Le document traite des enjeux énergétiques mondiaux à travers des cours et des évaluations, incluant une analyse des ressources énergétiques, leur consommation, et leur impact environnemental. Il aborde les différents types d'énergies, leurs définitions, ainsi que les perspectives d'évolution et de développement durable dans un contexte de consommation croissante. Enfin, il met en lumière les défis liés à l'épuisement des ressources et les nécessités d'une transition énergétique.

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 l'environ. (T.
VOGEL )
• 15 février: Politique Energétique (A. Bredimas)
• 22 février: BE SIMAPRO Groupe 1
• 8 mars: BE SIMAPRO Groupe 2
2
1

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. 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
• L'énergie 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
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n
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on
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H
h
us
B
et
m
or
N
24
12

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
d'Ivoire
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. 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. 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. Macro Energie 2013
Evolution
• Couplage Consommation/PIB (court terme)
31
Evolution
• une croissance très forte dans certains pays:
• Chine, Inde
32
16

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. Macro Energie 2013
Réserves
• Localisation des réserves de pétroles
workbook 2012
35
Réserves
• Localisation des réserves de charbon
workbook 2012
36
18

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. 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. 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. 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. 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. 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. Macro Energie 2013
Conclusions
• Signaux économiques
(court terme ?)
Le monde : 29/11/2012
49
Conclusions
« Les prévisions à long terme en matière de consommation d'énergie
ne permettent pas de douter de l'apparition d'une pénurie de
produits pétroliers et de gaz naturel, à un horizon relativement
proche, puisqu'il se situe au tournant du siècle, en tous cas bien
avant 50 ans. Il convient donc de ne pas gaspiller les énergies
fossiles dont l'emploi à long terme restera indispensable pour des
usages spécifiques, chimie notamment: la transformation en
chaleur de produits offrant tant d'autres 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. 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