L’énergie dans tous ses états Jean-Pierre Tabet ADEME, Direction de la Stratégie Conférences « Sciences et Sociétés » Gif-sur-Yvette, 10 octobre 2002

Au fait, finalement, l’énergie…….. Qu’est ce que c’est ? Comment ça se fabrique ? À quoi ça sert ? Combien ça coûte ? Peut-on en consommer moins ? Et le changement climatique ?

Au fait, finalement, l’énergie…….. Qu’est ce que c’est ? Comment ça se fabrique ? À quoi ça sert ? Combien ça coûte ? Peut-on en consommer moins ? Et le changement climatique ?

L ’énergie, c ’est du mouvement …. De corps macroscopiques : énergie mécanique De molécules : énergie thermique De particules élémentaires : énergie chimique, rayonnement, énergie nucléaire. ….. Créé par les 3 forces fondamentales : la gravitation, les forces électro-magnétiques, les forces nucléaires

Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ….. … y compris l’énergie : « la loi fondamentale de la conservation de l’énergie » énergie thermique -----> énergie électrique énergie électrique ------> énergie mécanique énergie nucléaire (soleil) ---> énergie thermique énergie chimique ---> énergie mécanique + thermique

Equivalence des énergies mécaniques et thermiques : L ’énergie, ça se mesure ... 1 Joule (unité S.I.), c ’est l’énergie emmagasinée par une masse de 2 kg se déplaçant à une vitesse constante de 1 m/s (3,6 km/h) 1 calorie, c’est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1 gramme d’eau pour augmenter sa température de 14,5 à 15,5 °C Equivalence des énergies mécaniques et thermiques : 1 cal = 4,18 J

Les autres unités énergétiques 1 kWh = 3.600.000 J (3,6 MJ) 1 tep (tonne d ’équivalent pétrole) = 11 626 kWh = 42 Mds J 1 stère de bois sec = 1700 kWh 1 baril de pétrole = 0,14 tep 1 Mbaril/jour = 50 Mtep par an

Quelques ordres de grandeurs …. L’apport alimentaire quotidien : 2500 kcal, soit 3 kWh Remonter 10 litres d’eau d’une hauteur de 20 m : 2000 J, soit 0,0005 kWh En dépensant une quantité d’énergie de 1 kWh , un homme (ou une femme) parcourt une distance de : 25 km à pied ou 60 km à vélo 1,3 km en voiture L‘Irak produit chaque jour 300.000 tep de pétrole, ou encore 3,5 milliards de kWh Une centrale nucléaire produit 10 milliards de kWh par an Chauffer un logement, en France, consomme entre 10 000 et 30 000 kWh par an.

Puissance et Energie La puissance mesure la capacité d ’un organisme ou d’une machine à fournir de l ’énergie. On mesure la puissance en Watts (et kW et MW..) : 1 Watt = 1 Joule par seconde un cycliste professionnel développe en sprint 300 W un cheval développe ordinairement 800 W le son émis par un orchestre symphonique correspond à 70 W une chaudière d ’appartement a une puissance de 20 000 W une automobile ordinaire développe 50 000 W une centrale nucléaire a une puissance de 1.400.000 kW

Au fait, finalement, l’énergie…….. Qu’est ce que c’est ? Comment ça se fabrique ? À quoi ça sert ? Combien ça coûte ? Peut-on en consommer moins ? Et le changement climatique ?

Bilan de l ’énergie : primaire et finale Consommations internes à la branche énergie Appareils consommateurs DISTRIBUTION PRODUCTION Installations de transformation Énergie finale Énergie entrante (primaire) Énergie sortante (secondaire) ENERGIE UTILE

Les énergies primaires disponibles Les énergies fossiles : charbon, pétrole, gaz,… Les énergies fissiles : uranium, … Les énergies renouvelables : le soleil, le vent, l ’eau, la géothermie, la biomasse

Qu ’est ce qu ’un rendement énergétique ? C ’est le rapport entre l ’énergie sortante et l ’énergie entrante, pour un système donné. Par exemple : rendement d ’un moteur fixe (essence, gaz) : 40% rendement d ’une automobile : 25% rendement d ’un moteur électrique industriel : 95% rendement d ’une centrale nucléaire ou charbon : 35% rendement d ’une centrale électrique au gaz CC : 55% rendement d ’une chaudière individuelle : 85% rendement d ’un chauffage logement mal isolé : 40% rendement dune ampoule électrique ordinaire : 5%

Energie Primaire, Finale et Utile : France 2001 Energie Primaire : 267 Mtep Energie Finale : 175 Mtep Pertes : environ 70 % Energie Utile : moins de 90 Mtep

Les modes de production de chaleur À partir de combustibles fossiles : combustion directe : chaudières individuelles, industrielles, réseaux de chaleur pour transformation en énergie mécanique : moteurs d’automobile, de bateaux, turbines d’avion,.. piles à combustible (hydrogène ou méthane) à partir des ENR combustion directe : bois, biomasse, biogaz solaire thermique (capteurs plans) Géothermie pompes à chaleur (avec apport d ’électricité)

Les modes de production d ’électricité À partir de combustibles fissiles ou fossiles : centrales thermiques classiques : charbon, fuel, gaz nouvelles centrales thermiques : cogénération, cycle combiné nucléaire : fission, fusion, sous et sur- générateur piles à combustible (hydrogène ou méthane) à partir des ENR hydrauliques : grands barrages, fil de l'eau solaire : Photovoltaïque (1 kW), thermodynamique (100 MW) Centrales marémotrices, houle, gradient thermique des océans Eoliennes : isolées, fermes, sur terre, sur mer Géothermie Turbines et moteurs à biogaz

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Quelques ordres de grandeur (1995-2000) Consommation Energie primaire Monde : 10 Mds tep Consommation Energie primaire France : 260 Mtep USA : 6,5 tep/hab. Europe : 3,4 tep/hab Afrique : 0,6 tep/hab. Consommations moyennes en France : Chauffage d ’un logement : 1 à 2 tep/an Chauffage électrique : 6 à 12 000 kWh/an Automobile (15 000 km/an) : 1 à 2 tep/an 1 M€ de VA dans l ’industrie : 250 tep

Consommation d'électricité spécifique ménage 3 pers Consommation d'électricité spécifique ménage 3 pers. tout équipé : 2 700 kWh /an (1997) 9

Demande énergie finale France 1970-2000 (par secteur d ’usage)

Demande énergie finale France 1970-2000 (par type d ’énergie)

Consommation moyenne par habitant, en tep/an, année 2000 1, 5 Mds d ’habitants 4, 5 Mds d ’habitants

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Les atteintes à l’environnement causées par les systèmes énergétiques. Les pollutions atmosphériques locales et régionales (10-1000 km), court terme : SOx, NOx, COV, poussières,... globales et long terme (30-100 ans) : Gaz à effet de serre : C02, CH4, … Les rayonnements : déchets nucléaires, lignes THT, .. Les pollutions des sols : métaux lourds, résidus chimiques Les pollutions des eaux : élévation des températures, métaux, composés chimiques (nitrates, ...) Les autres atteintes à l'environnement : dégradation des paysages, éviction d'occupation des sols, effets sur la bio-diversité, etc ...

Evaluation des coûts externes : Programme ExternE, Union Européenne

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Economies d ’énergie et consommation : France, 1990-1998

EFFICACITES ENERGETIQUES TRANSPORT DE VOYAGEURS TRANSPORT DE MARCHANDISES 1997 LES CHIFFRES PRENNENT EN COMPTE LES TAUX DE REMPLISSAGE EFFECTIFS DES DIFFERENTS MODES Source Ademe

PIB et consommation d ’énergie, France 1970-1997

Gains d'intensité énergétique 1973-1997 : -1% par an mais en quasi stagnation 1995-2000

Économies de chauffage dans les logements : France 1975-1999

COMPARAISON TRAIN, AVION & VOITURES PARTICULIERES LONG TRAJETS efenerg eurostar ~ TGV 1997 (sauf avion : 2000) TGV Source SNCF ADEME (impact) / Air France

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Prospective concentration des gaz et changement de température Source : GIEC Version 0.1 p. 9

Emissions de CO2-énergie monde 1990-2001