Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?

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1 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?
L’énergie: les contraintes incontournables des chiffres et des ordres de grandeur Quels chiffres? Quels ordres de grandeur? - l’abondance - l’efficacité énergétique retour sur l’énergie dépensée service/dépense - les conséquences environnementales pollution déchets effet de serre - les coûts - le reste l’intermittence l’acceptabilité

2 L’abondance Problème de balance entre offre et demande
Peut-on « produire » assez ? Peut-on consommer moins? La situation d’aujourd’hui: production (consommation) mondiale: 10,5 Gtep/an soit 1,7 tep/habitant/an 1tep = kWh

3 Population (millions habitants)
L’abondance Pays Population (millions habitants) Énergie Primaire (Mtep) tep/habitant USA 281 2 293 7,8 Japon 127 509 4,0 Europe (25) 403 1 470 3,8 France 60 258 4,37 Chine 1 271 1 245 1,1 Inde 1 045 538 0,5 Monde 6 071 10 200 1,69 Minimum vital homme 0,1-0,2 Source : mémento sur l’énergie CEA 2006

4 La corrélation consommation-espérance de vie
Japon CH S Ca Grèce FR I E.U Chine Russie Ma Inde Roumanie Afrique du Sud Au delà de 1,5 tep/an/hab on ne voit plus de relation entre consommation d’énergie et espérance de vie Zambie

5 Peut-on réduire la consommation totale ?
Comment consomme-t-on dans les pays développés? Cas de la France % Ce transparent discute les évolutions de consommation possibles pour l’avenir. Il est clair que la consommation mondiale ne peut baisser compte tenu de l’éveil de la Chine, de l’Inde, puis, peut être, on peut le souhaiter, de l’Afrique. En France la baisse de consommation impliquerait une baisse sur les deux postes principaux que sont le chauffage et les transports. Pour le chauffage c’est possible au prix d’une modification profonde du parc immobilier. La consommation moyenne des bâtiments est aujourd’hui de 200kWh/an/m2. On pourrait la baisser à 50. . Pour les transports, cela suppose une modification profonde de l’organisation de la vie sociale (proximité des lieux d’habitation et de travail): ce n’est pas pour demain et si la consommation n’augmente pas, ce sera déjà bien!

6 Peut-on réduire la consommation totale ?
Au niveau du monde: la réponse est clairement : non (+38% de 1982 à 2002; Chine: +4,3% entre 2000 et 2001) Au niveau de la France : un facteur 2 ? chauffage et climatisation: ● isolation optimale des habitations : ce sera long… ● utilisation raisonnable de la climatisation… choix des équipements: ● lampes basse consommation ● optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés) ● ne pas gaspiller choix des moyens de transport et des lieux d’habitat: ● privilégier les transports en commun et le ferroutage ● ne pas prendre sa voiture pour rien… ● proximité des lieux de vie et de travail ● ne pas privilégier les vacances lointaines… Ce transparent discute les évolutions de consommation possibles pour l’avenir. Il est clair que la consommation mondiale ne peut baisser compte tenu de l’éveil de la Chine, de l’Inde, puis, peut être, on peut le souhaiter, de l’Afrique. En France la baisse de consommation impliquerait une baisse sur les deux postes principaux que sont le chauffage et les transports. Pour le chauffage c’est possible au prix d’une modification profonde du parc immobilier. La consommation moyenne des bâtiments est aujourd’hui de 200kWh/an/m2. On pourrait la baisser à 50. . Pour les transports, cela suppose une modification profonde de l’organisation de la vie sociale (proximité des lieux d’habitation et de travail): ce n’est pas pour demain et si la consommation n’augmente pas, ce sera déjà bien! Source: Réduire la consommation nécessite : un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent l’inverse?) - un changement dans les structures de l’habitat

7 Peut-on produire assez ?
Énergies non-renouvelables: réserves ? Énergies renouvelables: ressources annuelles? Premier constat: les non-renouvelables sont aujourd’hui dominantes

8 Les limites des réserves et ressources
Cette page a été mise à jour en septembre 2007 sur la base des données du Mémento sur l’énergie 2006 du CEA et du livre de la SFP de Bobin, Nifenecker et Stéphan. Quelques données de base sont: Les chiffres viennent pour beaucoup du mémento sur l’énergie 2006 du CEA. Ils concernent l’année 2003 sauf pour l’éolien et les énergies renouvelables qui concenent Les chiffres bruts sont: pétrole: 3639Mtep; gaz: 2244; charbon: 2584; combustibles renouv.+déchets: 1143; reste (nucléaire; hydraulique; éolien, solaire): 969; total: 10579Mtep La consommation finale Monde 2003 est de 6,265Gtep (mémento p21) dont 1,17Gtep d’électricité. La production électrique totale Monde 2004 est de 16,6 millions de GWh dont 17% de nucléaire et 16% d’hydraulique. La production d’électricité est assurée à 40% par le charbon,6,9% par le pétrole, 19,4% par le gaz, 15,8% par le nucléaire, 15,9% par l’hydraulique et 1,9% par le reste. Dans les pays de l’OCDE, ces pourcentages deviennent: charbon: 39%, pétrole, 5,7%, gaz: 17,5%; nucléaire: 22,5%, hydraulique: 12,6%, autres: 2,7% (mémento p33). Au niveau de la production kWh monde, le nucléaire et l’hydraulique sont voisins. Je décide de prendre le même coefficient pour passer aux tep pour ne pas défavoriser l’hydraulique. Même attitude pour l’éolien et le photovoltaïque. Pour l’Europe des 25, l’énergie totale primaire est de 1737 Mtep, dont 653 Mtep de pétrole, 315 Mtep de charbon, 408 Mtep de gaz. Les combustible renouvelables représentent 4,2% de l’énergie totale primaire. La consommation finale Europe est de 1220 Mtep dont 225 Mtep (18%) d’électricité. La production d’électricité de l’Europe des 25 en 2003 est assurée par le charbon à 32,2%, le pétrole à 5,3%, le gaz à 17,9%, le nucléaire à 31,6%, l’hydraulique à 9,4%, le reste à 3,6%. Pour la France, les chiffres bruts d’énergie primaire sont: charbon: 14Mtep; pétrole 91 ou 93 Mtep; gaz: 39 àu 40 Mtep; nucléaire: 111 Mtep; hydraulique: 5,4 Mtep en prenant la conversion 1000kWh=0,086 tep (mémento CEA p.10). Le thermique (biomasse et déxchets) est de 13 Mtep (page 26). L’énergie finale consommée en France est de 173 Mtep dont 35 d’électricité (20%). La production d’électricité française est assurée par le charbon (5,3%), le pétrole (1,5%), le gaz (3,1%), le nucléaire (78,5%), l’hydraulique (10,5%), le reste (1,1%)- chiffres page 33 du mémento. Le total de l’électricité renouvelable France en 2005 (page 37 du mémento) est de GWh dont d’hydraulique, 985 d’éolien, 35 de solaire, 95 de géothermique, 1630 de déchets, 1358 de bois, 462 de biogaz, 415 de résidus de récoltes. En parallèle, la chaleur renouvelable France en 2005 est de 10,4 Mtep dont 39ktep de solaire, 130 ktep de géothermie, 361 ktep de pompe à chaleur, 351 ktep de déchets, 8738 ktep de bois, 207 ktep de résidus agricoles, 56 ktep de biogaz et 476 ktep de biobarburant. Les 0,05% de photovoltaïque europe viennent de l’article « photovoltaïque » de « Reflets de la Physique » n°5, SFP, qui donne que la production photovoltaïque européenne est de 3TWh. Le pourcentage est obtenu en convertissant le kWh en tep par 1000kWh=0,26 tep afin de tenir compte du fait que l ’électricité est une énergie noble. Les capacités de production renouvelables sont prises dans le livre de Bobin et al page 60 à 64. Pour l’éolien, les implantation off-shore sont prises en compte. Les pourcentages sont calculés par rapport à la consommation d’énergie primaire Sources: Observatoire de l’énergie AIE Bobin et al, SFP 2001 ** correction rendement incluse

9 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?
- l’abondance - l’efficacité énergétique retour sur l’énergie dépensée service/dépense - les conséquences environnementales pollution déchets effet de serre - les coûts - le reste l’intermittence l’acceptabilité

10 L’efficacité énergétique
 rapport entre l’énergie obtenue et l’énergie dépensée en amont ◘ cas des capteurs photovoltaïques ◘ cas des biocarburants  rapport entre l’énergie utile et l’énergie dépensée ◘ cas simples: - moteur: Eff. = Travail / Energie dépensée - lampe: Eff. = Energie lumineuse / Energie dépensée - centrale élec.: Eff. = Energ. Élect. / Energie primaire ◘ cas plus compliqués: - automobile: Eff. = ?? / Energie dépensée - chauffage: Eff. = ?? / Energie dépensée Prise en compte globale de la filière Rendement (de Carnot) Sources: Source éolien: Source solaire: , Voir aussi : Chasse aux calories perdues et isolation

11 L’efficacité énergétique
Combien dépense-t-on pour produire 1kWh? Combien de temps faut-il pour récupérer l’énergie dépensée? pétrole ~1,1 kWh éolien éolienne: 7 mois solaire pv cell. photovolt.: 3-5 ans biocarbur. blé: 0,98 kWh betterave: 0,83 colza: 0,37kWh tournesol: 0,28 Sources pétrole: Source éolien: Source solaire: , Voir aussi : Limitation intrinsèque des biocarburants à 10% des besoins Espoir de la valorisation des matières ligneuses tiges et taillis blé: % des surfaces cultivées en France betterave: 420% (pour assurer les 50 Mtep des transports) colza: % tournesol: 413%

12 L’efficacité énergétique
source vecteur usage pétrole gaz charbon uranium Bâtiments cuisson EC, chauff. bâtiments éclairage appareils industrie transports chaleur électricité éolien solaire th. solaire pv biocarbur. hydraulique géotherm.

13 L’efficacité énergétique
source vecteur usage pétrole gaz charbon uranium Bâtiments cuisson EC, chauff. bâtiments éclairage appareils industrie transports chaleur électricité Non stockables ! éolien solaire th. solaire pv biocarbur. hydraulique géotherm. stockable hydrogène

14 L’efficacité énergétique
Quelques recettes: - passer par le vecteur « chaleur » pour chauffer…  solaire thermique adapté - l’électricité seule n’est pas optimale pour le chauffage  l’électricité : un appoint (problème de l’intermittence du solaire) - accroître les rendements quand ils sont pénalisants  monter les températures (génération IV) - passage 330°C  1000°C  faire de la cogénération si possible - gaz: OK - nucléaire: plus difficile  améliorer les conversions d’énergie solaire - ne rien perdre si possible  isoler les habitations  récupérer l’énergie de freinage des véhicules: véhicules électriques

15 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?
- l’abondance - l’efficacité énergétique retour sur l’énergie dépensée service/dépense - les conséquences environnementales pollution déchets effet de serre - les coûts - le reste l’intermittence l’acceptabilité

16 Les conséquences environnementales
■ Pollution ■ Déchets ■ Effet de serre Le pire: le charbon poussières, NOx, radioactivité,… - filtres nécessaires mais aussi le pétrole (problème des transports) Le plus problématique: le nucléaire mais bien des industries génèrent des déchets qui ne sont pas moins problématiques (exemple du photovoltaïque et du démantèlement des batteries au plomb) Le pire: le charbon

17 L’effet de serre - l’effet de serre existe et il croît
L’effet de serre existe, …et heureusement car on aurait froid sur terre (-18°C au lieu de 15°C en moyenne).Le problème est l’augmentation de l’effet de serre due surtout à tout ce qui brûle (sauf la biomasse). Cette augmentation d’effet de serre est établie comme le montre l’évolution de la température moyenne de l’hémisphère nord depuis 1000ans. Elle se superpose à des fluctuations et à une évolution moyenne plutôt décroissante. La seule inconnue est l’extrapolation sur le siècle qui vient: les calculs évaluent l’augmentation entre 2 et 6°C suivant les modèles, ce qui est énorme si on note que nous ne sommes séparés de la dernière glaciation que par une augmentation de 4°C. Les incertitudes actuelles des modèles reflètent notre connaissance médiocre des océans. Il sera dans l’avenir nécessaire de séquestrer la gaz carbonique provenant de la combustion du charbon que l’on sera contraint de consommer. Cela explique pourquoi on ne pourra utiliser ce charbon que de façon concentrée dans des installations dédiées. L’essence devra être abandonnée pour les transports terrestres. Quelques chiffres sur les contributions relatives à l’effet de serre: Gaz nat: 15,3; pétrole 22,5; charbon 26,4. Il faudrait ne pas émettre plus de 500kg de C02 par an et par terrien. Celà signifie seulement un AR Paris-New-York par an ou 22000kWh ou 1000m3 de gaz, ou 2 tonnes de ciment (JM Jancovici). Produire 1kg de bœuf = consommer 1litre de pétrole.

18 L’effet de serre - l’effet de serre existe et il croît
- tout ce qui brûle y contribue « sauf » la biomasse (et encore…) L’effet de serre existe, …et heureusement car on aurait froid sur terre (-18°C au lieu de 15°C en moyenne).Le problème est l’augmentation de l’effet de serre due surtout à tout ce qui brûle (sauf la biomasse). Cette augmentation d’effet de serre est établie comme le montre l’évolution de la température moyenne de l’hémisphère nord depuis 1000ans. Elle se superpose à des fluctuations et à une évolution moyenne plutôt décroissante. La seule inconnue est l’extrapolation sur le siècle qui vient: les calculs évaluent l’augmentation entre 2 et 6°C suivant les modèles, ce qui est énorme si on note que nous ne sommes séparés de la dernière glaciation que par une augmentation de 4°C. Les incertitudes actuelles des modèles reflètent notre connaissance médiocre des océans. Il sera dans l’avenir nécessaire de séquestrer la gaz carbonique provenant de la combustion du charbon que l’on sera contraint de consommer. Cela explique pourquoi on ne pourra utiliser ce charbon que de façon concentrée dans des installations dédiées. L’essence devra être abandonnée pour les transports terrestres. Quelques chiffres sur les contributions relatives à l’effet de serre: Gaz nat: 15,3; pétrole 22,5; charbon 26,4. Il faudrait ne pas émettre plus de 500kg de C02 par an et par terrien. Celà signifie seulement un AR Paris-New-York par an ou 22000kWh ou 1000m3 de gaz, ou 2 tonnes de ciment (JM Jancovici). Produire 1kg de bœuf = consommer 1litre de pétrole.

19 Un bilan sur les gaz à effet de serre

20 Production d’électricité renouvelable dans les pays européens
- Il faut : soit privilégier les sources à faible effet de serre soit apprendre à capter et séquestrer le CO2 Privilégier les sources à faible effet de serre:  mais attention aux effets secondaires: exemple de l’éolien Production d’électricité renouvelable dans les pays européens Pays France Roy. Uni Italie Suède Allemag. Espagne Danem. Hydraul. 11,8% 1,2% 11,3% 40,1% 3,4% 11,4% 0,1% éolien 0,5% 0,6% 4,2% 5,6% 17,5% Phot. Géoth. 0,01% 0% 0,04% 0,03% 0,003% Biomasse 0,7% 1,8% 0,8% 4,8% 1,5% 2,3% 8,5% total 12,6% 3,5% 14,2% 45,5% 9,2% 19,3% 26,1% CO2 (t/hab) 1,68 2,44 2,04 1,53 2,77 2,60 Les chiffresde masse de c par habitant sont ceux du ministère de l’industrie pour 2002 ( Source: ministère de l’Industrie; énergie: chiffres 2004; CO2: chiffres 2002

21 - Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2:
● dans les anciens gisements ● inauguration le 15 mars 2006 de la première installation (projet européen CASTOR au Danemark: coût: 20-30€/tonne de CO2) ● projet de TOTAL à Lacq - Il faut interdire la construction de centrales au charbon sans séquestration ● C’est à ce prix que le charbon peut continuer à produire une fraction importante de l’électricité mondiale (aujourd’hui: 40%) ● La seule alternative pour une production massive d’électricité est, à moyen terme, le nucléaire (contribution mondiale actuelle: 16%) - Le problème de l’effet de serre impliquera que l’on centralise les combustibles à effet de serre. ● Modification profonde des transports ● ferroutage et abandon de l’essence pour les voitures L’effet de serre existe, …et heureusement car on aurait froid sur terre (-18°C au lieu de 15°C en moyenne).Le problème est l’augmentation de l’effet de serre due surtout à tout ce qui brûle (sauf la biomasse). Cette augmentation d’effet de serre est établie comme le montre l’évolution de la température moyenne de l’hémisphère nord depuis 1000ans. Elle se superpose à des fluctuations et à une évolution moyenne plutôt décroissante. La seule inconnue est l’extrapolation sur le siècle qui vient: les calculs évaluent l’augmentation entre 2 et 6°C suivant les modèles, ce qui est énorme si on note que nous ne sommes séparés de la dernière glaciation que par une augmentation de 4°C. Les incertitudes actuelles des modèles reflètent notre connaissance médiocre des océans. Il sera dans l’avenir nécessaire de séquestrer la gaz carbonique provenant de la combustion du charbon que l’on sera contraint de consommer. Cela explique pourquoi on ne pourra utiliser ce charbon que de façon concentrée dans des installations dédiées. L’essence devra être abandonnée pour les transports terrestres. Quelques chiffres sur les contributions relatives à l’effet de serre: Gaz nat: 15,3; pétrole 22,5; charbon 26,4. Il faudrait ne pas émettre plus de 500kg de C02 par an et par terrien. Celà signifie seulement un AR Paris-New-York par an ou 22000kWh ou 1000m3 de gaz, ou 2 tonnes de ciment (JM Jancovici). Produire 1kg de bœuf = consommer 1litre de pétrole.

22 Mais alors… quelles solutions pour les transports?
Disparition des carburants actuels Necessité de moins polluer en ville essence artificielle produite à partir du charbon? non car effet de serre et pollution rôle accru de la biomasse mais elle est limitée rôle accru de l’électricité: on la produit comment? dans la voiture à partir d’autres carburants : Prius hors de la voiture problème des batteries source primaire: le nucléaire est le mieux placé hydrogène: un nouveau carburant? ce n’est pas une source d’énergie!

23 Demain l’hydrogène ? Problème: tout celà n’est pas au point
Production : rendement à améliorer électrolyse thermoproduction bioproduction Source primaire solaire nucléaire charbon Stockage (basse température) compression hydrures métalliques Utilisation pile à combustible combustion Problème: tout celà n’est pas au point Les points clé pour l’hydrogène sont: Sa production: pas de problème majeur; il faut apprendre à augmenter les rendements. La source primaire peut être le solaire ou le nucléaire. Le stockage est un problème non résolu. La solution actuelle est la compression mais le poids du container est un problème. La liquéfaction est une mauvaise solution car elle est énergivore. Il reste des pistes de recherche comme les hydrures métalliques. L’utilisation se fera soit via les moteurs à explosion soit via la pile à combustible dont le rendement est excellent mais qui n’est pas encore au point pour une utilisation dans des conditions climatiques variées.

24 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?
- l’abondance - l’efficacité énergétique retour sur l’énergie dépensée service/dépense - les conséquences environnementales pollution déchets effet de serre - les coûts - le reste l’intermittence l’acceptabilité

25 Le coût Energie Coût interne c€/kWh Coût externe c€/kWh Total c€/kWh Aide publique France (c€/kWh) Gaz 2,9 2,5 5,4 Charbon 3,4 8 11,4 Nucléaire 3,4 (amort.: 20 ans) 0,03 Hydroélectricité 0,25 2,7 Eolien 6 0,05 8,4 Photovoltaïque 50 55 Biomasse 0,8 8,8 bioéthanol 6,7 (taxes) +4 (indust.) Géothermie 7 - Sources: groupe Energie SFP, et livre Bobin et al Bioéthanol:  exemple de l’E85 (85% d’éthanol): - moins cher à la pompe, mais 1,5 fois moins énergétique - taxes non percues par l’état: 0,56€ par litre - les industriels reçoivent 0,33€ par litre On ne peut tout financer : des choix sont nécessaires après comparaison Installations Puissance prévue coût Product./an Invest./TWh durée de vie 30 ans Progr. éolien France 17000 MW 27 G€ 30 TWh 3 c€/kWh EPR Flamanville 1600 MWe 3 G€ 11 TWh 1 c€/kWh Photovolt. Branlis 40 MWc 0,13 G€ 0,04 TWh 10 c€/kWh

26 Quels chiffres? Quels ordres de grandeur?
- l’abondance - l’efficacité énergétique retour sur l’énergie dépensée service/dépense - les conséquences environnementales pollution déchets effet de serre - les coûts - le reste l’intermittence l’acceptabilité

27 L’intermittence C’est un problème majeur car on ne sait pas stocker l’électricité  Le pétrole est actuellement le meilleur moyen de stocker l’énergie Ordre de grandeur de ce qu’il faut stocker:  Avec 1kWh de diesel, on fait environ 1,4km en voiture  500km d’autonomie ≈ 300kWh de diesel; 70 kWh d’énergie mécanique Méthode de stockage Caractéristiques Batterie au Lithium 1 tonne Air comprimé 700 kg à 300 bars Moteur à inertie Anneau de 1 tonne, Ф=1mètre, 200 tours/s Condensateur 1000 Farads sous 1000 Volts Hydrogène 10 kg soit 400 litres à 300 bars

28 L’intérêt de Génération IV
L’acceptabilité: le cas des déchets nucléaires L’intérêt de Génération IV Ce transparent donne en fonction du temps la radiotoxicité des déchets des réacteurs nucléaires. La courbe en pointillé notée FF donne la radiotoxicité des déchets de fission pour tous les types de réacteurs. Elle a retrouvé le niveau de radiotoxicité de la mine d’uranium (ligne pointillé horizontale noire) au bout de 300ans, ce qui est un temps pendant lequel on peut garantir le stockage sans problème. La courbe noire du haut donne celle des déchets transuraniens. On ne retrouve la radiotoxicité de la mine qu’au bout de ans, ce qui est beaucoup. Cependant, on peut noter deux points. Dès le début, la radiotoxicité est certes forte mais ne dépasse pas 1000 fois celle de la mine. Par ailleurs, si on passe à la technologie thorium, la radiotoxicité des transuraniens est très fortement réduite et n’excède jamais celle de la mine d’uraniu m.

29 Conclusion La consommation mondiale va croître
Il nous faut baisser la nôtre en isolant nos habitations en ne gaspillant pas … mais ce sera dur Les énergies renouvelables seront insuffisantes La plus prometteuse est l’énergie solaire …mais elle est intermittente Il sera nécessaire de tout développer en parallèle A court terme, il faut développer le chauffage solaire L’éolien est bien moins prioritaire La recherche doit porter sur les capteurs photovoltaïques moyen terme les moyens de stockage de l’électricité moyen-long terme la filière hydrogène moyen terme le nucléaire fission innovant moyen terme la fusion contrôlée moyen-long terme une valorisation plus complète de la biomasse moyen terme Ce transparent donne en fonction du temps la radiotoxicité des déchets des réacteurs nucléaires. La courbe en pointillé notée FF donne la radiotoxicité des déchets de fission pour tous les types de réacteurs. Elle a retrouvé le niveau de radiotoxicité de la mine d’uranium (ligne pointillé horizontale noire) au bout de 300ans, ce qui est un temps pendant lequel on peut garantir le stockage sans problème. La courbe noire du haut donne celle des déchets transuraniens. On ne retrouve la radiotoxicité de la mine qu’au bout de ans, ce qui est beaucoup. Cependant, on peut noter deux points. Dès le début, la radiotoxicité est certes forte mais ne dépasse pas 1000 fois celle de la mine. Par ailleurs, si on passe à la technologie thorium, la radiotoxicité des transuraniens est très fortement réduite et n’excède jamais celle de la mine d’uraniu m.