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Macro Energie 2013                                                Conclusions              • Signaux économiques          ...
Macro Energie 2013                                             Bibliographie                     •   http://www.bp.com    ...
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Cours introduction Macro énergie

  1. 1. Macro Energie 2013 MACRO ENERGIE LE PROBLÈME ENERGÉTIQUE MONDIAL Planning du cours • 11 janvier: Introduction (F. Buret) • 18 janvier: Charbon (M. Valdelièvre) • 25 janvier: Pétrole/gaz (Eric de Merville) • 1 février: Uranium (B. Esteve) • 8 février : Cycle carbone/impact sur lenviron. (T.  VOGEL ) • 15 février: Politique Energétique (A. Bredimas) • 22 février: BE SIMAPRO Groupe 1 • 8 mars: BE SIMAPRO Groupe 2 2 1
  2. 2. Macro Energie 2013 Contrôle des connaissances • Test final: coeff. 0,7 – QCM, question de synthèse et exercices d ’application  directe du cours. – Documents 8 feuilles A4 recto‐verso manuscrites manuscrites • Etude bibliographique: coeff. 0,2 – par groupe de 2 (environ 8 h de travail) • CR du BE et participation: coeff. 0,1 – 1 BE sur l ’i ’impact environnemental t i t l 3 Sommaire • Généralités – Définitions – Filières énergétiques • Energies primaires • Photographie de la situation actuelle – Structure de la consommation – réserve – quelques éléments de réflexion 4 2
  3. 3. Macro Energie 2013 Introdution Généralités – Définitions – Filières énergéti‐ ques – Architecture Energie primaire Energie primaire – Problème  énergétique – Les ressources GÉNÉRALITÉS – Les unités – Bilan de  consommation Situation actuelle – Carac. conso – Tendances • Définitions – Réserves Eléments de  réflexion • Filières énergétiques 5 Définitions • Energie: plusieurs acceptions du terme – Point de vue du physicien • Lénergie est une grandeur physique qui traduit la capacité à  transformer l’état d ’un système la grandeur physique fondamentale des actions intra et inter systèmes la grandeur physique fondamentale des actions intra‐ et inter‐systèmes unité: Joule (J)…….(très petit) • L’énergie est multiforme  • Les lois physiques permettent – de définir le contenu énergétiques de ces formes d ’énergie et en ce sens  seulement elles sont « équivalentes »   ex: équivalence travail‐chaleur 1er principe: l ’énergie se conserve – de donner une limite à la transformation d’une forme d ’énergie en une  g autre.  Ex: rendement de la transformation chaleur‐travail est bornée 2ème principe: entropie d ’un système isolé est croissante – Les formes ne sont donc  pas  strictement équivalentes du point de vue  de leur valeur d ’usage. – De manière commune on peut attribuer une qualité à une forme  d’énergie. 6 3
  4. 4. Macro Energie 2013 Définitions – Point de vue économique: 1 ) Les énergies finales qui correspondent aux usages  finaux • Travail mécanique • Chauffage • Eclairage • Support de l ’Information 7 Définitions 2°) Les énergies secondaires  • énergies que l’on utilise pour produire un mouvement  (travail),  de la chaleur, de la lumière (énergie finale). • énergie utilisée et « achetée » par l’utilisateur final énergie utilisée et « » par l utilisateur final • Correspond à la consommation finale (cf bilan énergétique) • n’existent pas à l’état naturel, issues d’une transformation  /traitement / transport Unité: kWh, volume….  (unité technico‐économique) 3°) Les énergies primaires (ressources) • Energies disponibles naturellement dans notre environ‐ nement • On parle d ’énergies primaires: fossiles ou renouvelables Unité: tep (toe) +….. tonne équivalent pétrole 8 4
  5. 5. Macro Energie 2013 Filières énergétiques • Des énergies primaires aux usages finaux Energies  primaires • produits pétrolier raffinés • électricité • vapeur • air comprimé • ….. Energies  • hydrogène secondaires vecteur énergétique e te r éner étiq e • transportable • fractionnable • stockable (≈) Energies finales usage 9 Filières énergétiques • Une filière énergétique est caractérisée – par un rendement • rendement intrinsèque de(s) des transformations pour  atteindre l énergie d usage (mécanique, thermique….) atteindre l ’énergie d ’usage (mécanique, thermique….) • énergie nécessaire aux différents process (extraction,  transformation, transport…) • énergie nécessaire à la construction de l ’infrastructure – un impact sur l ’environnement • un appauvrissement des ressources • emprise au sol emprise au sol • déchets et effluents éventuellement polluants (utilisation et  fabrication) – GES (gaz à effet de serre: CO2….), N0x ; rejets thermiques – déchets radioactifs 10 5
  6. 6. Macro Energie 2013 Filières énergétiques • Comparaison des filières…difficiles – Vision « du puits à la roue » 11 Filières énergétiques – Collision entre des visions universalistes/ nationales/  individuelles. Exemple: est‐il raisonnable de faire du chauffage  domestique avec l électricité comme énergie  domestique avec l’électricité comme énergie secondaire ? • Non, d’un point de vue thermodynamique si l’électricité est  produite en utilisant la chaleur • Pourquoi pas, si – ressource abondante et locale (hydroélectrique) – ressources sécurisées : approvisionnement, stockage (uranium….) • Pourquoi pas puisque  – Le transport de l’électricité est plus performant que le transport de la  chaleur (cas d’une source de chaleur abondante…géothermie HT) 12 6
  7. 7. Macro Energie 2013 Introdution Généralités – Définitions – Filières énergéti‐ ques – Architecture Energie primaire – Problème  énergétique ENERGIE PRIMAIRE – Les ressources – Les unités – Bilan de  consommation Situation actuelle – Carac. conso – Tendances • Problème énergétique – Réserves Eléments de  • Les ressources L réflexion • Les unités • Bilan de consommation 13 Problème énergétique ? • Vision très théorique – au sens physique du terme, il n’ y a pas de pb énergétique – mais dégradation de l ’énergie vers sa forme basse mais dégradation de l énergie vers sa forme basse  qualité (chaleur) • La terre est un système ouvert – échange d ’énergie très important avec son  environnement (rayonnement) – échange de matière (très peu) échange de matière (très peu) • Le problème énergétique concerne les énergies  primaires: • Epuisement des stocks • La possibilité d’utilisation des flux 14 7
  8. 8. Macro Energie 2013 Les ressources • Fossiles (énergies de stock) – Charbon – pétrole/gaz conventionnels – minerai matériau fissible minerai matériau fissible – schiste bitumineux, gaz de schiste, hydrates de méthane – Minerais contenant des isotopes pour fusion/fission  nucléaire • Renouvelables (énergies de flux) – hydraulique y q – éolien la plupart des énergies primaires sont  – biomasse d ’origine solaire mais à des échelles de  – solaire temps très différentes – géothermie 15 Les unités •L ’unité de référence: tep/toe 1Mtep = 41,868.1015 J = 41,868 PJ – 3 à 5 supertankers  – traduit le fait que notre approvisionnement en énergie est traduit le fait que notre approvisionnement en énergie est  basée sur le pétrole • mais aussi – Btu (British thermal unit) MBtu = 1,0551 GJ  = 0.02519  tep – tec (tonne équivalent charbon) Mtec = 0,7 Mtep = 29307 TJ ( q ) , p – Wh  (watt heure)  TWh = 3600 TJ = 85,98 ktep • également  (unité de volume/masse) Anglo‐saxons – baril = 158,98 litres  cubic feet = 28 litres •billion = 109 – short ton = 0,907 tonne   •quadrillion = 1015 http://www.iea.org/stats/unit.asp 16 8
  9. 9. Macro Energie 2013 Evaluation de l’énergie primaire • Equivalence énergétique méthode du contenu calorifique brut (PCS) (Gross Heat Content) PCI/PCS pouvoir calorifique supérieur (PCS) = dégagement maximal théorique de la chaleur lors de la combustion, y  compris la chaleur de condensation de la vapeur d’eau produite  pouvoir calorifique inférieur (PCI) =  PCS  moins la chaleur de condensation de l’eau supposée restée à l’état de  vapeur à l’issue de la combustion. Gaz naturel: 0,9 Charbon: 0,95…0,98 Pétrole: 0,92…0,93 – pas de pb pour les combustibles – nucléaire, éolien, hydraulique ? • Nucléaire: énergie thermique dégagée par la réaction  nucléaire • Eolien, hydraulique – équivalence énergétique directe  – ou avec un coefficient (dépend des pays, organisme) 17 Equivalence énergétique • Contenu calorifique différent suivant les origines  Variation de l ’ordre de 10% 3 bruts de référence pour les prix: Brent, WTI (West Texas Intermediate),  Arabian Light 18 9
  10. 10. Macro Energie 2013 Bilan énergétique‐France • Coefficient d’équivalence français 1 MWh = 3,6 GJ = 0,086 tep; 1 tep  ≈ 42 GJ Source: DGEMP http://www.industrie.gouv.fr/energie 19 Bilan énergétique‐France France 2011 France 2011 20 10
  11. 11. Macro Energie 2013 Bilan énergétique ‐ France • Consommation d’énergie finale par secteur – 1er poste: Résidentiel et tertiaire 40% – 2ème poste: Transport  30% 21 Introdution Généralités – Définitions – Filières énergéti‐ ques – Architecture Energie primaire – Problème  énergétique SITUATION ACTUELLE – Les ressources – Les unités – Bilan de  consommation Situation actuelle – Carac. conso – Tendances • Caract. de la consommation  – Réserves Eléments de  • Tendances réflexion • Réserves 22 11
  12. 12. Macro Energie 2013 Caract. de la consommation • Répartition de l ’utilisation des  ressources d’éner‐ gies primaires (Monde‐2011) Pétrole + gaz + charbon = 87% BP 2010 23 Caract.de la consommation • Atteinte à l’environnement (au climat)  25 tep/hab/an 20 tCO2/hab/an 15 10 5 0 C il ti R e m de V i i ne Ja A lle ce M ie e de F n go s n ai g po S na s ré ag A ran on In vè To U H h us B et m or N 24 12
  13. 13. Macro Energie 2013 Caract. de la consommation • Consommation annuelle par individu (tep) 12 10 8 6 4 2 0 Monde USA France Chine Côte Russie Norvège dIvoire Que représente 2 tep/hab et par an ? 25 Caract. de la consommation • Répartition par pays des consommations /tête  (2011) workbook 2012 26 13
  14. 14. Macro Energie 2013 Evolution • Evolution de la consommation mondiale d ’énergie  primaire (Gtep) 12000 USA: 19% 10000 (300Mhab) UE25: 14% (580 Mhab) 8000 OCDE: 46,7% France: 2,2% 6000 Chine: 20% Afrique: 3,2% (900 Mhab) 4000 12 Gtep 12 Gtep 180 à 200 Mtep/an 2000 0 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 BP: worbook 2010 2008: 11315 Gtep – 2009: 11164 Gtep – 2010: 12002 Gtep – 2011:12274 GTep http://www.eia.doe.gov/emeu/international 27 Evolution • Evolution de la consommation d’énergie primai‐ re/PIB  de 1971 à 2007 (source AIE WEO  2009) Mtep 28 14
  15. 15. Macro Energie 2013 Evolution • Energie primaire PIB (1965/2011) Source: Jean‐Marc Jancovici 29 Evolution • Corrélation consommation d’énergie/PIB Exemple d’info « bizarre » k USD/an/hab 30 15
  16. 16. Macro Energie 2013 Evolution • Couplage Consommation/PIB (court terme) 31 Evolution • une croissance très forte dans certains pays:  • Chine, Inde 32 16
  17. 17. Macro Energie 2013 Réserves • Quelle échéance ? workbook 2012 A consommation  constante ! 33 Réserves • “Pic oil” – théorie de Hubert ? www.oilcrisis.com www.oilcrisis.com 34 17
  18. 18. Macro Energie 2013 Réserves • Localisation des réserves de pétroles workbook 2012 35 Réserves • Localisation des réserves de charbon workbook 2012 36 18
  19. 19. Macro Energie 2013 Réserves • Localisation des réserves de gaz workbook 2012 Gaz de schiste ? 37 Premier bilan – Plus de 12 Gtep consommés par an.  – consommation significative depuis le milieu du 19ème  siècle. – les principales ressources utilisés sont les combustibles les principales ressources utilisés sont les combustibles  fossiles (> 80%). – part des EnR marginale. – une consommation très inégalitaire – une augmentation régulière depuis le milieu des années 40 200 Mtep/an 200 Mtep/an – qui continue à croître dans les pays développés (entre 1 et  2% an). USA        1970: 1600 Mtep 2011: 2269 Mtep France   1970: 155 Mtep‐52Mhab   2011: 271 Mtep‐65Mhab 38 19
  20. 20. Macro Energie 2013 Premier bilan – une tendance à un accroissement + rapide  (démographie et  développement industriel des pays  émergents) – des réserves qui s’épuisent rapidement; échéance de des réserves qui s épuisent rapidement; échéance de  l ’ordre d’une génération pour le pétrole – un appel au charbon en augmentation – un impact certain sur notre environnement avec des  conséquences difficilement prévisibles (a priori  néfaste) éf t ) – une localisation des ressources « particulières » logistique, problème géopolitique 39 Introdution Généralités – Définitions – Filières énergéti‐ ques – Architecture Energie primaire i i i – Problème  QUELQUES ÉLÉMENTS énergétique – Les ressources – Les unités DE RÉFLEXION – Bilan de  consommation Situation actuelle – Carac. conso – Tendances • Energie et développement – Réserves Eléments de  réflexion • Tendances • Enjeux 40 20
  21. 21. Macro Energie 2013 Energie et développement • Le développement est indissociable de la  consommation énergétique – de combien d’ « esclaves » disposons nous ? • énergie  utile que peut fournir un homme (costaud) 0,8  kWh/jour • énergie que peut fournir un cheval 5 kWh/j • 1l de pétrole – 1,5 euros avec les taxes = 15 mn du SMIG horaire – 38MJ = 10 kWh (thermique) ‐‐‐> 5 kWh d ’énergie mécanique 38MJ  10 kWh (thermique) 5 kWh d énergie mécanique – 6 « équivalent esclaves »* – le développement  n’est possible qu ’avec 1 à 2  tep/hab/an (ONU/UNESCO) 41 Energie et environnement • Effort à faire /teneur en CO2 pour un dévelop‐ pement durable Production de C02 par habitant en tonne équivalent carbone (2003) UNFCCC 42 21
  22. 22. Macro Energie 2013 Energie et Environnement • Emissions de CO2. Qu’est‐ce que cela représente ? Avec les technologies actuelles, une des utilisations  suivantes est suffisante pour utiliser notre quota carbone  individuel dans le cadre d un développement durable: individuel dans le cadre d ’un développement durable: – Aller‐retour par avion de Paris à New‐York, – ou   5000 à 6000 km en voiture en ville avec une petite  voiture, – ou consommation de  3700 kWh d’électricité en GB,  3200  kWh en Allemagne mais  24000 kWh en France. – ou 8000 kWh de process industriel, k hd d l – ou acheter  50 à 500 kg de produits manufacturés, – ou construire 4 m2 de maison ou de bureau, – ou  brûler 7200 kWh de gaz (environ deux mois de  chauffage d ’une maison en France) 43 Prospective • Les études prospectives conduisent à des scéna‐ rios de croissance des besoins énergétiques pour le siècle prochain – la prolongation des tendances actuelles n’est pas  soutenable ( x 5 ) – solidarité et sobriété volontaristes conduisent quand  même à  x 2  – le scénario moyen « réaliste ? » conduit à  x 3 (35 Gtep) • Les investissements à effectuer sont très impor‐ tants – le contexte de dérégulation est‐il favorable à la mise en  place de politique à long terme ? 44 22
  23. 23. Macro Energie 2013 Prospective • Investissement dans le secteur de l’énergie – scénario de référence de l’AIE (BAU) 45 Enjeux • Comment maintenir un niveau de développement  où accéder au développement sans dégrader la  planète ? Les énergies de flux peuvent‐elles à termes subvenir à nos  besoins ? • Comment gérer la transition énergétique (il y a  urgence) Peut on effectuer la transition suffisamment rapidement ? Peut‐on effectuer la transition suffisamment rapidement ? 46 23
  24. 24. Macro Energie 2013 ENR • Potentiel des ENR – le solaire (rayonnement) possède ce potentiel à long  terme….. – le potentiel des ENR classiques (hydraulique, éolien,  hydrolien…) ne permet pas de couvrir nos besoins. • Transition – Forte inertie des filières énergétique (ressources et Forte inertie des filières énergétique (ressources et  utilisation).  – Exemple ENR/versus Nucléaire: le nucléaire à lui seul  n’est pas capable de prendre en charge l’augmentation  de la consommation. 47 Conclusions • Le « développement « humain est     intrinsèque‐ ment lié à la consommation énergétique • consommation rapide (de plus en plus) de nos  réserves (à l’échéance de quelques décennies ) • pas de solution simple (éolienne, biocarburants…) • développement certain du charbon • impact environnemental de l’énergie • la conscience du problème n’induit pas l’action  nécessaire (voir les 40 dernières années) car les  signaux économiques ne sont pas toujours  pertinents  48 24
  25. 25. Macro Energie 2013 Conclusions • Signaux économiques (court terme ?) Le monde : 29/11/2012 49 Conclusions « Les prévisions à long terme en matière de consommation dénergie ne permettent pas de douter de lapparition dune pénurie de produits pétroliers et de gaz naturel, à un horizon relativement proche, puisquil se situe au tournant du siècle, en tous cas bien avant 50 ans. Il convient donc de ne pas gaspiller les énergies fossiles dont lemploi à long terme restera indispensable pour des usages spécifiques, chimie notamment: la transformation en chaleur de produits offrant tant dautres ressources est une hérésie » Polycopié d’Energétique de l’Ecole des Mines (1973) – Persoz • Le problème énergétique est un des aspects d’un  problème plus général qui est celui des ressources: eau, terres agricoles, minerais… Ex du cuivre: R/P = 40 ans bon courage ! 50 25
  26. 26. Macro Energie 2013 Bibliographie • http://www.bp.com • http://www.iea.org  • http://www.eia.doe.gov/  • http://europa.eu/pol/ener/index_fr.htm (CE) • http://www.energy.eu/ • http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/ • http://www.ipcc.ch/ (GIEC/IPCC) • http://millenniumindicators.un.org • http://www.manicore.com » site de J‐M Jancovici (expert) ‐ livre « Le plein s ’il vous plaît » Le Seuil site de J M Jancovici (expert)  livre  Le plein s il vous plaît Le Seuil • http://www.developpement‐durable.gouv.fr • http://www.wise‐paris.org/ • Perspectives  énergétiques mondiales  Techniques de l ’ing. BE8515 • http://www.negawatt.org/ 51 26

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