Cours ENAC Sections AR, GC, SIE. Prof. A. Mermoud Septembre 2008

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1 Ressources naturelles du territoire Cours ENAC Sections AR, GC, SIE Prof. A. Mermoud Septembre 2008

2 Ressources naturelles du territoire i Plan du cours 1. Principales ressources naturelles du territoire 2. Ressources en eau 3. Ressources en sol 4. Ressources de l'atmosphère

3 Constat: Le développement des sociétés industrielles basé sur un dogme intangible, la croissance, génère non seulement un clivage croissant entre riches et pauvres, mais également une grave crise environnementale

4 Crise environnementale Menaces sur l'eau Dégradation des sols Destruction d écosystèmes vitaux et réduction de la biodiversité ité Changement climatique Amplification des risques naturels et technologiques Surexploitation des ressources naturelles Pollution de l'air; effet de serre Urbanisation anarchique Altération des zones côtières et surexploitation des mers

5 Ressources naturelles du territoire Ensemble des richesses et matières premières présentes dans le territoire, susceptibles d être exploitées par et pour la Société : matières premières * (minerais, charbon, pétrole, gaz naturel, bois, etc.) éléments (eau, air, sol) et formes d énergies associées (énergie hydraulique, solaire, éolienne, géothermie, etc.) forêts, faune sauvage, espèces poissonnières, biomasse**, etc. * matières extraites de la nature ou produites par elle, utilisées dans la production de biens ou comme source d'énergie ** matière vivante, végétale et animale, présente dans un écosystème donné

6 Ecosystème Unité écologique constituée de l ensemble des êtres vivants (la biocénose) et du milieu dans lequel elle se trouve (le biotope) Biocénose : communauté d'êtres vivants dépendant généralement les uns des autres dans un milieu donné Biotope : milieu physique (sol, atmosphère, eau, etc.) dans lequel prospère une communauté d'êtres vivants

7 Ressources non renouvelables Ressources naturelles dont les gisements connus sont voués à disparaître plus ou moins rapidement. Elles comprennent: la plupart des ressources énergétiques actuellement exploitées: charbon, pétrole, gaz naturel, uranium, etc. la plupart des matières premières industrielles, en particulier les minerais 1 certaines ressources dont le cycle de renouvellement est si lent, qu'on doit les considérer comme non-renouvelables: sols, terres fertiles, eau fossile, etc. 1 Roche contenant des minéraux utiles en proportion suffisamment intéressante pour justifier une exploitation et nécessitant généralement une transformation pour être utilisée par l industrie

8 Ressources énergétiques Près de 90 % de l'énergie consommée dans le monde provient de gisements de combustibles fossiles : Problèmes : - stocks sont en quantité limitée - gisements très localisés* - contribution massive à l effet de serre - craintes suscitées par l énergie nucléaire et ses déchets - Pétrole (35 %) - Charbon (24 %) - Gaz (21 %) - Uranium (7 %) Réserves (estimation) : - Pétrole ans - Charbon 400 ans - Gaz 60 ans - risques de catastrophes majeures intérêt accru pour les énergies renouvelables qui utilisent les flux inépuisables d'énergies d'origine naturelle (soleil, vent, eau, croissance végétale, etc.) * 70% des réserves connues de pétrole se trouvent au Moyen orient et 80 % des réserves de gaz dans les pays de l'ancienne Europe de l'est, de l'ancienne URSS et du Moyen Orient

9 Sables bitumineux de lalberta l'alberta (Canada) Mélanges de sable, bitume et d'argile (% bitume 11.5 %) 2 tonnes de sol à traiter pour produire 1 baril (159 l) Conséquences écologiques destruction d'énormes surfaces de forêts (puits de CO 2 ) consommation considérable d'énergie : 1 baril de pétrole pour en produire 3 rejet massif de CO 2 (600 t/heure) consommation énorme d'eau : 800 l pour produire un baril; problème du recyclage des eaux usées transformation du bitume (pétrole, kérosène, gazole) rejet de gaz nocifs dans l'atmosphère (GES, SO 2, NO x ) production de substances qui sont elles-mêmes sources de pollution et de rejets massifs de CO 2 dans l'atmosphère

10 Horizon d épuisement des principaux métaux ( base: rythme actuel de consommation ) Métal Réserves (ans) Aluminium 220 Cuivre 35 Etain 45 Fer 160 Zinc 25 Estimation peu réaliste pour de multiples raisons : augmentation de la consommation avec le niveau de développement augmentation de la population incidence du prix : raréfaction augmentation prix Recherche de substituts ; améliorations techniques; exploitation de gisements préalablement non rentables; amélioration de la rentabilité du recyclage Prix = puissante variable d'ajustement de la consommation

11 Surexploitation et gaspillage des ressources non renouvelables = préoccupation p grandissante Actions à entreprendre : recourir à une gestion durable et intégrée prolonger la durée d utilisation de ces ressources

12 Gestion durable des ressources : s inscrivant dans le concept de développement durable Développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre à leurs propres besoins (Commission i Brundtland, d 1987) Forme de développement respectant l environnement global et les équilibres écologiques fondamentaux, dans l intérêt des générations futures (Webencyclo.Atlas, 2001)

13 Gestion intégrée des ressources Ensemble d actions visant une gestion coordonnées des ressources, en vue de maximiser de façon équitable leur bénéfice économique et social, sans mettre en péril les écosystèmes vitaux. Vise donc à concilier simultanément le développement socio-économique, la sécurité et la protection de l'environnement. Cas de la gestion intégrée de l'eau Utiliser l eau Sont pris en compte simultanément les aspects: Utilisation de l'eau Protection de l'eau Lutte contre les dangers Protéger l eau Eau et bassin versant Se protéger contre l eau

14 L'allongement de la durée d utilisation des ressources non renouvelables suppose : Réduction de la consommation (prise de conscience écologique, régulation par le jeu du marché) Accroissement de l efficacité (améliorations techniques) Intensification du recyclage Remplacement par des substituts (biocarburants, etc.)

15 Causes de la surexploitation des ressources : Accroissement de la population Amélioration du niveau de vie Croissance économique et industrielle Ces facteurs se traduisent par une très forte pression sur les ressources naturelles et sur l environnement

16 Population mondiale actuelle: 6.5 milliards (60% en zones rurales) Projections pour 2025: milliards (60% en zones urbaines) Projections pour 2050: 8.7 milliards Taux de croissance de la population ( )

17 Amélioration du niveau de vie L accroissement de population se fera principalement dans les villes des pays en développement où la population urbaine devrait doubler d ici 2020 Modification du régime alimentaire et des habitudes de consommation Avec l urbanisation, la demande et la compétition pour la nourriture, l eau leau et les autres ressources augmenteront considérablement Food product Unit Equivalent water, m 3 Choix difficiles pour déterminer à qui, où et quand les ressources limitéesité doivent être allouées Fresh beef kg 15 Fresh lamb kg 10 Fresh poultry kg 6 Cereals kg 1.5 Roots & tubers kg 1

18 Ressource renouvelable Ressource naturelle dont le stock peut se reconstituer sur une période courte à l'échelle humaine Ex. : ressources animales ou végétales (forêts, poissons, faune, biomasse) ou certaines formes d énergie (éolienne, solaire, hydraulique, etc.) Une exploitation durable de telles ressources doit se faire dans le respect de leur capacité de régénération et en maintenant l'intégrité globale de l'écosystème duquel elles dépendent

19 Energies renouvelables Sources d énergie dénergie dont l'utilisation na n'a pas d'incidence sur leur disponibilité future : Crédit : C. Pauquet/Médiathèque EDF énergie hydraulique énergie solaire énergie éolienne énergie issue de la biomasse* (bois, biocarburants, biogaz, etc.) Crédit : notre-planete.info énergie géothermique etc.

20 Hydroélectricité (env. 20 % de la production mondiale d électricité, 55% en Suisse) barrages Barrage-voûte Barrage-poids

21 Production d'hydroélectricité d ité en Valais Le Valais produit 27 % de l'énergie hydraulique consommée en Suisse* Grands barrages : Grande Dixence (1961), Mauvoisin (1957), Zeuzier (1957), Moiry (1958), Emosson (1974), Mattmark (1967) Partie mouillée propriété des municipalités Partie sèche propriété des concessionnaires Heinz Preisig Barrage de la Dixence (poids) Barrage de Moiry (voûte) Propriété des ouvrages au terme des concessions * Chaque année, la consommation d électricité augmente en Suisse de 1.5 à 2%. C est l équivalent de la production du barrage de Mauvoisin ou de 250 éoliennes du type de celle de Collonges

22 Photo H. Preisig 1996 Dixence : 50 Mm 3, 120 MW Gde-Dixence : 400 Mm 3, 680 MW Cleuson-Dixence : 1200 MW Total: 2000 MW Sites du complexe de la Grande Dixence (

23 centrales au fil de l eau Chute relativement haute et faible débit Centrale hydroélectrique de Lavey Fort débit et faible chute

24 paliers Projet Hydro-Rhône Sion Sierre Société Hydro-Rhône créée en 1982 Fortes oppositions (450 recours) Martigny Abandon en 1998 Plan de situation des 10 centrales au fil de l eau Vue schématique d une centrale

25 Energie solaire Convertible en chaleur ou en électricité. Centrale solaire photovoltaïque de Genève (6000 panneaux: approvisionnement en électricité de 300 ménages) Production de chaleur (eau chaude sanitaire et chauffage) à partir de capteurs solaires. Production d électricité par effet photovoltaïque: permet la conversion directe du rayonnement solaire en électricité à partir de cellules solaires constituées de matériaux semi-conducteurs (Si) Rendement énergétique encore faible (5 à 20%).

26 Energie éolienne Puissance proportionnelle à la vitesse du vent et à la surface balayée par les pales Mât de 30 à 100 m Hélice à 2 ou 3 pales ( ( 80 m de diamètre) Orientation face au vent par un gouvernail ou un servomoteur Plus le vent est régulier, plus le rendement est élevé Au total, le rendement est de 12 à 30% par rapport à l'énergie initiale du vent

27 Eolienne de Collonges - Mât de 100 m de haut - Hélices de 70 m de diamètre - Puissance nominale : 2000 kw - Production estimée : 3.5 millions de kwh/an (env ménages) Eolienne de Martigny - Mât de 98 m de haut - Hélices de 82 m de diamètre - Puissance nominale : 2150 kw millions de kwh/an

28 Régime climatique du Valais Ensoleillement intense ( > 2000 h/an dans le Valais central) Vents fréquents relativement forts (surtout entre Riddes et St-Maurice) Précipitations faibles (< 600 mm/an en moyenne dans le Valais central) Températures estivales élevées (18 à 20 o C, max. journaliers pouvant dépasser 35 o C) Humidité de l air réduite (60 à 70% en moyenne, mais pouvant descendre jusqu à 20%)

29 Energie de la biomasse BIOMASSE: Ensemble des végétaux et des animaux ainsi que les déchets organiques qui leurs sont associés (résidus de bois, sousproduits de l agriculture et de l élevage, etc.). Valorisation énergétique de la biomasse: transformation thermochimique (combustion*, pyrolyse**, etc.) production de biocarburants oxydation complète en présence d'air ** décomposition sous l action de la chaleur en l absence d agents oxydants: production de charbon de bois, etc.

30 Production de biocarburants Deux familles de biocarburants sont actuellement développées: l'éthanol, produit à partir de plantes riches en sucre/amidon (betteraves, canne à sucre, p. de terre, céréales), utilisé pour les moteurs à essence les esters méthyliques d huiles végétales (colza, soya, arachide, tournesol, etc.), utilisés pour les moteurs Diesel (biodiesel) Forts impacts : défrichement et brûlis pollution et production de CO 2 destruction de cultures vivrières, utilisation massive d engrais, de pesticides et d eau, érosion, etc. Betteraves (6000 l/ha), maïs (3500 l/ha), colza (1500 l/ha); espoirs avec 2 ème génération (déchets) et plantes spécifiques (miscanthus giganteum par ex.) pouvant produire jusqu à l/ha

31 Energie géothermique Entre 0 et 20 m de prof. : temp. variable Dès 20 m : temp. constante mais f(prof.) Gradient géothermal moyen : 3.3 o C/100 m Noyau central : env o C Gisement de chaleur entre entre 0 et qq centaines de m de profondeur, temp. : 10 à 30 o C Géothermie à très basse énergie Gisements entre 1500 et 2500 m de prof., temp. entre 30 et 100 o C Géothermie à basse énergie En certains endroits de l écorce terrestre t : remontée du magma vers la surface Fort échauffement localisé des roches et de l'eau du sous-sol Géothermie à haute énergie (prof. > 1500 m, temp. > 100 o C) 1 Géothermie: exploitation de la chaleur stockée dans le sol

32 Pompe à chaleur Energie du sol Utilisation de la chaleur du sol pour chauffer (ou rafraîchir) les bâtiments. ( Tuyaux placés horizontalement ou verticalement dans le sol et parcourus par un fluide qui absorbe la chaleur du sol Système à capteurs horizontaux Par la suite le fluide passe par une pompe à chaleur qui convertit la chaleur du fluide en eau chaude ou en air chaud envoyé dans le bâtiment. Sonde géothermique verticale (

33 Energie du sol Centre scolaire de Fully équipé de pieux énergétiques Système de pieux énergétiques Insertion des sondes (tubes en PE dans lesquels circule un fluide caloporteur) dans les pieux

34 Energie du sous-sol Géothermie des tunnels Alimentation de pompes à chaleur par l'eau de drainage des tunnels ( 30 o C et plus). Actuellement 6 installations de ce type en Suisse. Oberwald: maisons chauffées avec l'eau du tunnel de la Furka (5400 l/min à 16 degrés)

35 Géothermie à haute énergie Exploitation de l eau chaude ou de la vapeur d eau présente dans la croûte terrestre. L eau ou la vapeur d eau est captée au moyen de forages et véhiculée vers la 2000 Geothermal Education Office surface pour être exploitée. Applications: entraînement de turbines pour la production d'électricité chauffage de bâtiments

36 Construction durable prise en compte de l orientation et de l ensoleillement répartition judicieuse des surfaces vitrées choix d une forme compacte disposition appropriée des pièces choix de matériaux performants (isolants) et recyclables production d électricité et chauffage du bâtiment avec des énergies renouvelables (solaire, éolien, géothermie, bois, etc.) récolte de l eau de pluie pour alimenter les sanitaires et appareils ménagers (WC, douche, lave-linge, etc.)

37 Label de qualité Objectif : encourager propriétaires, architectes et promoteurs à réaliser des constructions confortables, à faible consommation d énergie et conformes aux exigences d un développement durable. La certification Minergie doit répondre aux exigences suivantes : Enveloppe de bâtiment bien isolée thermiquement et étanche à l air Système d aération pour un renouvellement d air contrôlé Faible consommation d énergie Minergie Maison traditionelle

38 Energie renouvelable = énergie de l avenir Ne représente aujourd hui que 20 % de la consommation mondiale d électricité selon les proportions : Hydroélectricité : 92.5 % Biomasse : 5.5 % Géothermie : 1.5 % Eolien : 0.5 % Solaire : 0.05 % Rapport Stern, ex-économiste en chef de la Banque mondiale (2006) : - si rien n'est fait: inondations et sécheresses 200 millions de réfugiés - récession mondiale aussi grave que la grande dépression des années 30 Solutions préconisées: - réduction de 30% des GES d'ici à développement de technologies et d'énergies renouvelables - modification des comportements individuels

39 Potentiel des principales énergies renouvelables dans le monde Worldwatch collection Maps and graphics

40 Impacts défavorables possibles sur l environnement des sources d énergie renouvelables Utilisation de vastes surfaces 1 Impacts visuels (éoliennes, panneaux solaires, etc.) Génération de bruit (éoliennes) Impacts sur la qualité de l air (biomasse) 1 USA ou Europe: 40% des surfaces cultivées pour remplacer 10% des carburants utilisés pour le transport Pays du Sud: environ 5 fois moins de surfaces nécessaires, vu le rendement élevé de la canne à sucre Suisse: toutes les terres agricoles ne couvriraient que le 10% de la consommation totale de carburants