Le bouquet énergétique mondial : le point de vue d`un géologue
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Le bouquet énergétique mondial Le point de vue d’un géologue J.J. Jarrige Un contexte mondial de l’énergie en mutation 2010 - 2015 EUROPE Crise financière et récession Fin nucléaire programmé en Allemagne Paquet climat - Efficacité énergétique Echec du marché carbone Cours du Brent 2010-2015 RUSSIE Tension sur le marché du gaz Conférences Climat Travaux GIEC 2009 2015 Pôle Demande AMERIQUE DU NORD Essor rapide des gaz et pétrole de roche mère USA: 1er producteur gaz en 2011 1er producteur pétrole en 2014 (non conv.: 30% liq., 50% gaz) Impact sur GNL 1997-2005 JAPON Avenir du nucléaire, en question impact sur GNL… Relance nucléaire août 2015 Pôle Ressources HC 1992 AFRIQUE SUB SAHARIENNE Instabilité politique Croissance démographique 620M habitants sans accès à l’électricité AFRIQUE du NORD /MO Instabilité politique Printemps arabe, Irak, Syrie, Egypte, Libye… ASIE CHINE INDE Croissance de la demande Charbon Nucléaire Chine: 49 G$ en 2010 dans les EnRs Transition énergétique: enjeux et recettes du succès Réponse à la croissance de la demande Sécurité d’approvisionnement Sécurité énergétique Acceptabilité Volonté politique Impact environnemental Environnement durable Impact climatique Equité énergétique Infrastructures de distribution Industries aux cycles longs Performance économique D’après Conseil Français de l’Energie, 2014 Energie: des sources aux usages SOURCES ENERGIES PRIMAIRES Charbon VECTEURS ENERGIES Carburants liquides USAGES ENERGIES FINALES Transports Pétrole Gaz Gaz Domestique Nucléaire Electricité Résidentiel Hydraulique/Biomasse/Eolien/Solaire/E. marines Chaleur Agriculture Hydrogène Industrie Énergie primaire : énergie brute, non transformée après extraction (houille, lignite, pétrole brut, gaz naturel, électricité primaire Énergie finale : énergie livrée au consommateur pour sa consommation (essence à la pompe, électricité au foyer...). Energie fatale : énergie inutilisée ou inutilisable issue de la transformation d’énergie Consommation / production d’énergie Le modèle français Par forme d’énergie (en %) Mtep Charbon EnRs 10% Consommation Energie finale Gaz 4% Pétrole 41% 21% Electricité 25% Total: 154 Mtep Energies Renouvelables ou de flux Mtep Production Par secteurs d’activités Electricité nucléaire Energie primaire Charbon Gaz Pétrole Electricité Hydr., éol. sol. Autres EnRs Consommation / production d’énergie Des modèles très variables suivant les pays Consommation d’énergie primaire par pays, 2012 (en %) France charbon Allemagne pétrole Etats Unis gaz Chine nucléaire Brésil EnRs Les bouquets énergétiques de chaque pays sont influencés par des atouts naturels et historiques Bouquet énergétique mondial, 2012 (en %) Le mix énergétique mondial actuel 29% charbon 31% pétrole 21% gaz 2012 1980 Repose à 81% sur les énergies fossiles en Mtep le nucléaire représente 5% : 2,5 fois moins que les énergies renouvelables Variations 1980 – 2012 Charbon Gaz Nucléaire Pétrole Bio-énergies = Hydro autres EnRs IEA- 2014 = 1980 2012 % ... Est-il durable ? Démographie mondiale 8 • Croissance démographique mondiale: 7 à 9 milliards en 2040 • Croissance de la demande en énergie: 37% 2010-2040 (IEA,2014) • Financement des infrastructures énergétiques (2014-2040) : 51.000 G€ (N. P. scenario, IEA) • Avancées en nouvelles efficacité énergétique • Mix énergétique repose encore sur les énergies fossiles à 74% en 2040 • Raréfaction des ressources fossiles? • Impact sur environnement • Impact climatique du aux émissions de GES technologies Taux croissance: 2010: 1,14 2050: 0,4 2100: 0,1 et GIEC 2014 Emissions de GES par secteurs en France Scenarios I.E.A. et changement climatique 42.6 Gt 3 Scenarios: Do nothing: pas de changement New Policies Scenario: prend en compte les stratégies et mesures nouvelles adoptées 450 Scenario: objectif mondial de limiter l’élévation de température à 2 °C: CO2 total Gt 2010 Scenario Do Nothing concentration GES stabilisée à 450ppm en 2100 2013 Seuil de 400 ppm atteint en mai 2013 – 60% des émissions venant des pays non OCDE Objectif +2°C reste techniquement réalisable si mesures prises avant 2020: Mesures spécifiques en faveur de l’efficacité énergétique (- 49%) Limitation des centrales à charbon les moins efficaces (- 21%) Diminution des émissions de CH4 sur les sites de production (- 18%) Réduction des subventions à la consommation de combustibles fossiles (- 12%) 2015 Accroitre investissements dans technologies ENRs productrices électricité de 270 G$ à 400 G$ en 2030 Le mix énergétique en 2040 (I.E.A.) IAE, 2014 Scenario New Policies • Augmentation de la demande de 37% depuis 2010 • Les énergies fossiles représentent 74%, à parts égales. • Charbon reste une source de génération d’électricité • Progression significative du gaz • Nucléaire augmente de 96% • Part des ENRs passe de 13 à 19% • Accroissement fort dans secteur électrique (solaire, éolien) • Evolution plus marquée dans pays de l’OCDE 1 5000 4000 3000 2000 WEO 2011 1000 0 2012 Incrément 2012-2040 scénario New Policies Scenario 450 France - loi Transition Energétique du 17 08 2015: 2025: Part du nucléaire dans production électricité = 50% 2030: • Réduire consommation énergies fossiles de 30% (vs 2012) • Part des ENRs: 32% 2050: • Réduction de la consommation énergétique de 50% (vs 2012) • Division par 4 des émissions de GES (vs 1990) Efforts sur efficacité énergétique et transports propres Energies de stock ou « fossiles » • Le monde passe progressivement d’un système «demand-driven» à un système «price-constrained»: quelles réserves, à quel prix: pétrole: 40 ans à 60$/b et 100 ans à 100$/b, gaz naturel 60+ ans, uranium 120+ ans. • Les équilibres vont changer en termes de consommation (OCDE/non OCDE) et de production (baisse du conventionnel/essor des non conventionnels, relance des programmes nucléaires) • Les stratégies des pays sont plus dépendantes des choix de politiques énergétiques que des ressources ultimes • Les inventaires de ressources sont essentiels pour guider les stratégies nationales • Prise en compte des enjeux climatiques et environnementaux: capture et stockage du CO2 et des déchets nucléaires ultimes; marchés du carbone. Stockage des émissions et déchets • Capture et stockage géologique du CO2 Processus consistant à séparer le CO2, le comprimer, le transporter, puis le stocker dans le sous-sol. Projets pilotes: réinjection sur le champ de gaz de Sleipner (1986), projet intégré de Lacq (2008) • Stockage géologique radioactifs des déchets Déchets gérés en France par l’ANDRA, en France Projet de stockage géologique profond réversible pour les déchets de haute énergie et moyenne activité à vie longue. Débat public en 2013. Mise en œuvre prévue en 2025 après enquête publique et loi. Energies Renouvelables: définition, caractéristiques • Energies issues du soleil ou du magma terrestre directement: solaire indirectement: éolien, hydraulique, océans, biomasse géothermie • Renouvelables = inépuisables mais en quantité variable dans le temps et l’espace • Pas ou peu d’impacts environnementaux et climatiques en exploitation • Puissance garantie variable suivant les filières • Compétitivité économique inégale suivant les filières • Besoins de métaux de base et rares: Éolien et solaire: 90 fois plus d’Al, 50 fois plus de Fe, Cu, 15 fois plus de béton que les centrales thermiques classiques pour une même puissance installée (rapport ANCRE 2013) Eolien: semaine 15-21 juillet 2011 Energies Renouvelables: consommation, progression et flux • ENRs par sources (REN21) Source : REN21 50% traditionnelles – 50% modernes Progression en 2013: - Solaire: PV 39% ; CSP 35% Thermique: 15% - Eolien: 12% - Hydro-énergie: 4% - Geothermie (électrique): 4% • ENRs par secteur d’activité Résidentiel – tertiaire Industrie Transport Spécialisation des sources Over-blog Plus d’Energies Renouvelables dans l’électricité? • Possibilités : Source : REN21 Hydraulique Energies solaire, éolienne Géothermie Biomasse Energies marines: marées, courants, houle, échanges thermiques (ETM) • Contraintes : Intermittence des ENRs: éolien, solaire Electricité difficile à stocker: batteries de VE, STEP, H2… Soutien par énergies fossiles plus flexibles Intégration au réseau électrique des ENRs: PV>basse tension, éolien>moyenne tension, Hydraulique, éolien offshore >HT. Consommation augmente, nouvelles consommations (200 data centers en France: 7% consommation électricité en France) 17% de la production totale Enjeu 1: les réseaux électriques intelligents (smart grids): communicatifs et interactifs PRODUCTION TRANSPORT DISTRIBUTION COMMERCIALISATION CONSOMMATION • Adéquation entre offres des producteurs et demandes des consommateurs: Décentralisation de la production Gérer les intermittences Comportements nouveaux: autoconsommation, maîtrise de la demande… • Nouvelles technologies de l’information et de la communication permettent de mieux répondre aux profondes mutations des systèmes électriques par plus de réactivité pour optimiser les flux: inteconnexions, stockage de masse… Enjeu 2: technologies de stockage • Pallier les intermittences des EnRs: Nouvelles technologies adaptées aux besoins: petite, moyenne capacités, stockage de masse Supercondensateurs (Graphene) Batteries (LI-ions, NA-ions…) Air comprimé-CAES Eolien et STEP en mer Couplage solaire / H2 • Critiques pour le développement des EnRs: programmes de Recherche 17 Plus d’Energies Renouvelables dans les usages thermiques? • Biomasse : chauffage individuel ou bâtiment, usine, réseau de chaleur, seule ou cogénération • Géothermie: chauffage domestique, urbain… • Solaire : eau chaude, procédés industriels… • Energies marines: Climatisation à l’eau de mer (SWAC) • Projets de stockage inter-saisonnier souterrain, faible, moyenne profondeur • Valorisation chaleur fatale (incinération déchets, data centers, centrales nucléaires… BRGM Géothermie: ENR usage thermique • Avantages Energie renouvelable Potentiel important Faible occupation foncière Impacts limités Energie locale Source d’emploi local Coûts de fonctionnement réduits, stables • Points faibles Investissement conséquent Risque géologique (couverture) Délais (haute énergie) • France: Un savoir-faire reconnu, un réseau industriel performant Réseaux d’énergie intelligents: complémentarité réseaux électrique et chaleur Source: Commission de Régulation de l’Energie • • • • Cogénération Le gaz a l’avantage d’être stockable et moins polluant que les autres énergies fossiles Gaz permet de pallier l’intermittence des ENRs: soutien aux réseaux électriques: gestion des pics Réseaux doivent accepter le gaz issu des ENRs Plus d’Energies Renouvelables dans les transports? • Biocarburants : 1e génération: biodiesel, bioéthanol – compétition avec alimentation (industrialisée) 2e génération: origine lignocellulosique – déchets (20152020) 3e génération: algues marines (recherche) • Electricité : Utilisée par trains, trams, métros, localement 100% EnRs Véhicules électriques et hybrides rechargeables, bus et camions hybrides en ville et sur autoroutes… Challenge: performance et coût des batteries • Pile à combustible: Hydrogène à partir des surproductions de l’éolien et du solaire Et l’Hydrogène? • Nombreux avantages: – – – – Très abondant sur Terre (H2O) Densité énergétique très élevée Pas d’émission de GES Stockable IFREMER 2015 • Mais: IFPEN – C’est un vecteur d’énergie – Cher à produire, à transporter, à stocker – Transport dangereux • Regain d’intérêt: – Composante gaz de réseau: Hytane (80/20) – Pallier l’intermittence des ENRs: production en surcapacité, stockage et restitution – Pile à combustible – Hydrocarbures de synthèse (CO2+H2) – Programmes de recherche en cours CEA 2012 Conclusions Energies Renouvelables • Les ENRs permettent de réduire les émissions de GES et la dépendance énergétique • Pas de problème de ressources mais production limitée dans le temps et dans l’espace • Nouveaux développements technologiques nécessaires pour améliorer la compétitivité (stockage, réseaux….) • Soutien par les politiques publiques reste une nécessité • Problèmes d’acceptabilité semblables à ceux des projets conventionnels • Leur développement va modifier significativement: Les équilibres géopolitiques mondiaux Les modèles nationaux: o Passage de production/distribution centralisées à modèles décentralisés, multisources o Rôles respectifs de l’Etat, des collectivités, des particuliers à préciser o Uniformité des tarifs, interconnexions et solidarité en cas de panne Energies: unités et équivalences
