Au fait, finalement, l`énergie……..

L’énergie dans tous ses états
Jean-Pierre Tabet
ADEME, Direction de la Stratégie
Conférences « Sciences et Sociétés »
Gif-sur-Yvette, 10 octobre 2002
ADEME Service Économie
septembre 2002
Au fait, finalement, l’énergie……..






Qu’est ce que c’est ?
Comment ça se fabrique ?
À quoi ça sert ?
Combien ça coûte ?
Peut-on en consommer moins ?
Et le changement climatique ?
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septembre 2002
Au fait, finalement, l’énergie……..
 Qu’est ce que c’est ?
 Comment ça se fabrique ?
 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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L ’énergie, c ’est du mouvement ….
• De corps macroscopiques : énergie mécanique
• De molécules : énergie thermique
• De particules élémentaires : énergie chimique,
rayonnement, énergie nucléaire.
….. Créé par les 3 forces fondamentales :
• la gravitation, les forces électro-magnétiques,
les forces nucléaires
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Rien ne se perd, rien ne se crée,
tout se transforme …..
… y compris l’énergie :
« la loi fondamentale de la conservation de l’énergie »
énergie thermique -----> énergie électrique
énergie électrique ------> énergie mécanique
énergie nucléaire (soleil) ---> énergie thermique
énergie chimique ---> énergie mécanique + thermique
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L ’énergie, ça se mesure ...
• 1 Joule (unité S.I.), c ’est l’énergie emmagasinée par
une masse de 2 kg se déplaçant à une vitesse constante
de 1 m/s (3,6 km/h)
• 1 calorie, c’est la quantité de chaleur qu’il faut fournir
à 1 gramme d’eau pour augmenter sa température de
14,5 à 15,5 °C
Equivalence des énergies mécaniques et thermiques :
1 cal = 4,18 J
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Les autres unités énergétiques
• 1 kWh = 3.600.000 J (3,6 MJ)
• 1 tep (tonne d ’équivalent pétrole) = 11 626 kWh
= 42 Mds J
• 1 stère de bois sec = 1700 kWh
• 1 baril de pétrole = 0,14 tep
1 Mbaril/jour = 50 Mtep par an
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Quelques ordres de grandeurs ….
• L’apport alimentaire quotidien : 2500 kcal, soit 3 kWh
• Remonter 10 litres d’eau d’une hauteur de 20 m : 2000 J,
soit 0,0005 kWh
• En dépensant une quantité d’énergie de 1 kWh , un
homme (ou une femme) parcourt une distance de :
– 25 km à pied ou 60 km à vélo
– 1,3 km en voiture
• L‘Irak produit chaque jour 300.000 tep de pétrole, ou
encore 3,5 milliards de kWh
• Une centrale nucléaire produit 10 milliards de kWh par an
• Chauffer un logement, en France, consomme entre 10 000
et 30 000 kWh par an.
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Puissance et Energie
• La puissance mesure la capacité d ’un organisme ou
d’une machine à fournir de l ’énergie.
• On mesure la puissance en Watts (et kW et MW..) :
1 Watt = 1 Joule par seconde
•
•
•
•
•
•
un cycliste professionnel développe en sprint 300 W
un cheval développe ordinairement 800 W
le son émis par un orchestre symphonique correspond à 70 W
une chaudière d ’appartement a une puissance de 20 000 W
une automobile ordinaire développe 50 000 W
une centrale nucléaire a une puissance de 1.400.000 kW
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Au fait, finalement, l’énergie……..
 Qu’est ce que c’est ?
 Comment ça se fabrique ?
 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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Bilan de l ’énergie : primaire et finale
Consommations internes
à la branche énergie
Appareils
consommateurs
DISTRIBUTION
PRODUCTION
Installations
de
transformation
Énergie
entrante
(primaire)
Énergie
finale
Énergie sortante
(secondaire)
ENERGIE
UTILE
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Les énergies primaires disponibles
• Les énergies fossiles : charbon, pétrole, gaz,…
• Les énergies fissiles : uranium, …
• Les énergies renouvelables :
– le soleil, le vent, l ’eau, la géothermie, la biomasse
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Qu ’est ce qu ’un rendement énergétique ?
• C ’est le rapport entre l ’énergie sortante et
l ’énergie entrante, pour un système donné.
• Par exemple :
 rendement d ’un moteur fixe (essence, gaz) :
 rendement d ’une automobile :
 rendement d ’un moteur électrique industriel :
 rendement d ’une centrale nucléaire ou charbon :
 rendement d ’une centrale électrique au gaz CC :
 rendement d ’une chaudière individuelle :
 rendement d ’un chauffage logement mal isolé :
 rendement dune ampoule électrique
ordinaire
:
ADEME Service
Économie
40%
25%
95%
35%
55%
85%
40%
5%
septembre 2002
Energie Primaire, Finale et Utile : France 2001
Energie Primaire : 267 Mtep
Energie Finale : 175 Mtep
Pertes :
environ
70 %
Energie Utile :
moins de 90 Mtep
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Les modes de production de chaleur
• À partir de combustibles fossiles :
– combustion directe : chaudières individuelles, industrielles, réseaux de
chaleur
– pour transformation en énergie mécanique : moteurs d’automobile, de
bateaux, turbines d’avion,..
– piles à combustible (hydrogène ou méthane)
• à partir des ENR
–
–
–
–
combustion directe : bois, biomasse, biogaz
solaire thermique (capteurs plans)
Géothermie
pompes à chaleur (avec apport d ’électricité)
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Les modes de production d ’électricité
• À partir de combustibles fissiles ou fossiles :
–
–
–
–
centrales thermiques classiques : charbon, fuel, gaz
nouvelles centrales thermiques : cogénération, cycle combiné
nucléaire : fission, fusion, sous et sur- générateur
piles à combustible (hydrogène ou méthane)
• à partir des ENR
–
–
–
–
–
–
hydrauliques : grands barrages, fil de l'eau
solaire : Photovoltaïque (1 kW), thermodynamique (100 MW)
Centrales marémotrices, houle, gradient thermique des océans
Eoliennes : isolées, fermes, sur terre, sur mer
Géothermie
Turbines et moteurs à biogaz
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Au fait, finalement, l’énergie……..
 Qu’est ce que c’est ?
 Comment ça se fabrique ?
 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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Quelques ordres de grandeur (1995-2000)
• Consommation Energie primaire Monde : 10 Mds tep
• Consommation Energie primaire France : 260 Mtep
– USA : 6,5 tep/hab.
Europe : 3,4 tep/hab
Afrique : 0,6 tep/hab.
• Consommations moyennes en France :
Chauffage d ’un logement : 1 à 2 tep/an
Chauffage électrique : 6 à 12 000 kWh/an
Automobile (15 000 km/an) : 1 à 2 tep/an
1 M€ de VA dans l ’industrie : 250 tep
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Consommation d'électricité spécifique ménage
3 pers. tout équipé : 2 700 kWh /an (1997)
Divers
28%
Froid
30%
Electronique
3%
Sèche linge
4%
TV
6%
Eclairage
17%
Lave vaisselle
6%
Lave linge
6%
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9
Demande énergie finale France 1970-2000
(par secteur d ’usage)
Mtep
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1er choc pétrolier 2ème choc pétrolier
2%
Agriculture
Transport
23%
41%
72 74
32%
42%
Résidentiel-Tertiaire
34%
70
2%
contre-choc pétrolier
24%
Industrie
76
78
80 82
84
86
88 90
92
94
96 98 2000
2000 provisoire-équiv conso
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Demande énergie finale France 1970-2000
(par type d ’énergie)
Mtep
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1er choc pétrolier 2ème choc pétrolier
13%
6%
9%
6%
5%
7%
contre-choc pétrolier
CMS
ENR
Electricité
21%
20%
Gaz
65%
70
72
48%
P.Pétroliers
74 76
78
80
82
84 86
88
90
92
94 96
98 2000
2000 provisoire-équiv conso
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Consommation moyenne par habitant,
en tep/an, année 2000
1, 5 Mds
d ’habitants
4, 5 Mds
d ’habitants
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Au fait, finalement, l’énergie……..
 Qu’est ce que c’est ?
 Comment ça se fabrique ?
 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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Les atteintes à l’environnement causées par
les systèmes énergétiques.
• Les pollutions atmosphériques
– locales et régionales (10-1000 km), court terme : SOx, NOx, COV,
poussières,...
– globales et long terme (30-100 ans) : Gaz à effet de serre : C02, CH4, …
• Les rayonnements : déchets nucléaires, lignes THT, ..
• Les pollutions des sols : métaux lourds, résidus chimiques
• Les pollutions des eaux : élévation des températures, métaux,
composés chimiques (nitrates, ...)
• Les autres atteintes à l'environnement :
dégradation des
paysages, éviction d'occupation des sols, effets sur la bio-diversité, etc ...
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septembre 2002
Quelques coûts du kWh électrique, internes et externes
CO2
80,00
NOx
70,00
SOx
60,00
Particules
Total coûts internes
(DIGEC 1997)
en ctsF/kWh
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Charbon : TAV
Charbon :
cogénération
Fioul : TAV
Gaz : TAG cycle
simple
Gaz : cycle combiné
éolien
Evaluation des coûts externes : Programme ExternE, Union Européenne
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Au fait, finalement, l’énergie……..
 Qu’est ce que c’est ?
 Comment ça se fabrique ?
 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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ADEME Service Économie
septembre 2002
Economies d ’énergie et consommation :
France, 1990-1998
3 0
2 5
M t e p /a n
2 0
1 5
1 0
5
0
-5
1 9 9 0
1 9 9 4
1 9 9 5
1 9 9 6
1 9 9 7
1 9 9 8
-1 0
e f f e t q u a n t it é
e ffe t c u
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e ffe t to ta l
septembre 2002
EFFICACITES ENERGETIQUES
TRANSPORT DE VOYAGEURS
TRANSPORT DE MARCHANDISES
1997
INTERURB A IN
INTERURBAIN
65,7
TGV
Voie d'eau
54,1
A uto cars
39
Vo itures particulières
83
Transport combiné
32,6
SRV
111,3
Trains complets
52,7
TRN
127,3
57,6
Maxicode (CU 25 t)
URB A IN
39,5
A uto bus RA TP
A uto bus P ro vince
38,7
Trains de banlieue
35,2
URBAIN
0
20
11,4
Camions CU > 3 t
7,1
PVU < 3t
18,6
Vo itures particulières
28,1
Camions CU > 3 t
47
RER
43,3
Maxicode Tr Comb. (CU 15 T)
48,1
M étro P aris
40
60
80
0
50
100
t*km/kep
Voy*km/kep
LES CHIFFRES PRENNENT EN COMPTE LES TAUX DE REMPLISSAGE EFFECTIFS DES DIFFERENTS MODES
Source Ademe
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septembre 2002
150
PIB et consommation d ’énergie,
France 1970-1997
170
160
base 100 en 1973
Produit Intérieur Brut
150
140
Consommation Finale
130
120
d'énergie
110
100
90
80
Intensité énergétique
70
70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97
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septembre 2002
Gains d'intensité énergétique 1973-1997 : -1% par an
mais en quasi stagnation 1995-2000
Base 100 en 1973
110
100
Transport
90
Résidentiel-Tertiaire
80
Globale
70
Agriculture
60
50
Intensité énergétique = consommation finale d' énergie (Mtep,top)/PIB (GF80)
73
75
77
79
81
83
85
87
89
91
Industrie
93
95
97
97 provisoire
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septembre 2002
Économies de chauffage dans les
logements : France 1975-1999
160,0
150,0
140,0
base 100=1990
130,0
120,0
110,0
100,0
90,0
tep par logement
kep par M2
TCO2 par logement
80,0
70,0
60,0
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
ADEME Service Économie
95
96
97
septembre 2002
98
99
COMPARAISON TRAIN, AVION & VOITURES PARTICULIERES
LONG TRAJETS
efenerg
avion moyen-courrier
voitures particulières ( parc roulant moyen 97)
Paris Lille Eurostar
eurostar
~
~
Paris Lille TGV reseau
~
Paris Lille TGV duplex
T
Paris Lyon TGV duplex
1997
GV
Paris Lyon TGV reseau
(sauf avion : 2000)
Paris Lyon TGV SE
Paris Bordeaux TGV reseau
Paris Bordeaux TGV atl.
TGV
Paris Brest TGV reseau
Paris Brest TGV atl.
Paris bordeaux 12 corails
Paris Strasbourg 12 corails
0
5
10
15
20
25
30
35
40
gep/p*km
capacité maximum (pko)
remplissage moyen (pkt)
Source SNCF ADEME (impact) / Air France
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 À quoi ça sert ?
 Combien ça coûte ?
 Peut-on en consommer moins ?
 Et le changement climatique ?
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Prospective concentration des gaz
et changement de température
Source : GIEC
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Version 0.1
p. 9
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Emissions de CO2-énergie monde 1990-2001
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Emissions constatées de Gaz à Effet de Serre (GES)
FRANCE 1999 ,Total = 148,5 MteC
Source : 3ème Communication Nationale, France 2001
CH4 hors énergie
9%
N2O hors énergie
12%
Gaz Fluorés
2%
CO2 hors énergie
4%
N2O et CH4 Energie
3%
CO2 Energie
70%
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Emissions tous GES France 1997, par secteur
Total = 147 MteC
Source : MIES
Industrie
23%
Bâtiment
24%
Gaz fluorés
2%
Déchets
3%
Production d'énergie
8%
Transport
22%
Agriculture, forêt
18%
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EMISSIONS DE CO2 DES MENAGES en 1999
16,4 tonnes/ménage
Fabrication et transport
des produits et services
8,6 tonnes/ménage
Usages privés de l'énergie
7,8 tonnes/ménage
Transport des
marchandises
2,7 t/ménage
Déplacement des personnes
4,2 t/ménage
17%
25%
25%
Industrie, agriculture
(hors chauffage)
4,1 t/ménage
Source: ADEME d'après O.E.
15%
11%
Chauffage, ECS et
électricité spécifique au
travail
1,8 t/ménage
Chauffage des
logements
2,5 t/ménage
7%
Eau chaude, électricité
spécifique domestique
1,1 t/ménage
ADEME Service Économie
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Emissions comparées de CO2 énergie, France
Total 1990 : 360 MteC
Total 1997 : 379 MteC
40,0
35,0
1990 en MtC
30,0
1997 en MtC
en MteC
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
Industrie
Transports (yc aérien
national)
Agriculture, forêt
Production d'énergie
ADEME Service Économie
Bâtiments
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