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S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril 2007 1 La problématique des sources dénergie du futur Sylvain David CNRS Institut.

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1 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril La problématique des sources dénergie du futur Sylvain David CNRS Institut de Physique Nucléaire dOrsay

2 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Lénergie dans le monde aujourdhui Le casse tête du futur fournir de lénergie à lhumanité résoudre la crise climatique Les alternatives aux fossiles Potentiel Verrous technologiques

3 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Contexte énergétique mondial ,6 1, ,66 0,5 0,6 7,8 330= Population 2005 Consommation dénergie tep/hab tep/an /hab 195= 600= 280= 200= 3,5 3,4 4,5 2,6

4 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Contexte énergétique mondial tep Total GTeP Total GTeP tep 2050 Consommation dénergie totale dans le monde

5 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Fournir lénergie dont le monde aura besoin en 2050 demande de doubler au moins la production dénergie

6 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Source GTeP/an 2000 Fossiles Pétrole / gaz / charbon / 2.1 / 2.2 Biomasse Traditionnelle1.2 Hydraulique0.7 Nucléaire0.6 Nouveaux renouvelables (solaire, éolien, biomasse) 0.05 Total10.5 Contexte énergétique mondial

7 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les énergies fossiles CharbonC+O 2 CO eV Gaz naturelCH 4 +O 2 CO 2 + H 2 O eV Pétrolemélange de C et H, H/C 2 Centrale électrique 1 GWe charbon (rendement 40%) = 2.3 MtC / an gaz (rendement 50%) = 0.9 MtC / an Les énergies fossiles Emission de CO 2 Emissions mondiales de CO 2 = 6 MteC/an

8 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril CO 2 émis par lhomme Avant lère industrielle (1770) : 280 ppm Teneur en CO 2 en 2000 : 360 ppm Teneur minimale en ppm Les énergies fossiles et leffet de serre Augmentation de leffet de serre Augmentation minimale de T entre 1,6 et 3,2°C

9 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les énergies fossiles et leffet de serre Réduire les émissions de gaz à effet de serre de 6 GtC/an à 3GtC/an Valeur a atteindre pour 9 milliards dhabitant 350 kg /an / hab Emission tonnes de C /an/hab Emission limite en 2050 partagée entre 9 milliards dhab. (2050)

10 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Contexte énergétique mondial GES / 2 Nucléaire Contexte énergétique : le casse-tête Economie Efficacité Les ordres de grandeur Charbon « propre » Renouv.

11 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Combustibles fossiles

12 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril De grandes incertitudes sur les réserves de pétrole… Réf: PR Bauquis – Total Prof. Associés Les énergies fossiles Localisation: Arabie Saoudite, Irak, Koweit, Iran, … Calcul simpliste des 40 ans de réserves

13 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les énergies fossiles Du point de vue du climat, il y a trop de combustible fossile ! Lenjeu climatique est déviter davoir recours au charbon et aux fuels lourds après la fin du pétrole et du gaz Gtep Conso. annuelle Pic Pétrole + sables bitumineux et asphaltes récupérables ajd ? gaz ? charbon ? Schistes bitumineux, asphaltes ultimes 500 ?>2100 Hydrates de méthane> 1000 ?>2100

14 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les énergies fossiles Et le stockage de CO 2 pour une utilisation centralisée?? Séparation du CO 2 et transport pas de verrous, coût? Stockage Recherche nécessaire

15 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les formes dénergie primaires dont on dispose sur terre Soleil Lénergie est « produite » par la fusion de noyaux dhydrogène = énergie nucléaire Energie nucléaire = énergie de liaison entre les protons et les neutrons des noyaux = énergie libérée lors de lexplosion de supernovae et « stockée » dans les noyaux Les alternatives aux fossiles

16 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril La lumière250W/m 2 Le vent 10 W/m 2 (E cinétique) La biomasse1 W/m 2 (E chimique) Lhydraulique (E potentielle) Les sources qui découlent du soleil Concentrée naturellement par le ruissellement Diluées Inter- mittentes

17 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Bois de chauffage et cuisson déjà 10% de lénergie mondiale - Renouvelable, mais pas si déforestation (cas actuel) - Application aux transports grâce aux biocarburants La biomasse tep / ha Energie nécessaire pour produire le biocarburant tep/ha Energie nette tep/ha Huile colza Éthanol betterave Si lénergie consommée ne produit pas de CO 2, çà devient intéressant - Ce serait une façon dutiliser rapidement lélectricité (nucl., sol., éol.) pour les transports - Potentiel max estimé pour la France : 20% des transports (10Mtep) Réf: JM jancovici,

18 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Lhydraulique - Production mondiale actuelle : 310 GW moyens = 17.7% de lélectricité -Energie stockée, et très souple à moduler - Technologie maitrisée - Nouvelles ressources loin des besoins (Afrique) déploiement limité - Exemple : barrage des 3 gorges en Chine 9 GW moyens lac de 2km x 640 km plusieurs millions de personnes déplacées

19 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Eolien et photovoltaïque Technologie disponible Niveau industriel Rendements 10-20% (commerce) 40% (laboratoire) Coût très élevé Coût énergétique ! Encore beaucoup de recherche!

20 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Eolien et photovoltaïque Sources délectricité intermittentes et dispersées développer des réseaux performants ! coupler à une production souple charbon et gaz ! réellement efficace si stockage

21 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Lintermittence Le casse tête du stockage massif dénergie Ex: La voie de lhydrogène H 2 O + énergie H 2 + ½ O 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O + énergie moteurs thermiques? piles à combustibles? Conditionnement sous pression? hydrures? nanotubes de carbone? Transport Rendement global % Production chaleur haute T (solaire) électrolyse (éolien, photovolt.)

22 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Lénergie nucléaire de fission

23 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril France: électricité 1000 W / hab fission uranium = 1 gramme combustion CH 4 = 1 tonne Lénergie nucléaire est une énergie très concentrée Intérêt stratégique (stockage facile…), économique, environnement, … Fission Gaz naturel Energie libérée = 200 millions deV CH 4 +2O 2 CO 2 +2H 2 O eV Lénergie nucléaire 235 U

24 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Consommation Uranium fissionné1 tonne /(GWe.an) Uranium enrichi30 tonnes /(GWe.an) Uranium naturel200 tonnes /(GWe.an) Réserves Uranium (RRA+RSE+spéculatives) millions de tonnes Production nucléaire mondiale285 GWe (éq. pleine puissance) Potentiel de production (au taux actuel) ans Un nucléaire significatif en 2050 nécessite daméliorer considérablement lutilisation du minerai recours à la surgénération Lénergie nucléaire actuelle Actuellement, seul lisotope 235 de luranium est utilisé Il représente seulement 0.7% du minerai duranium (99.3% 238 U)

25 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Recours à la surgénération (potentiel du minerai x200) Cycle Uranium 238 U + n 239 U 239 Np (2j) 239 Pu Cycle Thorium 232 Th + n 233 Th 233 Pa (27j) 233 U Noyaux fissiles Noyaux fertiles Lénergie nucléaire : la surgénération - Si on a recours à la surgénération, TOUT le minerai duranium est utilisé - Le potentiel énergétique est multiplié par 200 Réserves pour des dizaines de milliers dannées Mais la surgénération demande à changer de technologie…

26 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les principaux réacteurs surgénérateurs de 4 ème génération Sodium Plomb Les réacteurs rapides refroidis avec un métal liquide (cycle uranium) Les réacteurs rapides refroidis à lhélium (cycle uranium) Hélium Les réacteurs thermiques à sels fondus (cycle thorium) Lénergie nucléaire : les réacteurs du futur Développement industriel vers 2035, au moment où luranium viendra à manquer pour les réacteurs standards Sels fondus

27 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Et la fusion ?

28 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril d + t 4 He + n MeV - Pour vaincre la répulsion coulombienne, il faut un plasma chauffé à plusieurs dizaines de millions de degrés - Le neutron régénère le tritium consommé 6 Li + n t + 4 He - Réserves lithium : qq milliers dannées (idem fission surgénération) - La fusion « inépuisable » est d+d, mais encore plus difficile… - ITER : outil de recherche, pas de développement industriel envisagé avant la fin du siècle… Réacteur ITER La fusion Malheureusement, on nest pas dans les temps vis-à-vis du pic du pétrole et du climat…

29 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril En conclusion, Ne pas assurer les besoins en énergie conduit à des crises sans doute plus grandes pour lhumanité que le changement climatique : guerres, famines, dictatures, … Réduire drastiquement les émissions de CO 2, donc limiter au maximum lutilisation du pétrole, du gaz et du charbon Les énergies renouvelables sont difficiles à développer car diluées (et donc chères) et intermittentes Le nucléaire de fission va devoir jouer un rôle très important

30 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril On ne peut pas compter uniquement sur un changement de mode de vie La technologie doit apporter sa part de solution Tous les domaines de la physique doivent être massivement mis à contribution

31 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Cette présentation sinspire des travaux et conférences de H. Nifenecker B. Tamain J.M. Jancovici C. Ngô P.R. Bauquis P. Bacher & C. Acket Merci à eux ! Sites web - Documentation - Ecole Energies et Recherches (documents de cours) - Manifeste sauvons le climat - Société française de physique - Manicore (JM Jancovici)

32 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril

33 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Les éoliennes actuelles 1 MW crête, % du temps Empiètement 8 ha/MW installé Production < 10 W/m 2 (

34 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Chaleur dégagée par la terre, provenant des désintégrations radioactives de luranium, du thorium, … - Puissance géothermique totale estimée = 22 TW Même ordre de grandeur de la consommation mondiale dénergie Flux géothermique = 0.06 W/m 2 (<< solaire) - Mais une partie de cette énergie produite depuis des millions dannées est restée stockée sous forme de chaleur : non renouvelable ! - Ordre de grandeur du potentiel maximum pour la France : 20W / hab pour lélectricité (2% de la consommation) 7 Mtep pour le chauffage = 10% du chauffage La géothermie

35 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril Principe du stockage: enfouir dans une couche dargile (à Bure) les déchets à vie longue pour éviter leur retour à la biosphère Un stockage est par conception irréversible Exemple: diffusion des actinides au bout de et ans Environ 15 mètres en ans Bure : couche dargile de 100 mètres dépaisseur, 500 mètres sous terre Nucléaire - Stockage : « confiance dans la géologie » Solution de référence pour la France (loi de 2006)

36 S. David, la problématique des sources dénergie du futur, SFP, OUJDA, avril La voie de la transmutation : incontournable dans le futur pour limiter le nombre de site de stockage Sans transmutation des actinides mineurs Avec transmutation des actinides mineurs. La transmutation permet de produire des verres allégés Risque potentiel à log terme réduit Déchets moins « chauds », donc réduction du nombre de site de stockage Nucléaire: transmutation des déchets nucléaires


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