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6 octobre 2006

Mise à jour
13 avril 2016 *

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Énergie
Une confusion considérable règne dans les journaux et dans l'esprit de monsieur Tout-le-Monde à propos des différents types d'énergie, de leurs vertus et défauts, et de leurs effets sur notre environnement.

Faits, tendances et réflexions.

Steam locomotive
Windmill
Dam
Oil tanks
Dam
Windmill farm
Oil field
Photovoltaic panel
Nuclear power
Solar panel

Quelle est notre perception ?

Les questions fondamentales sont :

Voici la liste des principaux types d'énergie :


La table suivante donne leurs caractéristiques principales :

Type d'énergie CO2? Renouvelable? Applications Nuisances?
Combustibles fossiles
Charbon Oui Non Électricité Cendres, acides
Pétrole Oui Non Électricité, véhicules Cendres, acides
Gaz (naturel ou GPL) Oui Non Électricité, véhicules Acides
Biomasse
Bois Oui Oui Chauffage Cendres
Bagasse Oui Oui Électricité, chauffage Cendres
Éthanol Oui Oui Véhicules Bilan énergétique?
Huile de colza Oui Oui Véhicules, Électricité Bilan énergétique?
Hydraulique
Barrages (montagne) Non Presque Électricité Change le biotope
Rivières Non Presque Électricité Change le biotope
Marée Non Oui Électricité Peu
Nucléaire
Centrales nucléaires Non Presque Électricité Radiations, déchets
Vent
Éoliennes Non Oui Électricité Bruit
Soleil
Panneaux de chauffage Non Oui Eau chaude Rien à dire
Panneaux voltaïques Non Oui Lumière etc. Puissance faible
Centrales solaires Non Oui Électricité Puissance insuffisante
Autres
Piles à combustible Non Plus ou moins Véhicules Pas au point

Trop cher ?

L'énergie n'est pas chère, du moins dans les pays développés. Nous avons pris l'habitude de presser un bouton ou de tourner un robinet pour tout : la chaleur, la lumière, l'eau, les transports. Nos ancêtres devaient charrier des bûches pour alimenter leurs cheminées et leurs poëles en hiver, ils devaient soigner des chevaux, des ânes ou des chameaux pour le transport, ils devaient puiser l'eau à la rivière ou dans un puits.

Nous exploitons des ressources naturelles : le pétrole, le charbon, l'uranium, l'eau ; beaucoup pensent que parce qu'elles sont naturelles, ces ressources sont gratuites. Le pétrole a été très bon marché pendant la plus grande partie du vingtième siècle. Aujourd'hui il n'est toujours pas cher, car en Europe environ 70% du coût de l'essence est constitué par des impôts.

Trop peu ?

Si vous considérez les réserves globales de pétrole, de gaz, de charbon et d'eau, oui, elles sont faibles : vos petits-enfants devront utiliser d'autres sources d'énergie, car ils n'auront plus de pétrole ni de charbon.

Par ailleurs, il y a mieux à faire avec le pétrole que de le brûler. Il est à mes yeux plus utile comme matière première pour la fabrication de produits synthétiques, plastiques et autres.

Combien, en fait ?

Le monde a consommé 17'080 TWh (térawattheures, soit 17,1×1012 Wh) d'électricité en 2007, contre 15'852 TWh en 2003. Les États-Unis à eux seuls en ont consommé 3924 TWh en 2007, soit 23 % du total. On se rappellera que la population des USA ne représente que 4,5 % de la population mondiale. La figure de droite montre la consommation des dix pays les plus voraces en énergie. Ici, une table avec les 30 plus gros consommateurs et 5 parmi les plus petits, pour les années 1988, 2003 et 2007..

Vous êtes perdu avec ces unités étranges ? Ce n'est pas très compliqué : une ampoule électrique de 100 W consomme 100 Wh, soit 0,1 kWh, en une heure. Si vous la laissez allumée toute l'année, soit 8760 heures d'affilée, votre ampoule aura consommé 876 kWh pendant cette année. La consommation mondiale d'électricité de 17'080 TWh est donc la même que celle de 20 milliards de ces ampoules électriques, soit (seulement) environ 3 ampoules (300 W ou 0,3 kW) par être humain. Plus sur les unités en bas de la page.

Le second graphique montre la consommation de pétrole, exprimée en barils par habitant, d'une vingtaine de pays riches et pauvres. Le citoyen états-unien consomme deux fois plus de pétrole que le Français, et 30 fois plus que l'Indien. Examinez le cas de la France: 12,7 barils par habitant, à 159 L par baril, font 2019 litres par an. Si le Français en question a une voiture et parcourt 20'000 km par an, et si son auto consomme 10 L aux cent kilomètres, il brûle 2000 L d'essence par an (et ça lui coûte 2600 €). Vous me dites: tous les Français ne font pas 20'000 km par an, les nourrissons n'ont pas de voiture, et la mienne consomme moins. D'accord, mais le pétrole en question sert aussi à chauffer votre maison, à faire voler les avions et à fabriquer quelques produits chimiques.

Power consumption 2007
Oil consumption 2003

Une question d'échelle

Pour une maison, une villa, une ferme, vous pouvez produire de l'énergie à petite échelle, en utilisant le soleil, le vent ou la rivière. Pour une ville, c'est plus compliqué : il vous faut une source commune d'énergie, donc une centrale électrique qui peut éventuellement aussi fournir l'eau chaude. Les petites villes peuvent cependant être alimentées par des parcs d'éoliennes.

Conservation de l'énergie

Dans l'avenir nous devrons apprendre à conserver l'énergie, grâce à une meilleure isolation thermique, et aussi tout simplement en réglant notre chauffage sur 19°C au lieu de 21°C en hiver et la climatisation sur 26°C au lieu de 22°C en été. À propos de climatisation, les logements privés n'ont pas besoin d'air conditionné en France, ni dans beaucoup d'autre pays d'Europe. Il est scandaleux que des firmes essaient de vendre des climatiseurs qui ne serviront que six semaines par an, et ne seront vraiment utiles que 10 jours...

Des dégâts sur l'environnement ?

Tous les types d'énergie ont des effets négatifs sur l'environnement, mais les différences sont énormes d'un type d'énergie à l'autre.

Dangereux ?

Par nature, toute énergie est potentiellement dangereuse. Les mines de charbon tuent des centaines d'ouvriers, le pétrole se répand et pollue l'eau, les centrales nucléaires peuvent exploser et détruire toute vie plusieurs centaines de kilomètres à la ronde.


Voyons maintenant de plus près les diverses sortes d'énergie.

Combustibles fossiles

Ce sont le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Tous trois sont des ressources naturelles, qui seront épuisées dans un avenir assez proche, disons 50 à 200 ans, un temps extrêmement court au regard des millions d'années qui ont été nécessaires pour les constituer à partir de substances organiques naturelles comme le bois, les feuilles et la tourbe.

La combustion de pétrole, de charbon et de gaz produit du gaz carbonique, qui semble contribuer fortement à l'échauffement de la planète. Si le combustible n'est pas pur, et il l'est rarement, la combustion crée aussi des résidus nocifs, tels que le dioxyde de soufre (vous vous souvenez des pluies acides des années 70 et 80, maintenant maîtrisées grâce au traitement des fumées des centrales thermiques alimentées par du charbon ou de la tourbe), des oxydes d'azote (NOx, très toxiques mais également plus ou moins sous contrôle dans les pays occidentaux), plus une grande variété de cendres, particulièrement toxiques lorsqu'elles contiennent des métaux lourds.

Ces combustibles fossiles sont utilisés pour produire de l'électricité, mais aussi pour faire avancer votre voiture. Alors que l'on peut produire de l'électricité avec d'autres sources, éoliennes, nucléaires ou solaires, votre automobile a besoin d'essence ou de gazole pour rouler. Vous brûlez du gaz dans votre moteur ? C'est légèrement moins polluant, je dis bien légèrement.

Les moteurs dits "hybrides" sont aussi un peu meilleurs, car ils brûlent l'essence plus efficacement. Au feu rouge et dans les embouteillages, là où les moteurs thermiques ont notoirement un très mauvais rendement, la voiture hybride utilise l'électricité de ses batteries, et elle recharge celles-ci sur la route, quand le rendement du moteur est meilleur.

À ce jour il n'y a guère d'alternative viable au carburant fossile pour les véhicules terrestres et aériens. Les piles à combustible (voir plus bas) ne sont pas encore au point, et si l'on peut faire fonctionner un porte-avions avec un moteur atomique, il n'en est pas question pour votre voiture ou ma moto. Les bio-carburants peuvent aider un peu, mais pas remplacer complètement les carburants traditionnels.

En 2015, les voitures électriques commencent à se répandre. Elles ne polluent plus l'air directement, mais encore faut-il savoir si l'électricité dont on les recharge est elle-même produite par un procédé non polluant.

Échantillon de biodiesel

Biomasse

Du point de vue de la pollution, brûler de l'huile de colza ou de l'éthanol agricole est à première vue aussi nuisible que brûler un combustible fossile. Ces combustibles "verts" créent autant de CO2. Leur seul avantage est qu'ils sont renouvelables. Ce que l'on appelle "biodiesel" sont des huiles végétales diverses estérifiées. Ces produits peuvent être utilisées en mélange avec du gazole normal ou pures dans des moteurs spécialement adaptés.

Les promoteurs du biodiesel ont toutefois un argument intéressant : la source de carbone utilisée pour créer les molécules de la plante et donc du carburant est le gaz carbonique de l'air. En fait, toute plante consomme pour sa croissance le CO2 ambient. C'est le principe même de la photosynthèse, ce qui nous conduit à dire que l'extension des terres arables et le développement des forêts (au lieu de leur destruction par bétonnage ou leur remplacement par le désert) produirait en lui-même un meilleur équilibre du gaz carbonique. Selon les promoteurs du biodiesel, donc, les émission nettes de CO2 ne constituent que 25 % de celles créées par les combustibles fossiles.

Le bio-éthanol est tout simplement de l'alcool éthylique obtenu par fermentation de produits végétaux riches en sucre. Son rendement énergétique est plus faible que le biodiesel. Tant qu'il s'agit de valoriser des déchets, l'idée n'est pas mauvaise, et d'ailleurs il est déjà utilisé dans certains pays, notamment au Brésil.

Par ailleurs, la production à grande échelle de biocarburants ne va pas sans risques, car il faudrait dans ce but convertir des millions d'hectares, avec les problèmes connexes d'engrais, d'irrigation et de pesticides.

Ceci est également valable pour le bois et pour d'autres combustibles végétaux éventuels.

Pour couronner le tout, certains experts ont calculé que le bilan énergétique de la production et du transport de biocarburants est négatif, qu'en d'autres termes cette production consomme d'avantage d'énergie qu'elle n'en fournit !

Coût de l'éthanol agricole: (selon une revue brésilienne en Jan 2006)

Brésil 0.23 US$/L(canne à sucre)
Etats-Unis d'Amérique0.31 US$/L(maïs)
France0.50 US$/L(betterave)

À 63 US$ le baril de 159 litres en 2006, le pétrole coûte 0.40 US$/L. En mars 2008, le baril est à 110 $, ce qui fait presque 0.70 $/L. Le Brésil, depuis plus de trente ans, produit une grosse quantité de carburant automobile à base d'alcool.

Le biodiesel peut aussi être produit à partir d'huiles alimentaires usées ou d'huiles de moteur recyclées. Voilà qui serait une industrie utile, mais jusqu'à présent seules quelques communes japonaises ont commencé à recycler leurs huiles de friture.

Le thème de la bio-énergie est hautement politique, démagogique et controversé. Voir mon blog de septembre 2007. Beaucoup en parlent sans bien connaître le sujet dans le seul but de paraître "verts". Je recommande la lecture de l'article de Wikipedia sur le biodiesel ; l'article en anglais, différent, me semble également pertinent et digne d'intérêt.

Énergie hydraulique

Vous pouvez l'utiliser pour produire de l'électricité mais pas pour faire rouler votre auto (sauf si elle a un moteur électrique seulement). Dans de nombreux pays, les ressources hydrauliques sont presque totalement exploitées. En outre, les barrages créent de grands changements géographiques et souvent des problèmes secondaires liés à la disparition de villages et de villes et à l'irrigation naturelle.

De même, l'électricité produite par l'énergie des marées n'est viable que dans les estuaires où une usine marépotrice peut être installée. Je crois qu'il n'en existe que très peu.

Énergie nucléaire

Là aussi, vous pouvez l'utiliser pour produire de l'électricité mais pas pour votre auto à moins que celle-ci n'ait qu'un moteur électrique. Aujourd'hui, les applications nucléaires à petite échelle ne me semblent pas viables.

Au 1er octobre 2005, il y avait 442 réacteurs en service. Voir la carte. Dans le monde, 16 % de l'électricité est produite dans des centrales nucléaires. Aux États-Unis, la proportion n'est que d'un modeste 20 %. En Corée du Sud, 38 %, et en France 78 % ! À ceux qui préconisent l'arrêt des centrales nucléaires, je propose de donner une caisse de chandelles et de leur demander comment ils comptent faire marcher leur ordinateur, leur téléviseur et leur lave-vaisselle avec ces bougies...

L'énergie nucléaire ne produit pas de CO2 ni d'autres gaz à effet de serre. Elle ne modifie donc pas notre climat immédiatement.

Cependant, les centrales nucléaires créent des déchets radioactifs, et aujourd'hui personne ne sait, je dis bien personne ne sait comment traiter ces déchets pour les rendre inoffensifs. Les déchets radioactifs sont souvent enterrés et tout le monde espère qu'il n'y aura pas de fuites. Le problème est que ces déchets restent radioactifs pendant très longtemps, plusieurs milliers d'années pour certains éléments. Une fuite de radioactivité dans l'atmosphère peut avoir des conséquences désastreuses comme nous l'avons vu au printemps de 1986 au moment de l'accident de Tchernobyl en Ukraine.

Je crois tout de même que l'énergie nucléaire sera l'objet de nouvelles recherches et de nouveaux développements dans les années à venir, parce qu'elle utilise moins de ressources naturelles et qu'elle pourrait ne pas en utiliser du tout si les surgénérateurs du type Super-Phénix étaient construits d'une façon absolument sûre. Si l'industrie mondiale avait investi autant de dollars pour produire une énergie nucléaire propre et sûre qu'elle a investi dans le pétrole et l'automobile, nous aurions aujourd'hui une source durable d'électricité pour la distribution à grande échelle.

Énergie éolienne

Le vent est totalement gratuit, mais il ne souffle pas tout le temps, ce qui est son principal défaut. Par ailleurs, les parcs d'éoliennes sont bruyants et ont un impact sur le paysage. Mais installés à quelque distance des villes comme je l'ai vu à Jaisalmer dans le désert du Rajahstan, c'est la meilleure solution pour fournir de l'électricité à bon marché dans une région sans eau.

Plusieurs sociétés, en Amérique et en Europe, ont tenté de vendre des éoliennes que vous installez sur le toit de votre maison. C'est à ce jour un échec. Il semble qu'une éolienne, pour avoir un rendement convenable, doive non seulement être installée dans une zone venteuse, mais aussi à une distance du sol suffisante pour ne pas être perturbée par des turbulences. Par ailleurs, on ne peut pas stocker chez soi l'énergie éventuellement produite aux heures creuses.

Solar map

Énergie solaire

Cliquez sur la petite carte à droite pour l'agrandir.

Oubliez les images de voitures à panneaux solaires, qui ne pèsent que 70 kg et vous emmènent à la vitesse de 45 m/h sous le soleil australien. Gadgets. De même, utiliser le soleil pour produire une grosse quantité d'énergie (plusieurs mégawatts requis par un village ou une bourgade) ne semble pas faisable aujourd'hui. Mais à l'échelle d'une maison individuelle ou d'une ferme, le photovoltaïque est maintenant une solution écologique, mâme si elle est encore un peu chère et que l'on n'ait pas fait toute la lumière sur l'impact écologique de la fabrication des panneaux solaires.

Si l'énergie solaire n'est pas assez puissante pour faire marcher votre voiture, un avion commercial ou le TGV, elle est parfaitement capable de chauffer votre maison en hiver et de produire l'eau chaude dont vous avez besoin à la cuisine et à la salle de bains. En Suisse, un pays plutôt froid en hiver, de nombreuses maisons sont maintenant construites avec ces techniques d'isolation thermiques avancées et une production d'énergie solaire. Dans certains pays (Israël par exemple) la majorité des toits sont ornés d'un chauffe-eau solaire. Voilà un exemple qui devrait être largement suivi.

Les panneaux de cellules voltaïques qui peuvent convertir directement la lumière du jour en électricité ont permis, en 2015, de faire voler l'avion suisse "Solar Impulse" sur des milliers de kilomètres, même la nuit... Et votre voiture électrique pourra sans doute se recharger sous un abri recouvert de tels panneaux.

Piles à combustible

Le mot est bizarre. Pour voir de quoi il s'agit, l'article de Wikipedia en français est excellent. C'est une pile ou batterie qui consomme un combustible externe. Le procédé n'est pas encore au point pour une utilisation industrielle, mais ça pourrait venir vite. Les cellules à combustible produisent de l'électricité et un peu de chaleur et de vapeur d'eau, mais pas de rejets toxiques. Le procédé consomme de l'hydrogène, qui n'est pas non plus toxique, mais qui n'est pas disponible dans la nature et pas facile à produire sans risque. Je ne sais pas grand chose sur les piles à combustible, et je compléterai ce paragraphe plus tard.

Unités de mesure de la puissance et de l'énergie

La Puissance se mesure en watts. Vous savez la puissance d'une ampoule électrique (15 à 100 W) et du four de votre cuisinière (1200 à 2000 W). 1000 W = 1 kW (un kilowatt). Les autres unités de puissances, telles que le cheval-vapeur, sont maintenant abandonnées. Si vous y tenez vraiment, 1 CV vaut 735 W.
Un GW (gigawatt) vaut un milliard de watts. G signifie 109.

L'Énergie est exprimée dans le présent contexte en kWh (dans les articles scientifiques on écrit kW·h). Un kilowattheure correspond à la consommation d'une puissance d'un kilowatt en une heure. L'unité officielle d'énergie est le Joule (J) mais elle est très petite : 1 kWh vaut 3'600'000 J.
Un TWh (térawatt-heure) vaut un milliard de kilowatt-heures, or mille milliards de watt-heures. T signifiie 1012.

Consommation totale d'énergie électrique dans le monde en 2004: 16'250 TWh, dont 2620 TWh d'énergie nucléaire.

Puissance nucléaire installée: environ 375 GW. Si vous multipliez par le nombre d'heures dans une année (8760), vous trouvez 3285 TWh, plus que les 2620 TWh de consommation du paragraphe précédent. Cela s'explique par le fait que les centrales ne fonctionnent pas toute l'année à plein régime: il y a des heures creuses, et des arrêts pour entretien.


Souvenez-vous que

Liens

Sources

Données chiffrées extraites principalement des sources suivantes:


* Note : Depuis que j'ai écrit la première version de cette page en 2006, plusieurs choses ont changé : les fermes éoliennes couvrent maintenant de vastes espaces marins ou terrestres, des centaines de milliers de toits sont couverts de panneaux photovoltaïques, les "biocarburants" marquent le pas. En 2015, le prix du baril de pétrole, qui avait atteint 140 $ à son maximum, est redescendu vers 50 ou 60 $. J'ai donc modifié mon texte original.

© François de Dardel


Si vous avez cliqué sur l'icône du haut de cette page à droite, vous aurez pu entendre l'ouverture de Leonora de Ludwig van Beethoven (voir aussi ma page de musique).

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