Transcript L’énergie : un problème majeur pour demain….  car nous en avons besoin dans tous les compartiments de notre vie - habitat (chauffage et consommation.

L’énergie :
un problème majeur pour demain….

car nous en avons besoin dans tous les
compartiments de notre vie
- habitat (chauffage et consommation électrique)
- transports
- production industrielle et agricole
- santé

car les divers modes de « production » d’énergie
obéissent à des contraintes fortes et croissantes…

…et que l’énergie risque de manquer.
Les contraintes …

contraintes scientifiques
–
–
–
–

L’énergie ne se crée pas
balance besoins - réserves/ressources
problèmes de rendements, de stockage
….
contraintes économiques
– coûts

problèmes d’environnement
– pollution, déchets, effet de serre,…

contraintes politiques
– indépendance énergétique
– engagements pris vis-à-vis de partenaires

contraintes sociologiques
– acceptabilité par le public

Tous les modes de « production » d’énergie ont des inconvénients : il
faut choisir les moindres

La recherche a un rôle important à jouer : elle peut lever certains
verrous technologiques
7
Energie: unités



L’unité légale: le joule
Les unités utiles pour le citoyen: le kWh, le litre.
Les unités utiles au niveau de la consommation globale :
- La tonne équivalent pétrole: 1tep (= 12000 kWh)
 C’est un bon ordre de grandeur de la consommation individuelle par an
 l’homme de cette terre consomme 1,7 tep par an
 le français moyen consomme 4.2 tep
 cette consommation pourrait être réduite de moitié : il y a gaspillage
- Au niveau du monde: 1 Gtep
consommation globale annuelle dans le monde :
10 Gtep
(chiffres de 2002)
Energie:
comment la
consomme-ton?
Monde
France
Totale
primaire
(Gtep)
10
0,27
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Pertes
Tertiaire
Transports
Industrie
Pertes
Pertes
primaires
37%
Tertiaire Transport Industrie
Tertiaire
Résident.
27%
Transports
20%
Industrie
Electricité
15%
27%
40%
Energie:
comment la
consomme-ton?
Monde
France
Totale
primaire
(Gtep)
10
0,27
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Pertes
Tertiaire
Transports
Industrie
Pertes
Pertes
primaires
37%
Tertiaire Transport Industrie
Tertiaire
Résident.
27%
Transports
20%
Industrie
Electricité
15%
27%
40% (15%)
Energie: d’où vient-elle aujourd’hui?
pour faire quoi?

Sources d’énergie
– énergies non-renouvelables




pétrole
gaz
charbon
nucléaire (uranium, autres?)
– énergies renouvelables






hydroélectrique
éolien
solaire
biomasse
géothermique
marées ou hydrauliennes

Formes d’énergie
– chaleur
– chaleur puis « mieux »



travail (moteurs)
électricité
pb du rendement thermo.
– « mieux »



travail
électricité
pas de pb de rendement
thermodynamique
Energie: d’où vient-elle?

Energies: fossiles ou renouvelables ?
– La situation d ’aujourd’hui
100%
80%
60%
fossiles
renouvelables
40%
20%
0%
Monde
Un. Europ.
France
Energie: d’où vient-elle?

Energies fossiles: les diverses productions
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Monde
Un. Europ.
France
pétrole
gaz
charbon
nucléaire
Energie: d’où vient-elle?
bilan avantages - inconvénients - limites

Energies non renouvelables
Source
Monde
Monde
Union
Union Eur.
Eur.
France
France
Avantages
Avantages
InconvéInconvénients
nients
Réserves
(années de
consomm.
actuelle)
Pétrole
Pétrole
Gaz
Gaz
Charbon
Nucléaire
Charbon Nucléaire
Fission
Fission
37%
21%
24%
24%
21%
37%
24%
41%
24%
15%
15%
41%
24%
15%
39%
13%
6%
6%
13%
39%
39%
13%
6%
Abondant
Abondant Abondant
Abondant Abondant
Abondant
coût
coût
coût
coût
coût
coût
Gazeux
Liquide
Liquide
Gazeux
Réserves
Réserves
Réserves
Réserves
Réserves
Réserves
serre
Effet serre
serre Effet
Effet serre
serre Effet
Effet serre
Effet
Pollution
Pollution
Pollution
Pollution
Prouvées
40 ans
Ultimes
135 ans
Prouvées
65 ans
Ultimes
230 ans
Prouvées
220 ans
Ultimes
1400 ans
7%
7%
7%
14%
14%
14%
34%
34%
34%
Abondant
Abondant
coût
coût
Nucléaire
Total
Nucléaire Total
Nucléaire
Total
Fusion
Fusion
Fusion
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
abondant
T. abondant
T.
coût
coût
Réserves
Réserves
Déchets
Déchets
Sûreté
Sûreté
t
t
Rendem
Rendem
Prouvées
70(3000)
Ultimes
280(14000)
Déchets
Déchets
Non réussie
Non réussie
Infinies
89%
89%
89%
94%
94%
94%
92%
92%
92%

Energie: d’où vient-elle?
bilan avantages - inconvénients - limites
Energies renouvelables
Source
Monde
Union Eur.
France
Avantages
Hydraul.
2%**
4%**
2%**
5%**
renouvel.
stockable
Biomasse
6%
3,4%
~3%
renouvel.
stockable
rendement
Eolien
Eolien
0,2%**
0,2%**
0,08%**
0,08%**
renouvel.
Solaire
Géotherm.
Solaire
Géotherm.
<< 1%
1%
0,1%
0,2%
0,1%
0,2%
<< 0,5%
0,5%
renouvel.
renouvel.
stockable
abondant
Marées
Marées
0%
0%
0%
0%
0,03%
0,03%
renouvel.
régulier
rendement
rendement
répartition
Inconvénients
ressources
ressources
coût
ressources
coût
intermittent
rendement
coût
intermittent
rendement
ressources
coût
ress. acc.
coût
rendement
sûreté
Ressources
monde
0,9Gtep/an
effet serre
2 Gtep/an
déchets
8 Gtep/an** 100 000Gtep 15 Gtep/an
/an
Pot. France*
6%**
12%
12% ** (28% éle)
terre + off-shore
1/4 surface
(France)
35 000
éoliennes(2MW)
* les pourcentages sont calculés par rapport à la consommation totale d’énergie
100%
2,5%**
20 000 km2
toute la surf.
(4%France)** France
** correction rendement incluse
2Gtep/an
hydrauliennes
<2%**
 Pour
le futur, on sait :
- que la consommation mondiale va croître
- que le pétrole va s’épuiser rapidement
 Sur
quoi peut-on compter ?
- le charbon
(réserves ultimes: 1400 ans)
- le nucléaire fission (réacteurs rapides: réserves 14000ans)
- la fusion
(réserves infinies)
- le solaire
(ressources immenses)
- les autres sources renouvelables resteront
marginales
…oui mais…

Le charbon et l’effet de serre
- l’effet de serre existe et il croît
- tout ce qui brûle y contribue sauf la biomasse
- il faut apprendre à séquestrer le CO2:
● dans les anciens gisements
● problèmes du transport
- cet état de fait impliquera que l’on centralise les
combustibles à effet de serre.
● Modification profonde des transports
● ferroutage et abandon de l’essence pour les voitures
 Pour
le futur, on sait :
- que la consommation mondiale va croître
- que le pétrole va s’épuiser rapidement
 Sur
quoi peut-on compter ?
- le charbon
(réserves ultimes: 1400 ans)
- le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans)
- la fusion
(réserves infinies)
- le solaire
(ressources immenses)
- les autres sources renouvelables resteront
marginales
…oui mais…
Energie nucléaire fission:
les problèmes à résoudre
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
rendements
réserves
sûreté
déchets
Etat actuel des technologies
ralentisst
Fluide
caloporteur
neutrons
lents
oui
(eau)
eau
neutrons
rapides
non
(pas d’eau)
sodium
combustible caractérist.
235U
(0,7%)
ou 239Pu
235U (0,7%)
ou 239Pu
238U(99,3%
)
Propositions: génération IV
monter les températures
brûler 238U ou/et 232Th
multiplier les protections (coques)
stocker les déchets de façon sûre
produire moins de déchets
les détruire
 Pour
le futur, on sait :
- que la consommation mondiale va croître
- que le pétrole va s’épuiser rapidement
 Sur
quoi peut-on compter ?
- le charbon
(réserves ultimes: 1400 ans)
- le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans)
- la fusion
(réserves infinies)
- le solaire
(ressources immenses)
- les autres sources renouvelables resteront
marginales
…oui mais…
44
L’autre énergie nucléaire : la fusion
(comme dans les étoiles)
les promesses de la fusion


réserves infinies en deutérium !
peu de déchets
– un objectif encore non atteint
– des progrès constants mais lents
– deux voies possibles

fusion inertielle
densités atteintes:30 fois celle de l’eau

tokamaks
– installations actuelles majeures en
Europe:


Méga-joule (Bordeaux)
JET (Oxford) et Tore supra (Cadarache)
– installation prévue : ITER
– échéance : 50-100 ans : c’est loin...
 Pour
le futur, on sait :
- que la consommation mondiale va croître
- que le pétrole va s’épuiser rapidement
 Sur
quoi peut-on compter ?
- le charbon
(réserves ultimes: 1400 ans)
- le nucléaire (réacteurs rapides: réserves 14000ans)
- la fusion
(réserves infinies)
- le solaire
(ressources immenses)
- les autres sources renouvelables resteront
marginales
…oui mais…
Le point sur le solaire

Le solaire : il est partout

Proportions
–
–
–
–
–
–
1/10000 (<1%) dispersé
L’éolien :
c’est du solaire
dispersé
1 à 3%
La biomasse : c’est du solaire
concentré
3/10000
L’hydraulique : c’est du solaire
dispersé
3/1000
La houle :
c’est partiellt du solaire
dispersé
100%
Le solaire :
c’est du solaire
Le pétrole, le gaz, .. c’est du solaire que
la nature a su stocker
– Seules les marées (l’attraction lunaire)  Puissances dispo
et la géothermie (la radioactivité de la
2
Solaire*
:
200
W/m
terre) ne viennent pas du solaire…
Géothermique :

Les meilleures sources
d’énergie renouvelable sont
l’hydraulique (concentré) et
le solaire lui-même.
0.06 W/m2
Marées (France)**: 0,2W/m2
*
Moyenne sur toute la planète au niveau du sol
** Côtes
françaises rapportées à la surface du pays
Energies renouvelables et électricité (énergie totale)

Une comparaison avec nos voisins
Pays
France
Allemagne
Espagne
Italie
Danemark
hydraulique
13%
3,2%
17,4%
15,9%
0,1%
éolien
0,06%
5%
3,3%
0,5%
12%
Photovoltaïque
0,01%
0,1%
0,02%
0,04%
0,003%
biomasse
0,4%
0,9%
0,8%
0,5%
3,5%
géothermie
0,005%
0%
0%
0,2%
0%
total
14%
(5%)* 9%
(4%)*
22%
(8%)* 17%
(6%)* 15%
(6%)*
* Corrections rendement incluses


Le solaire thermique:
Il est essentiel de le développer pour chauffer les habitations
individuelles.
 Une maison de 100 m2 reçoit en moyenne plus de 20kW d’énergie
solaire même au nord de la France (équivalent à 100 ampères au
compteur électrique)
 On peut localement stocker la chaleur
 Brûler du gaz ou du pétrole pour assurer l’ensemble du chauffage
et de l’eau sanitaire est un non-sens
 Se chauffer exclusivement à l’électricité fait partie du gaspillage :
pour délivrer 1kWh de chaleur dans la maison, on gaspille 2kWh de
plus dans une centrale électrique nucléaire
 Pour progresser, il faut :
une incitation politique pour baisser les coûts
d’investissement* (l’Etat et certaines régions le font déjà)
*4000€ :eau chaude pour 4 personnes; 15000€ pour équiper (eau
chaude+chauffage) un pavillon de 120m2: amortissement: 10ans.
un
développement au niveau industriel: design, normes,
formation des architectes et service après vente
Il
n’y a pas de verrou technologique majeur.

Le solaire photovoltaïque :

Son premier problème : le coût
– 1 kWh solaire = 30 c€ (raccordement au réseau) ou 60 c€ (non
raccordement : problème du stockage) avec une durée de vie est de 25
ans.
– 1 kWh gaz ou nucléaire = 2,5 c€

Les améliorations possibles:
– augmentation des rendements (recherche d ’efficacité plus forte sur
tout le spectre solaire)
– recherche sur des nouveaux matériaux:



semiconducteurs organiques
Tant qu’on ne sait pas stocker l’électricité cette solution restera
marginale dans les pays développés
Malgré tout les Allemands font un gros effort:
– 500MW actuellement installés; objectif de 5500MWcrête en 2010:
opération 100000 toits.
– Prix d’achat: 62c€ par kWh

Les leaders: les japonais
– Tous les toits du Japon
moins de 1% de la consommation
électrique (Japon)

Le second problème du solaire photovoltaïque est
celui de l’intermittence qui pose le problème du
stockage de l’électricité


Ce problème est plus général : on a besoin de
stocker l’énergie dans de nombreux cas…
En particulier dans le cas des transports
Les transports

disparition des carburants actuels

nécessité de moins polluer en ville

essence artificielle produite à partir du charbon ?
- non : car effet de serre

rôle accru de l’électricité
- on la produit comment ? Le nucléaire est le mieux placé

hydrogène : un nouveau carburant
-
mais ce n’est pas une source d’énergie
-
production à partir du solaire, du charbon ou du nucléaire
Demain l’hydrogène ?

Production : rendement à améliorer
– électrolyse
– thermoproduction
– bioproduction

Source primaire
– solaire
– nucléaire

Stockage
– (basse température)
– compression
– hydrures métalliques

Utilisation
– pile à combustible
– combustion
Pour conclure…








Contrairement à ce que l’on entend souvent sur les medias:
Il n’y a pas de solution miracle
L’avenir passe par le déclin du pétrole
L’avenir passe par les ressources limitées des énergies renouvelables hors
solaire
A moyen terme, l’éolien va se développer
L’avenir passe par des solutions complémentaires ajoutées les unes aux
autres: l’eau chaude et le chauffage solaire doivent avoir toute leur place
A plus long terme, il sera indispensable de faire appel au charbon, au
solaire et au nucléaire* comme sources d’énergie,
à l’hydrogène comme vecteur et moyen de stockage,
(mais l’hydrogène s’imposera lentement…..)
… et …
à l’efficacité énergétique et aux économies d’énergie que nous pouvons
tous réaliser dès aujourd’hui !!!!
–
–
–
–
Savez-vous qu’une télévision en veille consomme plus que cette télévision allumée 3 heures par jour?
Savez-vous que oublier une lampe allumée par français nécessite 3 à 4 réacteurs nucléaires?
Savez-vous que prendre le train sur un trajet long coûte 10 fois moins d’énergie que prendre sa
voiture (passager unique)?
Savez-vous que l’on peut gagner un facteur 3 sur l’isolation thermique des habitations?
* Les allemands n’arrêteront pas le nucléaire

20% de la population mondiale consomment 60%
de l’énergie… que souhaitons-nous pour demain?

Devenons raisonnables : pensons à
économiser !

Soyons raisonnables : l’avenir ne peut
passer que par une complémentarité de
modes de production tous imparfaits
La biomasse ne peut remplacer
l’ensemble du pétrole

La biomasse c’est:
–
–
–
–

La biomasse est insuffisante pour remplacer l’ensemble du pétrole
–
–
–
–

Le bois
Le biogaz (méthane ou Gaz Naturel Véhicules)
Les huiles végétales (colza, tournesol) ou dérivés (diester ou Ester Méthylique d’Huile Végétale)
L’alcool (betterave, canne, blé) ou dérivés (Ethyl Tertio Butyl Ether)
Rendements: 1 à 2 tep/Ha pour biogaz ; 0,75 tep/Ha pour diester ou bioéthanol
10% des carburants routiers français à partir du diester ou du bioéthanol = 30 à 40% de
l’ensemble des terres agricoles
50% des carburants routiers français = totalité de la forêt française
40% des carburants routiers mondiaux = ensemble des terres arables
La montée de la production de bioéthanol
–
–
–
Europe : objectif très ambitieux: mobilisation de 4 Mha en 2010 : 20Mtep de bioéthanol (8% de
la consommation française; 7% de la surface de la France)
Injection de ces biocarburants dans les carburants liquides (10%)
Prix actuel: 3 fois le prix du pétrole

Nécessité d’adapter les moteurs à ces carburants

Nécessité de régler les questions d’ordre

Programme « énergie » au CNRS et au MRT
« purification »
(cycle benzénique).
Les évolutions
prévisibles de la
biomasse

Eléments additionnels pour la France:
– Bioéthanol (ajout à l’essence)




Défiscalisation 380€/m3
25000ha consacrés
309000ha de blé et 62000ha de betterave (3,9% des surfaces
disponibles) nécessaires pour atteindre 5,75% en teneur de
biocarburants
Aide européenne : 45€ à l’hectare
– Diester (biodiesel)



Défiscalisation 350€/ha
300000ha consacrés
Montée possible à 800000ha (selon la profession)
La croissance forte de l’éolien dans le monde et en France

Monde : croissance 30% par an
(source : ADEME)
– 18000 MW installés en 2000
– 6000 MW ajoutés en 2001

Europe :
– 22000 MW début 2003
 12000 MW en Allemagne
 4144 MW en Espagne
 2800 MW au Danemark

France :
– 68 MW en 2000 sur une
quinzaine de sites
– 147 MW fin 2002
– 300 MW sur 40 sites en 2003
– 4000 MW en 2006
– 12000 MW en 2010, c’est-à-dire
de l’ordre de 5000 à 10000 grosses
éoliennes (respect des 21%)
– potentiel français à terre:
70TWh (13% de l’électricité, 6% de
l’énergie totale consommée*)
*correction rendement incluse

Attention : le rendement moyen d’une
éolienne n’est que de 23%

Une éolienne de 750kW avec un vent
de 15m/s (force 7) ne fait plus que
28kW à 5m/s (force 3)
La croissance forte de l’éolien dans le monde

Quelques autres données sur l’éolien :
– Puissance installée en Allemagne: 12000MW



mais seulement moins de 6% de l’électricité
objectif de 30% en 2020 (12%* énergie totale)
projet de 200 éoliennes 5MW en mer Baltique
– Puissance installée au Danemark: 2800MW


jusqu’à 20% de l’électricité, mais moins de 9%*
de l’énergie totale consommée.
Les dimensions :
– 600kW:
 mât de 28mètres
 diamètre de 30mètres
– 3MW (Dewi):
 mât de 92 mètres
 diamètre de 80 mètres

Les prix :
– ils sont raisonnables (0,04-0,06€/kwh)

Le développement du « off-shore »: projets
– 20 turbines de 1MW au large de Copenhague.
– 200 éoliennes de 5MW en mer Baltique
Energies renouvelables et électricité (énergie totale)

Une comparaison avec nos voisins
Pays
tC-énerg/hab
France
Allemagne
Espagne
Italie
0,24
1,08
0,74
hydraulique
13%
3,2%
17,4%
15,9%
0,1%
éolien
0,06%
5%
3,3%
0,5%
12%
Photovoltaïque
0,01%
0,1%
0,02%
0,04%
0,003%
biomasse
0,4%
0,9%
0,8%
0,5%
3,5%
géothermie
0,005%
0%
0%
0,2%
0%
total
14%
(3%)* 9%
(2%)*
22%
**Pays très émetteur de gaz à effet de serre; chiffres 1999
(5%)* 17%
Danemark**
0,66
1,38
(4%)* 15%
(3%)*
* Corrections rendement incluses

Le solaire photovoltaïque :

Son premier problème : le coût
– 1 kWh solaire = 30 c€ (raccordement au réseau) ou 60 c€ (non raccordement :
problème du stockage) avec une durée de vie est de 25 ans.
– 1 kWh gaz ou nucléaire = 2,5 c€

Les améliorations possibles:
– augmentation des rendements (recherche d ’efficacité plus forte sur tout le
spectre solaire)
– recherche sur des nouveaux matériaux:




CdTe
Semiconducteurs organiques
Silicium micro-cristallin
couches minces (CIS)
– nouvelles méthodes de production des capteurs actuels au Si:



procédé à « lit fluidisé »
coulée continue en creuset froid
cellules à concentration

Tant qu’on ne sait pas stocker l’électricité cette solution restera marginale
dans les pays développés

Malgré tout les Allemands font un gros effort:
– 500MW actuellement installés; objectif de 5500MWcrête en 2010; 100000 toits.
– Prix d’achat: 62c€ par kWh
– Coût d’installation pour un pavillon de 120m2: 40000€;
amortissement: 40 ans, sur une base de 9c€ par kWh (prix de vente EDF)

Les leaders: les japonais
– Tous les toits du Japon
moins de 1% de la consommation électrique (Japon)
Quelques réflexions sur la consommation totale

Peut-on réduire la consommation totale ?

Au niveau du monde: la réponse est clairement : non

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)
-
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…

Réduire la consommation nécessiterait :
- un changement de mentalité (ne voit-on pas souvent l’inverse?)
- un changement dans les structures de l’habitat
Energie:
comment la
consomme-ton?
Evolution
France en
30 ans
Evolutions de
consommation sur les
30 dernières années
Totale
primaire
Tertiaire
Résident.
Transports
Industrie
Electricité
+53%
+21%
+92%
-8%
+174%
18