Quelle énergie pour demain?

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1 21 janvier 2014 Quelle énergie pour demain? Jean-Claude Guignard Laboratoire LINA IUT Angers 1

2 L énergie L énergie appliquée à un corps : Lui transmet de la chaleur (agitation des particules) Le met en mouvement (effet d une force sur un corps) L énergie est exprimée en Joules (J) (cal, kwh, tep) 2

3 Pas de vie sans énergie L Homme et l énergie L énergie permet à l Homme de décupler ses possibilités Énergie et vivant L Homme a besoin de 3 kwh par jour Grossesse 90 kwh Nourriture ~ 0,6 Gtep ( 5 de la consommation totale d énergie) (la plus nécessaire) 3

4 Usages de l énergie mondiale (ordres de grandeur) Énergie primaire 12 Gtep Énergie finale 8 Gtep Pertes 4 Gtep Chaleur 4 Gtep Transports 2,5 Gtep Remarque : importance des pertes Alimentation humaine : ~ 0,6 Gtep soit 5 % Électricité 1,5 Gtep Sources : AIE, ECRIN, CEA 4

5 Origine de l énergie mondiale Total en 2011 : 13 Gtep ( 1 Gtep en 1900) Domination des énergies fossiles : 82% 5

6 Consommation d énergie primaire en France en 2011 Total : 266 Mtep en 2011 (Nucléaire) En % Les 2/3 du nucléaire sont constitués de pertes 6

7 Production d énergies renouvelables en France par filière en % (année 2009) Total EnR en 2009 : 20 Mtep Source : Observatoire de l énergie 7

8 Part des différentes énergies dans les transports (monde) Pétrole 96 % Gaz 3,2 % Biomasse 0,5 % Charbon 0,3 % 8

9 Réserves d énergie fossile Source : IFP et AIE Energies fossiles Charbon Pétrole Gaz naturel Schistes bitumineux Réserves exploitables Durée d exploitation* 700 Gtep 160 Gtep 100 Gtep 170 Gtep 200 ans 40 ans 60 ans? * Au rythme actuel 9

10 Découvertes et consommation d hydrocarbures Gtep Exxon Mobil

11 Consommation de pétrole en fonction du temps Gtep/an t (ans) 11

12 Énergie solaire : définitions 1. Solaire thermique Utilisation de l énergie solaire transformée en chaleur pour chauffer l habitat (bioclimatisme), de l eau (capteurs), de l air 2. Solaire photovoltaïque Utilisation de l énergie solaire transformée en électricité par des cellules photovoltaïques au silicium ou autres 3. Solaire thermodynamique Énergie solaire concentrée, transformée en chaleur sous forme de vapeur sous pression puis en électricité (possibilité de cogénération) 12

13 Solaire thermique Chauffe-eau solaire (Angers) 13

14 Chauffe-eau solaire (Angers) 14

15 Chauffe-eau solaire (Angers) Mise en service : 1979 Utilisation : ECS pour 4 personnes (douches, vaisselle ) Investissement : F (1979) (1500 ) Amortissement : 4 à 5 ans Surface : 4 m² Circulation par thermosiphon Circuit primaire : eau glycolée (antigel) Ballon de stockage électro-solaire à double échangeur : En bas échangeur solaire sur 200 L En haut échangeur chaudière sur 100 L Résistance électrique inutilisée Maintenance : aucune 15

16 Chauffe-eau solaire (Angers) Température d eau Température d eau Moyenne Maximum Mi-saison 40 C 55 C été 70 C 90 C * * couverture d un panneau Évolution de la consommation de fioul domestique Années moyenne moyenne 1980 à 1985 Fioul (L) Chauffe eau solaire 16

17 Solaire thermodynamique Centrale solaire à tour de 10 MWe de Barstow (Californie) 17

18 Solaire photovoltaïque Quelques types de cellules Rendements Silicium cristallin η 10 à 15% Silicium amorphe η 5 à 8% Cellules organiques η 4 à 6% 18

19 Capteurs PV et onduleur domestiques pour injection dans le réseau Onduleur de 3 kva Capteurs PV d environ 3 kw Protections réseau et capteur 19

20 Énergie éolienne Évolution de la hauteur et du diamètre des éoliennes 20

21 Éolienne construite par un angevin Diamètre : 4 m Puissance : 1 kw 21

22 Énergie hydraulique Schéma de principe d une centrale hydraulique Orig. EDF Puissance mondiale de 720 GW en 1996 (fort potentiel de croissance) 22

23 Production d énergie hydraulique en France De l ordre de 10 à 15% de l électricité 1 er producteur européen Puissance totale de l ordre de 23 GW Production annuelle : environ 50 TWh Coût moyen du kwh produit : 2,2 c Plus grand barrage : Grand Maison 1,8 GW Petite hydraulique 2 GW 3000 petites centrales Production d environ 7 TWh par an (1,5% de l électricité) 23

24 Énergie des vagues Le Pelamis (nom d un serpent de mer) Sté OPD (Ocean Power Delivery) (GB) 4 tronçons articulés par des vérins hydrauliques Longueur totale 150 m Puissance 750 kw Prix du kwh : 18 à 24 c 24

25 Énergie de la biomasse 25

26 Énergie de la Biomasse Soleil Chaleur O 2 Photosynthèse Plantes Arbres CO 2 C + O 2 En résumé : CO 2 Stockage Carbone Biomasse : hydrates de carbone, glucose, amidon, cellulose Combustion Métabolisme Feu Organisme C + O 2 CO 2 Photosynthèse : CO 2 + En sol C + O 2 Combustion : C + O 2 CO 2 + En therm 26

27 Production de biométhane (La Verrie 85) 4 digesteurs de 185 m 3 traitant 2000 t de fumier par an Temps de séjour en digesteur : 1,5 à 2 mois Température 30 à 40 C Production de biogaz annuelle : Nm 3 ( Nm 3 de méthane) 27

28 Production de biométhane (La Verrie 85) Moteur thermique du groupe Groupe électrogène de 30 kw Réseau de chaleur Puissance électrique moyenne : 25 kw Puissance thermique : 40 kw Production d électricité annuelle : 200 MWh Consommation de biogaz du moteur : environ 14 m 3 /h 28

29 La géothermie Origine de l énergie géothermique 1. Le flux de la chaleur de l énergie interne du globe qui traverse la croûte terrestre 2. La radioactivité des roches (uranium, thorium ) 3. Les marées induisent des déformations continuelles du globe qui se traduisent par une dissipation d énergie sous forme de chaleur Ressource Le flux d énergie géothermique moyen est de 60 mw/m² Énergie stockée dans les 5 premiers km : kwh 99% de la planète a une température dépassant 200 C 29