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Demain, quelles énergies? - Introduction

Demain, quelles énergies? - Introduction. Yves Martin Centre de Recherches en Physique des Plasmas Association Euratom - Confédération Suisse Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne CH - 1015 Lausanne, Suisse. Plan de l’introduction. Energie Notions de base, définition(s)

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Demain, quelles énergies? - Introduction

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Presentation Transcript

  1. Demain, quelles énergies?-Introduction Yves Martin Centre de Recherches en Physique des Plasmas Association Euratom - Confédération Suisse Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne CH - 1015 Lausanne, Suisse

  2. Plan de l’introduction • Energie • Notions de base, définition(s) • Etat des lieux – consommation énergie • Statistiques suisses • Statistiques mondiales • Demain • Ressources • Prévisions • Options énergétiques • Plan du cours

  3. Energie – définition • Dictionnaire • Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité • d’accomplir un travail (moteur, …) • à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il entre en interaction • Ecole (8VSB) • Il est difficile de définir l'énergie en soi, puisqu'on ne peut l'observer que par les effets qu'elle produit. • Poincaré: Il y a une quantité numérique qui ne change pas lorsque qqch se produit. • Feynman: L'énergie se conserve, mais on ne sait pas ce que c'est. • Exemple d’énergie • Mécanique, électrique, thermique, chimique, nucléaire, rayonnante, ...

  4. Energie – principes et usage • Principe de Lavoisier • Il ne peut y avoir création ou disparition d’énergie mais seulement transformation d’une forme en une autre • Principe de Carnot • Transfert d’énergie d’un système à un autre • Mais ... • Source d’énergie • Production d’énergie • ... Définition • Transformation irréversible d'une énergie "latente" en une énergie "utile" • Exemples: fossiles, nucléaire, solaire • Contre-exemple: hydrogène (électrique)

  5. Autres définitions utiles • Energie renouvelable • Dont la consommation n'aboutit pas à une diminution apparente des ressources naturelles parce qu'elle fait appel à une source inépuisable (pour nous) • Transformation est aussi irréversible mais la source est toujours présente • Développement durable – développement qui permet de faire face aux besoins actuels sans compromettre la capacité des générations futures à assurer leurs propres besoins • Energie grise • Energie nécessaire à la fabrication de l'installation productrice d'énergie • Devrait être prise en considération lors du développement d'une source d'énergie

  6. Energie - Unités et conversions • Energie • MKSA: [Joule] = [Nm] = [m2 kg s-2] • Calories: 1 cal = 4.18 J • Dans le cadre de "production d'énergie" • 1 kWh = 3.6 106 J • 1 btu = 1055 J • 1 tep (tonne équivalent pétrole, toe) ~ 42 GJ ~ 12000 kWh • mais 1 toe donne 4500 kWh dans une centrale [BP] • 1 MJ = 106 J (= 1 Mega J) • 1 GJ = 109 J (= 1 Giga J) • 1 TJ = 1012 J (= 1 Tera J) • 1 PJ = 1015 J (= 1 Peta J) • 1 EJ = 1018 J (= 1 Exa J)

  7. Etat des lieux – consommation globale en Suisse Energies renouvelables Chauffage à distance Electricité Gaz Carburants Combustibles pétroliers Déchets industriels Charbon Bois Consommation suisse totale 2005: 890'440 TJ (+1.3%) [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]

  8. Consommation globale en Suisse II Bois • Répartition de la consommation selon les agents énergétiques • Energies fossiles: ~70% Gaz Combustibles pétroliers Electricité Carburants • Répartition de la consommation selon les groupes de consommateurs Ménages Transport Industries Services [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]

  9. Flux énergétique en Suisse Combustibles solides Ménages Pétrole brut Industries Produits pétroliers Services Gaz Transport Combustibles nucléaires Hydraulique Renouvelables [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]

  10. Consommation globale en Suisse • Consommation brute & Consommation finale • Différence • Variations de stock • Pertes transformation • Consommation propre • Pompage/turbinage • Pertes transport • Consommation brute • 1'132'660 TJ • Consommation finale • 890'440 TJ • Rapport: ~80% [Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]

  11. Consommation électrique en Suisse (2005) • Production d'électricité par catégorie de centrale • Hydraulique: 56.6% • Nucléaire: 38% • Autres: 5.4% • Consommation d'électricité par groupes de consommateurs [Statistique suisse de l'électricité 2005, OFEN]

  12. Structure de production d'électricité en Europe Structures très différentes d'un pays à l'autre [Statistique suisse de l'électricité 2004, OFEN]

  13. Bilan suisse de l'électricité 2005 • Exportation ~ consommation indigène • Importation ~ production indigène • Importation ~ • Exportation [Statistique suisse de l'électricité 2005, OFEN]

  14. Consommation d'énergie primaire dans le monde • Consommation mondiale 2005: 10'537 Mtoe (+2.7%) • Energies fossiles: ~88% • Rapport Suisse/monde: 2.26 o/oo 2005 2000 1990 Charbon 1980 Hydraulique Nucléaire Gaz Pétrole [BP statistical review of world energy, June 2006

  15. Energies primaires consommées par région • Différentes dépendances en énergie primaire • Asie: forte dépendance au charbon Charbon Hydraulique Nucléaire Gaz Pétrole Amérique du Nord Amérique du C+Sud Europe Eurasie Moyen Orient Asie Pacifique Afrique [BP statistical review of world energy, June 2006

  16. Consommation par personne • Inde, Chine, ... ont un fort taux de croissance [BP statistical review of world energy, June 2006

  17. Demain – ressources énergies fossiles • Réserves de pétrole inégalement distribuées ... [BP statistical review of world energy, June 2006

  18. Réserves de pétrole / consommation actuelle • Réserves de pétrole ~40 ans 40 [BP statistical review of world energy, June 2006

  19. Ressources énergies fossiles • Réserves en énergies fossiles par région et pour le monde: • Pétrole: ~40 ans, gaz:~60 ans; charbon:~150 ans Charbon Gaz Pétrole [BP statistical review of world energy, June 2006

  20. Ressources combustible nucléaire • Centrales actuelles: ~50ans • Surrégénérateurs: ~30'000 ans • Les informations à ce sujet sont nettement moins courantes sur Internet que celles concernant les énergies fossiles

  21. Environnement • Augmentation de la concentration de CO2 • Influence des gaz à effet de serre • Réchauffement de la planète • Fonte des glaces (-iers), permafrost, ... • Instabilité du climat (ouragans, ...)

  22. Prévisions démographiques (M habitants) [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]

  23. Prévisions énergétiques (EJ, % nucléaire) [IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]

  24. Autres prévisions ... Production d'électricité en Chine • Production d'électricité en Chine: x 3.3 en 30 ans • ¾ produite à partir de charbon 2002 Pétrole Gaz Fission 2030 Chine Inde Amérique du Nord Hydraulique Charbon Renouvelables Europe Amérique Latine 2030 Afrique 2002 1973 1026 1096 2048 3316 3565 Année [EFDA, Energy, powering your world, 2005]

  25. Et encore, pour la petite histoire ... • Prévision US Energy Information Administration Office of Integrated Analysis and Forecasting U.S. Department of Energy Washington, DC 20585

  26. ... pour la petite histoire, suite • Où est le problème ???

  27. Gboe Méthane issu du charbon Gaz naturel NGL Zones polaires, eaux profondes Pétrole lourd, bitumes Pétrole Mais ... déclin des ressources fossiles • Pic du pétrole (et du gaz): ~ 2010 • 2050 = ½ x 2000 [CJ Campbell, 1998] [CJ Campbell, Forecasting global oil supply 2000-2050, 2002

  28. Prévisions avec diminution pétrole / gaz • Pic du pétrole ~ 2020 Gboe Hydraulique Renouvelables Fission Charbon Gaz Pétrole [Edwards, 1997]

  29. ... et en Suisse ? Quelle politique ? • 'Perspectives énergétiques 2035-2050' • 4 rapports de l'OFEN, M.Renggli • Août 2005 – Août 2006 • Conditions cadres • Population • Tendance • Immigration plus élevée • Croissance du PIB • Tendance • Elevée • Climat • Normal • Plus chaud • vagues chaleur et froid • Prix de l'énergie • du pétrole (30 ou 50$ / bbl) • Investissement dans l'énergie • 16'000'000M$ [AIE (2003); «World Energy Investment Outlook»]

  30. Les scénarios

  31. Stratégies • A priori, chaque stratégie s'applique à chaque scénario • Toutes les stratégies conservent la production hydraulique • Stratégies: • Nucléaire • Fossile centralisé • Fossile décentralisé • Energies renouvelables • Importations • Nucléaire – renouvelable • Fossile c. – nucléaire • Fossile c. – renouvelable • Fossile d. – renouvelable • Renouvelable de + en +

  32. Estimations (1990 – 2050) • Scénario I Scénario II • Offre électricité Offre électricité • Importations + nucléaire • Importations • Importations + nucléaire

  33. Agents énergétiques finaux scénarios III & IV • Scénario III Scénario IV • Période 1990 – 2035 • Diminution des énergies fossiles

  34. Scénario II • Promotion des énergies renouvelables • Total représente 10% de la consommation électrique 2005

  35. Coûts globaux, scénarios I & II • A=Imp+nucl. B=imp+therm.centr.+nucl C=Therm.centr

  36. Résumé des scénarios • Scénarios prévoient une diminution de la demande • Fin de vie des centrales nucléaires • Construction de nouvelles centrales nucléaires • Construction de centrale thermique • Importation • Etude pas complète

  37. Résumé des options énergétiques • Etude pas complète ... • pas beaucoup de chiffres pour var D et E ??

  38. Demande énergétique (Terre – Suisse) Energie de remplacement Energies fossiles Année Demain ... • Energie de remplacement A plus long terme ? • Quelle(s) solution(s) ? Envisager toutes les solutions énergétiques compatibles avec le développement durable ... y.c. économies

  39. Demain - visions • Monde • Protocole de Kyoto • Fusion contrôlée - ITER • Participants: EU, Japon, Russie, US, Chine, Corée-du-Sud, Inde • Futurs participants: Brésil, ... • Europe • Green paper • Programmes cadre • Suisse • OFEN = Office Fédéral de l'ENergie • CORE = COmmission de Recherche en Energie • FNS, ...

  40. En Suisse – Programme CORE • Quatre objectifs pour générer un effet substanciel d'ici 2050 • Elimination combustibles fossiles pour seulement chauffer les bâtiments • Réduction de moitié de la consommation des bâtiments • Utilisation accrue de la biomasse jusqu'au potentiel de production écologique • Réduction à 3l/100km consommation moyenne de carburants fossiles des véhicules privés [CORE, Rapport annuel 2005]

  41. Distinction 'Recherche' et 'Mise en oeuvre' • Recherche fondamentale orientée • La recherche fondamentale orientée est à l'origine d'applications intéressantes pour la technique énergétique. L'apparition de phénomènes ignorés stimule souvent la recherche fondamentale orientée. • Lors qu'elle contribue au développement d'un approvisionnement énergétique durable, la recherche fondamentale orientée justifie un soutien étatique • Mise en oeuvre • Implication directe des partenaires de l'industrie • Financement ciblés de projets pilotes et de démonstration • Programme SuisseEnergie

  42. Grandes options de la Recherche 2004-2007 • 4 pôles de la recherche énergétique gérée par la CORE • Utilisation rationnelle de l'énergie • Sources d'énergies renouvelables • Energie Nucléaire • Fondements de l'économie énergétique [OFEN, CORE, Plan directeur de la recherche 2004-2007]

  43. Domaines de recherches • Utilisation rationnelle de l'énergie • Bâtiment • Transports • Stockage, transport et utilisation de l'électricité • Couplage chaleur-force • Pile à combustible • Combustion • Sources d'énergies renouvelables • Energie solaire • chaleur solaire, photovoltaïque, chimie solaire • Chaleur ambiante (pompes à chaleur) • Biomasse (bois, déchets, ...) • Géothermie • Energie éolienne • Force hydraulique

  44. Domaines de recherches II • Energie nucléaire • Fission nucléaire • Sécurité, déchets radioactifs, recherche prospective • Fusion nucléaire • Fondements de l'économie énergétique • Politique de l'énergie • Economie, société et environnement

  45. Attributions financières suisses • Financement des différents programmes de recherche énergétique en Suisse

  46. Plan du cours • Fusion – M. Martin • Des principes de la fusion au réacteur ITER • Géothermie – M. Wilhelm • Le potentiel géothermique • Les possibilités d’utilisation • La géothermie basse énergie • La géothermie profonde • Exemples d’application • Aspects économiques • Les atouts de l’énergie géothermique • Hydrogène et mobilité – M. Sudan • Les propriétés de l'H2 • La production d'H2 • Le stockage d'H2 • La combustion d'H2 • Les applications actuelles • Les défis techniques et économiques actuels et futurs de l'H2

  47. Plan du cours II • Photovoltaïque – MM. Baillif, Wyrsch • Nouveau nucléaire – M. Dupont • Les 4 piliers de politique énergétique • le nucléaire en perspective • Les risques : accidents et déchets • Le nucléaire de 4e génération • Contribution à la sécurité d’approvisionnement suisse • Question de société – M. Dupont • Décider – choisir : la méthode • Ecologie : faits et opinions. Contradiction entre les labels écologiques et les bilans écologiques • Sécurité : normes ou interdiction ? maîtriser ou fuir les risques? • La société à 2000 W • Risque – projet - sens

  48. Références / Lecture • OFEN • Statistique globale suisse de l'énergie 2005 • Statistique suisse de l'électricité 2005 • Plan directeur de la recherche énergétique de la Confédération 2004-2007 • Recherche énergétique 2005 – rapports de synthèse des chefs de programme • DETEC • A contribution to the identification of promising technologies for the 2050 swiss energy R&D policy vision, M.Bürer, C.Cremer, mars 2006 • BP • Quantifying energy, BP statistical review of world energy, 2006 • IAEA • Energy, electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030 • Energy indicators for sustainable development, 2005 • Climate change and nuclear power, 2000 • EU, EFDA • Towards a european strategy for the security of energy supply, 2000 • The energy challenge of the 21st century: role of nuclear energy, 2003 • Energy, powering your world, 2005

  49. Références / Lecture II • IEA • Key world energy statistics, 2006 • Alternative fuels: an energy technology perspective • Impact of climate change policy uncertainty in power investment • Deploying climate-friendly technologies through collaboration with developing countries • WEC • World energy in 2006 • Energy policy scenarios 2050 • US – DOE • International energy outlook, 2006 • UK • Our energy future – creating a low carbon economy, 2003 • Divers • 'Combustibles fossiles: quel avenir pour quel monde ?', J.Laherrere, ASPO, nov 2006 • 'Energie éolienne – Le vent en poupe', Suisse Eole, fév 2005 • The Hardley Centre regional climate modelling system

  50. Potentiel hydraulique • Les chiffres indiquent la fraction réalisée du potentiel hydraulique [Worl Energy Council]

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