L’énergie : un problème majeur pour demain….

1. L’énergie : un problème majeur pour demain…. • car nous en avons besoin dans tous les compartiments de notre vie • - habitat (chauffage et consommation électrique) • - transports • - production industrielle et agricole • - santé • car les divers modes de « production » d’énergie obéissent à des contraintes fortes et croissantes… • …et que l’énergie risque de manquer.

2. Les 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 • Tous les modes de « production » d’énergie ont des inconvénients : il faut choisir les moindres • La recherche a un rôle important à jouer : elle peut lever certains verrous technologiques 7

3. Energie: unités • L’unité légale: le joule • Les unités utiles pour le citoyen: le kWh, le litre. • Les unités utiles au niveau de la consommation globale : • La tonne équivalent pétrole: 1tep(= 12000 kWh)  C’est un bon ordre de grandeur de la consommation individuelle par an  l’homme de cette terre consomme 1,7 tep par an  le français moyen consomme 4.2 tep  cette consommation pourrait être réduite de moitié : il y a gaspillage • Au niveau du monde:1 Gtep consommation globale annuelle dans le monde : 10 Gtep(chiffres de 2002)

4. Energie: comment la consomme-t-on?

5. Energie: comment la consomme-t-on?

6. Sources d’énergie énergies non-renouvelables pétrole gaz charbon nucléaire (uranium, autres?) énergies renouvelables hydroélectrique éolien solaire biomasse géothermique marées ou hydrauliennes Formes d’énergie chaleur chaleur puis « mieux » travail (moteurs) électricité pb du rendement thermo. « mieux » travail électricité pas de pb de rendement thermodynamique Energie: d’où vient-elle aujourd’hui?pour faire quoi?

7. Energie: d’où vient-elle? • Energies: fossiles ou renouvelables ? • La situation d ’aujourd’hui

8. Energie: d’où vient-elle? • Energies fossiles: les diverses productions

9. Energie: d’où vient-elle? bilan avantages - inconvénients -limites • Energies non renouvelables

10. Energie: d’où vient-elle? bilan avantages - inconvénients -limites • Energies renouvelables

11. 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 il pollue :séquestration nécessaire il fait des déchets :peut-on les détruire? elle n’est pas réussie :la réussira-t-on? il est trop cher :que peut-on faire? …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …oui mais…

12. Le charbon et l’effet de serre • - l’effet de serre existe et il croît • - tout ce qui brûle y contribue sauf la biomasse • - il faut apprendre à séquestrer le CO2: • ● dans les anciens gisements • ● problèmes du transport • - cet état de fait impliquera que l’on centralise les combustibles à effet de serre. ● Modification profonde des transports ● ferroutage et abandon de l’essence pour les voitures

13. 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(réacteurs rapides: réserves 14000ans) • - la fusion(réserves infinies) • - le solaire(ressources immenses) • - les autres sources renouvelables resteront marginales il pollue :séquestration CO2 nécessaire il fait des déchets :peut-on les détruire? elle n’est pas réussie :la réussira-t-on? il est trop cher :que peut-on faire? …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …oui mais…

14. 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 Propositions: génération IV

15. 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(réacteurs rapides: réserves 14000ans) • - la fusion(réserves infinies) • - le solaire(ressources immenses) • - les autres sources renouvelables resteront marginales il pollue :séquestration CO2 nécessaire il fait des déchets :peut-on les détruire? elle n’est pas réussie :la réussira-t-on? il est trop cher :que peut-on faire? …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …oui mais… 44

16. L’autre énergie nucléaire : la fusion (comme dans les étoiles) 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...

17. 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(réacteurs rapides: réserves 14000ans) • - la fusion(réserves infinies) • - le solaire(ressources immenses) • - les autres sources renouvelables resteront marginales il pollue :séquestration CO2 nécessaire il fait des déchets :peut-on les détruire? elle n’est pas réussie :la réussira-t-on? il est trop cher :que peut-on faire? …..et les rendements?... …...et le problème du stockage?... …oui mais…

18. 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 : c’est du solaire • La biomasse : c’est du solaire • L’hydraulique : c’est du solaire • La houle : c’est partiellt du solaire • Le solaire : c’est du 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.

19. Energies renouvelables et électricité (énergie totale) • Une comparaison avec nos voisins * Corrections rendement incluses

20. 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. • Faites du chauffage solaire ! 1,5m2 de capteur par personne = 60% de son eau chaude

21. 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: • semiconducteurs organiques • 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: opération 100000 toits. • Prix d’achat: 62c€ par kWh • Les leaders: les japonais • Tous les toits du Japon moins de 1% de la consommation électrique (Japon)

22. 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

23. Les transports • disparition des carburants actuels • nécessité de moins polluer en ville • essence artificielle produite à partir du charbon ? - non : careffet 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

24. 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

25. Pour conclure… • Contrairement à ce que l’on entend souvent sur les medias: • 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, àl’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 !!!! • Savez-vous qu’une télévision en veille consomme plus que cette télévision allumée 3 heures par jour? • Savez-vous que oublier une lampe allumée par français nécessite 3 à 4 réacteurs nucléaires? • Savez-vous que prendre le train sur un trajet long coûte 10 fois moins d’énergie que prendre sa voiture (passager unique)? • Savez-vous que l’on peut gagner un facteur 3 sur l’isolation thermique des habitations? * Les allemands n’arrêteront pas le nucléaire

26. 20% de la population mondiale consomment 60% de l’énergie… que souhaitons-nous pour demain? • Devenons raisonnables : pensons à économiser ! • Soyons raisonnables : l’avenir ne peut passer que par une complémentarité de modes de production tous imparfaits • http://e2phy.in2p3.fr • http://www.recherche.gouv.fr/mstp/energie_mstp_200401.pdf

27. 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 »(cycle benzénique). • Programme « énergie » au CNRS et au MRT

28. 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

29. 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)

30. 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

31. 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

32. 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: • procédé à « 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)

33. 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 (ne voit-on pas souvent l’inverse?) - un changement dans les structures de l’habitat

34. Energie: comment la consomme-t-on? Evolutions de consommation sur les 30 dernières années 18