Table ronde « Energie : enjeux et perspectives » Congrès du club EEA 2009 Table ronde « Energie : enjeux et perspectives » Polytech’Tours, 12 mai 2009 Energie, qui es-tu ? Jean-Bernard Sigaud Professeur TPA jean-bernard.sigaud@neuf.fr

En quoi consiste l’énergie ? L’énergie est immatérielle par nature, et ne doit pas être confondue avec le support physique utilisé pour la stocker ou la transporter L’énergie existe sous diverses formes : - mécanique (potentielle ou cinétique) - électrique, sous forme potentielle (accumulateurs) ou cinétique (courant) - chimique = énergie de liaison entre atomes (énergies fossiles, biomasse) - nucléaire = énergie libérée par la fusion ou la fission des noyaux d’atomes instables (avec conversion de masse en énergie selon E = mc2) - thermique = énergie cinétique des molécules = forme d’énergie dans laquelle les autres tendent à se dégrader :  forme d’énergie la moins « noble »  intérêt nul à température ambiante

Que signifient, dans le cas de l’énergie, les notions de ressource, production ou consommation ? Il s’agit d’un abus de langage ! Ce qu’on appelle "ressource" désigne en fait ce qui permet de produire de l’énergie "utilisable" Exemples : pétrole, gaz naturel, charbon, biomasse, uranium…etc. " Produire" ou "consommer" de l’énergie consiste en fait à la "convertir", c’est-à-dire passer d’une forme d’énergie à d’autres formes. Il y a toujours conservation de l’énergie totale. (selon le premier principe de la thermodynamique, qui s’applique également au cas des réactions nucléaires, compte-tenu de l’équivalence entre masse et énergie) Exemples : - énergie chimique  thermique, dans la combustion des hydrocarbures - énergie thermique  mécanique (+ chaleur) dans une chaudière + turbine - énergie mécanique  électricité (+ chaleur) dans un turboalternateur - énergie électrique  mécanique (+chaleur), dans un moteur…etc.

Que signifient, dans le cas de l’énergie, les notions de ressource, production ou consommation ? (suite) Produire de l’énergie consiste à convertir de l’énergie non-utilisable en énergie utilisable, concentrée et transportable Exemples : - production d’électricité à partir de l’énergie du vent et des cours d’eau, dans des éoliennes ou des barrages hydroélectriques - production de biomasse (énergie chimique) à partir d’énergie solaire, par photosynthèse - production d’électricité à partir d’énergie nucléaire (via une série de conversions : énergie nucléaire  thermique  mécanique  électrique) Inversement, consommer de l’énergie consiste en fait à la dégrader en passant d’une forme concentrée et utilisable à une forme diffuse (généralement sous forme de chaleur à bas niveau thermique) Exemples des moteurs à explosion : toute l’énergie contenue dans le carburant se trouve in fine convertie en chaleur dissipée dans le milieu ambiant, après avoir été partiellement convertie en énergie mécanique.

Les moulins traditionnels convertissent l’énergie du vent en énergie mécanique…

…et les moulins modernes la convertissent en électricité

De même, l’énergie des rivières peut être convertie en énergie mécanique dans des moulins à eau ou en électricité dans des usines hydroélectriques

Une centrale (nucléaire ou autre) convertit à peine 50% de l’énergie primaire en électricité. Le reste est rejeté dans le milieu sous forme de chaleur

…mais avec un rendement énergétique très faible (env. 1 %) Dans la photosynthèse, l’énergie des photons est utilisée pour convertir du CO2 et de l’eau en biomasse et oxygène… Cela consiste à produire de l’énergie sous forme chimique à partir d’énergie électromagnétique. Inversement, lors de la combustion de la biomasse, cette énergie chimique est convertie en chaleur …mais avec un rendement énergétique très faible (env. 1 %)

L’énergie est une ressource très différente des autres La conversion d’une forme d’énergie en une autre est un processus non-réversible Une partie de l’énergie convertie est dissipée sous forme de chaleur. Et, conformément au second principe de la thermodynamique, il est impossible de convertir entièrement la chaleur en énergie mécanique (ou toute autre forme d’énergie) De ce fait, la reconstitution d’une ressource en énergie (retour à l’état initial) nécessite un apport d’énergie supérieur à cette ressource, à cause de l’énergie dissipée sous forme de chaleur au cours du cycle. Ainsi, la synthèse d’hydrocarbures à partir de CO2 et d’eau requiert un apport d’énergie très supérieur à la chaleur de combustion de ces hydrocarbures.

L’énergie est une ressource très différente des autres (suite) L’énergie n’est donc pas recyclable… A noter que la photosynthèse, qui permet de convertir le CO2 et l’eau en biomasse, n’est possible que grâce au soleil qui apporte l’énergie nécessaire (source d’énergie extra- planétaire et inépuisable à l’échelle humaine) … contrairement à la matière ou aux éléments qui la composent (métaux, carbone…) A noter que le recyclage des éléments constitutifs de la matière nécessite…de l’énergie. Mais, grâce au soleil… …L’énergie est renouvelable, alors que les autres ressources naturelles (constituées de matière) sont seulement recyclables

Le bilan énergétique terrestre : un flux incident abondant mais très diffus Source: Twidell & Weir "Renewable Energie Resources" published by Chapman & Hall. UK

La consommation mondiale d'énergie primaire en 2004 (1) 1 tep = 1 tonne équivalent pétrole (1 Gigatep = 109 tep). 1 tep correspond à 41 gigajoules (2) 1 terawatt = 1012 watts Coefficients de conversion approximatifs : 1 tonne de charbon = 0.66 tep (3 tonnes de charbon équivalent à 2 tep) 1000 m3 de gaz = 0.90 tep 1 MWh électrique = 0.083 tep (sur la base d'un rendement électricité/énergie primaire de 38 %) La consommation d'énergie fossile, hydraulique et nucléaire correspond à de l’énergie fortement concentrée mais à un flux très faible, comparé aux flux d'énergie absorbés et réémis par la Terre.

Et alors ? A la différence des autres ressources "matérielles" l’énergie n’est pas recyclable, mais elle est renouvelable Le flux d’énergie solaire absorbé par la Terre représente 10 000 fois la "consommation" actuelle d’énergie, et pourtant… …94 % de cette consommation correspond aujourd’hui à des ressources non renouvelables (dont 88 % d’origine fossile) Que faire pour préparer l’avenir ? Développer la part des énergies renouvelables (difficile et lent) Minimiser la consommation d’énergie (prioritaire!) Et économiser ainsi les énergies fossiles (bon pour le climat) Privilégier le recyclage des autres ressources