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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. BE 8 515 – 1 BE 8 515 10 - 2009 Analyse et perspectives énergétiques mondiales par Christian NGÔ Edmonium Conseil ’énergie est indispensable au développement économique. Les civilisations modernes se sont développées depuis environ deux siècles grâce aux combustibles fossiles qui ont permis de disposer de sources d’énergie concentrées et peu chères. Ils couvrent environ 80 % des besoins énergétiques mondiaux mais sont en quantité finie. De plus, l’utilisation des combustibles fossiles rejette du gaz carbonique ce qui augmente l’effet de serre. Le défi énergétique auquel l’humanité est confrontée aujourd’hui dans le domaine énergétique est de réduire les émissions de CO2 et, progressivement, de subs- tituer les combustibles fossiles par d’autres sources d’énergie n’émettant pas de CO2 (dites décarbonées). Pour répondre à ce défi, il faut faire des écono- mies d’énergie, utiliser des dispositifs plus efficaces et utiliser à grande échelle des sources d’énergies décarbonées (renouvelables et nucléaire). Les princi- paux usages de l’énergie sont, par ordre de consommation décroissante, la production d’énergie thermique, les transports et l’électricité. L’électricité est produite, au niveau mondial, majoritairement avec du charbon mais ce vecteur énergétique peut néanmoins être généré pratique- ment à partir de toutes les sources d’énergie, notamment les sources décarbonées. En revanche, les transports dépendent presque entièrement du pétrole. Pour ce qui est de la chaleur ou du froid, on pourrait, dans le principe, se passer dans le futur de combustibles fossiles. 1. De l’énergie : pour quoi faire ?............................................................. BE 8 515 - 2 2. Évolution de la demande énergétique................................................ — 2 3. Pétrole, gaz naturel et charbon : la dépendance............................. — 3 4. Énergie et effet de serre......................................................................... — 4 5. Qu’en est-il des réserves de pétrole, de gaz naturel et de charbon ? ......................................................................................... — 6 6. Le défi énergétique .................................................................................. — 7 7. Toujours plus d’énergies renouvelables ............................................ — 7 8. Quel futur pour l’énergie nucléaire ?.................................................. — 10 9. Électricité ................................................................................................... — 11 10. Stocker l’électricité et l’énergie thermique...................................... — 12 11. Sobriété et efficacité énergétique....................................................... — 12 12. Trop d’énergie pour l’habitat ................................................................ — 13 13. Transports et pétrole............................................................................... — 13 14. Hydrogène : du rêve à la réalité ........................................................... — 14 15. Imaginer le futur....................................................................................... — 14 Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. BE 8 515 L Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie BE 8 515 − 2 est strictement interdite. − © Editions T .I. ANALYSE ET PERSPECTIVES ÉNERGÉTIQUES MONDIALES __________________________________________________________________________________ Le stockage de l’énergie est le point faible de la filière énergétique et de gros progrès restent à faire dans ce domaine qui est notamment essentiel pour exploiter les sources d’énergie intermittentes. L’habitat et les transports consomment une bonne part de l’énergie mondiale. Des gains importants en matière d’énergie sont possibles dans l’habitat. Par contre, pour les transports, le problème est plus difficile. L’hydrogène, vecteur énergétique sur lequel beaucoup pariaient à court terme pour les transports, sera surtout utile pour fabriquer des carburants liquides et pour la pétrochimie. Il faut aussi noter que la quantité d’énergie que peut délivrer une source n’est pas le seul paramètre important et que l’on a parfois aussi besoin de grandes puissances dans cer- taines applications industrielles, fortes puissances continues que beaucoup de sources renouvelables sont incapables de fournir. Dans ce dossier, un panorama du domaine énergétique introduit les nom- breux dossiers des techniques de l’ingénieur relatifs à ce sujet. 1. De l’énergie : pour quoi faire ? L’énergie est indispensable au développement économique de l’humanité et à l’élévation du niveau de vie des êtres humains. Cette énergie est principalement consommée sous forme ther- mique (chaleur ou froid), pour les transports ou pour produire de l’électricité utilisée dans de multiples applications de la vie courante. La nourriture est aussi une forme d’énergie mais elle n’est pas comptabilisée dans les bilans énergétiques. C’était la source principale d’énergie de l’homme primitif dont l’alimentation était beaucoup plus pauvre que celle que nous avons aujourd’hui dans les pays développés. Le contenu énergétique de la nourriture ne représente plus aujourd’hui que de l’ordre de 5 % de l’énergie consommée au niveau mondial. On réalise l’importance de l’énergie dans la civilisation moderne lorsque l’on en est privé : panne d’électricité générale dans une maison ou un immeuble, absence de transports en commun à cause d’une grève, s’il faut monter 10 étages à pieds lorsque l’ascenseur est en panne, lorsqu’il n’y a pas de chauffage dans un logement par temps froid, etc. Le consommateur des pays riches a aujourd’hui pris l’habitude d’avoir de l’énergie quand il le veut et de plus en plus où il le veut avec les équipements nomades. Cette situation est néanmoins récente et vient du fait que nous dispo- sons de sources d’énergie abondantes depuis près de deux siècles dont la majeure partie vient des combustibles fossiles. Actuel- lement, avec 10 centimes d’euros, on peut acheter assez d’énergie (sous forme d’électricité ou de pétrole) pour produire plus de tra- vail mécanique que ne peut en fournir un travailleur manuel dans une journée. Accéder à l’énergie a permis de faire des progrès dans de nom- breux domaines. Cela s’est traduit par une augmentation considérable de l’espérance de vie depuis un peu plus de 200 ans. En France, par exemple, l’espérance de vie était de moins de 30 ans avant la révolution de 1789, d’une cinquantaine d’années en 1900 et elle atteint maintenant 80 ans. Les habitants des pays qui n’ont aujourd’hui pas accès à l’énergie ont malheureusement une espérance de vie bien inférieure à celle des pays développés : elle peut être de l’ordre d’une quarantaine d’années seulement. 2. Évolution de la demande énergétique L’énergie primaire correspond à de l’énergie avant transforma- tion. C’est par exemple le cas du pétrole brut, du charbon ou de l’eau d’un barrage. L’énergie secondaire est obtenue après transformation : essence ou gasoil à partir du pétrole, charbon de bois à partir du bois, électricité à partir du gaz naturel, etc. L’éner- gie finale est celle utilisée par le consommateur comme l’électricité arrivant au domicile, où le fioul domestique. Enfin, l’énergie utile est celle utilisée réellement pour l’usage requis. Il faut environ 2,7 kWh de nourriture par jour pour assurer le métabolisme de base d’un être humain moyen. Cela corres- pond à une puissance moyenne de 110 W, soit celle d’une lampe à incandescence assurant un bon éclairage dans une pièce. Cela montre la grande efficacité énergétique des êtres vivants. Le fonctionnement du cerveau d’un être humain consomme environ 20 % de cette énergie. Une femme enceinte à besoin d’un supplément d’environ 90 kWh pour concevoir un bébé pendant 9 mois. À titre de comparaison, un litre d’essence a un contenu énergétique d’environ 10 kWh. L’unité d’énergie est le joule avec tous ses multiples : 1 kJ = 103 J ; 1 MJ = 106 J ; 1 GJ = 109 J ; 1 TJ = 1012 J ; 1 PJ = 1015 J ; 1 EJ = 1018 J. On utilise aussi souvent le kWh (1 kWh = 3,6 106 J = 3,6 MJ = 103 Wh) et ses multiples 1 MWh = 103 kWh ; 1 GWh = 106 kWh ; 1 TWh = 109 kWh. 1 kWh d’électricité peut être produit à un coût de l’ordre de 0,03 € avec des sources d’énergie comme l’hydraulique ou le nucléaire. 1 kWh représente l’énergie cinétique d’un camion de 10 t roulant à 100 km/h ou l’énergie qu’il faut fournir pour remonter 3 600 L à une hauteur de 100 m. Exemple : si nous utilisons une perceuse électrique alimentée par de l’électricité d’origine nucléaire, l’énergie primaire correspond à l’énergie potentiellement contenue dans l’uranium, l’énergie secon- daire est l’électricité produite dans la centrale nucléaire (environ le tiers de l’énergie primaire), l’énergie finale celle qui arrive au compteur électrique du consommateur (après les pertes dues au transport) et l’énergie utile est l’énergie mécanique utilisable par le foret de la perceuse (elle peut être environ la moitié de l’énergie finale). Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. BE 8 515 – 3 ___________________________________________________________________________________ ANALYSE ET PERSPECTIVES ÉNERGÉTIQUES MONDIALES La demande énergétique augmente régulièrement pour deux raisons : – la première est liée à l’augmentation de la population mon- diale. Il y a, chaque jour, presque 200 000 habitants supplémen- taires sur la Terre [un peu plus de 350 000 naissances (4 par seconde) pour presque 160 000 décès] ; – la seconde est l’augmentation du niveau de vie des pays en voie de développement qui ne peut se faire sans consommer de plus en plus d’énergie. Or, presque 2,8 milliards d’habitants vivent avec moins de 2 $ par jour et la croissance de la demande énergé- tique se trouve et va surtout avoir lieu dans les pays en dévelop- pement. La consommation mondiale d’énergie primaire est passée d’environ 1 Gtep en 1900 à 10 Gtep en 2000 (11,7 Gtep en uploads/Industriel/ analyse-et-perspectives-energetiques-mondiales.pdf