L énergie : un problème majeur pour demain.

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1 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 él énergie risque de manquer.

2 Les contraintes contraintes scientifiques L énergie ne se crée e pas balance besoins - réserves/ressources problèmes de rendements, de stockage. contraintes économiques coûts problèmes d environnementd pollution, déchets, d 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 nients : il faut choisir les moindres La recherche a un rôle important à jouer : elle peut lever certains verrous technologiques 7

3 Energie: unités L unité légale: le joule Les unités s utiles pour le citoyen: le kwh, le litre. Les unités s utiles au niveau de la consommation globale : - La tonne équivalent pétrole: p 1tep (= 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 ais moyen consomme 4.2 tep cette consommation pourrait être réduite r de moitié : il y a gaspillage - Au niveau du monde: 1 Gtep consommation globale annuelle dans le monde : 10 Gtep (chiffres de 2002)

4 Energie: comment la consomme-t- on? Pertes Tertiaire Transport Industrie Pertes Tertiaire Transports Industrie Totale primaire (Gtep) Pertes primaires Tertiaire Résident. Transports Industrie Electricité Monde 10 27% France 0,27 37% 27% 20% 15% 40%

5 Energie: comment la consomme-t- on? Pertes Tertiaire Transport Industrie Pertes Tertiaire Transports Industrie Totale primaire (Gtep) Pertes primaires Tertiaire Résident. Transports Industrie Electricité Monde 10 27% France 0,27 37% 27% 20% 15% 40% (15%)

6 Energie: d oùd vient-elle elle aujourd hui? pour faire quoi? Sources d éd énergie énergies non-renouvelables pétrole gaz charbon nucléaire e (uranium, autres?) a énergies renouvelables hydroélectrique éolien solaire biomasse géothermique marées ou hydrauliennes Formes d éd énergie chaleur chaleur puis «mieux» travail (moteurs) électricité pb du rendement thermo. «mieux» travail électricité pas de pb de rendement thermodynamique

7 Energie: d oùd vient-elle? elle? Energies: fossiles ou renouvelables? La situation d aujourd hui 100% 80% 60% 40% fossiles renouvelables 20% 0% Monde Un. Europ. France

8 Energie: d oùd vient-elle? elle? Energies fossiles: les diverses productions 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% pétrole gaz charbon nucléaire Monde Un. Europ. France

9 Energie: d oùd vient-elle? elle? bilan avantages - inconvénients nients - limites Energies non renouvelables Source Pétrole Gaz Charbon Nucléaire Nucléaire Total Fission Fusion Monde 37% 21% 24% 7% 0% 89% Union Eur. 41% 24% 15% 14% 0% 94% France 39% 13% 6% 34% 0% 92% Abondant Abondant Abondant Abondant T. abondant Avantages coût coût coût coût coût Liquide Gazeux Réserves Réserves Réserves Réserves Effet serre Effet serre Effet serre nients Inconvénients Sûreté Pollution Pollution Déchets Déchets Déchets Sûreté Rendem Rendem t Non réussie Non réussie Réserves Prouvées Prouvées Prouvées Prouvées (années de 40 ans 65 ans 220 ans 70(3000) consomm. Ultimes Ultimes Ultimes Ultimes Infinies actuelle) 135 ans 230 ans 1400 ans 280(14000)

10 Energie: d oùd vient-elle? elle? bilan avantages - inconvénients nients - limites Energies renouvelables Source Hydraul. Biomasse Eolien Solaire Géotherm. Marées Monde 2%** 4%** 6% < 1% 0% Union Eur. 2%** 3,4% 0,2%** 0,1% 0,2% 0% France 5%** ~3% 0,08%** < 0,5% 0,03% Avantages renouvel. stockable rendement renouvel. stockable renouvel. rendement renouvel. abondant renouvel. stockable renouvel. régulier rendement répartition Inconvénients ressources ressources coût ressources coût coût ressources coût ress. acc. coût sûreté rendement intermittent intermittent rendement rendement effet serre déchets Ressources monde 0,9Gtep/an 2 Gtep/an 8 Gtep/an** Gtep /an 15 Gtep/an 2Gtep/an Pot. France* 6%** 12% 12% ** (28% éle) terre + off-shore 1/4 surface (France) éoliennes(2mw) 100% 2,5%** hydrauliennes <2% ** km 2 toute la surf. (4%France)** France * les pourcentages sont calculés par rapport à la consommation totale d énergie ** correction rendement incluse

11 que peut-on faire? Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole p va s é s épuiser rapidement il il pollue pollue : : séquestration n questration nécessaire cessaire Sur quoi peut-on compter? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) il il fait fait des des déchets d chets : : peut peut-on on les les détruire? d truire? - le nucléaire fission fission (réacteurs rapides: réserves r 14000ans) elle elle n est n est pas pas réussie r : ussie : la r il il est est trop trop cher cher : : que peut la réussira ussira-t-on? on? - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses)..et..et les les rendements?... rendements?... - les autres sources renouvelables resteront...et...et le le problème probl me du du stockage?... stockage?... on faire? marginales oui mais

12 Le charbon et l effet l 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 l centralise les combustibles à effet de serre. Modification profonde des transports ferroutage et abandon de l essence l pour les voitures

13 on? que peut-on faire? questration CO 2 nécessaire on les détruire? Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole p va s é s épuiser rapidement il il pollue pollue : : séquestration CO Sur quoi peut-on compter? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) il il fait fait des des déchets d : chets : peut peut-on les d cessaire - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves r 14000ans) elle elle n est n est pas pas réussie r : ussie : la r il il est est trop trop cher cher : : que peut truire? la réussira ussira-t-on? - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses)..et..et les les rendements?... rendements?... - les autres sources renouvelables resteront...et...et le le problème probl me du du stockage?... stockage?... on faire? marginales oui mais

14 Energie nucléaire fission: les problèmes à résoudre rendements réserves sûreté déchets Etat actuel des technologies combustible caractérist. 235U (0,7%) ou 239Pu 235U neutrons lents (0,7%) neutrons ou 239Pu rapides 238U(99,3%) ralentisst Fluide caloporteur oui (eau) eau non (pas d eau) sodium 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

15 on? que peut-on faire? questration CO 2 nécessaire on les détruire? Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole p va s é s épuiser rapidement il il pollue pollue : : séquestration CO Sur quoi peut-on compter? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) il il fait fait des des déchets d : chets : peut peut-on les d cessaire - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves r 14000ans) elle elle n est n est pas pas réussie r : ussie : la r il il est est trop trop cher cher : : que peut truire? la réussira ussira-t-on? - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses)..et..et les les rendements?... rendements?... - les autres sources renouvelables resteront...et...et le le problème probl me du du stockage?... stockage?... on faire? marginales oui mais 44

16 L autre énergie nucléaire : la fusion (comme dans les étoiles) les promesses de la fusion réserves infinies en deutérium! peu de déchetsd un objectif encore non atteint des progrès s constants mais lents deux voies possibles fusion inertielle densités s atteintes:30 fois celle de l eaul tokamaks installations actuelles majeures en Europe: Méga-joule (Bordeaux) JET (Oxford) et Tore supra (Cadarache) installation prévue : ITER échéance : ans : c est c loin...

17 on? que peut-on faire? questration CO 2 nécessaire on les détruire? Pour le futur, on sait : - que la consommation mondiale va croître - que le pétrole p va s é s épuiser rapidement il il pollue pollue : : séquestration CO Sur quoi peut-on compter? - le charbon (réserves ultimes: 1400 ans) il il fait fait des des déchets d : chets : peut peut-on les d cessaire - le nucléaire (réacteurs rapides: réserves r 14000ans) elle elle n est n est pas pas réussie r : ussie : la r il il est est trop trop cher cher : : que peut truire? la réussira ussira-t-on? - la fusion (réserves infinies) - le solaire (ressources immenses)..et..et les les rendements?... rendements?... - les autres sources renouvelables resteront...et...et le le problème probl me du du stockage?... stockage?... on faire? marginales oui mais

18 Le point sur le solaire Le solaire : il est partout L éolien : c est du solaire La biomasse : c est du solaire L hydraulique : c est du solaire La houle : c est partiell t du solaire Le solaire : c est du solaire Le pétrole, p le gaz,.. c est du solaire que la nature a su stocker Seules les marées (l attraction lunaire) et la géothermie g (la radioactivité de la terre) ne viennent pas du solaire Les meilleures sources d énergie renouvelable sont l hydraulique (concentré) et le solaire lui-même. Proportions 1/10000 (<1%) 1 à 3% 3/ / % dispersé dispersé concentré dispersé dispersé Puissances dispo Solaire* : 200 W/m 2 Géothermique : 0.06 W/m 2 Marées (France)**: 0,2W/m 2 * Moyenne sur toute la planète au niveau du sol ** Côtes françaises aises rapportées à la surface du pays

19 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

20 Le solaire thermique: Il est essentiel de le développer d pour chauffer les habitations individuelles. Une maison de 100 m2 reçoit en moyenne plus de 20kW d éd 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 p pour assurer l ensemble du chauffage et de l eau l sanitaire est un non-sens Se chauffer exclusivement à l électricité fait partie du gaspillage : pour délivrer d 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 r le font déjà) d Faites du chauffage solaire! *4000 :eau chaude pour 4 personnes; pour équiper (eau chaude+chauffage) un pavillon de 120m2: amortissement: 10ans. 1,5m 2 de capteur par personne = un développement d au niveau industriel: design, normes, formation des architectes et service après s vente Il n y n y a pas de verrou technologique majeur. 60% de son eau chaude

21 Le solaire photovoltaïque : Son premier problème : le coût 1 kwh solaire = 30 c c (raccordement au réseau) r ou 60 c c (non raccordement : problème du stockage) avec une durée e de vie est de 25 ans. 1 kwh gaz ou nucléaire = 2,5 c 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 él électricité cette solution restera marginale dans les pays développd veloppés Malgré tout les Allemands font un gros effort: 500MW actuellement installés; s; objectif de 5500MWcrête en 2010: opération toits. Prix d achat: d 62c par kwh Les leaders: les japonais Tous les toits du Japon moins de 1% de la consommation électrique (Japon)

22 Le second problème du solaire photovoltaïque est celui de l intermittence qui pose le problème du stockage de l él électricité Ce problème est plus général g : on a besoin de stocker l énergie dans de nombreux cas En particulier dans le cas des transports

23 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 él électricité - on la produit comment? Le nucléaire est le mieux placé hydrogène : un nouveau carburant - mais ce n est n pas une source d éd énergie - production à partir du solaire, du charbon ou du nucléaire

24 Demain l hydrogl hydrogène? Production : rendement à améliorer électrolyse thermoproduction bioproduction Source primaire solaire nucléaire Stockage (basse température) compression hydrures métalliquesm Utilisation pile à combustible combustion

25 Pour conclure Contrairement à ce que l on l entend souvent sur les medias: Il n y n y a pas de solution miracle L avenir passe par le déclin d du pétrolep L avenir passe par les ressources limitées des énergies renouvelables hors solaire A moyen terme, l éolien va se développerd L avenir passe par des solutions complémentaires mentaires ajoutées les unes aux autres: l eau l 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 éd énergie, à l hydrogène comme vecteur et moyen de stockage, (mais l hydrogl hydrogène s imposera s lentement..) et à l efficacité énergétique et aux économies d éd énergie que nous pouvons tous réaliser r dès d s aujourd hui!!!! Savez-vous vous qu une une télévision t en veille consomme plus que cette télévision t allumée e 3 heures par jour? Savez-vous vous que oublier une lampe allumée e par français ais nécessite n 3 à 4 réacteurs r nucléaires? Savez-vous vous que prendre le train sur un trajet long coûte 10 fois moins d éd énergie que prendre sa voiture (passager unique)? Savez-vous vous que l on l peut gagner un facteur 3 sur l isolation l thermique des habitations? * Les allemands n arrêteront n pas le nucléaire

26 20% de la population mondiale consomment 60% de l él énergie que souhaitons-nous nous pour demain? Devenons raisonnables : pensons à économiser! Soyons raisonnables : l avenir l ne peut passer que par une complémentarit mentarité de modes de production tous imparfaits

27 La biomasse ne peut remplacer l ensemble du pétrolep La biomasse c est: c Le bois Le biogaz (méthane ou Gaz Naturel Véhicules) Les huiles végétales v (colza, tournesol) ou dérivd rivés s (diester ou Ester Méthylique d Huile d Végétale) L alcool (betterave, canne, blé) ) ou dérivd rivés s (Ethyl( Tertio Butyl Ether) La biomasse est insuffisante pour remplacer l ensemble l du pétrolep Rendements: 1 à 2 tep/ha pour biogaz ; 0,75 tep/ha pour diester ou bioéthanol 10% des carburants routiers français ais à partir du diester ou du bioéthanol = 30 à 40% de l ensemble des terres agricoles 50% des carburants routiers français ais = totalité de la forêt française aise 40% des carburants routiers mondiaux = ensemble des terres arables La montée e de la production de bioéthanol Europe : objectif très s ambitieux: mobilisation de 4 Mha en 2010 : 20Mtep de bioéthanol (8% de la consommation française; aise; 7% de la surface de la France) Injection de ces biocarburants dans les carburants liquides (10%) Prix actuel: 3 fois le prix du pétrolep Nécessité d adapter les moteurs à ces carburants Nécessité de régler r les questions d ordre d «purification» Programme «énergie» au CNRS et au MRT (cycle benzénique). nique).

28 Les évolutions prévisibles de la biomasse Eléments additionnels pour la France: Bioéthanol (ajout à l essence) Défiscalisation 380 /m ha consacrés ha de blé et 62000ha de betterave (3,9% des surfaces disponibles) nécessaires n pour atteindre 5,75% en teneur de biocarburants Aide européenne enne : 45 à l hectare Diester (biodiesel) Défiscalisation 350 /ha ha consacrés Montée e possible à ha (selon la profession)

29 La croissance forte de l él éolien dans le monde et en France Monde : croissance 30% par an MW installés s en MW ajoutés s en 2001 Europe : MW début d MW en Allemagne 4144 MW en Espagne 2800 MW au Danemark France : 68 MW en 2000 sur une quinzaine de sites 147 MW fin MW sur 40 sites en MW en MW en 2010, c est-à-dire de l ordre l de 5000 à grosses éoliennes (respect des 21%) potentiel français ais à terre: 70TWh (13% de l él électricité,, 6% de l énergie totale consommée*) *correction rendement incluse (source : ADEME) Attention : le rendement moyen d une d éolienne n est n 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)

30 La croissance forte de l él éolien dans le monde Quelques autres données sur l él éolien : Puissance installée e 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 e au Danemark: 2800MW jusqu à 20% de l él électricité,, mais moins de 9%* de l él énergie totale consommée. Les dimensions : 600kW: mât de 28mètres diamètre de 30mètres 3MW (Dewi( Dewi): mât de 92 mètresm diamètre de 80 mètresm Les prix : ils sont raisonnables (0,04-0,06 0,06 /kwh) Le développement d du «off-shore»:: projets 20 turbines de 1MW au large de Copenhague. 200 éoliennes de 5MW en mer Baltique

31 Energies renouvelables et électricité (énergie totale) Une comparaison avec nos voisins Pays France Allemagne Espagne Italie Danemark** tc-énerg/hab 0,24 1,08 0,74 0,66 1,38 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% (5%)* 17% (4%)* 15% (3%)* **Pays très émetteur de gaz à effet de serre; chiffres 1999 * Corrections rendement incluses

32 Le solaire photovoltaïque : Son premier problème : le coût 1 kwh solaire = 30 c c (raccordement au réseau) r ou 60 c c (non raccordement : problème du stockage) avec une durée e de vie est de 25 ans. 1 kwh gaz ou nucléaire = 2,5 c 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 cristallin couches minces (CIS) nouvelles méthodes m de production des capteurs actuels au Si: procédé à «lit fluidisé» coulée e continue en creuset froid cellules à concentration Tant qu on ne sait pas stocker l él électricité cette solution restera marginale dans les pays développd veloppés Malgré tout les Allemands font un gros effort: 500MW actuellement installés; s; objectif de 5500MWcrête en 2010; toits. Prix d achat: d 62c par kwh Coût t d installation d pour un pavillon de 120m 2 : ; 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)

33 Quelques réflexions r sur la consommation totale Peut-on réduire r la consommation totale? Au niveau du monde: la réponse r 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 téléviseurst viseurs,, extinction des appareils non utilisés) s) - choix des moyens de transport et des lieux d habitat: d 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 n : - un changement de mentalité (ne voit-on on pas souvent l inverse?) l - un changement dans les structures de l habitatl

34 Energie: comment la consomme-t- on? Evolutions de consommation sur les 30 dernières res années Totale primaire Tertiaire Résident. Transports Industrie Electricité Evolution France en 30 ans +53% +21% +92% -8% +174% 18