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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 - PowerPoint PPT Presentation
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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
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 = 12000 kWh
L’abondance
PaysPopulation (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
Monde
30
40
50
60
70
80
90
0 1500 3000 4500 6000 7500 9000
Energie (kgep/hts)
Esp
eran
ce d
e vi
e
Zambie
Afrique du Sud
Inde
Japon
Chine
Russie
GrèceCH FR
S Ca
E.U
Au delà de 1,5 tep/an/hab on ne voitplus de relation entre consommation d’énergie et espérance de vie
Ma Roumanie
I
La corrélation consommation-espérance de vie
Peut-on réduire la consommation totale ?Peut-on réduire la consommation totale ?
Comment consomme-t-on dans les pays Comment consomme-t-on dans les pays développés?développés? Cas de la France Cas de la France
0
10
20
30
40
50
resident. transport indust. agricult.
resident.
transport
indust.
agricult.
Totale primaire
Tertiaire Résident.
Transports Industrie
Evolution France en
30 ans
+53%
+21%
+92%
-8%
%
Au niveau du monde: Au niveau du monde: la réponse est clairement : non la réponse est clairement : non (+38% de (+38% de 1982 à 2002; 1982 à 2002; Chine: +4,3% Chine: +4,3% entre 2000 et 2001)entre 2000 et 2001)
Au niveau de la France : Au niveau de la France : un facteur 2 ?un facteur 2 ?
- chauffage et climatisation:chauffage et climatisation:● ● isolation optimale des habitations :isolation optimale des habitations : ce sera long…ce sera long… ● utilisation raisonnable de la● utilisation raisonnable de la climatisation…climatisation…
- choix des équipements:choix des équipements:
● ● lampes basse consommation lampes basse consommation ● optimisation des appareillages (classe des ● optimisation des appareillages (classe des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils, non-utilisation de veille des téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés)appareils non utilisés) ● ● ne pas gaspillerne pas gaspiller
- choix des moyens de transport et des lieux d’habitat:choix des moyens de transport et des lieux d’habitat:
● ● privilégier les transports en commun etprivilégier les transports en commun et le ferroutagele ferroutage ● ne pas prendre sa voiture pour● ne pas prendre sa voiture pour rien… rien… ●● proximité des lieux de vie et de proximité des lieux de vie et de travailtravail ●● ne pas privilégier les ne pas privilégier les vacances lointaines…vacances lointaines…
Réduire la consommation nécessite : Réduire la consommation nécessite : - un changement de mentalité (ne voit-on - un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent l’inverse?)pas souvent l’inverse?) - un changement dans les - un changement dans les structures de l’habitatstructures de l’habitat
Peut-on réduire la consommation totale ?Peut-on réduire la consommation totale ?
Peut-on produire assez ?Peut-on produire assez ?
– Énergies non-renouvelables: réserves ?– Énergies renouvelables: ressources annuelles?
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Monde Un. Europ. France
non-renouvelables
renouvelables
Premier constat: les non-renouvelables sont aujourd’hui dominantes
Source Hydraul. Biomasse + déchets
Eolien Solaire Géotherm. Marées
Monde 6%** 10% < 1% 0% Union Eur. 4%** 4% 0,9%** 0,05%** 0,2% 0%
France 5%** 4% 0,1%** 0,2% 0,03% Ressources
monde 4 Gtep/an** <5 Gtep/an 4 Gtep/an** 50 000Gtep
/an 15 Gtep/an 2Gtep/an
Pot. France* 6%** <12% 10%** (28% éle) terre + off-shore
100% 2,5%** hydrauliennes <2%**
1/4 surface (France)
35 000 éoliennes(2MW)
20 000 km2
(4%France)** toute la surf. France
Source Pétrole Gaz Charbon Nucléaire Fission
Nucléaire Fusion
Total
Monde 33% 21% 23% 7% 0% 85% Europe (25) 37% 23% 18% 14% 0% 92%
France 34% 15% 5% 38% 0% 91% Réserves
(années de consomm. actuelle)
Prouvées 40 ans
Ultimes 135 ans
Prouvées 90 ans
Ultimes 230 ans
Prouvées 220 ans Ultimes 1400 ans
Prouvées 80(3000) Ultimes
280(14000)
Infinies
Les limites des réserves et ressources
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
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
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
Rendement (de Carnot)
Chasse aux calories perdues et isolation
Prise en compte globale de la filière
L’efficacité énergétique Combien dépense-t-on pour produire 1kWh?
Combien de temps faut-il pour récupérer l’énergie dépensée?
pétrole ~1,1 kWh
biocarbur.blé: 0,98 kWhbetterave: 0,83colza: 0,37kWhtournesol: 0,28
éolien éolienne: 7 mois
solaire pv cell. photovolt.: 3-5 ans
blé: 9400% des surfaces cultivées en France betterave: 420% (pour assurer les 50 Mtep des transports)colza: 365% tournesol: 413%
Limitation intrinsèque des biocarburants à 10% des besoins
Espoir de la valorisation des matières ligneuses tiges et taillis
L’efficacité énergétique
pétrole
gaz
charbon
uranium
source vecteur usage
chaleur
électricité
Bâtiments cuisson
EC, chauff.bâtimentséclairagebâtimentsappareils
industrie
transports
éolien
solaire th.
solaire pv
biocarbur.
hydraulique
géotherm.
L’efficacité énergétique
pétrole
gaz
charbon
uranium
source vecteur usage
chaleur
électricité
hydrogène
Bâtiments cuisson
EC, chauff.bâtimentséclairagebâtimentsappareils
industrie
transports
éolien
solaire th.
solaire pv
biocarbur.
hydraulique
géotherm.
Non stockables !
stockable
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
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
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
L’effet de serreL’effet de serre- l’effet de serre - l’effet de serre existeexiste et il et il croîtcroît
L’effet de serreL’effet de serre- l’effet de serre - l’effet de serre existeexiste et il et il croîtcroît
- tout ce qui brûle y contribue « sauf » la - tout ce qui brûle y contribue « sauf » la biomasse (et encore…)biomasse (et encore…)
Un bilan sur les gaz à effet de serre
Coke lignite , Charbon (moy) Coke PétroleFuel LourdDieselKérosènePétroleGPLGaz
HydroélecticitéNucléairePhotovoltaïqueSolaire thermiqueÉolien (Moy)Biomasse (repl.)géothermie
Kg- equivalent- C émis par TeP pour diverses énergies. Pour les énergies Produisant de l’électricité, la conversion a été le taux physique
(1TeP=42GJ =11,6MWh) Sources Manicore, ADEME, EDF
Coke lignite , Charbon (moy) Coke PétroleFuel LourdDieselKérosènePétroleGPLGaz
HydroélecticitéNucléairePhotovoltaïqueSolaire thermiqueÉolien (Moy)Biomasse (repl.)géothermie
Kg- equivalent- C émis par TeP pour diverses énergies. Pour les énergies Produisant de l’électricité, la conversion a été le taux physique
(1TeP=42GJ =11,6MWh) Sources Manicore, ADEME, EDF
- Il faut : - Il faut : - soit privilégier les sources à faible effet de - soit privilégier les sources à faible effet de serre serre - soit apprendre à capter et - soit apprendre à capter et séquestrer le CO2séquestrer le CO2
Privilégier les sources à faible effet de serre:
mais attention aux effets secondaires: exemple de l’éolien
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 0,1% 0,5% 0,5% 0,6% 4,2% 5,6% 17,5%
Phot. Géoth. 0,01% 0% 0,04% 0% 0,1% 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 2,04 2,60Source: ministère de l’Industrie; énergie: chiffres 2004; CO2: chiffres 2002
Production d’électricité renouvelable dans les pays européens
- - Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2:Il faut vraiment apprendre à capter et séquestrer le CO2:
● ● dans les anciens gisementsdans les anciens gisements
● ● inauguration le 15 mars 2006 de la première inauguration le 15 mars 2006 de la première installation installation (projet européen CASTOR au Danemark: coût: (projet européen CASTOR au Danemark: coût: 20-30€/tonne de CO2)20-30€/tonne de CO2)
● ● projet de TOTAL à Lacqprojet de TOTAL à Lacq
- Il faut interdire la construction de centrales au - Il faut interdire la construction de centrales au charbon sans séquestrationcharbon sans séquestration
● ● C’est à ce prix que le charbon peut continuer à produire C’est à ce prix que le charbon peut continuer à produire une fraction importante de l’électricité mondiale une fraction importante de l’électricité mondiale (aujourd’hui: 40%)(aujourd’hui: 40%)
● ● La seule alternative pour une production massive La seule alternative pour une production massive d’électricité est, à moyen terme, le nucléaired’électricité est, à moyen terme, le nucléaire (contribution mondiale (contribution mondiale actuelle: 16%)actuelle: 16%)
- Le problème de l’effet de serre impliquera que - Le problème de l’effet de serre impliquera que l’on centralise les combustibles à effet de serre. l’on centralise les combustibles à effet de serre.
● ● Modification profonde des transports Modification profonde des transports
● ● ferroutageferroutage et abandon de l’essence pour les voitures et abandon de l’essence pour les voitures
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!
Demain l’hydrogène ?• 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
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
Le coût
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
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 3,4
Hydroélectricité 2,5 0,25 2,7
Eolien 6 0,05 6 8,4
Photovoltaïque 50 0,25 50 55
Biomasse 8 0,8 8,8 bioéthanol6,7 (taxes) +4 (indust.)
Géothermie 7 - 7Sources: groupe Energie SFP, et livre Bobin et al
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
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
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
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