Énergie : un problème ? Des solutions...

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1 Énergie : un problème ? Des solutions...
Qu' est-ce que l'énergie ? Et la puissance ? Ressources énergétiques Efficacité énergétique des systèmes

2 Qu'est-ce que l'énergie ? Et la puissance ?

3 Dans l’univers, la matière se dégrade inexorablement en chaleur.

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5 Unités d’énergie Système international: le joule J 1 J = 1 newton x 1m
= 1 volt x 1 ampère x 1 seconde = 1 V x 6, électrons 4,18 J accroissent de 1°C un gramme d’eau Facture d’électricité: le kilowatt.heure kWh 1 kWh = J = 3,6 106J (MJ) Carburants : tonne équivalent pétrole tep 1 tep <=> kWh

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7 Qu’est ce que la puissance?
W La puissance, c’est le débit d’énergie: P= t P en watts (W) et W en joules (J) t en secondes (s) Exemple: Sachant que pour échauffer 200 litres d’eau de 40°C, il faut 9,3 kWh Pour faire ce travail en 3 heures, il faut une puissance de 3,1 kW en 1 heure --- 9,3 kW Pour effectuer une transformation énergétique plus vite, il faut plus de puissance. Or, le coût du convertisseur d’énergie augmente avec sa puissance.

8 Développement de l’humanité
et ressources énergétiques

9 Les besoins en énergie des Hommes
Transports (Hommes et biens) : Éclairage Cuisson Chauffage besoins très dépendants du climat Froid Travail mécanique agricole, industriel Process divers de l’industrie Traitement de l’information Divers Bernard MULTON

10 Croissance de la population
mondiale et consommation énergétique

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13 Les sources d’énergie « primitives»
LE FEU à partir du bois ou d’huile : il a servi à presque tout. LA FORCE ANIMALE (bœufs, chevaux, chiens, dromadaires...) L’EAU des rivières et des marées (moulins, forges...) LE VENT (pompes, moulins...) LES COMBUSTIBLES FOSSILES AV J.C. Chine : forages pétrole, XIIIè siècle : charbon, début 1800 : gaz de houille, 1930 : gaz naturel Bernard MULTON

14 Les sources « modernes » du 20ème siecle
LES COMBUSTIBLES FOSSILES charbon, pétrole, gaz naturel Ressources primaires L’URANIUM (FISSION ATOMIQUE) Les vecteurs d’énergie (transport d 'énergie): L’ÉLECTRICITÉ, LE GAZ NATUREL... Et peut-être un jour: L’HYDROGÉNE Durant, le 20ème siècle, prise de conscience planétaire: - nos ressources sont limitées, notamment celles en énergie - nous perturbons notre environnement

15 Les ressources énergétiques non renouvelables:
réserves en Gtep et en durée au rythme actuel de consommation 1 Tep=11.6 MWh «Epuisables polluantes» annuelle actuelle 6 R/P = 65 ans

16 Les ressources naturelles s’épuisent :
exemple le « pic de Hubbert» ou « peak oil» NGL = natural gaz liquid L’uranium aussi s’épuise : Réserves raisonnablement assurées + spéculatives : 3 Mtonnes à moins de 80$/kg “ “ “ 4 Mtonnes = moins de 60 ans au rythme actuel (3 ans pour satisfaire l’ensemble des besoins actuels) Réserves spéculatives ultimes estimées: 12 Mtonnes

17 Les cours des matières premières énergétiques fluctuent et affectent l'économie et la stabilité politique... Le baril de pétrole brut : la référence Le cours de l’uranium : également instable Base de calcul de prévision de coût EPR en 2003 Et (en Europe), le prix du gaz naturel fluctue comme celui du pétrole... 10 $/lb = 26 $/kg source : banque Scotia

18 Remarque En monnaie constante (compte tenu de l'inflation),
le pétrole n'est pas si cher... Prix du pétrole en dollars par baril (moyenne mensuelle) En dollars constants (hors inflation) En dollars courants

19 Ressources énergétiques renouvelables
Valeur de référence : activités énergétiques humaines Eh ≅ kWh

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27 (hors énergie électrique produite dans les systèmes embarqués.)
Part de l’électricité énergie (hors énergie électrique produite dans les systèmes embarqués.) 1012 kW.h Énergie primaire Énergie électrique % électricité 1940 20 0,5 2,5% 1960 40 2 5% 1980 80 7 8,7% 2000 140 17 12% France 2005 3,2 0,48 15% Pour une part finale de 13%, l’énergie électrique consomme 31% de l’énergie primaire mondiale (les transports : 17%).

28 Efficacité énergique des systèmes

29 et rendement énergétique
Conversion d’énergie et rendement énergétique L’énergie ne se perd pas, elle se transforme ou se convertit Lors d’une conversion, une partie de l’énergie est « perdue » ou dissipée Exemple : moteur thermique à explosion pour la propulsion d’une voiture

30 moteur à combustion interne à essence
calcul de rendement sur un cycle : Exemple de l'automobile : Source: Courbes iso-rendement d’un moteur à combustion interne à essence Vitesse de rotation du moteur Source : IFP Couple du moteur Calcul du rendement sur cycle Source:

31 Les différents rendements
d’un convertisseur d’énergie

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33 Exemples de calculs économiques simplifiés
de coût de production électrique

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37 Gains apportés par la chaîne de traction THS (Toyota Hybrid System) de la Prius 2
Source : Toyota Le coût environnemental de la Prius 3 (2009, 89 gCO2/km) est identique à celui d’un véhicule diesel de même catégorie : rentabilité immédiate.

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