Transcript Conférence Energie Poitiers Ec.Doc. Mai 2014

Vers une transition
énergétique: des ruptures
scientifiques et techniques
sont-elles possibles?
Pierre Papon,
Poitiers Ecole Doctorale
20 mai 2014
Plan
I) Introduction : l’énergie un enjeu « historique »
II) Où en sommes nous?
III) Les contraintes fortes de la transition :
scénarios
IV) Des ruptures sont-elles possibles?
V) Conclusion : des enjeux nécessitant des choix
L’énergie est devenue, en France, un problème
politique depuis un siècle…
- Guerre de 1914 : craintes sur les approvisionnements,
l’énergie devient un problème politique
- Création de la CFP (ancêtre de Total) en 1924, du CEA,
d’EDF, des charbonnages de France en 1945-46
- 1973 : programme nucléaire
- 2014: des nouvelles contraintes mondiales
Où en sommes nous?
La consommation d’énergie primaire
Monde (2012) : 12,5 milliards de tep
(12,5 Gtep)
- Pétrole : 32%
- Charbon: 27%
- Gaz : 21%
- Biomasse (bois) : 10%
- Nucléaire: 6%
- Hydroélectricité :3%
Σ = 80% de fossiles
Quelle énergie finale en France: 156 Mtep
Produits
pétroliers :
42%
Électricité 24 %
nucléaire + hydraulique + thermique +
éolien
Charbon
+ Bois,
biomasse
11 %
Gaz naturel : 23%
Où cette énergie est-elle consommée ?
Transport : 32%
Industrie : 25% (agri = 2%)
Bâtiment :
43%
Les contraintes : le défi climatique
Débat
mondial:
Copenhague,
Durban, Doha,
Varsovie,
Paris…
La consommation de combustibles fossiles envoie
du CO2 dans l’atmosphère ► Risque d’un
réchauffement climatique: 2 à 6°C
I
Une limite majeure : la disponibilité des ressources
Une limite majeure :
la disponibilité des ressources
Pétrole conventionnel : 50 ans
Gaz naturel : 60 ans…100 ans
Charbon : 150 ans
Uranium (centrales classiques) : 80 ans
Réserves ?
Dimension géopolitique (cf. Ukraine)
L’exploitation massive d’énergies
carbonées n’est pas durable
Réchauffement climatique + épuisement des réserves
Scénario AIE : réchauffement limité à +2°C (Copenhague)
2000
2035
10 Gtep
80% Fossiles
15 Gtep, 63% Fossiles
Une « rupture »: transition moins d’énergie carbonée
De fortes contraintes sur les filières
Diminuer la part du charbon, augmenter celle des énergies
renouvelables et du nucléaire, des biocarburants et de l’hydraulique
là où l’on peut
Transition énergétique en France: débat 2013
France énergie primaire - 20% en 2030 ? Nucléaire à 50%
en 2025 puis en 2050: division par 2 consommation?
France 3 scénarios de l’ANCRE (2050) : baisse de 27% à
41 % énergie finale
Forte progression de la part des énergies renouvelables
(solaire, éolien, biomasse) dans la production de
l’électricité: 40 à 50% total selon scénarios en 2050 (15%
en 2013)
Fort accroissement de l’électricité dans un scénario : 45%
de mobilité électrique en 2050?
Les chantiers clés de l’énergie du futur
Des développements scientifiques, techniques et
industriels sont nécessaires ► faire sauter des
« verrous » ► préparer l’avenir (au-delà 2030)
Nouveaux carburants et nouveaux moteurs:
hydrogène, hybrides, thermiques améliorés
biocarburants,
Energies Renouvelables : solaire, éolien (au point?)
Produire de l’électricité avec le nucléaire: fission, fusion
Stockage, distribution et gestion de l’électricité
Séparation et stockage sous-terrain du CO2
Des ruptures scientifiques et techniques sontelles possibles?
La donne énergétique peut être changée par
des
découvertes
scientifiques
et
des
innovations ►Ruptures (le charbon et la
machine à vapeur au XVIIIe siècle)
►la science peut être à l’origine de ruptures.
Comment? ►découvertes, théories nouvelles :
nucléaire (1938), PV silicium (1954)
Ruptures : produire des nouveaux biocarburants
Rupture: Génomes
synthétiques de
bactéries ou algues
Nature vol. 509
8 mai 2014
Ne pas utiliser une biomasse alimentaire mais la cellulose ou CO2
Fabrication de génomes synthétiques de bactéries et levures (à
partir de nucléotides) reprogrammés ► enzymes « synthétiques »
► transformer biomasse en sucre puis alcools.
Reprogrammer bactéries ou cellules végétales ► hydrocarbures (2
gènes modifiés dans Eschericia coli (oct. 2013, Corée)
Les énergies renouvelables: le solaire photovoltaïque
Soleil: 6000 fois notre énergie quotidienne
Théoriquement au point mais encore des progrès à
réaliser : coût des panneaux, rendement max 24% avec
silicium, autres semi-conducteurs (CdTe, AsGa)
Solaire photovoltaïque
►Nouveaux matériaux semi-conducteurs, augmenter
les rendements (≥20%) : multicouches, pérovskites
►Matériaux avec effets de surface: concentration
avec lentilles, nanofils, graphène (électrodes),
plasmons (amplifier l’absorption des photons)
►Matériaux organiques (plastiques dopés,
PEDOT avec fullérène) peu coûteux, cellules de
Grätzel
►Systèmes avec absorption multiphotonique :
nouveaux phénomènes
Photolyse de l’eau
Cellule solaire et chimie
Electrons +2 catalyseurs (étain, cobalt/nickel,
molybdène)
►H2
(combiné
avec
CO2
►carburants ou piles à combustible
Des ruptures scientifiques et techniques
sont-elles possibles pour le nucléaire?
L’avenir du nucléaire : l’après Fukushima et les
réserves d’uranium (80 ans?), 75% électricité en
France, problème des déchets
Génération IV (surgénérateurs) : - on utilise le
plutonium + des neutrons rapides (sodium pour
extraire la chaleur) - sels fondus thorium? . Sûreté?
Rupture : Une nouvelle théorie mettant au jour une
relation nouvelle entre masse et énergie, remise en
cause partielle ou totale des théories (E = m c2)?
Le long terme: la fusion thermonucléaire
Fusion atomes d’hydrogène ► Energie
Le programme international (Iter) en France : pas de
résultats avant 2030 (??)
Une rupture : Une électricité intelligente?
Produire de l’électricité centralisée (centrales
nucléaires, barrages) + sources intermittentes
locales (solaire et éolien) : problème majeur +
Stockage
Des réseaux électriques « intelligents » (smart
grids) : enjeu important, gérer autrement
l’électricité (20-30 ans?) ► Rupture et nouvelle
donne
Capteurs, lignes électriques adaptées, stockage,
compteurs « intelligents » (Linky, Indre et Loire) :
piloter la consommation locale
Un point clé : le stockage de l’électricité
Essentiel pour les énergies renouvelables intermittentes (solaire,
éolien) et les voitures électriques: batteries, piles à hydrogène…
Progrès
lents
Nouveaux
matériaux pour
batteries :
lithium..
Ruptures?
Biomimétisme
>300 Wh/kg
≈0,04 l essence
Des questions clés
Prix de l’énergie d’ici 2030 ? ► taxation du CO2 ? ►
Augmentation du prix de l’énergie
Hausse kWh inéluctable (entre 7 et 8c€ /kWh en 2030?) : +
50% d’ici 2020 (Sénat)? ►Précarité énergétique?
Nouvelles ressources: gaz et pétrole de schiste, hydrates
de méthane (Japon 2013)?
Conclusion
La transition énergétique est inévitable mais elle
prendra du temps (30-40 ans?) :nécessité d’un débat
►des choix dans la clarté
Energie de demain: pragmatisme pour faire face aux
imprévus : faire feu de tout bois : fossiles (un peu),
biocarburants, biomasse, renouvelables, nucléaire…
Réflexion prospective nécessaire: repérer les verrous,
les ruptures possibles
Préparer les ruptures par la recherche (après 2030)
Pour vos questions sur l’Énergie
Blog sur l’énergie:
www.pierrepapon.fr
Carburants par voie biologique
Production d’isobutanol par voie electro-biologique:
CO2 (cathode)►acide formique ►Bactérie (modifiée)
Ralstonia eutropha ►isobutanol (rendement? électricité
solaire?) Science, 30 mars 2012
Les gaz non-conventionnels?
Gaz de schiste aux USA : 25 % et prix très bas
Hydrates de méthane: percée du Japon en mars 2013
premier forage en mer
Le gaz de schiste
Batterie lithium-ion
Alléger les électrodes, améliorer la diffusion
des électrons : graphène?
Le mix électrique
Renouvelables : éolien terrestre puis off-shore en priorité,
+ solaire (PV 2030) = 40 % production (avec hydro et
biomasse)
Construction lignes électriques nécessaire : défi technique
et financier (135-155 Mds €)
50 % de nucléaire en 2025 ►plus de gaz et moins de
renouvelables