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Yves Martin Centre de Recherches en Physique des Plasmas Association Euratom - Confédération Suisse Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne CH - 1015.

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

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

3 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Energie – définition Dictionnaire Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité daccomplir un travail (moteur, …) à modifier létat dautres 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 dénergie Mécanique, électrique, thermique, chimique, nucléaire, rayonnante,...

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

5 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

6 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Energie - Unités et conversions Energie MKSA: [Joule] = [Nm] = [m 2 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 = 10 6 J (= 1 Mega J) 1 GJ = 10 9 J (= 1 Giga J) 1 TJ = J (= 1 Tera J) 1 PJ = J (= 1 Peta J) 1 EJ = J (= 1 Exa J)

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

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

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

10 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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]

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

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

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

14 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Consommation d'énergie primaire dans le monde 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 Pétrole Gaz Nucléaire Hydraulique Charbon

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

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

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

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

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

20 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

21 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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,...)

22 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Prévisions démographiques (M habitants) Région Amérique du Nord Amérique latine Europe de l'Ouest Europe de l'Est Afrique Moyen Orient, Asie du Sud Asie du Sud-Est, Pacifique Extrême Orient Monde [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]

23 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Prévisions énergétiques (EJ, % nucléaire) Région Amérique du Nord112.9, , , 8.7 Amérique latine30.8, , , 1.8 Europe de l'Ouest70.7, , , 13.0 Europe de l'Est56.2, , , 8.3 Afrique29.7, , , 1.5 Moyen Orient, Asie du Sud48.5, , , 2.7 Asie du Sud-Est, Pacifique , , 0.6 Extrême Orient102.1, , , 6.1 Monde473.5, , , 6.1 [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]

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

25 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

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

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

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

29 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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 Tendance 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»]

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

31 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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 +

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

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

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

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

36 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

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

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

39 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Demain - visions Monde 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,...

40 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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]

41 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

42 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Grandes options de la Recherche 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 ]

43 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

44 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

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

46 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Plan du cours Fusion – M. Martin Des principes de la fusion au réacteur ITER Géothermie – M. Wilhelm Le potentiel géothermique Les possibilités dutilisation La géothermie basse énergie La géothermie profonde Exemples dapplication Aspects économiques Les atouts de lénergie 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

47 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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 dapprovisionnement 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

48 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, Références / Lecture OFEN 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

49 Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 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

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

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


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