1. Macro Energie 2013
MACRO ENERGIE
LE PROBLÈME ENERGÉTIQUE MONDIAL
Planning du cours
• 11 janvier: Introduction (F. Buret)
• 18 janvier: Charbon (M. Valdelièvre)
• 25 janvier: Pétrole/gaz (Eric de Merville)
• 1 février: Uranium (B. Esteve)
• 8 février : Cycle carbone/impact sur l'environ. (T.
VOGEL )
• 15 février: Politique Energétique (A. Bredimas)
• 22 février: BE SIMAPRO Groupe 1
• 8 mars: BE SIMAPRO Groupe 2
2
1

2. Macro Energie 2013
Contrôle des connaissances
• Test final: coeff. 0,7
– QCM, question de synthèse et exercices d ’application
directe du cours.
– Documents 8 feuilles A4 recto‐verso manuscrites
manuscrites
• Etude bibliographique: coeff. 0,2
– par groupe de 2 (environ 8 h de travail)
• CR du BE et participation: coeff. 0,1
– 1 BE sur l ’i
’impact environnemental
t i t l
3
Sommaire
• Généralités
– Définitions
– Filières énergétiques
• Energies primaires
• Photographie de la situation actuelle
– Structure de la consommation
– réserve
– quelques éléments de réflexion
4
2

3. Macro Energie 2013
Introdution
Généralités
– Définitions
– Filières énergéti‐
ques
– Architecture
Energie primaire
Energie primaire
– Problème
énergétique
– Les ressources
GÉNÉRALITÉS
– Les unités
– Bilan de
consommation
Situation actuelle
– Carac. conso
– Tendances • Définitions
– Réserves
Eléments de
réflexion
• Filières énergétiques
5
Définitions
• Energie: plusieurs acceptions du terme
– Point de vue du physicien
• L'énergie est une grandeur physique qui traduit la capacité à
transformer l’état d ’un système
la grandeur physique fondamentale des actions intra et inter systèmes
la grandeur physique fondamentale des actions intra‐ et inter‐systèmes
unité: Joule (J)…….(très petit)
• L’énergie est multiforme
• Les lois physiques permettent
– de définir le contenu énergétiques de ces formes d ’énergie et en ce sens
seulement elles sont « équivalentes »
ex: équivalence travail‐chaleur
1er principe: l ’énergie se conserve
– de donner une limite à la transformation d’une forme d ’énergie en une
g
autre.
Ex: rendement de la transformation chaleur‐travail est bornée
2ème principe: entropie d ’un système isolé est croissante
– Les formes ne sont donc pas strictement équivalentes du point de vue
de leur valeur d ’usage.
– De manière commune on peut attribuer une qualité à une forme
d’énergie.
6
3

4. Macro Energie 2013
Définitions
– Point de vue économique:
1 ) Les énergies finales qui correspondent aux usages
finaux
• Travail mécanique
• Chauffage
• Eclairage
• Support de l ’Information
7
Définitions
2°) Les énergies secondaires
• énergies que l’on utilise pour produire un mouvement
(travail), de la chaleur, de la lumière (énergie finale).
• énergie utilisée et « achetée » par l’utilisateur final
énergie utilisée et « » par l utilisateur final
• Correspond à la consommation finale (cf bilan énergétique)
• n’existent pas à l’état naturel, issues d’une transformation
/traitement / transport
Unité: kWh, volume…. (unité technico‐économique)
3°) Les énergies primaires (ressources)
• Energies disponibles naturellement dans notre environ‐
nement
• On parle d ’énergies primaires: fossiles ou renouvelables
Unité: tep (toe) +…..
tonne équivalent pétrole
8
4

5. Macro Energie 2013
Filières énergétiques
• Des énergies primaires aux usages finaux
Energies
primaires • produits pétrolier raffinés
• électricité
• vapeur
• air comprimé
• …..
Energies • hydrogène
secondaires
vecteur énergétique
e te r éner étiq e
• transportable
• fractionnable
• stockable (≈)
Energies finales usage
9
Filières énergétiques
• Une filière énergétique est caractérisée
– par un rendement
• rendement intrinsèque de(s) des transformations pour
atteindre l énergie d usage (mécanique, thermique….)
atteindre l ’énergie d ’usage (mécanique, thermique….)
• énergie nécessaire aux différents process (extraction,
transformation, transport…)
• énergie nécessaire à la construction de l ’infrastructure
– un impact sur l ’environnement
• un appauvrissement des ressources
• emprise au sol
emprise au sol
• déchets et effluents éventuellement polluants (utilisation et
fabrication)
– GES (gaz à effet de serre: CO2….), N0x ; rejets thermiques
– déchets radioactifs
10
5

6. Macro Energie 2013
Filières énergétiques
• Comparaison des filières…difficiles
– Vision « du puits à la roue »
11
Filières énergétiques
– Collision entre des visions universalistes/ nationales/
individuelles.
Exemple: est‐il raisonnable de faire du chauffage
domestique avec l électricité comme énergie
domestique avec l’électricité comme énergie
secondaire ?
• Non, d’un point de vue thermodynamique si l’électricité est
produite en utilisant la chaleur
• Pourquoi pas, si
– ressource abondante et locale (hydroélectrique)
– ressources sécurisées : approvisionnement, stockage (uranium….)
• Pourquoi pas puisque
– Le transport de l’électricité est plus performant que le transport de la
chaleur (cas d’une source de chaleur abondante…géothermie HT)
12
6

7. Macro Energie 2013
Introdution
Généralités
– Définitions
– Filières énergéti‐
ques
– Architecture
Energie primaire
– Problème
énergétique
ENERGIE PRIMAIRE
– Les ressources
– Les unités
– Bilan de
consommation
Situation actuelle
– Carac. conso
– Tendances
• Problème énergétique
– Réserves
Eléments de • Les ressources
L
réflexion
• Les unités
• Bilan de consommation
13
Problème énergétique ?
• Vision très théorique
– au sens physique du terme, il n’ y a pas de pb
énergétique
– mais dégradation de l ’énergie vers sa forme basse
mais dégradation de l énergie vers sa forme basse
qualité (chaleur)
• La terre est un système ouvert
– échange d ’énergie très important avec son
environnement (rayonnement)
– échange de matière (très peu)
échange de matière (très peu)
• Le problème énergétique concerne les énergies
primaires:
• Epuisement des stocks
• La possibilité d’utilisation des flux 14
7

8. Macro Energie 2013
Les ressources
• Fossiles (énergies de stock)
– Charbon
– pétrole/gaz conventionnels
– minerai matériau fissible
minerai matériau fissible
– schiste bitumineux, gaz de schiste, hydrates de méthane
– Minerais contenant des isotopes pour fusion/fission
nucléaire
• Renouvelables (énergies de flux)
– hydraulique
y q
– éolien la plupart des énergies primaires sont
– biomasse d ’origine solaire mais à des échelles de
– solaire temps très différentes
– géothermie
15
Les unités
•L ’unité de référence: tep/toe
1Mtep = 41,868.1015 J = 41,868 PJ
– 3 à 5 supertankers
– traduit le fait que notre approvisionnement en énergie est
traduit le fait que notre approvisionnement en énergie est
basée sur le pétrole
• mais aussi
– Btu (British thermal unit) MBtu = 1,0551 GJ = 0.02519
tep
– tec (tonne équivalent charbon) Mtec = 0,7 Mtep = 29307 TJ
( q ) , p
– Wh (watt heure) TWh = 3600 TJ = 85,98 ktep
• également (unité de volume/masse) Anglo‐saxons
– baril = 158,98 litres cubic feet = 28 litres •billion = 109
– short ton = 0,907 tonne •quadrillion = 1015
http://www.iea.org/stats/unit.asp 16
8

9. Macro Energie 2013
Evaluation de l’énergie primaire
• Equivalence énergétique
méthode du contenu calorifique brut (PCS)
(Gross Heat Content)
PCI/PCS
pouvoir calorifique supérieur (PCS) = dégagement maximal théorique de la chaleur lors de la combustion, y
compris la chaleur de condensation de la vapeur d’eau produite
pouvoir calorifique inférieur (PCI) = PCS moins la chaleur de condensation de l’eau supposée restée à l’état de
vapeur à l’issue de la combustion.
Gaz naturel: 0,9 Charbon: 0,95…0,98 Pétrole: 0,92…0,93
– pas de pb pour les combustibles
– nucléaire, éolien, hydraulique ?
• Nucléaire: énergie thermique dégagée par la réaction
nucléaire
• Eolien, hydraulique
– équivalence énergétique directe
– ou avec un coefficient (dépend des pays, organisme)
17
Equivalence énergétique
• Contenu calorifique différent suivant les origines
Variation de l ’ordre de 10%
3 bruts de référence pour les prix:
Brent, WTI (West Texas Intermediate),
Arabian Light
18
9

10. Macro Energie 2013
Bilan énergétique‐France
• Coefficient d’équivalence français
1 MWh = 3,6 GJ = 0,086 tep; 1 tep ≈ 42 GJ Source: DGEMP http://www.industrie.gouv.fr/energie 19
Bilan énergétique‐France
France 2011
France 2011
20
10

11. Macro Energie 2013
Bilan énergétique ‐ France
• Consommation d’énergie finale par secteur
– 1er poste: Résidentiel et tertiaire 40%
– 2ème poste: Transport 30%
21
Introdution
Généralités
– Définitions
– Filières énergéti‐
ques
– Architecture
Energie primaire
– Problème
énergétique
SITUATION ACTUELLE
– Les ressources
– Les unités
– Bilan de
consommation
Situation actuelle
– Carac. conso
– Tendances
• Caract. de la consommation
– Réserves
Eléments de • Tendances
réflexion
• Réserves
22
11

12. Macro Energie 2013
Caract. de la consommation
• Répartition de l ’utilisation des ressources d’éner‐
gies primaires (Monde‐2011)
Pétrole + gaz + charbon = 87% BP 2010
23
Caract.de la consommation
• Atteinte à l’environnement (au climat)
25
tep/hab/an
20
tCO2/hab/an
15
10
5
0
C il
ti
R e
m
de
V i i ne
Ja A
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M ie
e
de
F n
go
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n
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on
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To
U
H
h
us
B
et
m
or
N
24
12

13. Macro Energie 2013
Caract. de la consommation
• Consommation annuelle par individu (tep)
12
10
8
6
4
2
0
Monde USA France Chine Côte Russie Norvège
d'Ivoire
Que représente 2 tep/hab et par an ?
25
Caract. de la consommation
• Répartition par pays des consommations /tête
(2011)
workbook 2012
26
13

14. Macro Energie 2013
Evolution
• Evolution de la consommation mondiale d ’énergie
primaire (Gtep)
12000
USA: 19%
10000 (300Mhab)
UE25: 14%
(580 Mhab)
8000 OCDE: 46,7%
France: 2,2%
6000
Chine: 20%
Afrique: 3,2%
(900 Mhab)
4000
12 Gtep
12 Gtep
180 à 200 Mtep/an
2000
0
1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 BP: worbook 2010
2008: 11315 Gtep – 2009: 11164 Gtep – 2010: 12002 Gtep – 2011:12274 GTep
http://www.eia.doe.gov/emeu/international
27
Evolution
• Evolution de la consommation d’énergie primai‐
re/PIB de 1971 à 2007 (source AIE WEO 2009)
Mtep
28
14

15. Macro Energie 2013
Evolution
• Energie primaire PIB (1965/2011)
Source: Jean‐Marc Jancovici
29
Evolution
• Corrélation consommation d’énergie/PIB
Exemple d’info
« bizarre »
k USD/an/hab
30
15

16. Macro Energie 2013
Evolution
• Couplage Consommation/PIB (court terme)
31
Evolution
• une croissance très forte dans certains pays:
• Chine, Inde
32
16

17. Macro Energie 2013
Réserves
• Quelle échéance ?
workbook 2012
A consommation
constante !
33
Réserves
• “Pic oil” – théorie de Hubert
?
www.oilcrisis.com
www.oilcrisis.com
34
17

18. Macro Energie 2013
Réserves
• Localisation des réserves de pétroles
workbook 2012
35
Réserves
• Localisation des réserves de charbon
workbook 2012
36
18

19. Macro Energie 2013
Réserves
• Localisation des réserves de gaz
workbook 2012 Gaz de schiste ?
37
Premier bilan
– Plus de 12 Gtep consommés par an.
– consommation significative depuis le milieu du 19ème
siècle.
– les principales ressources utilisés sont les combustibles
les principales ressources utilisés sont les combustibles
fossiles (> 80%).
– part des EnR marginale.
– une consommation très inégalitaire
– une augmentation régulière depuis le milieu des années 40
200 Mtep/an
200 Mtep/an
– qui continue à croître dans les pays développés (entre 1 et
2% an).
USA 1970: 1600 Mtep 2011: 2269 Mtep
France 1970: 155 Mtep‐52Mhab 2011: 271 Mtep‐65Mhab
38
19

20. Macro Energie 2013
Premier bilan
– une tendance à un accroissement + rapide
(démographie et développement industriel des pays
émergents)
– des réserves qui s’épuisent rapidement; échéance de
des réserves qui s épuisent rapidement; échéance de
l ’ordre d’une génération pour le pétrole
– un appel au charbon en augmentation
– un impact certain sur notre environnement avec des
conséquences difficilement prévisibles (a priori
néfaste)
éf t )
– une localisation des ressources « particulières »
logistique, problème géopolitique
39
Introdution
Généralités
– Définitions
– Filières énergéti‐
ques
– Architecture
Energie primaire
i i i
– Problème
QUELQUES ÉLÉMENTS
énergétique
– Les ressources
– Les unités
DE RÉFLEXION
– Bilan de
consommation
Situation actuelle
– Carac. conso
– Tendances • Energie et développement
– Réserves
Eléments de
réflexion
• Tendances
• Enjeux
40
20

21. Macro Energie 2013
Energie et développement
• Le développement est indissociable de la
consommation énergétique
– de combien d’ « esclaves » disposons nous ?
• énergie utile que peut fournir un homme (costaud) 0,8
kWh/jour
• énergie que peut fournir un cheval 5 kWh/j
• 1l de pétrole
– 1,5 euros avec les taxes = 15 mn du SMIG horaire
– 38MJ = 10 kWh (thermique) ‐‐‐> 5 kWh d ’énergie mécanique
38MJ 10 kWh (thermique) 5 kWh d énergie mécanique
– 6 « équivalent esclaves »*
– le développement n’est possible qu ’avec 1 à 2
tep/hab/an (ONU/UNESCO)
41
Energie et environnement
• Effort à faire /teneur en CO2 pour un dévelop‐
pement durable
Production de C02 par habitant en tonne équivalent carbone (2003) UNFCCC
42
21

22. Macro Energie 2013
Energie et Environnement
• Emissions de CO2. Qu’est‐ce que cela représente ?
Avec les technologies actuelles, une des utilisations
suivantes est suffisante pour utiliser notre quota carbone
individuel dans le cadre d un développement durable:
individuel dans le cadre d ’un développement durable:
– Aller‐retour par avion de Paris à New‐York,
– ou 5000 à 6000 km en voiture en ville avec une petite
voiture,
– ou consommation de 3700 kWh d’électricité en GB, 3200
kWh en Allemagne mais 24000 kWh en France.
– ou 8000 kWh de process industriel,
k hd d l
– ou acheter 50 à 500 kg de produits manufacturés,
– ou construire 4 m2 de maison ou de bureau,
– ou brûler 7200 kWh de gaz (environ deux mois de
chauffage d ’une maison en France)
43
Prospective
• Les études prospectives conduisent à des scéna‐
rios de croissance des besoins énergétiques pour
le siècle prochain
– la prolongation des tendances actuelles n’est pas
soutenable ( x 5 )
– solidarité et sobriété volontaristes conduisent quand
même à x 2
– le scénario moyen « réaliste ? » conduit à x 3 (35 Gtep)
• Les investissements à effectuer sont très impor‐
tants
– le contexte de dérégulation est‐il favorable à la mise en
place de politique à long terme ?
44
22

23. Macro Energie 2013
Prospective
• Investissement dans le secteur de l’énergie –
scénario de référence de l’AIE (BAU)
45
Enjeux
• Comment maintenir un niveau de développement
où accéder au développement sans dégrader la
planète ?
Les énergies de flux peuvent‐elles à termes subvenir à nos
besoins ?
• Comment gérer la transition énergétique (il y a
urgence)
Peut on effectuer la transition suffisamment rapidement ?
Peut‐on effectuer la transition suffisamment rapidement ?
46
23

24. Macro Energie 2013
ENR
• Potentiel des ENR
– le solaire (rayonnement) possède ce potentiel à long
terme…..
– le potentiel des ENR classiques (hydraulique, éolien,
hydrolien…) ne permet pas de couvrir nos besoins.
• Transition
– Forte inertie des filières énergétique (ressources et
Forte inertie des filières énergétique (ressources et
utilisation).
– Exemple ENR/versus Nucléaire: le nucléaire à lui seul
n’est pas capable de prendre en charge l’augmentation
de la consommation.
47
Conclusions
• Le « développement « humain est intrinsèque‐
ment lié à la consommation énergétique
• consommation rapide (de plus en plus) de nos
réserves (à l’échéance de quelques décennies )
• pas de solution simple (éolienne, biocarburants…)
• développement certain du charbon
• impact environnemental de l’énergie
• la conscience du problème n’induit pas l’action
nécessaire (voir les 40 dernières années) car les
signaux économiques ne sont pas toujours
pertinents
48
24

25. Macro Energie 2013
Conclusions
• Signaux économiques
(court terme ?)
Le monde : 29/11/2012
49
Conclusions
« Les prévisions à long terme en matière de consommation d'énergie
ne permettent pas de douter de l'apparition d'une pénurie de
produits pétroliers et de gaz naturel, à un horizon relativement
proche, puisqu'il se situe au tournant du siècle, en tous cas bien
avant 50 ans. Il convient donc de ne pas gaspiller les énergies
fossiles dont l'emploi à long terme restera indispensable pour des
usages spécifiques, chimie notamment: la transformation en
chaleur de produits offrant tant d'autres ressources est une
hérésie »
Polycopié d’Energétique de l’Ecole des Mines (1973) – Persoz
• Le problème énergétique est un des aspects d’un
problème plus général qui est celui des ressources:
eau, terres agricoles, minerais…
Ex du cuivre: R/P = 40 ans
bon courage ! 50
25

26. Macro Energie 2013
Bibliographie
• http://www.bp.com
• http://www.iea.org
• http://www.eia.doe.gov/
• http://europa.eu/pol/ener/index_fr.htm (CE)
• http://www.energy.eu/
• http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/
• http://www.ipcc.ch/ (GIEC/IPCC)
• http://millenniumindicators.un.org
• http://www.manicore.com
» site de J‐M Jancovici (expert) ‐ livre « Le plein s ’il vous plaît » Le Seuil
site de J M Jancovici (expert) livre Le plein s il vous plaît Le Seuil
• http://www.developpement‐durable.gouv.fr
• http://www.wise‐paris.org/
• Perspectives énergétiques mondiales Techniques de l ’ing. BE8515
• http://www.negawatt.org/
51
26