Quelle est l Energie du Futur? Nicolas Meilhan Ingénieur Conseil, Frost & Sullivan Avril 2015
Mtep Quelle est l énergie du passé? Le pétrole reste la principale source d énergie, mais le gaz et le charbon lui ont repris des parts de marché ces dernières années. Evolution de la consommation mondiale d énergie primaire - Millions de tonnes équivalent pétrole, 1860 à 2012 - Charbon Gaz Naturel Nucléaire Biomasse Pétrole Hydraulique Eolien, solaire & géothermie 30% 27% 22% 80% 8% 6% 4% 2% Sources: Shilling et al., 1977, et BP Statistical Review, 2013 2
Et moi qui croyais que le charbon était une énergie du passé Le charbon a effectivement permis la révolution industrielle au 18 ème siècle. Mais c est aussi l énergie du futur il devrait dépasser le pétrole et devenir la 1 ère source d énergie d ici 2017 Consommation de charbon par habitant - Tonnes d équivalent pétrole, 2013 - Production d électricité à base de charbon - % de la production totale d électricité, 2012-50 % 45 % 40 % 35 % 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 1 % 0 % 40% de l électricité mondiale est produite à partir de charbon, qui représente 40% des émissions mondiales de CO2 et 60% de l augmentation de ces émissions depuis l an 2000 Source: Banque Mondiale, BP Statistical Review of World Energy 2014 3
A quoi nous sert toute cette énergie? Le pétrole est l énergie du transport (qui en dépend à 93%) alors que le charbon permet de fabriquer tout ce qui nous entoure, couvrant presque 60% des besoins de l industrie Répartition de la consommation mondiale d énergie primaire - % de tonnes équivalent pétrole, 2013- Hydraulique + Nucléaire + Renouvelables 50% 20% 30% 10% 20% 15% Gaz 30% 30% 25% 95% Charbon 40% 35% 28% Pétrole 20% 15% 32% Industrie Transport Autres secteurs Autres secteurs = agriculture, tertiaire, résidentiel Sources: BP Energy Outlook 2035, EIA 4
Exportations de biens et de services (en milliards de $) Pourquoi utilise-t-on majoritairement du charbon dans l industrie? Demandez aux 15 principaux pays exportateurs (qui représentent 80% des exportations mondiales) ils auront probablement la réponse Exportations de biens & de services vs. production électrique à base de charbon - Top 15 des pays exportateurs de biens & services*, 2011-2500 2000 R 2 = 0.7 USA Chine 1500 Allemagne Japon 1000 France Royaume-Uni Italie Belgique Corée du Sud Pays-Bas Inde 500 Suisse Espagne Brésil Mexique 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% * Hors énergie Source: Banque Mondiale Production électrique à base de charbon (% de la production total d électricité) 5
Densité énergétique massique Pourquoi le pétrole est-il la seule énergie utilisée pour le transport? 1kg de pétrole contient autant d énergie que 100 kg de batteries Densité énergétique des différentes énergies utilisées dans le transport Densité énergétique volumique «Si on considère que la construction de la grande pyramide de Khéops nécessita le travail manuel de 10 000 personnes pendant 20 ans, alors la consommation journalière d'essence, de diesel et de kérosène aux Etats-Unis permettrait de construire 100 pyramides chaque jour» Source : Pierre-René Bauquis, Richard Heinberg Richard Heinberg 6
Extraction en milliards de barils de pétrole par an Restera-t-il encore du pétrole en 2100? La principale question est surtout de savoir pendant encore combien de temps disposeronsnous de pétrole peu cher pour faire tourner notre économie (et nos voitures..) Evolution de l extraction d hydrocarbures liquides - 1900 à 2100 - «Ce n est pas la taille du réservoir qui compte mais la taille du robinet» Source : Jean-Marie Bourdaire, Patrick Brocorens Jean-Marie Bourdaire 7
US Dollars par baril A-t-on vraiment besoin de pétrole peu cher pour faire tourner notre économie? Quatre des cinq dernières grandes crises économiques mondiales ont été précédées par un choc pétrolier Récessions économiques vs. prix du pétrole Récession économique Prix du pétrole (en US$ courant) Prix du pétrole ajusté de l inflation (en US$ 2008 constant) Source: Steven Kopits, June 2009, Douglas Westwood, Oil: What price can America afford?, EIA, NBER 8
Seuil de rentabilité ($US/baril) Houston, nous avons un problème Certains champs de pétrole ont besoin d un baril de pétrole à plus de 80$ pour être rentables alors que la demande de pétrole se contracte à partir de 100$ aux US et de 120 $ en Chine Seuil de rentabilité de différents champs de pétrole de roche-mère aux Etats-Unis Source: TPH and HPDI (Global Shale Conference, 21 November 2013); BE required for 10% IRR, including capital recovery. The authors indicate that the chart includes large number of conventional and nonconventional which generally have less attractive economics. Grey color chow major production plays Source: The Oxford Institute for Energy Studies Mars 2014, Douglas-Westwood Associates 9
La solution n est-elle pas le gaz et le pétrole de schiste? A court terme, peut-être aux Etats-Unis avec 40% de la consommation de gaz en 2013, à plus long terme probablement pas en Europe avec seulement 10% de la consommation de gaz en 2030 Vue aérienne d un champ d exploitation de gaz de schiste au Texas - Cliquez sur l image - Source : Google maps 10
Est-ce vraiment si important que cela d avoir de la place? Il faut regarder attentivement la densité énergétique surfacique quand on s intéresse à l énergie du futur: moins on a de place, moins on a de choix! Densité énergétique surfacique Source: David MacKay, a reality check on renewables 11
Ne peut-on pas avoir une énergie 100% renouvelable comme au Moyen Âge? Les pays gâtés par la nature - forêts, montagnes ou géothermie - pourront s en rapprocher; pour les autres, ce sera plus compliqué à moins d une baisse significative de la consommation 85% Part des énergies renouvelables dans la consommation d énergie primaire d une sélection de pays - 2013, en %- 66% 47% 41% 38% 37% Solaire Eolien Geothermique & Biomasse Biocarburants Hydraulique 31% 30% 29% 28% Moyenne mondiale = 9% Consommation d énergie primaire (Mtep) Islande 23% 20% 19% 16% 11% 9% 9% Moyenne UE = 11% 7% 6% 6% 6 45 5 284 51 20 34 30 24 333 26 18 134 159 325 248 2852 2266 200 474 271 Norvège Costa Rica Suède Autriche Portugal Finlande Espagne Allemagne Chine Royaume Corée du Uni Sud Brésil Nouvelle Suisse Canada Danemark Italie France Etats-Unis Japon Zélande Facteur de conversion TWh / Mtep sur la base d un rendement moyen de 38% des centrales thermiques modernes Sources: BP Statistical Review of World Energy 2014, Frost & Sullivan 1% 12
Gtep Quelle pourrait être l énergie du futur alors? La part des énergies fossiles dans la consommation d énergie mondiale ne devrait baisser que très modestement de 85% en 2013 à 80% en 2035, la part des nouvelles énergies renouvelables augmentant elle de 3% en 2013 à 8% en 2035 Evolution de la consommation mondiale d énergie primaire - Milliards de tonnes équivalent pétrole et %, 1965 à 2035 - Source: BP Energy Outlook 2035 13
Comment faire le jour où on n aura plus de pétrole, ni de gaz, ni de charbon? Cela va être très compliqué de maintenir notre niveau de vie actuel sans économies substantielles d énergie efficacité & sobriété [TWh] 3 040 [Mtep] 688 Potentiel de production des énergies renouvelables - Millions de tonnes équivalent pétrole par an - 2 000 453 15 par rapport à 2013 20 milliards de panneaux de 1m 2) 2 000 453 15 par rapport à 2013 0,5 million km 2) 10 000 2 263 1 000 226 10% des terres arables actuelles à1 tep/ha 1.4 millions de km² alloués 140 25% des forêts exploitées à 3 tep/ha 9.5 millions de km² alloués 2 850 7 Gtep 8 milliards de personnes à 2.5 tep/an? 20 Gtep? Hydro existant Hydro additionnel Solaire Eolien Géothermie Biocarburants Biomasse Total Renouvelable Total Facteur de conversion TWh / Mtep sur la base d un rendement moyen de 38% des centrales thermiques modernes Source: Philippe Bihouix, BP Statistical Review of World Energy 2014, Frost & Sullivan 14
Quelle est la véritable énergie du futur alors? Celle que nous ne consommerons pas! Secteur Logement kep / personne en 1995 kep / personne Meilleure techno (1) Commentaires Chauffage 740 300 Isolation thermique Cuisine 35 25 Meilleur électroménager Autres 70 35 Veille Tertiaire Chauffage 415 200 Isolation thermique Usages spécifiques 90 50 Veille Nourriture 360 250 Industrie Produits intermédiaires Equipements 150 130 Transports 50% d économies sur la réfrigération et la cuisson 625 450 Recyclages, éco-process De personnes 490 250 Voitures à 4 litres / 100 km De biens 315 200 Total 3290 1890 Réduction de la puissance des camions, fret ferroviaire Presque 50% d économie d énergie possible sans impact significatif sur notre niveau de vie ce n est sans doute pas assez mais c est déjà un bon début! Mais remplacer l ensemble des équipements existants prendra énormément de temps pour le parc de voitures, il faut compter entre 10 et 15 ans au moins Eteindre nos équipements électriques au lieu de les laisser veiller 5 à 6 TWh en France - presque un réacteur nucléaire! Note : kep = kilo d équivalent pétrole; meilleure technologie disponible en1995 Source: Bernard Multon, ENS Cachan ; Commissariat au plan 15
Nicolas Meilhan Consultant Principal Energie & Transport (+33) 1 42 81 23 24 nicolas.meilhan@frost.com