plus que 28kW à 5m/s (force 3)

30 La croissance forte de léolien dans le monde n Quelques autres données sur léolien : –Puissance installée en Allemagne: 12000MW n mais seulement moins de 6% de lélectricité n objectif de 30% en 2020 (12%* énergie totale) n projet de 200 éoliennes 5MW en mer Baltique –Puissance installée au Danemark: 2800MW n jusquà 20% de lélectricité, mais moins de 9%* de lénergie totale consommée. n Les dimensions : –600kW: n mât de 28mètres n diamètre de 30mètres –3MW (Dewi): n mât de 92 mètres n diamètre de 80 mètres n Les prix : –ils sont raisonnables (0,04-0,06/kwh) n Le développement du « off-shore »: projets –20 turbines de 1MW au large de Copenhague. –200 éoliennes de 5MW en mer Baltique

31 Energies renouvelables et électricité (énergie totale) Une comparaison avec nos voisins Une comparaison avec nos voisins Pays tC-énerg/hab France 0,24 Allemagne 1,08 Espagne 0,74 Italie 0,66 Danemark** 1,38 hydraulique13%3,2%17,4%15,9%0,1% éolien0,06%5%3,3%0,5%12% Photo- voltaïque 0,01%0,1%0,02%0,04%0,003% biomasse0,4%0,9%0,8%0,5%3,5% géothermie0,005%0% 0,2%0% total 14% (3%)*9% (2%)*22% (5%)*17% (4%)*15% (3%)* * Corrections rendement incluses **Pays très émetteur de gaz à effet de serre; chiffres 1999

32 n Le solaire photovoltaïque : n Son premier problème : le coût –1 kWh solaire = 30 c (raccordement au réseau) ou 60 c (non raccordement : problème du stockage) avec une durée de vie est de 25 ans. –1 kWh gaz ou nucléaire = 2,5 c n Les améliorations possibles: –augmentation des rendements (recherche d efficacité plus forte sur tout le spectre solaire) –recherche sur des nouveaux matériaux: n CdTe n Semiconducteurs organiques n Silicium micro-cristallin n couches minces (CIS) –nouvelles méthodes de production des capteurs actuels au Si: n procédé à « lit fluidisé » n coulée continue en creuset froid n cellules à concentration n Tant quon ne sait pas stocker lélectricité cette solution restera marginale dans les pays développés n Malgré tout les Allemands font un gros effort: –500MW actuellement installés; objectif de 5500MWcrête en 2010; toits. –Prix dachat: 62c par kWh –Coût dinstallation pour un pavillon de 120m 2 : 40000; amortissement: 40 ans, sur une base de 9c par kWh (prix de vente EDF) n Les leaders: les japonais –Tous les toits du Japon moins de 1% de la consommation électrique (Japon)

33 Quelques réflexions sur la consommation totale n Peut-on réduire la consommation totale ? n Au niveau du monde: la réponse est clairement : non 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) lampes basse consommation optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés) - 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 nécessiterait : - un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent linverse?) - un changement dans les structures de lhabitat

34 Energie: comment la consomme-t- on? Evolutions de consommation sur les 30 dernières années 18


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