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Apports scientifiques sur le concept dénergie (SVT, sciences physiques, SES) Nathalie Rencurel Aude Chevallier Alain Manel Stage éco-établissements 22-23.

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1 Apports scientifiques sur le concept dénergie (SVT, sciences physiques, SES) Nathalie Rencurel Aude Chevallier Alain Manel Stage éco-établissements juin 2005

2 I - Les constats et les données scientifiques II - Le protocole de Kyoto III - Des énergies alternatives et durables aux émissions de GES IV – Conclusion - Le plan climat

3 I - Les constats et les données scientifiques

4 Évolution de la température depuis lan mille dans lHémisphère Nord Les constats scientifiques

5 Évolution de la température daprès lanalyse isotopique des carottes de glace à Vostok (courbe rouge) Les constats scientifiques

6 Évolution de la teneur en CO 2 dans latmosphère depuis lan 1000 (analyse des carottes de glace ) Évolution de la teneur en CO 2 dans latmosphère depuis 1950 Les constats scientifiques

7 Quest ce que leffet de serre? Les constats scientifiques

8 Les principaux gaz à effet de serre (GES) produits par lhomme - le CO 2 * (dioxyde de carbone) - le N 2 O* (protoxyde dazote) - le CH 4 * (méthane) - les CFC *GES mentionnés dans le protocole de Kyoto (1997) Les constats scientifiques

9 Propriétés de quelques GES GES Pouvoir de réchauffement / CO2 Durée de vie dans latmosphère Concentration dans latmosphère % annuel daccroissement CO ans0,035%0.4% N2ON2O ans0,00003%0.25% CH ans0,0002%0.5% halocarbones4000 à à ans<0, %En baisse Les constats scientifiques

10 Origines des GES produits par lhomme Le dioxyde de carbone CO 2 est produit principalement lors de la combustion dénergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel..) Contribution des différents secteurs aux émissions de CO 2 : Les constats scientifiques

11 Le secteur agricole est une des principales sources d'émission de CH 4 et de N 2 O La majeure partie des émissions de CH 4 provenant des systèmes agricoles est formée par la dégradation microbienne de la matière végétale lorsque le milieu est pauvre en oxygène (tube digestif des ruminants,les sols saturés en eau (rizières) et le fumier). N 2 O est produit en plus grande quantité au niveau du sol dû aux activités microbiennes. Les pratiques agricoles (épandage dengrais et de fumier) augmentent la quantité de N 2 O émise en perturbant le cycle naturel de l'azote. Les constats scientifiques

12 II - Le protocole de Kyoto

13 Historique 1972 : sujet abordé à Stockholm à la conférence mondiale sur lenvironnement 1979 : première conférence mondiale sur le climat 1988 : création du GIEC (groupe intergouvernemental sur lévolution du climat) 1990 : premier rapport du GIEC 1992 : conférence de Rio qui envisage du quantifier les droits démission de GES 1995 : second rapport du GIEC 1997 : protocole de Kyoto qui distribue pour chaque pays – en référence aux émissions de 1990 – les quantités démissions autorisées sur Le protocole de Kyoto

14 1998 : lunion européenne sengage à une réduction de 8% de ses émissions de GES en 2012 par rapport à 1990 mais choisit de constituer une « bulle » en distribuant leffort de manière différenciée selon les pays (lAllemagne qui brûle beaucoup de combustibles fossiles pour produire de lénergie doit ainsi diminuer ses émissions de 21%, la France de 0%) : Le président des Etats-Unis annonce quil soppose à la ratification du protocole 2004 : Moscou ratifie le traité mais échec de la conférence de Buenos-Aires qui devait préparer l'après Kyoto 2005 : Entrée en vigueur du traité et prochaine conférence prévue cet automne à Montréal. Le protocole de Kyoto

15 Les objectifs & leurs limites Le protocole de Kyoto fixe des objectifs chiffrés de réduction des émissions pour les pays développés : en moyenne 5,2% de réduction à atteindre en 2008/2012 par rapport au niveau de 1990 Tonnes de GES / habObjectif / 1990 (%) Evolution des émissions 2002 / 1990 (%) Allemagne 12, ,5 France 9, ,7 Irlande ,9 UE ,5 Etats-Unis ,1 Canada 22, ,1 Le protocole de Kyoto

16 Les principes & leurs limites Des mécanismes pour plus de flexibilité…. Le principe général du marché des permis d'émission vise à minimiser le coût économique des objectifs assignés à chaque pays. Les réductions démissions auront dabord lieu là où elles coûtent le moins. Lobjectif est fixé sur une période de 4 ans ( ) Des quotas sont attribués à chaque pays en fonction des émissions de Lallocation initiale tient donc compte du niveau de développement pour donner plus à ceux qui émettent plus. Le mécanisme de développement propre permet dès aujourdhui à des entreprises dun pays industrialisé de récupérer des permis démission à hauteur des réductions démissions obtenue dans des PED par un investissement propre Le mécanisme de mise en œuvre conjointe débute en 2008 et permettra ce même type de transferts entre pays développés Le protocole de Kyoto

17 …qui risquent de paraître injustes un surcoût qui peut avantager les grandes entreprises des pays développés (capables d'acheter ou de récupérer des "droits à polluer" comme disent les radicaux) l'idéal de justice ne passe-t-il pas par des allocations proportionnées à la population ? Le protocole de Kyoto

18 III - Des énergies alternatives et durables aux émissions de GES

19 Les biocarburants Des énergies alternatives aux émissions de GES

20 Comment produit-on des biocarburants? Le bioéthanol est produit par la fermentation de sucres contenu dans certaines plantes (betteraves, topinambours, canne à sucre) ou damidon (pomme de terre, céréales, mais) ou encore certaines plantes ligneuses (bois, paille). C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Léthanol produit est convertit en ETBE Les esters sont issus du mélange dun alcool avec des huiles végétales (colza, tournesol). On les nomme fréquemment diester. Les huiles végétales sont obtenues par pression à froid de graines oléagineuses (colza, tournesol, coprah, palme, soja, arachide). Une tonne de colza fournit 0.3 tonne dhuile Des énergies alternatives aux émissions de GES

21 Le bioéthanol est utilisé comme carburant pour moteur ou bien pour faire de la cogénération (production simultanée de chaleur et délectricité). Le bioéthanol peut être additionné aux carburants classiques : il baisse la puissance du moteur mais améliore le rendement (meilleure qualité de la combustion) Conformément à la réglementation européenne, léthanol est autorisé en France jusquà 5 % en mélange et lETBE jusquà 15 %. Le diester est ajouté à raison de 5% dans le gazole Dans le cas des huiles végétales, des moteurs adaptés sont nécessaires car les huiles sont trop visqueuses pour les utiliser dans des moteurs classiques Quelle utilisation des biocarburants?

22 L'impact de cette filière sur l'effet de serre est particulièrement intéressant, puisqu'elle permet d'économiser 2,7 tonnes d'équivalent CO2 par tonne dETBE par rapport à lessence (combustible fossile)

23 Evolution des surfaces consacrées en France à la production de biocarburant entre 1992 et 2000 Des énergies alternatives aux émissions de GES

24 Quelle quantité de biocarburants pour produire léquivalent des 50 millions de tonnes de pétrole consommées pour les transports en 2002 ? Des énergies alternatives aux émissions de GES

25 La production dénergie bois dans lunion européenne en million de tep Des énergies alternatives aux émissions de GES

26 Le rendement des poêles et cheminées Des énergies alternatives aux émissions de GES

27 Les biogaz Le principe: Fermentation de matières organiques pour produire du méthane Les matières organiques utilisées: -Effluents agricoles - Boues de stations dépuration Des énergies alternatives aux émissions de GES

28 nombre de sites production actuelle nombre de sites potentiels production récupérable Stations dépuration urbaines Station dépuration industrielles et industries agro- alimentaires Décharges Méthanisation de déchets solides et assimilables (dont industries agro- alimentaires) digesteurs agricoles TOTAL Gisement valorisable en France en TEP/an

29 Avantages et inconvénients Avantages: -intérêt écologique -Réduction de l'impact polluant des effluents, notamment en composés azotés (teneur en nitrates diminuée) -Amélioration de la qualité du déchet final, qui, après méthanisation, est biologiquement stabilisé et en grande partie désodorisé Inconvénients -coût élevé de l'amortissement des installations -absence de réelle volonté politique pour promouvoir cette filière -classification « Seveso » des stockages d'effluents agricoles -problèmes de voisinage -risques de fuite de gaz à effet de serre Des énergies alternatives aux émissions de GES

30 La géothermie Des énergies alternatives aux émissions de GES

31 Les ressources géothermiques et leur cadre géologique (source ADEME/BRGM) Des énergies alternatives aux émissions de GES

32 Avantages et inconvénients La géothermie présente l'avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent), ni même de la disponibilité d'un substrat, comme c'est le cas de la biomasse. C'est donc une énergie fiable et stable dans le temps. Cogénération possible Coût très élevé Énergie qui ne se transporte pas Des énergies alternatives aux émissions de GES

33 Pompes à chaleur géothermiques dans lunion européenne Des énergies alternatives aux émissions de GES

34 Lénergie solaire L'énergie solaire reçue par la terre vaut, environ fois la quantité totale d'énergie consommée par l'ensemble de l'humanité. En d'autres termes, capter 0,01% de cette énergie nous permettrait de nous passer de pétrole, de gaz, de charbon et d'uranium. En 2002 le solaire a représenté 0,01% de l'énergie consommée en France (et 0,04% dans le monde) Les trois voies de lénergie solaire : -l'électricité solaire thermodynamique -l'énergie solaire thermique -l'électricité solaire photovoltaïque Des énergies alternatives aux émissions de GES

35 L'électricité solaire thermodynamique La concentration du rayonnement solaire sur un seul foyer permet d'atteindre des températures élevées ce qui permet le réchauffement de fluides caloporteurs. Ces fluides viennent ensuite chauffer de la vapeur d'eau, qui entraîne un turboalternateur, comme dans les centrales thermiques conventionnelles. Une centrale solaire en Californie pour lutilisation thermodynamique du rayonnement solaire. Des énergies alternatives aux émissions de GES

36 L'énergie solaire thermique L'énergie solaire thermique s'utilise principalement au travers de deux applications : -le chauffage de l'eau chaude sanitaire -le chauffage des locaux. Pour ces utilisations, les capteurs vitrés utilisés offrent des rendements de l'ordre de 50 % aux températures recherchées. -4 m 2 de capteurs permettent de répondre aux besoins en eau chaude d'une famille de quatre personnes; -10 à 20 m 2 assurent le chauffage d'une maison individuelle. Des énergies alternatives aux émissions de GES

37 L'électricité solaire photovoltaïque L'électricité solaire photovoltaïque est un moyen intéressant de réduire les coûts de distribution de l'électricité dans certaines régions; elle peut être utilisée de deux manières : -pour la fourniture d'électricité en sites isolés -pour l'injection d'électricité sur un réseau électrique. La centrale de Rancho Seco (Californie) près de la centrale nucléaire © ADEME, photo A Liébard Des énergies alternatives aux émissions de GES

38 Lénergie éolienne Une éolienne transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Soit cette énergie est utilisée directement comme dans les éoliennes de pompage ou les anciens moulins à vent. Soit elle est transformée en électricité via une génératrice; dans ce cas, on parle d'aérogénérateurs. Deux utilisations différentes alors sont possibles: La principale est le couplage de l'aérogénérateur sur le réseau. La seconde est l'utilisation de l'installation en tant que groupe électrogène éolien. Dans ce cas, on vise surtout les régions isolées. Des énergies alternatives aux émissions de GES

39 Puissance suivant le diamètre de léolienne : Le rendement dune éolienne est faible (une éolienne ne produit du courant électrique que lorsque la vitesse du vent est comprise entre deux limites : quand elle est trop faible les pales ne tournent pas assez vite, quand elle est trop forte il faut les mettre en berne pour éviter leur destruction). Sur Terre le rendement ne dépasse pas 20%; off-shore il peut atteindre 40% Des énergies alternatives aux émissions de GES

40 Nombre de MW éolien installé fin 2003 Des énergies alternatives aux émissions de GES

41 .Les " projets offshore " français : - 16 éoliennes à Port La Nouvelle - 84 éoliennes à Port Camargue - 40 éoliennes à l'Ile de Groix - 20 éoliennes au large de Saint-Nazaire - 20 sur la côte ouest du Cotentin chaque éolienne ayant une puissance de 2,5 MW L'ensemble des projets représente 180 éoliennes pour une puissance maximale de 450 MW soit un peu plus de 200 MW nucléaires* *le rendement dune centrale nucléaire est voisin de 80% la puissance des centrales nucléaires fonctionnant en France est comprise entre 900 et 1450MW la capacité électronucléaire de la France est de MW. Des énergies alternatives aux émissions de GES

42 Lénergie nucléaire L'importance économique de l'énergie nucléaire est considérable car elle n'émet aucun gaz à effet de serre. Elle fournit un tiers de l'électricité consommée dans l'UE En France, cette énergie joue un rôle fondamental en entrant pour 75 à 80% dans la production d'électricité. Le programme spécifique intitulé « Programme de recherche et d'enseignement (EURATOM) dans le domaine de l'énergie nucléaire » vise à développer le potentiel de la fission et fusion nucléaire de façon durable, sûre et rentable. Des énergies alternatives aux émissions de GES

43 La fusion thermonucléaire contrôlée La fusion thermonucléaire consiste à réaliser la fusion des noyaux légers (le tritium et le deutérium) pour obtenir un noyau plus lourd d'hélium. La fusion ne peut se produire que dans des conditions extrêmes de températures (< 100 millions de degrés) et d'isolation thermique. Cette énergie est très peu polluante en terme de radioactivité.. La masse du noyau dhélium est inférieure à celle des deux noyaux dont il est issu, deutérium et tritium. La différence de masse correspond à de la matière qui sest transformée en énergie (selon E = mc 2 ). Construction du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) auquel participent l'UE, les USA, le Japon et la Russie. Des énergies alternatives aux émissions de GES

44 La fission nucléaire La fission est une réaction nucléaire dans laquelle un noyau lourd (uranium 235, plutonium 239) appelé noyau fissile se scinde en deux noyaux plus légers sous leffet dun choc avec un neutron. Renforcer la sûreté des installations nucléaires Développer une gestion et un stockage des déchets, notamment des déchets radioactifs de haute activité et à longue durée de vie. Des énergies alternatives aux émissions de GES

45 Emissions en C0 2 des différentes filières de production d'électricité Modes de production Hydraulique NucléaireEolien Photo -voltaïque Gaz naturel FuelCharbon Emissions de C0 2 par kWh (en g) 46 3 à à Des énergies alternatives aux émissions de GES

46 IV – Conclusion / Plan climat

47 La capture et le stockage du CO 2 1ere étape: capturer le CO 2 2eme étape: déshydrater et comprimer le CO 2 3eme étape: Injecter le CO 2 dans des réservoirs conclusion Où stocker? Dans les réservoirs dhydrocarbures (gaz et pétrole) qui ne sont plus productifs ou en phase de déclin Dans les veines de charbon non exploitables Dans les aquifères profonds

48 La pile à combustible (PAC) La pile à combustible transforme de lénergie chimique en énergie électrique, La réaction de fonctionnement d'une pile à hydrogène est : 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) Le dihydrogène nest pas présent à létat naturel il peut-être : -"extrait" de combustibles comme le gaz naturel, le GPL, le fioul,... Le rendement total (électrique + thermique) est proche des 80% ce qui permet de réduire considérablement les rejets de CO 2 -produit par électrolyse de leau (2 H 2 O (l) = 2 H 2 (g) + O 2 (g) ) conclusion

49 Une nécessité faire des économies dénergie: Le PLAN CLIMAT Transport: Respecter intégralement les limites de vitesses: - 3 Mtep CO 2 Écoconduite: - 0,7 Mtep CO 2 Transports collectifs: - 0,2 Mtep CO 2 climatisation : - 4 Mtep CO 2 Biocarburants: -7 Mtep CO 2 Habitat: étiquette énergie: -1,4 Mtep CO 2 traitement et recyclage des déchets: - 0,1 Mtep CO 2 /an climatisation: - 5Mtep CO 2 Marché des quotas démission: -3,2 Mtep CO 2 Total : - 73 Mtep CO 2 /an


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