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L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXI è siècle

L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXI è siècle. Pierre Bacher (« Quelle énergie pour demain? »). L’énergie en questions. Pourquoi se poser la question de l’énergie, alors que celle-ci est abondante et bon marché ? Pourquoi se poser la question du pétrole et du gaz,

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L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXI è siècle

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Presentation Transcript

  1. L’homme et l’énergie: les fabuleux défis du XXIè siècle Pierre Bacher (« Quelle énergie pour demain? ») Gap sciences animation 05

  2. L’énergie en questions • Pourquoi se poser la question de l’énergie, alors que celle-ci est abondante et bon marché ? • Pourquoi se poser la question du pétrole et du gaz, alors que ceux-ci coulent à flot ? • Pourquoi se poser la question du CO2 ? • Quelles réponses apporter, d’ici 2050, dans le monde et en France? Gap sciences animation 05

  3. L’énergie, des origines à nos jours Jusqu’à la fin du XVIIIè siècle: • Le feu pour cuire les aliments • La traction animale pour labourer et se déplacer • Les esclaves pour s’enrichir • Les moulins à vent, à eau, pour l’artisanat La révolution industrielle: • La machine à vapeur (XIXè siècle) • L’électricité et le moteur à explosion (XXè) Équivalences: • 1 homme consomme entre 3 et 4 GJ par an pour son alimentation, • mais un français « utilise » aujourd’hui 160 GJ par an (4 Tep), l’équivalent de 100 « esclaves » Gap sciences animation 05

  4. « Les arbres ne montent pas jusqu’au ciel » ? 100 10 1 1800 1950 2100 Consommation d’énergie 1800 – 2100 Jancovici : chaque Français dispose de l’équivalent de 100 esclaves Gap sciences animation 05 :

  5. L’énergie est abondante, mais… • Face à une consommation annuelle de 10 Gtep et demain 20 Gtep, • les ressources potentielles sont suffisantes pour plusieurs siècles: • combustibles fossiles 1000 à 1500 Gtep • uranium et thorium(surgénérateurs) 2000 à 3000 Gtep • biomasse (annuel) quelques Gtep • Hydraulique, éolien, mer (annuel) quelques Gtep • solaire inépuisable …mais les énergies ne sont pas interchangeables, elles sont plus ou moins dommageables pour l’environnement, et plus ou moins chères à exploiter et utiliser . Gap sciences animation 05

  6. Contributions des différentes énergies (2002 et perspectives de développement ) • Charbon - 2,4 Gtep – abondant, bien réparti, mais coûteux à transporter, gros émetteur de CO2, nécessite un vecteur (électricité ou hydrogène) • Pétrole – 3,6 Gtep – difficilement remplaçable pour les transports, risques sur les prix (« peak oil »?, géopolitiques, ressources non conventionnelles) • Gaz naturel – 2,2 Gtep – abondant, facile à utiliser mais coûteux à transporter, risques sur les prix Gap sciences animation 05

  7. contributions des différentes énergies – (2002 et perspectives de développement) Biomasse – 1 Gtep –potentiel de développement : + 1 à 2 Gtep (?), mais très dépendant du prix du pétrole et du gaz auxquels la biomasse énergie peut se substituer Nucléaire – 2600 TWh* – fort potentiel « technique » et économique de développement : multiplié par 3 ou 4 (?) Hydraulique, éolien, …) – 2600 TWh* – potentiel significatif : doublé? * Sur un total de 13000 TWh, qui pourrait doubler d’ici 2050 Gap sciences animation 05

  8. Quelles contraintes ? • Trois contraintes majeures, en dehors de celles liées • aux ressources globales et à l’économie: • La fracture Nord-Sud en matière énergétique, clé du développement • La perspective du « peak oil » • Le risque climatique lié à l’effet de serre Gap sciences animation 05

  9. Tep/h Accès à l’énergie par habitant (2002) Source: informations sur l’énergie (CEA – 2005) Gap sciences animation 05 :

  10. La décroissance du pétrole vue par Chevron Le monde consomme 2 barils pour chaque baril découvert Cela doit-il être un motif d’inquiétude? Source: pub dans TIME (2006) Gap sciences animation 05

  11. Comment gérer le risque géopolitique? Ressources mondiales de gaz naturel Spource: CEDIGAZ) Gap sciences animation 05

  12. Les gaz à effet de serre • S’il n’y avait pas d’effet de serre la température moyenne de la terre serait à -18°C alors qu’elle de +15°C. • Depuis le début de l’ère pré-industrielle l’effet de serre a augmenté de 2,45 W/m2, soit 1%. C’est peu, mais est probablement la cause de 0,6 °C de hausse des températures. • Selon les scénarios de consommations d’énergie et les modèles de prévision, la hausse des températures pourrait atteindre 2 à 6 °C d’ici la fin du siècle. Source : NGÔ CEA Gap sciences animation 05

  13. tendance GIEC: Pour limiter le réchauffement à 2 °C, il faut amener les rejets à 5 GtC d’ici 2050 et 3 ou 4 d’ici 2100 GtC Les rejets mondiaux de CO2 Source : CME rapport IIASA 1995 Gap sciences animation 05

  14. D’ardentes obligations… en France comme dans le monde • Mieux utiliser l’énergie • Réduire la fracture Nord-Sud • Préparer l’après-pétrole • Limiter les émissions de CO2 …mais un risque majeur: la tentation du « chacun pour soi » Gap sciences animation 05

  15. Le contexte énergétique mondial (2050) • Mieux utiliser l’énergie, c’est d’abord limiter les besoins à 15 Gtep (+ 1% par an) au lieu de 2 à 3 % par an aujourd’hui • Réduire la fracture Nord-Sud, c’est faciliter l’accès du Sud au gaz naturel bon marché, seul capable de permettre un décollage de l’activité. • Préparer l’ « après pétrole », c’est trouver des énergies alternatives pour les transports S’il n ’y avait ni contrainte «effet de serre », ni contrainte économique, ces besoins pourraient être assurés par le charbon et les énergies renouvelables. Mais ces contraintes existent, et peuvent devenir très fortes, nécessitant une utilisation importante de l ’énergie nucléaire et du charbon avec séquestration du CO2, ceux-ci pouvant fournir chacun entre 15 et 25 % de l ’énergie mondiale. Gap sciences animation 05

  16. Besoins globaux en énergie : 9  15 à 20 Gtep (+ 1 à + 2 % par an) Rejets de CO² 75 Gt C ( - 1% par an) Energie nucléaire 6 % et fossile « propre » Energies renouvelables 6 % >> 50 % Le contexte énergétique mondial (2050) Gap sciences animation 05

  17. Quelle évolution de l’énergie en France? • Une meilleure maîtrise de l’énergie pour inverser la tendance à la hausse. • Réduire le CO2 d’un facteur 4d’ici 2050 ? (loi sur l’énergie de 2005) Pour cela: • Economiser l’énergie (negatep) • Pour les besoins de chaleur et de transports, développer • Les énergies renouvelables (bois, biocarburants, solaire…) • L’utilisation de l’électricité (véhicules hybrides, …) • Maintenir une production d’électricité sans gaz à effet serre. Gap sciences animation 05

  18. Une meilleure maîtrise de l’énergie(Mtep) Gap sciences animation 05

  19. Rejets de CO2 en France • Rejets actuels (MtC): • Production d’électricité 10 • Usages thermiques fixes 55 • Transports 50 Gap sciences animation 05

  20. Comment réduire les combustibles fossiles pour les usages fixes? • Tendance de consommation (+ 1 % par an): 87  130 • Negatep (économies…, - 1 % par an) > 58 • Bois et assimilé 10  20 • Solaire, géothermie -  13 • Énergies fossiles 67  17 • Électricité (terme de bouclage) 10  22 …mais les énergies renouvelables ne perceront que si le prix des fossiles sont suffisamment élevés ( durablement > 50 $/baril) Gap sciences animation 05

  21. Mtep 20 10 Exemples de chauffage par biomasse coûts par tep/an économisé : Investissement: 1000 à 7000 € Biomasse: 0 à 200 €/an + exploitation, entretien • 300 500 700 900 • (€/tep) Les usages thermiques : la biomasse Gap sciences animation 05

  22. Comment réduire les combustibles fossiles pour les transports? • Tendances de consommation (+ 1 % par an) 50  75 • Negatep (technologies, comportements, …) > 25 • Biocarburants (1 à 3 tep / ha) 0,5  15 • à partir de cultures: 4 à 5 Mha • à partir de bois, et déchets agricoles • Motorisations hybrides, véhicules électriques -  20 • Pétrole 50  15 …mais les biocarburants, les batteries, … posent des problèmes de faisabilité et de coûts: leur développement nécessite un prix du pétrole durablement > 100 $/baril Gap sciences animation 05

  23. biotep /ha 3 2 1 Auto énergie Auto production H2 H2 fourni Avec 5 Mha, on pourrait produire 15 Mtep de biocarburant, mais en apportant 10 Mtep d’énergie externe 1 2 apport externe d’énergie (tep/ha) Les biocarburants Gap sciences animation 05

  24. TWh Stabilisation des usages traditionnels, mais 150 à 250 TWh en substitution au pétrole Consommation d’électricité en France Gap sciences animation 05

  25. Comment augmenter la part de l’électricité? 1. la demande • Industrie – beaucoup a déjà été fait depuis 1975 • Résidentiel et tertiaire – chauffage « intelligent », • pompes à chaleur associées à l’énergie solaire • Transports • véhicules hybrides ou électriques • filière H2 ?? Gap sciences animation 05

  26. Hydraulique – 70 TWh, stable ~10 €/MWh • Nucléaire – 400 TWh,  30 €/MW h • Charbon avec séquestration CO2 50 €/MWh • Eolien – 20 TWh (?), problème de coût et de disponibilité • Autres renouvelables et cogénération ~ 20 TWh • Fossile (pointe et associé à éolien) ~ 50 TWh • Photovoltaïque: la grande inconnue >300 €/MWh } • 60 €/MWh Comment augmenter la part de l’électricité? 2. L’offre Gap sciences animation 05

  27. tendance Rejets CO2 (MtC) 120 30 Bouquet énergétique 2003 / 2050 (« énergie finale » Mtep) Gap sciences animation 05

  28. Les voies possibles à moyen et long terme et les besoins de recherche • nucléaire de fission à base 238U et Th (gén. IV) • (technologie, coût) • séquestration du CO²  charbon • (coût, efficacité énergétique, environnement) • biomasse et biocarburants • (compétition agroalimentaire, coût, environnement) • solaire photovoltaïque • (coût, stockage électricité)) • le vecteur hydrogène (production, logistique, piles à combustibles (?)) • fusion nucléaire • (faisabilité, coût, environnement) Gap sciences animation 05

  29. En résumé, au niveau mondial • Aucune voie ne peut être exclue a priori, • même si certaines seront privilégiées ici ou là en fonction des • ressources propres (ex. charbon en Chine, Inde, Etats-Unis) • La plupart des voies conduisent à une augmentation importante • duprix de l’énergie ou ne se développeront que si ce prix augmente. • C’est le cas notamment des économies d’énergie, de la plupart • des ENR, du charbon avec séquestration du CO2, des substituts au • pétrole. • l’électricité est probablement appelée à jouer un rôle majeur dans • la préparation de l’après pétrole, à condition de rester bon marché • (nucléaire?) • 4. Les constantes de temps dans le domaine de l’énergie ne doivent- • elles pas conduire à anticiper sur les augmentations de prix, comme • amorcé à Kyoto? • 5. Pour faciliter le développement des pays du Sud, la « taxe CO2 » • pourrait par exemple être fonction des rejets par habitant. Gap sciences animation 05

  30. En résumé – France : espoirs, incertitudes et inconnues • Les espoirs : un facteur 2 sur les rejets de CO2 avec les technologies existantes • Un facteur 4 sur les rejets dus aux usages thermiques • (moitié negatep, moitié énergies renouvelables) • Une faible baisse des rejets liés au transports • Le maintien d’une électricité rejetant très peu de CO2 • Les espoirs d’un facteur 4se heurtent à des incertitudes et à des inconnues : • Les incertitudes : les coûts de nouvelles technologies pour remplacer le pétrole dans les transports • Les inconnues: • technologiques (batteries, procédés hautes températures, stockage CO2) • économiques (imprévisibilité des prix du pétrole et du gaz) • politiques (Kyoto et après Kyoto, volonté au niveau mondial, européen et français) Gap sciences animation 05

  31. Gap sciences animation 05

  32. *b41g - 10Prévisions de production de pétrole et de gaz Gap sciences animation 05 (Laherrère)

  33. *b14 – 32 Electricité par source d’énergie Gap sciences animation 05

  34. Mtep 15 10 5 350 700 (€/tep) *b14 – yyLes usages thermiques : le solaire et la géothermie (avec pompe à chaleur) Exemple de géothermie solaire (coûts par tep économisé): Investissement 1250 € Electricité (pompe à chaleur) + bois 300 €/an + entretien Gap sciences animation 05

  35. Sol Sol Sol *21-05 Bilan radiatif de la Terre (moyenne annuelle) 100 W/m² réfléchis par l'atmosphère et les nuages 240 W/m² (infrarouge émis par l’atmosphère 340 W/m² VAPEUR D'EAU Atmosphère ~100 km VAPEUR D'EAU 150 W/m² EFFET DE SERRE 240 + 150 W/m² VAPEUR D'EAU 240 W/m² Source : M.I.T. RG Prinn; Energies Spring 98 Gap sciences animation 05

  36. *21-04 Le climat au XXIème siècle, selon l’IPCC Gap sciences animation 05 1995 Source : IPCC

  37. CO (ppmv ΔTemp. en °C Aujourd’hui 360 ppm 360 10 T(°C) CO (ppmv) 9 340 8 7 320 6 ? 5 300 4 3 280 2 1 0 260 -1 -2 240 -3 -4 220 -5 -6 200 -7 -8 180 -9 -160 000 -140 000 -120 000 -100 000 -80 000 -60 000 -40 000 -20 000 Temps 2000 *b21-01Évolution du CO2 et de la température sur Terre ) 2 11 D 2 Gap sciences animation 05 Source : CEA (AT-V4)

  38. 22-07 Les émissions de CO2 en France de 970 à 1999 Source : MinEFI / Observatoire de l’énergie Gap sciences animation 05

  39. *b12 - 07Énergie et santé Gap sciences animation 05

  40. *b14 - 07 Sources d’énergie primaire en France (1999) Charbon 14 Mtep 5,5 % Pétrole 99 « 37,5 % Gaz 34 « 13 % Nucléaire 88 « 33 % Renouvelables 29 « 11 % Total 264 « 100 ( 1 TWh él ~0,222 tep) Gap sciences animation 05 CEA

  41. Scénario de renouvellement Gap sciences animation 05

  42. EPR – vue d’artiste Gap sciences animation 05

  43. Les systèmes de sûreté sont installés dans 4 bâtiments séparés (redondance 4) Gap sciences animation 05

  44. Protection contre la chute d'avion Gap sciences animation 05

  45. *b32 – 02 Comparaison des coûts de production d’électricité (Finlande, taux d ’intérêt 5 %)* Gap sciences animation 05 (Tarjanne - 2002)

  46. Une nouvelle génération, pourquoi faire? • Deux objectifs majeurs: • Multiplier les ressources, en « brûlant » U 238 et (ou) thorium • Diviser au moins par 10 les déchets à vie longue tout en conservant le haut niveau actuel de sûreté, en restant compétitifs avec les autres énergies et en ouvrant de nouveaux débouchés. Ce sont les conditions d’un développement durable de l’énergie nucléaire au niveau mondial. Gap sciences animation 05

  47. Une nouvelle génération : comment? • Deux voies principales: • Uranium 238 : réacteurs à neutrons rapides • Thorium: réacteurs à neutrons thermiques Dans tous les cas, on « produit » autant d’atomes fissiles qu’on en consomme et on les récupère dans une opération de retraitement: on fonctionne en cycle fermé. En France, Phénix et Superphénix ont été des réacteurs de « Quatrième génération » avant la lettre. L’usine de retraitement de La Hague ouvre également la voie. Gap sciences animation 05

  48. Une nouvelle génération : quand? Gap sciences animation 05

  49. Les déchets fortement radioactifs ou à vie longue liés au nucléaire • De quels déchets parle-t-on ? • quelques produits de fission à vie longue (I 129, Cs 135, …) • les produits de fission fortement radioactifs • les actinides mineurs (Np, Am, Cm) • Faut-il : • les diluer et les rejeter? • les concentrer? Et les entreposer, ou les stocker? • les détruire? Gap sciences animation 05

  50. Les déchets nucléaires • La loi Bataille de 1991 aborde bien l’ensemble de • la problématique déchets : • axe 1: explore les possibilités de destruction partielle (séparation – transmutation) • axe 2 : explore les possibilités de stockage définitif (stockage géologique) • axe 3 : explore les possibilités de l’entreposage (quelques siècles) Elle n’aborde pas la phase amont: la séparation et le recyclage du plutonium, matière jugée réutilisable Gap sciences animation 05

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