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En partenariat avec Colette Lewiner et Panorama des énergies – 03 02 Ils ont

En partenariat avec Colette Lewiner et Panorama des énergies – 03 02 Ils ont d'abord utilisé la biomasse (dont le bois), le charbon et le soleil pour se chauffer et faire cuire leurs aliments, le vent et les courants hydrauliques pour faire tourner les meules. De tout temps, l'homme a été exposé à l'électricité, notamment avec la foudre et, dans l'antiquité, les Grecs s'intéressaient déjà à ses propriétés¹. Cette forme d'énergie n'a été comprise et maîtrisée qu'à partir du XVIIIe siècle et particulièrement au XIXe siècle où elle a été employée pour la traction, grâce au moteur électrique et pour communiquer à distance grâce au télégraphe. L'utilisation de l'électricité et la mise au point de la machine à vapeur (transformation de l'énergie calorifique en énergie mécanique) ont permis la révolution industrielle. Le charbon a été le combustible sous-tendant cette révolution. Au milieu du XIXe siècle, le pétrole, déjà utilisé pour l'éclairage, commence à être extrait et raffiné. Il est utilisé pour ses propriétés chimiques et brûle facilement, dégageant beaucoup de chaleur. C'est une forme d'énergie très concentrée. Si l'utilisation du gaz naturel (méthane) débute dès le début du XIXe siècle pour l'éclairage public, elle ne deviendra massive qu'au milieu du XXe siècle avec notamment la substitution du méthane au gaz de ville (fait à partir de charbon). Introduction Au cours des siècles les hommes ont appris à domestiquer les éléments naturels et à se servir des ressources de la terre pour produire l'énergie dont ils avaient besoin car l'énergie est fondamentale à la vie humaine et à son développement. 1Thalès de Milet, aux alentours de 600 avant JC. Panorama des Energies Au milieu du XXe siècle, à la suite des découvertes scientifiques d'Albert Einstein, l'électricité nucléaire devient une réalité. En grande partie motivée par des considérations environnementales, la société redécouvre massivement au XXIe siècle les énergies « traditionnelles » vent, soleil, biomasse pour leur caractère renouvelable. Ce bref historique, montre que l'énergie est en perpétuelle transformation : • L'énergie chimique des piles en énergie électrique puis mécanique, • L'énergie chimique du pétrole, gaz ou charbon en énergie calorifique puis en énergie mécanique ou électricité, • L'énergie potentielle des chutes d'eau en énergie mécanique ou en électricité, • L'énergie cinétique du vent en énergie mécanique et plus récemment en électricité, • L'énergie solaire en énergie calorifique et plus récemment directement en électricité, • L'énergie nucléaire en électricité. L'électricité est une forme élaborée d'énergie qui peut être produite avec de nombreuses énergies primaires (hydraulique, solaire, éolien, énergies fossiles, uranium) et transformée avec très peu de pertes en énergie mécanique ou chaleur utilisable par le consommateur. C'est pour cela que l'on parle du vecteur électricité. Les transformations d'une forme d'énergie à une autre, peuvent se faire sans coût énergétique (le rendement de conversion est alors de 100%) ou avec de la déperdition d'énergie (le rendement est inférieur à 100%). Selon le premier principe de la thermodynamique, l'énergie se conserve. Selon le second principe (principe de Carnot), on ne peut pas avoir un rendement de 100% dans la conversion de la chaleur en énergie mécanique ou électricité² . Le rendement varie selon les installations mais il est typiquement de 35-40%. Le rendement de conversion des photons du soleil en électricité est plus faible (entre 7 et 25%). Les caractéristiques des différentes formes d'énergie varient beaucoup et on retiendra notamment : Le stockage : Certaines sont stockables facilement, comme les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) et certaines énergies renouvelables (la biomasse). Ce sont des énergies "en conserve". La force de l'eau, le rayonnement solaire ou le vent sont quant à eux des "flux d'énergies renouvelables" qui doivent être captés à chaque instant. Cela n'est possible que s'il y a du vent, de l'eau dans la rivière, ou du soleil. L'électricité est actuellement encore difficilement stockable. La disponibilité : Ces énergies ne sont pas toutes disponibles quand le besoin apparaît. L'électricité produite à partir de gaz ou l'électricité nucléaire est toujours disponible lorsqu'on en a besoin, elle est dite programmable. En revanche l'électricité éolienne ou solaire n'est disponible que s'il y a du vent ou du soleil. Ces énergies renouvelables de flux sont intermittentes. Le caractère concentré ou diffus : Certaines formes d'énergie sont très concentrées, c'est le cas du pétrole, du charbon ou de l'uranium. D'autres sont diffuses, elles nécessitent beaucoup plus de place pour la même production d'énergie ; c'est le cas de l'énergie solaire ou éolienne. 1 litre de pétrole peut produire autant d'énergie que 1 000 litres de gaz ou 50 m2 de panneaux photovoltaïques à midi durant 1 heure lorsque le ciel est dégagé et que les rayons tombent perpendiculairement aux panneaux³. Le coût : Les énergies abondantes et matures sont meilleur marché que certaines énergies rares ou en cours de développement technique (énergies fossiles par rapport à l'hydrogène décarboné par exemple). L 'impact sur l'environnement : La production et la consommation d'énergie ont un impact négatif sur l'environnement de nature et d'ampleur variables selon les types d'énergies. C'est le cas notamment des énergies fossiles. Il faut donc être prudent lorsqu'on compare ces énergies et il est nécessaire de prendre en compte toutes leurs caractéristiques et de bien définir ce dont on parle. Ce point est analysé plus loin. 2La conversion de chaleur en électricité nécessite une source chaude et une source froide. Le rendement de conversion dépend de l'écart de température entre la source chaude et la source froide. 3Les caractéristiques sont détaillées dans le chapitre 4. 05 04 – 04 Le réchauffement climatique Le réchauffement climatique anthropique est une réalité reconnue par le monde scientifique, il est dû à l'accumulation de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère. Le dioxyde de carbone (CO2), le méthane, la vapeur d'eau ou l'ozone, ainsi que d'autres gaz, lorsqu'ils sont émis vont s'accumuler dans l'atmosphère et créer une couche qui laisse passer les rayons du soleil vers la terre mais qui empêche les rayonnements infrarouges émis par les corps chauffés de sortir de l'atmosphère. Ils agissent comme le plafond de verre des serres et contribuent donc à conserver la chaleur, d'où leur nom de gaz à effet de serre (GES). Ils ont un effet de réchauffement de notre planète. Durant le XXe siècle et le début du XXIe siècle, l'augmentation de la population mondiale et du niveau de vie moyen se sont traduits par une consommation croissante d'aliments, de ressources naturelles végétales ou minérales et d'énergie. Il en résulte une augmentation forte des émissions de GES qui contribuent au réchauffement de la planète. Celles-ci ont plus que doublé depuis 50 ans. La consommation d'énergies fossiles pour le chauffage, le transport ou la production d'électricité est responsable de plus de 80%4 des émissions mondiales de CO2 et de l'ordre de deux tiers des émissions de GES. Le réchauffement climatique nécessite des efforts sans précédent pour réduire les émission des GES sans compromettre pour autant la poursuite de l'amélioration du niveau de vie, notamment dans les pays en développement. Le développement des pays occidentaux est largement à l'origine du stock de GES présent dans l'atmosphère. Il est désormais temps pour ces pays de maitriser leurs émissions, c'est-à-dire d'éviter d'en générer de nouvelles chaque fois que cela est possible mais aussi de les réduire voire de séquestrer le carbone émis pour créer des « émissions négatives ». Il faut aussi que d'autres grands pays émetteurs (la Chine par exemple) réduisent leurs émissions. Face à l'urgence à agir, presque tous les pays de la planète ont signé l'Accord de Paris5 en 2015. Ils se sont fixés pour objectif de contenir le réchauffement de la planète nettement en dessous de 2°C, et de poursuivre l'action menée pour limiter ce réchauffement à 1,5°C, par rapport aux niveaux préindustriels, en visant à la neutralité carbone nette (équilibre entre les émissions anthropiques et les absorptions anthropiques par les puits de gaz à effet de serre) au cours de la deuxième moitié du vingt-et-unième siècle. 4Chiffre clés du climat - Edition 2021 - I4CE 5https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement/the-paris-agreement Panorama des Energies Ce panorama des énergies a pour objectif de faire comprendre les différentes formes d'énergie, leur origine et leur utilisation, de les caractériser afin d'en permettre une comparaison éclairée, d'appréhender les progrès technologiques déjà accomplis et ceux à venir. Ce document vise également à donner des clés de compréhension sur les enjeux climatiques ainsi que les avancées nécessaires pour assurer un approvisionnement avec une énergie qui soit abordable en prix, fiable et la plus décarbonée possible en vue de limiter le réchauffement de notre planète, un défi qui nous concerne tous. Il a été réalisé en partenariat avec Colette Lewiner et la société Capgemini. 07 06 – T able des matieres CHAPITRE 1 - L'OFFRE D'ÉNERGIE 1.1 Notions de bases et définitions Les différentes formes d'énergie Les unités de mesure Le pouvoir calorifique Le rendement thermique 1.2 Les différentes formes d'énergie produites Les énergies fossiles La biomasse La géothermie L'électricité L'hydrogène 1.3 Les grands enjeux de l'offre d'énergie Accélérer la maturité technologique des énergies Améliorer le rendement Améliorer le stockage uploads/Geographie/ 2021-rapport-totalenergies-panorama-energies.pdf