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Yves MartinCentre de Recherches en Physique des Plasmas

Association Euratom - Confédération SuisseEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne

CH - 1015 Lausanne, Suisse

Demain, quelles énergies?Demain, quelles énergies?--

IntroductionIntroduction

Yves Martin, WBZ CPS Demain, quelles énergies ? - Intro, Yverdon, 22.11.2006 2

Plan de l’introductionPlan de l’introduction

Energie● Notions de base, définition(s)

Etat des lieux – consommation énergie● Statistiques suisses● Statistiques mondiales

Demain● Ressources● Prévisions● Options énergétiques

Plan du cours


Energie – définitionEnergie – définition

Dictionnaire● Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité

d’accomplir un travail (moteur, …)à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il entre en

interaction

Ecole (8VSB)● Il est difficile de définir l'énergie en soi, puisqu'on ne peut

l'observer que par les effets qu'elle produit.Poincaré: Il y a une quantité numérique qui ne change pas

lorsque qqch se produit.Feynman: L'énergie se conserve, mais on ne sait pas ce que

c'est.

Exemple d’énergie● Mécanique, électrique, thermique, chimique, nucléaire,

rayonnante, ...


Energie – principes et usageEnergie – principes et usage

Principe de Lavoisier● Il ne peut y avoir création ou disparition d’énergie mais

seulement transformation d’une forme en une autre

Principe de Carnot● Transfert d’énergie d’un système à un autre

Mais ...● Source d’énergie● Production d’énergie

... Définition● Transformation irréversible d'une énergie "latente" en une

énergie "utile"Exemples: fossiles, nucléaire, solaireContre-exemple: hydrogène (électrique)


Autres définitions utilesAutres définitions utiles

Energie renouvelable● Dont la consommation n'aboutit pas à une diminution

apparente des ressources naturelles parce qu'elle fait appel à une source inépuisable (pour nous)

● Transformation est aussi irréversible mais la source est toujours présente

● Développement durable – développement qui permet de faire face aux besoins actuels sans compromettre la capacité des générations futures à assurer leurs propres besoins

Energie grise● Energie nécessaire à la fabrication de l'installation productrice

d'énergie● Devrait être prise en considération lors du développement

d'une source d'énergie


Energie - Unités et conversionsEnergie - Unités et conversions

Energie● MKSA: [Joule] = [Nm] = [m2 kg s-2]● Calories: 1 cal = 4.18 J

Dans le cadre de "production d'énergie"● 1 kWh = 3.6 106 J● 1 btu = 1055 J

● 1 tep (tonne équivalent pétrole, toe) ~ 42 GJ ~ 12000 kWhmais 1 toe donne 4500 kWh dans une centrale [BP]

● 1 MJ = 106 J (= 1 Mega J)● 1 GJ = 109 J (= 1 Giga J)● 1 TJ = 1012 J (= 1 Tera J)● 1 PJ = 1015 J (= 1 Peta J)● 1 EJ = 1018 J (= 1 Exa J)


Etat des lieux – consommation globale en SuisseEtat des lieux – consommation globale en Suisse

[Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]

Combustibles pétroliers

Carburants

Gaz

Electricité

Chauffage à distance

Energies renouvelables

Déchets industrielsCharbon

Bois

Consommation suisse totale 2005: 890'440 TJ (+1.3%)


Consommation globale en Suisse IIConsommation globale en Suisse II


Répartition de la consommation selon les agents énergétiques

● Energies fossiles: ~70%

Combustibles pétroliers

Carburants

Gaz

Electricité

Bois

Répartition de la consommation selon les groupes de consommateurs

Transport Ménages

IndustriesServices


Flux énergétique en SuisseFlux énergétique en Suisse


Combustiblessolides

Pétrolebrut

Produitspétroliers

Gaz

Combustiblesnucléaires

Hydraulique

Transport

Ménages

Industries

Services

Renouvelables


Consommation globale en SuisseConsommation globale en Suisse

Consommation brute & Consommation finale

Différence● Variations de stock● Pertes transformation

Consommation proprePompage/turbinage

● Pertes transport

Consommation brute● 1'132'660 TJ

Consommation finale● 890'440 TJ

Rapport: ~80%[Statistique globale suisse de l'énergie 2005, OFEN]


Consommation électrique en Suisse (2005)Consommation électrique en Suisse (2005)

Production d'électricité par catégorie de centrale

● Hydraulique: 56.6%● Nucléaire: 38%● Autres: 5.4%

[Statistique suisse de l'électricité 2005, OFEN]

Consommation d'électricité par groupes de consommateurs


Structure de production d'électricité en EuropeStructure de production d'électricité en Europe

Structures très différentes d'un pays à l'autre



Bilan suisse de l'électricité 2005Bilan suisse de l'électricité 2005


Exportation ~ consommation indigène

Importation ~ production indigène

Importation ~Exportation


Consommation d'énergie primaire dans le mondeConsommation d'énergie primaire dans le monde

Consommation mondiale 2005: 10'537 Mtoe (+2.7%)Energies fossiles: ~88%Rapport Suisse/monde: 2.26 o/oo

[BP statistical review of world energy, June 2006

Pétrole

Gaz

NucléaireHydraulique

Charbon

2005

2000

1990

1980


Energies primaires consommées par régionEnergies primaires consommées par région


Pétrole

Gaz

NucléaireHydraulique

Charbon

Amériquedu Nord

Amériquedu C+Sud

EuropeEurasie

MoyenOrient Afrique

AsiePacifique

Différentes dépendances en énergie primaire● Asie: forte dépendance au charbon


Consommation par personneConsommation par personne


Inde, Chine, ... ont un fort taux de croissance


Demain – ressources énergies fossilesDemain – ressources énergies fossiles

Réserves de pétrole inégalement distribuées ...[BP statistical review of world energy, June 2006


Réserves de pétrole / consommation actuelleRéserves de pétrole / consommation actuelle

Réserves de pétrole ~40 ans


40


Ressources énergies fossilesRessources énergies fossiles


Réserves en énergies fossiles par région et pour le monde:Pétrole: ~40 ans, gaz:~60 ans; charbon:~150 ans

PétroleGaz

Charbon


Ressources combustible nucléaireRessources combustible nucléaire

Centrales actuelles: ~50ans

Surrégénérateurs: ~30'000 ans

Les informations à ce sujet sont nettement moins courantes sur Internet que celles concernant les énergies fossiles


EnvironnementEnvironnement

Augmentation de la concentration de CO2

Influence des gaz à effet de serre

Réchauffement de la planète● Fonte des glaces (-iers), permafrost, ...● Instabilité du climat (ouragans, ...)


Prévisions démographiques (M habitants)Prévisions démographiques (M habitants)

Région 2005 2030

Amérique du Nord 332 407

Amérique latine 558 711

Europe de l'Ouest 468 488

Europe de l'Est 406 380

Afrique 888 1398

Moyen Orient, Asie du Sud 1674 2325

Asie du Sud-Est, Pacifique 405 500

Extrême Orient 1719 1914

Monde 6450 8123

[IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]


Prévisions énergétiques (Prévisions énergétiques (EJEJ, , % nucléaire% nucléaire))

Région 2005 2030

Amérique du Nord 112.9, 8.4133, 8.4159, 8.7

Amérique latine 30.8, 1.055, 0.983, 1.8

Europe de l'Ouest 70.7, 13.682, 5.0

94, 13.0

Europe de l'Est 56.2, 6.175, 7.998, 8.3

Afrique 29.7, 0.447, 0.462, 1.5

Moyen Orient, Asie du Sud 48.5, 0.489, 1.8

121, 2.7

Asie du Sud-Est, Pacifique 22.638, 0.253, 0.6

Extrême Orient 102.1, 5.4164, 6.1237, 6.1

Monde 473.5, 6.0683, 4.9907, 6.1

[IAEA, Energy electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030, 2006]


Autres prévisions ...Autres prévisions ...

Production d'électricité en Chine: x 3.3 en 30 ans

¾ produite à partir de charbon

Amériquedu Nord

AmériqueLatine Afrique

Europe

ChineInde

1026

1096

2048

3316

3565

2030

2002

1973

Année

2002

2030

Production d'électricité en Chine

CharbonRenouvelables

Hydraulique

Fission

GazPétrole

[EFDA, Energy, powering your world, 2005]


Et encore, pour la petite histoire ...Et encore, pour la petite histoire ...

Prévision US

Energy Information Administration

Office of Integrated Analysis and Forecasting

U.S. Department of Energy

Washington, DC 20585


... pour la petite histoire, suite... pour la petite histoire, suite

Où est le problème ???


Mais ... déclin des ressources fossilesMais ... déclin des ressources fossiles

Pic du pétrole (et du gaz): ~ 20102050 = ½ x 2000

[CJ Campbell, Forecasting global oil supply 2000-2050, 2002

Pétrole

Pétrole lourd, bitumes

Zones polaires, eaux profondes

NGL

Gaz naturel

Méthane issu du charbon

Gboe

[CJ Campbell, 1998]


Prévisions avec diminution pétrole / gazPrévisions avec diminution pétrole / gaz

Pic du pétrole ~ 2020[Edwards, 1997]

Charbon

Renouvelables

Hydraulique

Fission

Gaz

Pétrole

Gboe


... et en Suisse ? Quelle politique ?... et en Suisse ? Quelle politique ?

'Perspectives énergétiques 2035-2050'● 4 rapports de l'OFEN, M.Renggli● Août 2005 – Août 2006

Conditions cadres● Population

Tendance Immigration plus élevée

● Croissance du PIBTendanceElevée

● ClimatNormalPlus chaudvagues chaleur et froid

● Prix de l'énergiedu pétrole (30 ou 50$ / bbl) Investissement dans l'énergie

16'000'000M$ [AIE (2003); «World Energy Investment Outlook»]


Les scénariosLes scénarios


StratégiesStratégies

A priori, chaque stratégie s'applique à chaque scénario

Toutes les stratégies conservent la production hydraulique

Stratégies:● Nucléaire● Fossile centralisé● Fossile décentralisé● Energies renouvelables● Importations● Nucléaire – renouvelable● Fossile c. – nucléaire● Fossile c. – renouvelable● Fossile d. – renouvelable● Renouvelable de + en +


Estimations (1990 – 2050)Estimations (1990 – 2050)

Scénario I Scénario IIOffre électricité Offre électricité

Importations + nucléaire

ImportationsImportations + nucléaire


Agents énergétiques finaux scénarios III & IVAgents énergétiques finaux scénarios III & IV

Période 1990 – 2035Diminution des énergies fossiles

Scénario III Scénario IV


Scénario IIScénario II

Promotion des énergies renouvelables

Total représente 10% de la consommation électrique 2005


Coûts globaux, scénarios I & IICoûts globaux, scénarios I & II

A=Imp+nucl. B=imp+therm.centr.+nucl C=Therm.centr


Résumé des scénariosRésumé des scénarios

Scénarios prévoient une diminution de la demande

Fin de vie des centrales nucléaires

Construction de nouvelles centrales nucléaires

Construction de centrale thermique

Importation

Etude pas complète


Résumé des options énergétiquesRésumé des options énergétiques

Etude pas complète ... pas beaucoup de chiffres pour var D et E ??


Demain ...Demain ...

Energie de remplacement

A plus long terme ?

Quelle(s) solution(s) ?

Année

Demandeénergétique

(Terre – Suisse)

Energies fossiles

Energie deremplacement

Envisager toutes les solutions énergétiques compatibles avec le développement durable ... y.c. économies


Demain - visionsDemain - visions

Monde● Protocole de Kyoto● Fusion contrôlée - ITER

Participants: EU, Japon, Russie, US, Chine, Corée-du-Sud, IndeFuturs participants: Brésil, ...

Europe● Green paper● Programmes cadre

Suisse● OFEN = Office Fédéral de l'ENergie● CORE = COmmission de Recherche en Energie● FNS, ...


En Suisse – Programme COREEn Suisse – Programme CORE

Quatre objectifs pour générer un effet substanciel d'ici 2050

● Elimination combustibles fossiles pour seulement chauffer les bâtiments

● Réduction de moitié de la consommation des bâtiments

● Utilisation accrue de la biomasse jusqu'au potentiel de production écologique

● Réduction à 3l/100km consommation moyenne de carburants fossiles des véhicules privés

[CORE, Rapport annuel 2005]


Distinction 'Recherche' et 'Mise en oeuvre'Distinction 'Recherche' et 'Mise en oeuvre'

Recherche fondamentale orientée

● La recherche fondamentale orientée est à l'origine d'applications intéressantes pour la technique énergétique. L'apparition de phénomènes ignorés stimule souvent la recherche fondamentale orientée.

● Lors qu'elle contribue au développement d'un approvisionnement énergétique durable, la recherche fondamentale orientée justifie un soutien étatique

Mise en oeuvre

● Implication directe des partenaires de l'industrie

● Financement ciblés de projets pilotes et de démonstration

● Programme SuisseEnergie


Grandes options de la Recherche 2004-2007Grandes options de la Recherche 2004-2007

4 pôles de la recherche énergétique gérée par la CORE

● Utilisation rationnelle de l'énergie

● Sources d'énergies renouvelables

● Energie Nucléaire

● Fondements de l'économie énergétique

[OFEN, CORE, Plan directeur de la recherche 2004-2007]


Domaines de recherchesDomaines de recherches

Utilisation rationnelle de l'énergie● Bâtiment● Transports● Stockage, transport et utilisation de l'électricité● Couplage chaleur-force● Pile à combustible● Combustion

Sources d'énergies renouvelables● Energie solaire

chaleur solaire, photovoltaïque, chimie solaire● Chaleur ambiante (pompes à chaleur)● Biomasse (bois, déchets, ...)● Géothermie● Energie éolienne● Force hydraulique


Domaines de recherches IIDomaines de recherches II

Energie nucléaire● Fission nucléaire

Sécurité, déchets radioactifs, recherche prospective● Fusion nucléaire

Fondements de l'économie énergétique● Politique de l'énergie● Economie, société et environnement


Attributions financières suissesAttributions financières suisses

Financement des différents programmes de recherche énergétique en Suisse


Plan du coursPlan du cours

Fusion – M. Martin● Des principes de la fusion au réacteur ITER

Géothermie – M. Wilhelm● Le potentiel géothermique● Les possibilités d’utilisation● La géothermie basse énergie● La géothermie profonde● Exemples d’application● Aspects économiques● Les atouts de l’énergie géothermique

Hydrogène et mobilité – M. Sudan● Les propriétés de l'H2● La production d'H2● Le stockage d'H2● La combustion d'H2● Les applications actuelles● Les défis techniques et économiques actuels et futurs de l'H2


Plan du cours IIPlan du cours II

Photovoltaïque – MM. Baillif, Wyrsch

Nouveau nucléaire – M. Dupont● Les 4 piliers de politique énergétique● le nucléaire en perspective● Les risques : accidents et déchets● Le nucléaire de 4e génération ● Contribution à la sécurité d’approvisionnement suisse

Question de société – M. Dupont● Décider – choisir : la méthode● Ecologie : faits et opinions. Contradiction entre les labels

écologiques et les bilans écologiques● Sécurité : normes ou interdiction ? maîtriser ou fuir les

risques?● La société à 2000 W● Risque – projet - sens


Références / LectureRéférences / Lecture

OFEN● Statistique globale suisse de l'énergie 2005● Statistique suisse de l'électricité 2005● Plan directeur de la recherche énergétique de la Confédération 2004-2007● Recherche énergétique 2005 – rapports de synthèse des chefs de

programmeDETEC

● A contribution to the identification of promising technologies for the 2050 swiss energy R&D policy vision, M.Bürer, C.Cremer, mars 2006

BP● Quantifying energy, BP statistical review of world energy, 2006

IAEA● Energy, electricity and nuclear power estimates for the period up to 2030● Energy indicators for sustainable development, 2005● Climate change and nuclear power, 2000

EU, EFDA● Towards a european strategy for the security of energy supply, 2000● The energy challenge of the 21st century: role of nuclear energy, 2003● Energy, powering your world, 2005


Références / Lecture IIRéférences / Lecture II

IEA● Key world energy statistics, 2006● Alternative fuels: an energy technology perspective● Impact of climate change policy uncertainty in power investment● Deploying climate-friendly technologies through collaboration with

developing countries WEC

● World energy in 2006● Energy policy scenarios 2050

US – DOE● International energy outlook, 2006

UK● Our energy future – creating a low carbon economy, 2003

Divers● 'Combustibles fossiles: quel avenir pour quel monde ?', J.Laherrere,

ASPO, nov 2006● 'Energie éolienne – Le vent en poupe', Suisse Eole, fév 2005● The Hardley Centre regional climate modelling system


Potentiel hydrauliquePotentiel hydraulique

Les chiffres indiquent la fraction réalisée du potentiel hydraulique

[Worl Energy Council]


[Worl Energy Council]

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