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1 7 avril 2006Gap sciences animation 05 L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXI è siècle Pierre Bacher (« Quelle énergie pour demain? »)

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1 1 7 avril 2006Gap sciences animation 05 L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXI è siècle Pierre Bacher (« Quelle énergie pour demain? »)

2 2 7 avril 2006Gap sciences animation 05 L’énergie en questions  Pourquoi se poser la question de l’énergie, alors que celle-ci est abondante et bon marché ?  Pourquoi se poser la question du pétrole et du gaz, alors que ceux-ci coulent à flot ?  Pourquoi se poser la question du CO2 ?  Quelles réponses apporter, d’ici 2050, dans le monde et en France?

3 3 7 avril 2006Gap sciences animation 05 L’énergie, des origines à nos jours Jusqu’à la fin du XVIII è siècle:  Le feu pour cuire les aliments  La traction animale pour labourer et se déplacer  Les esclaves pour s’enrichir  Les moulins à vent, à eau, pour l’artisanat La révolution industrielle:  La machine à vapeur (XIX è siècle)  L’électricité et le moteur à explosion (XX è ) Équivalences:  1 homme consomme entre 3 et 4 GJ par an pour son alimentation,  mais un français « utilise » aujourd’hui 160 GJ par an (4 Tep), l’équivalent de 100 « esclaves »

4 4 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Consommation d’énergie 1800 – 2100 : ? « Les arbres ne montent pas jusqu’au ciel » Jancovici : chaque Français dispose de l’équivalent de 100 esclaves

5 5 7 avril 2006Gap sciences animation 05 L’énergie est abondante, mais… Face à une consommation annuelle de 10 Gtep et demain 20 Gtep, les ressources potentielles sont suffisantes pour plusieurs siècles:  combustibles fossiles 1000 à 1500 Gtep  uranium et thorium(surgénérateurs)2000 à 3000 Gtep  biomasse (annuel)quelques Gtep  Hydraulique, éolien, mer (annuel) quelques Gtep  solaire inépuisable …mais les énergies ne sont pas interchangeables, elles sont plus ou moins dommageables pour l’environnement, et plus ou moins chères à exploiter et utiliser.

6 6 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Contributions des différentes énergies (2002 et perspectives de développement )  Charbon - 2,4 Gtep – abondant, bien réparti, mais coûteux à transporter, gros émetteur de CO2, nécessite un vecteur (électricité ou hydrogène)  Pétrole – 3,6 Gtep – difficilement remplaçable pour les transports, risques sur les prix (« peak oil »?, géopolitiques, ressources non conventionnelles)  Gaz naturel – 2,2 Gtep – abondant, facile à utiliser mais coûteux à transporter, risques sur les prix

7 7 7 avril 2006Gap sciences animation 05 contributions des différentes énergies – (2002 et perspectives de développement) Biomasse – 1 Gtep – potentiel de développement : + 1 à 2 Gtep (?), mais très dépendant du prix du pétrole et du gaz auxquels la biomasse énergie peut se substituer Nucléaire – 2600 TWh* – fort potentiel « technique » et économique de développement : multiplié par 3 ou 4 (?) Hydraulique, éolien, …) – 2600 TWh* – potentiel significatif : doublé? * Sur un total de TWh, qui pourrait doubler d’ici 2050

8 8 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Quelles contraintes ? Trois contraintes majeures, en dehors de celles liées aux ressources globales et à l’économie:  La fracture Nord-Sud en matière énergétique, clé du développement  La perspective du « peak oil »  Le risque climatique lié à l’effet de serre

9 9 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Accès à l’énergie par habitant (2002) : Tep/h Source: informations sur l’énergie (CEA – 2005)

10 10 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Source: pub dans TIME (2006) La décroissance du pétrole vue par Chevron Le monde consomme 2 barils pour chaque baril découvert Cela doit-il être un motif d’inquiétude?

11 11 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Ressources mondiales de gaz naturel Spource: CEDIGAZ) Comment gérer le risque géopolitique?

12 12 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Source : NGÔ CEA Les gaz à effet de serre -18°C+15°C. S’il n’y avait pas d’effet de serre la température moyenne de la terre serait à -18°C alors qu’elle de +15°C. 2,45 W/m 2 Depuis le début de l’ère pré-industrielle l’effet de serre a augmenté de 2,45 W/m 2, soit 1%. C’est peu, mais est probablement la cause de 0,6 °C de hausse des températures. Selon les scénarios de consommations d’énergie et les modèles de prévision, la hausse des températures pourrait atteindre 2 à 6 °C d’ici la fin du siècle.

13 13 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les rejets mondiaux de CO 2 Source : CME rapport IIASA 1995 GtC tendance GIEC: Pour limiter le réchauffement à 2 °C, il faut amener les rejets à 5 GtC d’ici 2050 et 3 ou 4 d’ici 2100

14 14 7 avril 2006Gap sciences animation 05 D’ardentes obligations… en France comme dans le monde  Mieux utiliser l’énergie  Réduire la fracture Nord-Sud  Préparer l’après-pétrole  Limiter les émissions de CO2 …mais un risque majeur: la tentation du « chacun pour soi »

15 15 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Le contexte énergétique mondial (2050)  Mieux utiliser l’énergie, c’est d’abord limiter les besoins à 15 Gtep (+ 1% par an) au lieu de 2 à 3 % par an aujourd’hui  Réduire la fracture Nord-Sud, c’est faciliter l’accès du Sud au gaz naturel bon marché, seul capable de permettre un décollage de l’activité.  Préparer l’ « après pétrole », c’est trouver des énergies alternatives pour les transports S’il n ’y avait ni contrainte «effet de serre », ni contrainte économique, ces besoins pourraient être assurés par le charbon et les énergies renouvelables. Mais ces contraintes existent, et peuvent devenir très fortes, nécessitant une utilisation importante de l ’énergie nucléaire et du charbon avec séquestration du CO2, ceux-ci pouvant fournir chacun entre 15 et 25 % de l ’énergie mondiale.

16 16 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Le contexte énergétique mondial (2050) Besoins globaux en énergie : 9  15 à 20 Gtep (+ 1 à + 2 % par an) Rejets de CO² 7  5 Gt C ( - 1% par an) Energie nucléaire 6 % et fossile « propre » Energies renouvelables 6 % >> 50 %

17 17 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Quelle évolution de l’énergie en France?  Une meilleure maîtrise de l’énergie pour inverser la tendance à la hausse.  Réduire le CO2 d’un facteur 4 d’ici 2050 ? (loi sur l’énergie de 2005) Pour cela:  Economiser l’énergie (negatep)  Pour les besoins de chaleur et de transports, développer Les énergies renouvelables (bois, biocarburants, solaire…) L’utilisation de l’électricité (véhicules hybrides, …)  Maintenir une production d’électricité sans gaz à effet serre.

18 18 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Une meilleure maîtrise de l’énergie(Mtep)

19 19 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Rejets de CO2 en France Rejets actuels (MtC):  Production d’électricité10  Usages thermiques fixes55  Transports50

20 20 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Comment réduire les combustibles fossiles pour les usages fixes?  Tendance de consommation (+ 1 % par an): 87  130  Negatep (économies…, - 1 % par an) > 58  Bois et assimilé 10  20  Solaire, géothermie -  13  Énergies fossiles 67  17  Électricité (terme de bouclage) 10  22 …mais les énergies renouvelables ne perceront que si le prix des fossiles sont suffisamment élevés ( durablement > 50 $/baril)

21 21 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les usages thermiques : la biomasse Mtep (€/tep) Exemples de chauffage par biomasse coûts par tep/an économisé : Investissement: 1000 à 7000 € Biomasse: 0 à 200 €/an + exploitation, entretien

22 22 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Comment réduire les combustibles fossiles pour les transports?  Tendances de consommation (+ 1 % par an) 50  75  Negatep (technologies, comportements, …) > 25  Biocarburants (1 à 3 tep / ha) 0,5  15 à partir de cultures: 4 à 5 Mha à partir de bois, et déchets agricoles  Motorisations hybrides, véhicules électriques -  20  Pétrole 50  15 …mais les biocarburants, les batteries, … posent des problèmes de faisabilité et de coûts: leur développement nécessite un prix du pétrole durablement > 100 $/baril

23 23 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les biocarburants biotep /ha apport externe d’énergie (tep/ha) Auto énergie Auto production H2 H2 fourni Avec 5 Mha, on pourrait produire 15 Mtep de biocarburant, mais en apportant 10 Mtep d’énergie externe

24 24 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Consommation d’électricité en France TWh Stabilisation des usages traditionnels, mais 150 à 250 TWh en substitution au pétrole

25 25 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Comment augmenter la part de l’électricité? 1. la demande  Industrie – beaucoup a déjà été fait depuis 1975  Résidentiel et tertiaire – chauffage « intelligent », pompes à chaleur associées à l’énergie solaire  Transports véhicules hybrides ou électriques filière H2 ??

26 26 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Comment augmenter la part de l’électricité? 2. L’offre  Hydraulique – 70 TWh, stable ~10 €/MWh  Nucléaire – 400 TWh,  30 €/MWh  Charbon avec séquestration CO2 50 €/MWh  Eolien – 20 TWh (?), problème de coût et de disponibilité  Autres renouvelables et cogénération ~ 20 TWh  Fossile (pointe et associé à éolien) ~ 50 TWh  Photovoltaïque: la grande inconnue > 300 €/MWh }  60 €/MWh

27 27 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Bouquet énergétique 2003 / 2050 (« énergie finale » Mtep) Rejets CO2 (MtC) tendance

28 28 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les voies possibles à moyen et long terme et les besoins de recherche  nucléaire de fission à base 238 U et Th (gén. IV) (technologie, coût)  séquestration du CO²  charbon (coût, efficacité énergétique, environnement)  biomasse et biocarburants (compétition agroalimentaire, coût, environnement)  solaire photovoltaïque (coût, stockage électricité))  le vecteur hydrogène (production, logistique, piles à combustibles (?))  fusion nucléaire (faisabilité, coût, environnement)

29 29 7 avril 2006Gap sciences animation 05 En résumé, au niveau mondial 1.Aucune voie ne peut être exclue a priori, même si certaines seront privilégiées ici ou là en fonction des ressources propres (ex. charbon en Chine, Inde, Etats-Unis) 2.La plupart des voies conduisent à une augmentation importante du prix de l’énergie ou ne se développeront que si ce prix augmente. C’est le cas notamment des économies d’énergie, de la plupart des ENR, du charbon avec séquestration du CO2, des substituts au pétrole. 3.l’électricité est probablement appelée à jouer un rôle majeur dans la préparation de l’après pétrole, à condition de rester bon marché (nucléaire?) 4.Les constantes de temps dans le domaine de l’énergie ne doivent- elles pas conduire à anticiper sur les augmentations de prix, comme amorcé à Kyoto? 5. Pour faciliter le développement des pays du Sud, la « taxe CO2 » pourrait par exemple être fonction des rejets par habitant.

30 30 7 avril 2006Gap sciences animation 05 En résumé – France : espoirs, incertitudes et inconnues  Les espoirs : un facteur 2 sur les rejets de CO2 avec les technologies existantes o Un facteur 4 sur les rejets dus aux usages thermiques (moitié negatep, moitié énergies renouvelables) o Une faible baisse des rejets liés au transports o Le maintien d’une électricité rejetant très peu de CO2  Les espoirs d’un facteur 4 se heurtent à des incertitudes et à des inconnues : o Les incertitudes : les coûts de nouvelles technologies pour remplacer le pétrole dans les transports o Les inconnues :  technologiques (batteries, procédés hautes températures, stockage CO2)  économiques (imprévisibilité des prix du pétrole et du gaz)  politiques (Kyoto et après Kyoto, volonté au niveau mondial, européen et français)

31 31 7 avril 2006Gap sciences animation 05

32 32 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b41g - 10 Prévisions de production de pétrole et de gaz (Laherrère)

33 33 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b14 – 32 Electricité par source d’énergie

34 34 7 avril 2006Gap sciences animation 05 * b14 – yy Les usages thermiques : le solaire et la géothermie (avec pompe à chaleur) Mtep (€/tep) Exemple de géothermie solaire (coûts par tep économisé): Investissement1250 € Electricité (pompe à chaleur) + bois 300 €/an + entretien

35 35 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *21-05 Bilan radiatif de la Terre (moyenne annuelle) Atmosphère ~100 km 340 W/m² 100 W/m² réfléchis par l'atmosphère et les nuages 240 W/m² 150 W/m² EFFET DE SERRE 240 W/m² (infrarouge émis par l’atmosphère W/m² Source : M.I.T. RG Prinn; Energies Spring 98 VAPEUR D'EAU Sol

36 36 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *21-04 Le climat au XXI ème siècle, selon l’IPCC Source : IPCC 1995

37 37 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b21-01 É volution du CO 2 et de la température sur Terre 11 2 D 2 ) Aujourd’hui 360 ppm ? Temps ΔTemp. en °C 2000 CO (ppmv CO (ppmv) T(°C) Source : CEA (AT-V4)

38 38 7 avril 2006Gap sciences animation Les émissions de CO 2 en France de 970 à 1999 Source : MinEFI / Observatoire de l’énergie

39 39 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b Énergie et santé

40 40 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b Sources d’énergie primaire en France (1999) Charbon14 Mtep5,5 % Pétrole99 « 37,5 % Gaz34« 13 % Nucléaire88« 33 % Renouvelables29« 11 % Total 264« 100 ( 1 TWh él ~0,222 tep) CEA

41 41 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Scénario de renouvellement

42 42 7 avril 2006Gap sciences animation 05 EPR – vue d’artiste

43 43 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les systèmes de sûreté sont installés dans 4 bâtiments séparés (redondance 4)

44 44 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Protection contre la chute d'avion

45 45 7 avril 2006Gap sciences animation 05 *b32 – 02 Comparaison des coûts de production d’électricité (Finlande, taux d ’intérêt 5 %)* (Tarjanne )

46 46 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Une nouvelle génération, pourquoi faire? Deux objectifs majeurs:  Multiplier les ressources, en « brûlant » U 238 et (ou) thorium  Diviser au moins par 10 les déchets à vie longue tout en conservant le haut niveau actuel de sûreté, en restant compétitifs avec les autres énergies et en ouvrant de nouveaux débouchés. Ce sont les conditions d’un développement durable de l’énergie nucléaire au niveau mondial.

47 47 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Une nouvelle génération : comment? Deux voies principales:  Uranium 238 : réacteurs à neutrons rapides  Thorium: réacteurs à neutrons thermiques Dans tous les cas, on « produit » autant d’atomes fissiles qu’on en consomme et on les récupère dans une opération de retraitement: on fonctionne en cycle fermé. En France, Phénix et Superphénix ont été des réacteurs de « Quatrième génération » avant la lettre. L’usine de retraitement de La Hague ouvre également la voie.

48 48 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Une nouvelle génération : quand?

49 49 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les déchets fortement radioactifs ou à vie longue liés au nucléaire De quels déchets parle-t-on ?  quelques produits de fission à vie longue (I 129, Cs 135, …)  les produits de fission fortement radioactifs  les actinides mineurs (Np, Am, Cm) Faut-il :  les diluer et les rejeter?  les concentrer? Et les entreposer, ou les stocker?  les détruire?

50 50 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Les déchets nucléaires La loi Bataille de 1991 aborde bien l’ensemble de la problématique déchets :  axe 1: explore les possibilités de destruction partielle (séparation – transmutation)  axe 2 : explore les possibilités de stockage définitif (stockage géologique)  axe 3 : explore les possibilités de l’entreposage (quelques siècles) Elle n’aborde pas la phase amont: la séparation et le recyclage du plutonium, matière jugée réutilisable

51 51 7 avril 2006Gap sciences animation 05 Déchets nucléaires: conclusions provisoires (OPECST- projet de loi 2006) Les 3 axes sont complémentaires:  il faudra de toutes façons entreposer un certain temps les déchets avant de les stocker définitivement  le stockage géologique est techniquement possible dans un site ayant les caractéristiques de Bure  le stockage doit être réversible un certain temps, pour laisser un degré de liberté aux générations futures  la transmutation partielle des actinides mineurs peut faciliter leur stockage en réduisant les quantités et les charges thermiques des déchets, mais elle nécessite encore de nombreuses études


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