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L’énergie : situation et prospectives

2- Quelques définitions sur l’énergie

Quelles sont les mesures utilisées pour l’énergie et la puissance ?

Le joule est l’unité de mesure officielle de l’énergie. Il est généralement remplacé par le kilowatt-heure (kWh) pour l’électricité et le gaz et par la tonne de pétrole brut (ou tep pour tonne équivalent pétrole – toe en anglais) pour le pétrole et le charbon.

UnitéExemples
1 000 Wh = 1 kWhun réfrigérateur-congélateur consomme 300 kWh par an
1 000 kWh = 1 MWhun ménage consomme entre 2 et 3 MWh par an (hors chauffage)
1 000 MWh = 1 GWhun hôpital de 250 lits consomme 1 GWh par an (hors chauffage)
1 000 GWh = 1 TWhla France consomme 442 TWh d’électricité par an

Quelques exemples de consommation annuelle d’énergie électrique.

La tep est utilisée pour comparer l’énergie électrique aux autres sources d’énergie lorsque la quantité d’énergie est élevée. Une tonne de pétrole équivaut à 7,33 barils (1 baril = 159 litres).

Unités
1 GWh= 86 tep
1 tep= 11,7 MWh

La puissance est mesurée en watt. Elle fait intervenir la vitesse à laquelle l’énergie est consommée. Par exemple, 40 litres d’essence contiennent une quantité d’énergie de 500 kWh. Si ces 40 litres sont consommés en 5 heures par une voiture, la puissance développée par la voiture est de 100 kW. S’ils sont brûlés en 10 secondes, la puissance dégagée est alors de 180 000 kW.

Les statistiques font parfois référence au watt thermique (Wth) et au watt électrique (We ou Wel) pour indiquer le type d’énergie.

Energie : production, consommation, où en est-on ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008.], [[BP Statistical

Review of World Energy. June 2011 p. 44,

Note introductive sur les statistiques de consommation finale d’énergie par secteur. Commissariat général au développement durable. Juin 2011 pp. 11-12,

Prix de l’énergie dans l’Union européenne en 2010. Commissariat général au développement durable. Septembre 2011p. 7,

Key World Energy Statistics 2010. International Energy Agency. October 2011. p. 58,

Chiffres clés de l’énergie Édition 2011. Commissariat général au développement durable. Décembre 2011. p. 23, pp. 35-36

Energie primaire, énergie finale, quelle est la différence ?

On distingue l’énergie primaire directement tirée des ressources naturelles (ex : pétrole, gaz naturel, charbon, uranium, bois) de l’énergie finale qui résulte de leur transformation (ex : essence, chauffage urbain). Les statistiques d’utilisation de l’énergie primaire donnent une information sur la dépendance d’un pays vis-à-vis des importations d’énergie. Les statistiques d’utilisation de l’énergie finale reflètent les besoins des consommateurs. Par exemple, les ménages consomment de l’électricité et les producteurs importent du charbon pour la fabriquer.

L’électricité pose un problème particulier car elle n’est pas directement disponible dans la nature. La logique voudrait qu’elle soit comptabilisée comme énergie finale. C’est d’ailleurs le cas lorsqu’elle est produite par des centrales thermiques à combustibles fossiles. En revanche l’électricité produite par les centrales nucléaires et les centrales hydroélectriques est comptabilisée comme énergie primaire car c’est la seule utilisation importante de l’énergie nucléaire et de l’énergie hydraulique. Il en est de même pour l’électricité éolienne ou photovoltaïque.

Le problème posé par l’électricité se complique encore si l’on tient compte du rendement énergétique de sa production. On admet par convention 100 % pour les modes de production non-thermique (ex : hydraulique, éolien, photovoltaïque), 38 % pour les centrales thermiques à combustibles fossiles, 33 % pour le nucléaire, 10 % pour le géothermique.

En France, le problème a été simplifié administrativement en considérant que 1 kWh d’électricité disponible chez le consommateur final a nécessité 2,58 kWh d’énergie. Cette équivalence tient compte de la part relative des différents modes de production de l’électricité.

L’hydrogène, les nouvelles technologies de l’énergie. Clefs N° 50-51. CEA. Hiver 2004-2005. 23 mars 2005.] p. 60,

Réglementation thermique 2012, un saut énergétique pour les bâtiments neufs. Ministère de l’écologie. Avril 2011,

BP Statistical Review of World Energy. June 2011 p. 44,

Note introductive sur les statistiques de consommation finale d’énergie par secteur. Commissariat général au développement durable. Juin 2011 p. 1, pp. 5-8,

Energy, transport and environment indicators. Commission européenne. 30 november 2011.->http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/product_details/publication?p_product_code=KS-DK-11-001] pp. 198-200

Comment calcule-t-on l’équivalence entre une quantité d’électricité et une quantité de pétrole ?

Les énergies de deux sources sont équivalentes lorsqu’elles permettent de produire la même quantité de chaleur. On constate ainsi que 1 GWh d’électricité est l’équivalent de 86 tonnes de pétrole.

Cependant une centrale thermique consomme plus d’énergie qu’elle ne produit d’électricité car une partie de la chaleur est perdue. Le rendement est de 38 % en moyenne. C’est-à-dire qu’il faut l’équivalent de 226 tonnes de pétrole (226 = 86 / 0,38) pour obtenir 1 GWh.

Les centrales nucléaires sont des centrales thermiques, l’uranium remplaçant le combustible fossile comme source d’énergie primaire. Comme il est difficile de mesurer directement la consommation d’uranium radioactif, on l’estime à partir de la production d’électricité en faisant une hypothèse sur le rendement de la centrale. La BP (British Petroleum) a adopté 38 % comme pour les autres centrales thermiques et l’IEA (International Energy Agency) 33 %. En d’autres termes, la production de 1 GWh d’électricité nucléaire nécessite l’équivalent de 226 tonnes de pétrole (BP) ou 260 tonnes (IEA).

Dans le cas de l’électricité, les pertes ont lieu principalement dans les centrales. En revanche les moteurs électriques ont un excellent rendement (90 à 95 %). C’est le contraire avec le pétrole. Il y a très peu de pertes dans les raffineries, mais le rendement des moteurs est faible (35 % pour un moteur à essence et 40 % pour un diesel). La différence est encore plus grande si on tient compte des conditions réelles d’utilisation d’une voiture (départ à froid, fortes accélérations, ralenti, etc.) : le rendement énergétique du groupe moteur-transmission est alors de 85 à 90 % avec un moteur électrique contre 20 à 25 % avec un moteur diesel.

L’énergie en questions – réponses, dossier pour l’IHEST. In Dossier Energie. IHEST. Décembre 2008. p. 10,

BP Statistical Review of World Energy. June 2011 p. 44,

Chiffres clés de l’énergie Édition 2011. Commissariat général au développement durable. Décembre 2011. p. 35)

Les différentes sources d’énergie sont-elles interchangeables ?

Non en pratique. Elles diffèrent par la densité énergétique (c’est-à-dire la quantité d’énergie exploitable par unité de volume), par la facilité d’utilisation et par le coût. Ainsi, le pétrole s’est imposé pour les transports car il a une forte densité énergétique, qu’il est facile à manipuler (il est liquide à la température ambiante) et que son coût de production est faible.

La densité énergétique de l’essence est de 12 kWh par kilogramme, celle du charbon de 9 kWh/kg et celle du bois 5 kWh/kg. Elle tombe à 0,2 kWh/kg pour une batterie lithium-ion et à 0,03 kWh/kg pour une batterie au plomb. L’uranium 235 utilisé dans les centrales nucléaire a une densité énergétique deux millions de fois plus forte que le pétrole (28 GWh/kg). En revanche il est inutilisable hors d’une centrale nucléaire.

L’hydrogène, les nouvelles technologies de l’énergie. Clefs N° 50-51. CEA. Hiver 2004-2005. 23 mars 2005. p. 131, [113]

Quelles sont les énergies fossiles ?

Les énergies fossiles sont constituées du charbon (houille, lignite, tourbe), du pétrole et du gaz naturel. Elles proviennent de la transformation de la biomasse (arbres, plantes, animaux, micro-organismes) enfouie depuis plusieurs milliers ou millions d’années. Lors de la combustion des énergies fossiles, l’énergie solaire qui a permis la croissance de la biomasse (à partir de l’eau, du gaz carbonique et de l’azote de l’air) est restituée sous forme de chaleur tandis que le gaz carbonique est libéré dans l’atmosphère (le gaz carbonique, ou CO2, est un gaz à effet de serre).

Les énergies fossiles ne sont pas renouvelables. Au rythme actuel de leur consommation, le temps nécessaire à leur reconstitution dépasse largement le temps nécessaire aux hommes pour utiliser totalement les stocks existants.

L’énergie en questions – réponses, dossier pour l’IHEST. In Dossier Energie. IHEST. Décembre 2008. p. 6,

Roland VIALLY. Les hydrocarbures non conventionnels : évolution ou révolution ? IFP Energies nouvelles. Novembre 2011.

Quelles sont les sources d’énergies renouvelables ?

Il existe trois grandes catégories d’énergies renouvelables, celles qui produisent de l’électricité, celles qui produisent de la chaleur (dans certains cas, la chaleur est utilisée ensuite pour produire de l’électricité) et celles qui produisent du froid.

Type d’énergie produiteExemples
électrique
mouvements de l’air et de l’eauhydroélectricité
éolien
thermique
combustion de la matière organiquebois
déchets urbains
résidus des récoltes
biogaz produit par les déchets urbains et agricoles
biocarburants
chaleur du sol ou de l’eaupompe à chaleur géothermique
géothermie « haute énergie »
frigorifiqueéchangeur de chaleur avec l’eau des fleuves ou de la mer
climatisation à énergie solaire

Directive 2009/28/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 avril 2009 relative à la promotion de l’utilisation de l’énergie produite à partir de sources renouvelables et modifiant puis abrogeant les directives 2001/77/CE et 2003/30/CE. Journal officiel de l’Union européenne. 5 juin 2009,

Note introductive sur les statistiques de consommation finale d’énergie par secteur. Commissariat général au développement durable. Juin 2011 p. 6

L’hydrogène est-il une source d’énergie renouvelable ?

Non. L’hydrogène n’est pas une source d’énergie renouvelable. A l’échelle industrielle l’hydrogène est produit à partir du gaz naturel et ceci ne devrait pas changer dans les trente ou quarante prochaines années.

Ce n’est pas non plus une énergie primaire. L’hydrogène n’est pas directement disponible dans la nature.

L’hydrogène est une énergie intermédiaire qui sert à produire de l’électricité. C’est en quelque sorte un équivalent de l’essence pour les véhicules électriques.

Les systèmes qui produisent du biogaz à partir de la matière organique contiennent aussi des bactéries qui produisent de l’hydrogène. Cependant l’efficacité énergétique est plus élevée si on prélève le biogaz plutôt que l’hydrogène.

L’hydrogène, les nouvelles technologies de l’énergie. Clefs N° 50-51. CEA. Hiver 2004-2005. 23 mars 2005. pp. 26-30

Quelle est la capacité de production annuelle des différentes sources d’électricité ?

La production annuelle d’une source d’électricité dépend à la fois de sa puissance nominale (la puissance annoncée par le constructeur) et de la durée annuelle de fonctionnement. La puissance nominale informe sur la capacité du système à répondre à la demande à un moment donné.

Le tableau ci-dessous permet de calculer la production annuelle d’énergie (en TWh) en fonction de la puissance de l’installation (en GW). Le coefficient de conversion correspond plus au moins aux milliers d’heures de fonctionnement annuel (il serait de 8,76 pour une installation fonctionnant de façon ininterrompue 24 heures sur 24 car il y a 8 760 heures dans une année). Il varie donc en fonction de la source d’énergie et de la localisation géographique (ex : tout se passe comme si le photovoltaïque fonctionnait en moyenne 660 heures par an en France et 1 710 heures en Espagne).

Conversion GW → TWhUE 27AllemagneEspagneFranceItalie
Moyenne sur l’ensemble des modes de production3,633,552,984,442,88
Total grosse électricité3,89
Centrales nucléaires6,446,756,51
Centrales thermiques classiques3,65
Hydroélectricité2,76
Total autre électricité2,23
Eolien1,771,501,991,731,33
Photovoltaïque0,870,661,710,660,58
Petite hydroélectricité3,333,741,972,944,01
Electricité géothermique6,232,512,916,34
Production de chaleur
Chaleur géothermique2,831,142,043,003,89
Pompes à chaleur1,891,521,521,16

Conversion de la puissance installée en production annuelle d’énergie calculée d’après la production observée en 2009

(Eurelectric Key Statistics Edition 2011.,
L’état des énergies renouvelables en Europe. Onzième bilan – édition 2011. EurObserv’ER. Janvier 2012. pp. 14-15, p. 22, p. 25, pp. 36-37, p. 40, pp. 42-43, p. 51).

Par exemple, un générateur de 1 GW produit 6,44 TWh d’électricité par an dans le cas d’une centrale nucléaire et 1,77 TWh dans le cas d’une éolienne (valeur moyenne dans l’Union européenne). La valeur théorique maximale est de 8,76 ; elle correspond à 8 760 heures de fonctionnement (24 heures sur 24 toute l’année).

Eurelectric Key Statistics Edition 2011.,

L’état des énergies renouvelables en Europe. Onzième bilan – édition 2011. EurObserv’ER. Janvier 2012. pp. 14-15, p. 22, p. 25, pp. 36-37, p. 40, pp. 42-43, p. 51

Quelles sont les principales sources d’information sur l’énergie ?

Tous les pays tiennent une statistique nationale de l’énergie : production, consommation, importation et exportation. L’autre source d’information primaire est le rapport d’activité des entreprises qui produisent ou qui transportent l’énergie.

Certains organismes collectent les données à l’échelle du monde. Les deux références incontournables sont les statistiques de la BP (la British Petroleum publie les statistiques mondiales depuis 1951) et de l’IEA (International Energy Agency). L’IEA est une association autonome intergouvernementale qui travaille dans le cadre de l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques). Elle a été créée en 1974.

Les chiffres peuvent différer selon les sources. Ceci est dû notamment à la façon de comptabiliser l’énergie. Par exemple, la BP considère que le rendement d’une centrale nucléaire est de 38 % alors que l’IEA prend 33 %.

BP Statistical Review of World Energy. June 2011,

La production d’électricité d’origine renouvelable dans le monde. Treizième inventaire - Édition 2011. Collection chiffres et statistiques. EurObserv’ER. 2011,

Key World Energy Statistics 2010. International Energy Agency. October 2011.,

Energy, transport and environment indicators. Commission européenne. 30 november 2011.,

Chiffres clés de l’énergie Édition 2011. Commissariat général au développement durable. Décembre 2011.],

World Uranium Mining. World Nuclear Association. December 2011

jeudi 20 décembre 2012, par HUCHERY Mélissa


Thèmes : Grands défis
Mots clés : Energie