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L’énergie :. - habitat (chauffage et consommation électrique) - transports - production industrielle et agricole - santé contraintes fortes et croissantes… risque de manquer. unités. le joule le kWh, le litre. consommation mondiale :

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Presentation Transcript
l nergie
L’énergie :

- habitat (chauffage et consommation électrique)

- transports

- production industrielle et agricole

- santé

contraintes fortes et croissantes…

risque de manquer.

unit s
unités
  • le joule
  • le kWh, le litre.
  • consommation mondiale :
    • La tonne équivalent pétrole: 1tep(= 12000 kWh = 12 MWh)

 consommation moyenne 1,7 tep par an

      • le français moyen consomme 4.2 tep
      • L’américain > 20 tep

consommation globale annuelle dans le monde :

10 Gtep(2002)

energie
Sources d’énergie

énergies non-renouvelables

pétrole

gaz

charbon

nucléaire (uranium, autres?)

énergies renouvelables

hydroélectrique

éolien

solaire

biomasse

géothermique

marées ou hydrauliques

Formes d’énergie

chaleur

chaleur puis « mieux »

travail (moteurs)

électricité

pb du rendement thermo.

« mieux »

travail

électricité

pas de pb de rendement thermodynamique

Energie
slide4

L'intérêtdes machines de Carnot réside dans le théorème de Carnot:

Aucune machine ditherme ne peut être plus efficace qu'une machine

de CARNOT fonctionnant entre les deux mêmes sources.

energie d o vient elle
Energie: d’où vient-elle?
  • Energies fossiles: les diverses productions
energie6
Energie
  • Energies: fossiles ou renouvelables ?
    • La situation d ’aujourd’hui
slide8

Resources Naturels

Pétrole et gaz

slide9

Kerogène

Phytoclast

slide13

Pétrole et gaz

Scénario 2004

NGL : natural gaz liquids

1 baril = 159 litres

slide14

Accentuation de la demande,

Diminution des découvertes

slide15

Pour le futur, on sait :

- que la consommation mondiale va croître

- que le pétrole va s’épuiser rapidement

  • Sur quoi peut-on compter ?

- le charbon (réserves ultimes: 1400 ans)

- le nucléaire fission(réacteurs rapides: réserves 14000ans)

- la fusion (réserves infinies)

- le solaire (ressources immenses)

- les autres sources renouvelables resteront marginales

energie d o vient elle bilan avantages inconv nients limites
Energie: d’où vient-elle? bilan avantages - inconvénients -limites
  • Energies non renouvelables
energie nucl aire fission les probl mes r soudre
Energie nucléaire fission: les problèmes à résoudre
  • monter les températures
  • brûler 238U ou/et 232Th
  • multiplier les protections (coques)
  • stocker les déchets de façon sûre
  • produire moins de déchets
  • les détruire
  • rendements
  • réserves
  • sûreté
  • déchets

Etat actuel des technologies

l autre nergie nucl aire la fusion
L’autre énergie nucléaire : la fusion

les promesses de la fusion

    • réserves infinies en deutérium !
    • peu de déchets
  • un objectif encore non atteint
  • des progrès constants mais lents
  • deux voies possibles
    • fusion inertielle

densités atteintes:30 fois celle de l’eau

    • tokamaks
  • installations actuelles majeures en Europe:
    • Méga-joule (Bordeaux)
    • JET (Oxford) et Tore supra (Cadarache)
  • installation prévue : ITER
  • échéance : 50-100 ans : c’est loin...
energie d o vient elle bilan avantages inconv nients limites19
Energie: d’où vient-elle? bilan avantages - inconvénients -limites
  • Energies renouvelables
le point sur le solaire
Le point sur le solaire
  • Proportions

1/10000 (<1%)

1 à 3%

3/10000

3/1000

100%

dispersé

dispersé

concentré

dispersé

dispersé

  • Le solaire : il est partout
    • L’éolien :
    • La biomasse :
    • L’hydraulique :
    • La houle :
    • Le solaire :
    • Le pétrole, le gaz, .. c’est du solaire que la nature a su stocker
    • Seules les marées (l’attraction lunaire) et la géothermie (la radioactivité de la terre) ne viennent pas du solaire…
  • Puissances dispo

Solaire* : 200 W/m2

Géothermique : 0.06 W/m2

Marées (France)**: 0,2W/m2

* Moyenne sur toute la planète au niveau du sol

** Côtes françaises rapportées à la surface du pays

  • Les meilleures sources d’énergie renouvelable sont l’hydraulique (concentré) et le solaire lui-même.
energies renouvelables et lectricit nergie totale
Energies renouvelables et électricité (énergie totale)
  • Une comparaison avec nos voisins

* Corrections rendement incluses

slide22

Le solaire thermique:

  • Il est essentiel de le développer pour chauffer les habitations individuelles.
      • Une maison de 100 m2 reçoit en moyenne plus de 20kW d’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 pour assurer l’ensembledu chauffage et de l’eau sanitaire est un non-sens
      • Se chauffer exclusivement à l’électricité fait partie du gaspillage : pour délivrer 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 le font déjà)

*4000€ :eau chaude pour 4 personnes; 15000€ pour équiper (eau chaude+chauffage) un pavillon de 120m2: amortissement: 10ans.

        • un développement au niveau industriel: design, normes, formation des architectes et service après vente
        • Il n’y a pas de verrou technologique majeur.
slide23
Le solaire photovoltaïque :
      • Son premier problème : le coût
        • 1 kWh solaire = 30 c€ (raccordement au réseau) ou 60 c€ (non raccordement : problème du stockage) avec une durée de vie est de 25 ans.
        • 1 kWh gaz ou nucléaire = 2,5 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
          • couches minces (CIS)
        • nouvelles méthodes de production des capteurs actuels au Si:
          • procédéà« lit fluidisé »
          • coulée continue en creuset froid
          • cellules à concentration
      • Tant qu’on ne sait pas stocker l’électricité cette solution restera marginaledans les pays développés
      • Malgré tout les Allemands font un gros effort:
        • 500MW actuellement installés; objectif de 5500MWcrête en 2010; 100000 toits.
        • Prix d’achat: 62c€ par kWh
        • Coût d’installation pour un pavillon de 120m2: 40000€; 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)
slide24

Solaire électrique

  • Le second problème du solaire photovoltaïque est celui de l’intermittence qui pose le problème du stockage de l’électricité
  • Ce problème est plus général : on a besoin de stockerl’énergie dans de nombreux cas…
  • En particulier dans le cas des transports
slide25

Les transports

  • disparition des carburants actuels
  • nécessité de moins polluer en ville
    • essence artificielle produite à partir du charbon ?
      • - effet de serre
    • rôle accru de l’électricité

- on la produit comment ? Le nucléaire est le mieux placé

    • hydrogène : un nouveau carburant
      • mais ce n’est pas une source d’énergie
      • production à partir du solaire, du charbon ou du nucléaire
demain l hydrog ne
Demain l’hydrogène ?
  • Production : rendement à améliorer
    • électrolyse
    • thermoproduction
    • bioproduction
  • Source primaire
    • solaire
    • nucléaire
  • Stockage
    • (basse température)
    • compression
    • hydrures métalliques
  • Utilisation
    • pile à combustible
    • combustion
la biomasse ne peut remplacer l ensemble du p trole
La biomasse ne peut remplacer l’ensemble du pétrole
  • La biomasse c’est:
    • Le bois
    • Le biogaz (méthane ou Gaz Naturel Véhicules)
    • Les huiles végétales (colza, tournesol) ou dérivés (diester ou Ester Méthylique d’Huile Végétale)
    • L’alcool (betterave, canne, blé) ou dérivés (Ethyl Tertio Butyl Ether)
  • La biomasse est insuffisante pour remplacer l’ensemble du pétrole
    • Rendements: 1 à 2 tep/Ha pour biogaz ; 0,75 tep/Ha pour diester ou bioéthanol
    • 10% des carburants routiers français à partir du diester ou du bioéthanol = 30 à 40% de l’ensemble des terres agricoles
    • 50% des carburants routiers français = totalité de la forêt française
    • 40% des carburants routiers mondiaux = ensemble des terres arables
  • La montée de la production de bioéthanol
    • Europe : objectif très ambitieux: mobilisation de 4 Mha en 2010 : 20Mtep de bioéthanol (8% de la consommation française; 7% de la surface de la France)
    • Injection de ces biocarburants dans les carburants liquides (10%)
    • Prix actuel: 3 fois le prix du pétrole
  • Nécessité d’adapter les moteurs à ces carburants
  • Nécessité de régler les questions d’ordre « purification »
  • Programme « énergie » au CNRS et au MRT
les volutions pr visibles de la biomasse
Eléments additionnels pour la France:

Bioéthanol (ajout à l’essence)

Défiscalisation 380€/m3

25000ha consacrés

309000ha de blé et 62000ha de betterave (3,9% des surfaces disponibles) nécessaires pour atteindre 5,75% en teneur de biocarburants

Aide européenne : 45€ à l’hectare

Diester (biodiesel)

Défiscalisation 350€/ha

300000ha consacrés

Montée possible à 800000ha (selon la profession)

Les évolutions prévisibles de la biomasse
les volutions pr visibles de la biomasse29
Eléments additionnels pour la France:

Bioéthanol (ajout à l’essence)

Défiscalisation 380€/m3

25000ha consacrés

309000ha de blé et 62000ha de betterave (3,9% des surfaces disponibles) nécessaires pour atteindre 5,75% en teneur de biocarburants

Aide européenne : 45€ à l’hectare

Diester (biodiesel)

Défiscalisation 350€/ha

300000ha consacrés

Montée possible à 800000ha (selon la profession)

Les évolutions prévisibles de la biomasse
la croissance forte de l olien dans le monde et en france source ademe
La croissance forte de l’éolien dans le monde et en France (source : ADEME)
  • Monde : croissance 30% par an
    • 18000 MW installés en 2000
    • 6000 MW ajoutés en 2001
  • Europe :
    • 22000 MW début 2003
      • 12000 MW en Allemagne
      • 4144 MW en Espagne
      • 2800 MW au Danemark
  • France :
    • 68 MW en 2000 sur une quinzaine de sites
    • 147 MW fin 2002
    • 300 MW sur 40 sites en 2003
    • 4000 MW en 2006
    • 12000 MW en 2010, c’est-à-dire de l’ordre de 5000 à 10000 grosses éoliennes (respect des 21%)
    • potentiel français à terre: 70TWh (13% de l’électricité, 6% de l’énergie totale consommée*)

*correction rendement incluse

  • Attention : le rendement moyen d’une éolienne n’est 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)
la croissance forte de l olien dans le monde
La croissance forte de l’éolien dans le monde
  • Quelques autres données sur l’éolien :
    • Puissance installée 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 au Danemark: 2800MW
      • jusqu’à 20% de l’électricité, mais moins de 9%* de l’énergie totale consommée.
  • Les dimensions :
    • 600kW:
      • mât de 28mètres
      • diamètre de 30mètres
    • 3MW (Dewi):
      • mât de 92 mètres
      • diamètre de 80 mètres
  • Les prix :
    • ils sont raisonnables (0,04-0,06€/kwh)
  • Le développement du « off-shore »: projets
    • 20 turbines de 1MW au large de Copenhague.
    • 200 éoliennes de 5MW en mer Baltique
energies renouvelables et lectricit nergie totale32
Energies renouvelables et électricité (énergie totale)
  • Une comparaison avec nos voisins

**Pays très émetteur de gaz à effet de serre; chiffres 1999

* Corrections rendement incluses

slide33

Quelques réflexions sur la consommation totale

  • Peut-on réduire la consommation totale ?
  • Au niveau du monde: la réponse 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 téléviseurs…, extinction des appareils non utilisés)
    • choix des moyens de transport et des lieux d’habitat:
      • ● 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 : - un changement de mentalité

- un changement dans les structures de l’habitat

pour conclure
Pour conclure…
  • Il n’y a pas de solution miracle
  • L’avenir passe par le déclin du pétrole
  • L’avenir passe par les ressources limitées des énergies renouvelables hors solaire
  • A moyen terme, l’éolien va se développer
  • L’avenir passe par des solutions complémentaires ajoutées les unes aux autres: l’eau 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’énergie,

à l’hydrogène comme vecteur et moyen de stockage,

(mais l’hydrogène s’imposera lentement…..)

… et …

  • à l’efficacité énergétique et aux économies d’énergie que nous pouvons tous réaliser dès aujourd’hui !!!!
    • une télévision en veille consomme plus que cette télévision allumée 3 heures par jour?
    • une lampe allumée par français nécessite 3 à 4 réacteurs nucléaires?
    • le train sur un trajet long coûte 10 fois moins d’énergie que prendre sa voiture (passager unique)?
    • l’isolation thermique des habitations?
slide37

Bilan Mondial

Université Paris Dauphine 6 Mai 2003

slide38

Situation en France

Université Paris Dauphine 6 Mai 2003

slide44

Situation en France

Université Paris Dauphine 6 Mai 2003

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Électricité

  • L’électricité : 1ère ressource énergétique utilisée en France

Structure de la consommation d’énergie en France

Source : INSEE, septembre 2002

Université Paris Dauphine 6 Mai 2003

slide46

Contraintes

  • contraintes scientifiques
    • L’énergie ne se crée pas
    • balance besoins - réserves/ressources
    • problèmes de rendements, de stockage
    • ….
  • contraintes économiques
    • coûts
  • problèmes d’environnement
    • pollution, déchets, effet de serre,…
  • contraintes politiques
    • indépendance énergétique
    • engagements pris vis-à-vis de partenaires
  • contraintes sociologiques
    • acceptabilité par le public

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