EU-MENA : énergies et développement humain durable pour 2050
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1ère Conférence Franco-Syrienne sur les énergies renouvelables Damas, 24-28 Octobre 2010
EU-MENA : énergies et développement humain durable pour 2050
L’investissement dans les énergies renouvelables en remplacement des énergies fossiles
pour sauvegarder l’environnement,
faire face à la situation économique mondiale,
permettre un développement humain général dans un avenir durable.
Jean-Pierre CHARLES
Professeur émérite, IEEE Senior Member,
C2EA (Composants, Electroniques et Environnements Agressifs,
Consultant Environnement et Energies Alternatives),
LMOPS-CNRS UMR 7132 (Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes),
Université Paul Verlaine de Metz, Supelec, 2 rue Edouard Belin, 57070 Metz.
tph. : +33 6 80 89 26 08, tcp : +33 3 87 37 85 59. jp.charles@ieee.org
Résumé
Les problèmes de surpopulation, d’approvisionnement en eau, de pollution, d’épuisement des réserves d’énergies
fossiles, dont l’utilisation intensive est la principale cause de perturbations climatiques sévères, constituent les contraintes de
notre environnement actuel. Les inégalités de distribution et de moyens sont des sources de tensions et de déséquilibres
catastrophiques. Dans le domaine de l’énergie, le passage d’une économie basée sur les sources d’énergies fossiles à une
économie basée sur des sources d’énergies renouvelables apparaît comme nécessaire. Les technologies sont disponibles, les
coûts sont concurrentiels du fait du facteur d’échelle.
Le potentiel exceptionnel de l’Afrique-du-nord-Moyen-Orient (MENA) permet d’envisager un nouveau
développement économique régional dans un contexte de développement humain durable, équilibré et stabilisé. Ce
développement économique est réaliste ; il demande une volonté politique et des investissements à finalité garantie, et
représente une chance pour cette région du monde et de l’Europe. Ces intérêts convergents sont apparents dans la constitution
de projets et groupements politico-financiers tels que DESERTEC, DII et TRANSGREEN qui concernent le développement
de stations de production d’énergie et de réseaux de transport d’électricité. Au développement industriel doit être associé un
développement social et humain : il est donc urgent de préparer et former les techniciens, ingénieurs et chercheurs qui
assureront le montage, l’installation et l’entretien des équipements et ensuite la conception et la fabrication des systèmes du
futur
Mots Clés : climat - pollution - énergies renouvelables - recherche - développement humain
1. Introduction
L’histoire humaine de l’énergie peut être divisée en trois phases successives
distinctes. La première couvre toute l’histoire jusqu’en 1800. Elle a été caractérisée par une
faible population urbaine, un faible taux de consommation d’énergie et un très faible taux de
changement. La seconde se distingue par l’exploitation faite des énergies fossiles et de
métaux industriels. C’est une période de croissance d’allure exponentielle. Cependant, du fait
des limites terrestres en ressources de ces énergies fossiles et des minerais, cette seconde
phase ne peut être que transitoire. Par voie de conséquence, la troisième phase doit être à son
tour une période à faible taux de croissance mais avec, initialement, une forte population et un
fort tôt de consommation d’énergie. Le problème le plus ardu qui se pose, peut-être, à
l’humanité est de rendre la transition, de la phase actuelle de croissance exponentielle à la
phase future d’état quasi-stationnaire, aussi non-catastrophique que possible pour éviter une
chute décroissante catastrophique.
Il y a inégalité entre les pays pollueurs, inégalité entre les sources d’énergies mais il y a
égalité devant les conséquences de la pollution. Le protocole de Kyoto (2002) représente une
prise de conscience devant ce problème. Comment sont mises en place ces résolutions dans le
monde ? La combustion des énergies fossiles est associée à l’émission de polluants qui
provoquent des pluies acides et des pollutions de l’air : ces polluants dégradent ainsi la santé
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du public et perturbent les écosystèmes. On estime à 500 000 le nombre de morts causées par
la pollution atmosphérique annuellement dans le monde.
Le dioxyde de carbone, associé à d’autres gaz à effet de serre, participe au réchauffement de
l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique est aujourd’hui la plus forte depuis 800 000 ans
et la température de la surface terrestre a augmenté de 0,6°C. 1998 et 2001 ont été les années
les plus chaudes des derniers millénaires. Si l’usage de ces énergies continue au rythme
actuel, la concentration en dioxyde de carbone atteindra environ 3 fois celle du niveau pré-
industriel et la température de la surface terrestre augmentera de 2 à 6°C d’ici 2100.
Le contexte industriel mondial actuel constitue un environnement nouveau. Après les
deux premières révolutions industrielles de la vapeur et de l’électricité, l’économie est entrée
insensiblement dans sa troisième révolution dominée par l’information et la communication
qui ont bouleversé les modes de fonctionnement économiques. L’environnement mondial
physique, humain et social, est également malmené par des problèmes de surpopulation,
d’approvisionnement en eau, de pollution, d’épuisement des réserves d’énergies fossiles. Ces
réserves d’énergies fossiles non-renouvelables sont en quantités finies. La production de
pétrole a atteint ou atteindra son pic dans les décades qui viennent et, dès qu’elle commencera
à fléchir, le prix de ces énergies commencera à augmenter fortement.
Les inégalités de distribution et de moyens sont des sources de tensions et de
déséquilibres catastrophiques. Face aux problèmes de la pollution et des limites des énergies
fossiles, l’intérêt des énergies renouvelables suscite un engouement majeur et une forte
tendance se développe pour un « développement durable » qui constitue peut-être une
approche de solution pour la transition entre les phases 2 et 3 de l’histoire de l’énergie. La
gestion de cette transition est un défi pour ce 21° siècle. Le potentiel exceptionnel de
l’Afrique du nord permet d’envisager un nouveau développement économique local… dans
un contexte de développement humain durable, équilibré, et stabilisé.
2. Climat et paléoclimatologie
Les études d’observations (Fig.1) montrent que le continent africain s’est réchauffé, au
cours du XXe siècle, à une vitesse d’environ 0,05°C par décennie. Un réchauffement
légèrement plus important est noté pendant la saison juin à novembre, plutôt que décembre à
mai (Hulme et al., 2001). En 2000, on calculait que les cinq années les plus chaudes d’Afrique
avaient eu lieu après 1988, en 1998 et 1995. Cette vitesse de réchauffement est similaire au
taux mondial, et les périodes où le réchauffement est le plus rapide – des années 1910 aux
années 1930 et après les années 1970 – sont les mêmes en Afrique et dans le reste du monde.
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Figure 1. Variations de température à la surface de la Terre en 1000 ans.
Le dernier rapport (troisième Rapport d'évaluation, 2001) du Groupe de travail
intergouvernemental PNUE/OMM sur les changements climatiques (GIEC/IPCC) fait état
d'un réchauffement d'environ 0,7°C pour pratiquement tout le continent africain au cours du
XXème siècle. D'ici la fin du siècle, il est prévu que la température moyenne au sol
augmentera de 1,5°C à 6°C sur l'ensemble de la planète. Le niveau des mers devrait, quant à
lui, s'élever de 15 à 95 centimètres. Le réchauffement prévu sera le plus important à l'intérieur
et dans les franges semi-arides du Sahara ainsi qu'au coeur de l'Afrique australe.
Le graphique en « crosse de hockey » désigne la forme des reconstitutions dites « MBH98 »
et « MBH99 » de la variation de la température moyenne du globe depuis 1000 ans proposée
en 1998 puis 1999 par Michael E. Mann assisté de Raymond S. Bradley et Malcolm K.
Hughes. Cette courbe a fait l'objet de controverses pour avoir sous-estimé les variations de
températures de l'optimum climatique médiéval et du petit âge glaciaire et affiché une
jonction douteuse avec les températures thermométriques contemporaines. Le biais dans le
choix des données et le traitement statistique a été démontré en 2003 par Steve McIntyre, un
ingénieur travaillant dans les mines, assisté de Ross McKitric, un professeur d'économie, tous
deux canadiens puis avec autorité par Eward J. Wegman, chairman statistique de l'Académie
des Sciences des États-Unis, assisté de deux autres statisticiens de grand renom dans leur
rapport de juillet 2006 établi à l'issue d'un audit commandité par une commission
parlementaire. Le comité de l'Académie des Sciences des États-Unis en charge des
reconstitutions climatiques des deux millénaires les plus récents a publié en juin 2006 un
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rapport modérant les conclusions de Michael Mann (sa thèse minimisant l'importance de la
période chaude du Moyen Âge étant qualifiée de "plausible"), accréditant certaines critiques
(notamment la méthode statistique biaisée et la faiblesse de la couverture géographique aux
temps anciens), et soulignant certaines qualités originales de la méthodologie (notamment la
méthode statistique une fois débiaisée). Le physicien Said Rachafi et le philosophe Drieu
Godefridi ont développé une critique épistémologique du Giec, fondée sur l'idée que, par sa
structure hybride de politique et de science, le Giec est condamné à ne produire que des
résultats scientifiques sujets à caution
Il est important de comprendre les mécanismes qui commandent le climat terrestre, cette
connaissance n’est, actuellement, pas encore suffisamment développée. La Terre possède un
système complexe, naturel, de contrôle des températures. Certains gaz atmosphériques,
connus sous le nom de gaz à effet de serre (Fig.2), sont des éléments cruciaux de ce système.
Figure 2. Composantes de l’effet de serre.
En moyenne, près d'un tiers des rayonnements solaires atteignant la terre est renvoyé dans
l'espace. Le reste est partagé entre l'atmosphère, qui en absorbe, et la terre et l'océan qui en
absorbent la majeure partie. La surface de la terre se réchauffe et émet un rayonnement
infrarouge. Les gaz à effet de serre bloquent le rayonnement infrarouge et provoquent un
réchauffement de l'atmosphère. Les gaz à effet de serre d'origine naturelle comprennent la
vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2), l'ozone, le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux
(N2O), qui créent ensemble un effet de serre naturel. Toutefois, les activités humaines font
augmenter le taux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Il faut noter que les gaz à effet de
serre sont mélangés dans toute l'atmosphère. Par souci de simplicité, on les représente ici en
une couche.
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Figure 3. Influence anthropique. L'effet de serre renforcé. Les trois facteurs, soleil, albédo et
chimie atmosphérique. Le seul facteur ayant changé de manière significative au cours du
siècle dernier est la chimie atmosphérique
Trois facteurs influencent directement (Fig.3) l'équilibre énergétique de notre planète :
(1) Le rayonnement solaire total, qui dépend de la distance du soleil et de l'activité solaire. (2)
L'albédo, ou le reflet des rayons du soleil renvoyés depuis la terre vers l'espace. (3) La
composition chimique de l'atmosphère.
Le système terrestre change en permanence. Les températures de notre planète ont déjà
beaucoup et rapidement changé de par le passé. Ces changements peuvent être régionaux :
une augmentation des températures dans l'hémisphère nord peut correspondre à une baisse des
températures dans la partie sud du monde. La température mondiale peut varier en fonction de
l'activité solaire : l'augmentation des températures de la première partie du siècle dernier est
à classer dans cette catégorie. Mais l'élévation rapide de la température au cours des dernières
décennies ne peut pas s'expliquer par une augmentation de l'activité solaire. Parmi les trois
facteurs mentionnés ci-dessus, le seul pour lequel existent des preuves indéniables d'un
véritable changement est la composition chimique atmosphérique.
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+30
%
+150%
+17%
Figure 4. Variations des gaz à effet de serre.
Au cours des deux derniers siècles (Fig.4), la quantité de CO2 dans l'atmosphère a
augmenté de plus de 30% ; le méthane atmosphérique (CH4) de plus de 150%, le N2O
atmosphérique de 17% et l'ozone troposphérique de 35%.
" Pendant la seconde moitié du XXe siècle, le forçage positif dû aux gaz bien mélangés a
augmenté rapidement au cours des quarante dernières années, alors que, à l'opposé, la
somme des forçages naturels a été négative au cours des vingt dernières années, et peut-être
même des quarante dernières années. "
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Figure 5. Observations et modèles.
La simulation (Fig.5) utilise des modèles de forçage anthropiques (gaz à effet de serre
provenant des activités humaines) car le forçage naturel seul ne peut pas expliquer
l'élévation des températures mondiales au cours des cinquante dernières années.
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Mesure du
climat passé
Figure 6. Températures du passé (Hubert REEVES).
Ces changements climatiques observés ne sont pas perceptibles par l’homme qui n’a pas
la faculté naturelle de pouvoir mesurer une température : il ne peut qu’apprécier des
différences « plus chaud » ou « plus froid ». Par contre toutes les observations de variations
territoriales végétales et animales confortent ces résultats. Les observations de variations
d’étendues de glaciers et de la banquise les confirment également.
Ces variations n’ont-elles pas eu des occurrences similaires par le passé ? Cette courbe de la
température passée (Fig.6) est donnée par Hubert REEVES. Le cadre de droite (rouge)
correspond aux données précédentes (Fig.1, 4 et 5), ici sur une échelle linéaire par rapport à
l’échelle logarithmique avant l’an « zéro ». Les grandes variations d’avant 1 million d’années
sont en fait très étalées dans le temps et correspondent à des cataclysmes volcaniques et
célestes qui ont vu la disparition des dinosaures et de nombreuses espèces. Ces mesures
proviennent de l’observation des couches géologiques.
Les mesures de nos jours à -800 000 ans (Fig.6, cadre «climat passé ») proviennent du
programme EPICA en Antarctique, du programme North GRIP au Gröenland et de mesures
de glaciers des Andes.
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European Project for Ice Coring in Antarctica
EPICA
North GRIP, Groenland
Figure 7. EPICA, programme de recherche international
EPICA est un programme international (Fig.7) groupant des centaines de chercheurs. 10 pays
européens y participent dont 4 centres de recherche Français: LGGE (Laboratoire de
Glaciologie et Géophysique de l'Environnement), LMCE (Laboratoire de Modélisation du
Climat et de l'Environnement), CSNSM (Centre de Spectrométrie Nucléaire et de
Spectrométrie de Masse, le Centre des Faibles Radioactivités, et le Département de Géologie
et d'Océanographie de Bordeaux. La station VOSTOK a permis un forage de 3310m dans la
glace, ensuite un lac sous-glaciaire sur soc rocheux a été trouvé. La résolution est de 2cm/an
et a permis des mesures jusqu'à -400 000 ans. La station Dôme B a permis des mesures
jusqu'à -800 000 ans. Les stations du Groenland ont fournit des mesures jusqu'à -200 000 ans.
Les glaciers permettent des relevés jusqu’à 200m d’épaisseur dans les Andes avec une
résolution variant de un mois jusqu'à quelques siècles.
Ces programmes permettent d’analyser les gouttelettes d’air fossile qui ont été piégées dans la
glace (Fig.8-9) lors de la compression de la neige.
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Figure 8. Lame de glace coupée dans une carotte de forage.
Figure 9. Gouttelettes d’air fossile.
Ces résultats n’ont pu être obtenus par des équipements modernes que depuis quelques années
et sont encore en cours d’analyse. Le transport des échantillons est effectué vers les labos
depuis 1960. Les forages extraient des carottes de 2m de long et de 10 cm de diamètre.
Une équipe de 10 chercheurs anime en permanence les stations. Des mesures non destructives
sont effectuées in situ : détermination de la stratigraphie de la glace et mesure de la
conductivité électrique qui indique la concentration de poussières continentales et d’acides.
Le transport des carottes s’effectue à -15°C, son stockage à -25°C.
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Figure 10. Détermination de la température des océans.
Lors de l'évaporation de l’eau des océans il y a fractionnement isotopique et la teneur en
isotopes légers (Fig.10) signe la température océanique. L’excès en deutérium d = δD signe la
température de la région océanique où s’est produite l’évaporation initiale des masses de
vapeur d’eau parvenant aux pôles.
Figure 11. Détermination de la température de la neige.
Il y a fractionnement isotopique (Fig.11) lors de la précipitation neigeuse. La composition
isotopique de la neige des calottes polaires dépend linéairement de la température de l’air au
moment de la précipitation neigeuse. Si la température est plus basse, la teneur de la pluie en
isotopes les plus lourds augmente. La neige aux pôles contient 3 à 5% d'oxygène (18O) en
moins que la source océanique.
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La mesure des impuretés (en millionième de masse de glace) se fait par chromatographie
ionique et spectrométrie de masse. Des gouttelettes de sulfates indiquent des composés
soufrés. La présence de strontium et de néodyme marquent une source continentale, celle de
plomb est liée à l’origine de l’essence. Le béryllium (ions cosmiques en haute atmosphère)
permet de dater la glace, de caractériser l’activité solaire ainsi que les modifications du champ
magnétique terrestre. Des repères permettent d’ajuster les observations : l’accident de
Tchernobyl, les essais nucléaires, l’usage de l’essence, la pollution romaine au plomb...
L’analyse de l’air fossile piégé (par spectrométrie de masse) permet de quantifier le dioxyde
de carbone CO2, le méthane CH4, ainsi que le protoxyde d’azote N2O. Ceci permet de
quantifier l’impact de l’activité humaine par rapport aux teneurs naturelles, de préciser la
relation entre gaz à effet de serre et climat, et d’évaluer les interactions climatiques avec les
cycles bio-géochimiques.
Figure 12. Corrélation entre température et concentration en CO2.
Le datage obtenu à partir des glaciers, du Gröenland, ainsi que de VOSTOK (Antartique)
permet ainsi de mettre en relief une forte corrélation (Fig.12) entre température et teneur en
CO2.
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+30%
CO2
+150%
CH4
+15%
N2O
Figure 13. Teneurs en CO2 et CH4 et N2O depuis 650 000 ans.
Les augmentations de teneurs en CO2 et CH4 et N2O sont donc les plus élevées observées
depuis les derniers 650 000 ans (Fig.13).
3. Energie et production de gaz à effet de serre
La contribution de l'Afrique aux émissions de gaz à effet de serre est insignifiante. La
comparaison des émissions de gaz à effet de serre par personne dans un pays d'Afrique
typique avec celles d'un pays européen typique montre que les Européens émettent environ
cinquante à cent fois plus de gaz, et que les Américains en émettent cent à deux cents fois
plus. Ces émissions sont originaires des processus industriels qui sont directement associés à
l’exploitation des sources d’énergies fossiles : charbon, lignite et pétrole.
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Figure 14. Émissions d’oxyde de carbone dans le monde.
L’histoire énergétique humaine peut être divisée en trois phases successives distinctes. La
première couvre toute l’histoire jusqu’en 1800. Elle a été caractérisée par une faible
population urbaine, un faible taux de consommation d’énergie et un très faible taux de
changement.
Après 1800 on observe (Fig.15) une croissance exponentielle de la production d’énergies
fossiles :
- Le Charbon, de 1860 à 1915 avec un taux exponentiel de 4,2% avec doublement tous les
16,5 ans ; de 1915 à 1940 taux de 0,79% avec doublement tous les 88 ans ; depuis 1940, taux
de 3,0% et doublement tous les 23 ans.
- Le Pétrole, de 1885 à 1977, croissance avec un taux de 7,04% et doublement tous les 9,8
ans.
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Figure 15. Production de charbon, lignite et pétrole depuis 1800.
Figure 16. Le pic de Hubbert des la production de pétrole aux USA.
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Le « pic de Hubbert » fait partie de la représentation du modèle en cloche de Marion King
HUBBERT en 1956. Il concerne la production (Fig.16) de « ressources faciles » caractérisée
par une croissance, un pic, suivi d’une décroissance.
Figure 17. Pic de Hubbert de production du pétrole pour divers producteurs.
Le pétrole « ressource facile » était exploité avec un coût de production de 1 baril pour 10
produits. Les nouvelles ressources, schistes bitumeux…, peuvent être extraites avec des
« rendements » qui vont de 1 pour 2 jusqu’à, même, 1 pour 4. De nombreux producteurs ont
déjà dépassé le maximum de leur production (Fig.17).
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Figure 18. Les « pics » pour des matériaux courants.
Les limites en ressources ne concernent pas que les énergies fossiles. Tous les éléments sont,
potentiellement, candidats à la liste de ressources rares (Fig.18). Pour un fonctionnement
« durable » de notre société de consommation le recyclage deviendra une nécessité pour tous
les matériaux.
Figure 19. Scénarios d’exploitation du pétrole publié en 1981… !
En 1981 était publiée une étude donnant deux scénarios (Fig.19) d’exploitation du pétrole :
(i) une courbe de croissance et de disparition symétrique avec un pic en 1995, largeur à mi-
hauteur de 58 ans de 1995 à 2023 et (ii) une courbe avec un palier de régulation de production
fixée à 20 milliards de barils/an, la largeur à mi-hauteur est de 81 ans, de 1965 à 2056.
Dans les deux cas la majorité de la consommation du pétrole mondial se fera pendant la vie
des hommes nés entre 1970 et 1980. La question n’est plus de savoir s’il y aura un pic, elle est
de savoir si nous sommes déjà arrivés au sommet. La position de l’époque des énergies
fossiles dans l’histoire humaine est déjà connue : 10% des énergies fossiles auront été
exploitées de 1000 à 2000, 80% l’auront été en 3 siècles : de 2000 à 2300, et 10% le seront en
1000 ans après 2300…
4. ENERGIE : UNITES et CONSOMMATION
Selon les sources, les unités d’énergie sont diverses (Tableau I). Un GWh correspond à
la production d’un réacteur nucléaire (nuke) pendant une heure, lequel produit 8760 GWh en
un an (24x365), ceci en tenant compte de son facteur de disponibilité de 90% du temps
(environ 35 jours d’arrêt par an). L’Exa Joule (1018 J) est très utilisé pour les grandes
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quantités d’énergie, le Quad également (2,93x105 GWh) ; il y a peu de différence entre ces
deux unités : 6%. Ceux habitués à l’une peuvent prendre l’autre en équivalence.
1.00000 MWh ( mega Watt-hours ) contain(s) the energy of 859,845 k Cal ( kilo Calories ).
and these contain the same energy as the following:
3,412,100. Btu British thermal units
859,850. foodCal Dietary calories (kilo Calories)
1,000.0 kWh kilowatt hours
34.121 therm 100,000's of Btu's
27.543 gal-gas Gallons of gasoline (approx.)
3.4121 MMcf Million cubic feet of gas (approx.)
1.0000 MWh Megawatt hours
0.58833 BOE Barrels of oil equivalent (def.)
0.35311 pers-day U.S. person-days in 2000
0.12284 TOC tons of coal equivalent (def.)
0.084464 TOE tons of oil equivalent (def.)
0.0036000 TJ Tera Joules
0.0010000 GWh Gigawatt hours (1 nuke for 1 hour)
0.00096742 pers-yr U.S. person-years in 2000
0.0000010000 TWh Terawatt hours (billions of billions)
0.000000075141 World-hr World's primary energy use/hour in 2000
0.000000014828 H-bomb Largest H-bomb tested. Soviet Union, 1961
0.0000000036000 EJ Exa Joules
0.0000000034121 Quad Quadrillion Btu's
-12
8.5543 ×10 W2000 World's primary energy use in 2000
-12
5.8065 ×10 S-hr Solar power received by earth in 1 hour.
Tableau I. Unités d’énergie (avec point décimal). « UN MWh = 1 000 kWh »
S-hr (Sun-hour : Une heure de Soleil) est l’énergie solaire reçue sur la surface de la Terre en
une heure : 1,7222x108 GWh soit 600 Quads (en une heure), à comparer avec W2000,
l’énergie primaire consommée par les hommes en l’an 2000, soit 400 Quads « seulement » en
UN AN!. En 2004, la consommation mondiale a été de W2004 = 446 Quads. L’énergie
solaire est donc une source très importante. Chaque mètre carré de désert reçoit l’équivalent
en énergie solaire d’1,5 baril de pétrole annuellement.
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85
70
95%
Figure 20. Consommation d’énergie US en 2002.
La consommation mondiale en 2002 était de 420 Quads, 97 pour les USA, soit ¼ de la
consommation mondiale (Fig.20). Ce diagramme spaghetti établi par l’EIA donne la
consommation d’énergie primaire, à gauche, de 97 Quads, et l’énergie utile, à droite, de 35,2
Quads, après transformations et conversions. Ce diagramme est lu de gauche à droite en
commençant à gauche par les boîtes de ressources en énergie primaire (charbon, pétrole, gaz,
nucléaire, hydro-électrique, biomasse et autres renouvelables). Des lignes sortent de ces boîtes
et vont vers la droite figurant la génération électrique ou des utilisations (résidentiel,
commercial, industriel, non carburant et transport). La largeur des lignes est proportionnelle à
la quantité d’énergie transférée pour chaque usage. La génération d’électricité et les autres
transformations d’énergie se font avec des rendements qui s’évaluent par la quantité
d’énergie indiquée comme perdue (transferts thermiques compris) : 56,2 au total soit un
rendement global de 35,2/91,4 = 38%.
Il est à noter que (i) 70% de l’énergie primaire est consommée pour la production d’électricité
et le transport, (ii) ces deux secteurs comptent pour 85% de l’énergie perdue (rejected) et (iii)
ces deux secteurs sont énergétiquement quasi indépendants avec l’utilisation du charbon pour
l’électricité et des hydrocarbures (à 95%) pour le transport.
Partant de ces diagrammes spaghetti de l’EIA, le Laboratoire National Lawrence
Livermore (LLNL) de l’Université de Californie (USA) avait réalisé des projections jusqu’en
2025 puis établi 12 scénarios énergétiques jusqu’en 2050. Pour cela ont été ajoutées les
données de la technologie Hydrogène incluant les paramètres de types de transport (personnel,
marchandises, avion), les facteurs de quantité et de distribution, ainsi que les rendements de
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conversion, permettant une transition complète vers une Economie Hydrogène pour le
transport sur 50 ans (temps d’une mutation technologique complète). Ont également été
considérés la diminution de la consommation des véhicules, l’amélioration des rendements
de la production électrique et la disponibilité des sources primaires : éolien, biomasse,
nucléaire, charbon,…
Scenario 12
Figure 21. Scénario Energie 2050 pour les USA (en 2002 !).
Le résultat du scénario n°12 (Fig.21), par exemple, prévoyait une consommation de 22,85
Quads pour la production d’Hydrogène par des piles à combustible avec un rendement de
42%. La consommation US totale aurait été de 153 Quads. Si l’on s’en tient au rapport ¼
(Fig.20) Consommation-mondiale/Consommation-des-USA, on obtient une consommation
énergétique mondiale, W2050, de 612 Quads (soit la quantité d’énergie solaire reçue par la
Terre en seulement une heure !) ce qui correspond à la production de 20 000 réacteurs
nucléaires et peut être qualifié d’utopique car de nombreux facteurs ne sont pas pris en
compte : développement des pays émergents et réel développement des énergies
renouvelables. Ce dernier élément se manifeste pourtant déjà dans la consommation US de
2008 qui était de 99,2 Quads en baisse par rapport à celle de 2007 de 101,5 Quads. Cette
diminution est attribuée, en partie, au développement du solaire, de l’éolien, de la biomasse, à
une meilleure gestion du nucléaire, à une baisse de 10% de la consommation de charbon ainsi
qu’à une amélioration des rendements de conversion, des voitures et des lampes d’éclairage.
5. Energie : transport pollueur et Hydrogène
Le transport reste le secteur le plus gourmand en énergies fossiles. En 2002 (Fig.22) le
transport consommait 50% de la production pétrolière dans le monde. En 2005 il représentait
55% de cette consommation.
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Figure 22. Les secteurs de consommation de l’énergie.
Figure 23. Répartition de la consommation d’énergie dans les transports.
La route représente 81% de cette consommation (Fig.23). Le transport constitue donc une
source importante de pollution.
En 2008 la moitié de la population mondiale vit dans des villes, soit 3,3 milliards de citadins.
La vitesse de circulation y est en général inférieure à 20 km/H (18,5 en France et en cours de
réduction!). Considérant aussi que la pollution des moteurs à hydrocarbures augmente
fortement en dessous de 30 km/h il est prioritaire de trouver des solutions :
- dans l’immédiat, rétablir la fluidité par des régulateurs et non des ralentisseurs-
bloqueurs !,
- à moyen terme, réduire la pollution des moteurs, développer de nouvelles formules
d’utilisation (transports en commun, co-voiturage, auto-partage, taxis collectifs,
vélolib, la marche..),
- à plus long terme, développer l’économie hydrogène (moteur à hydrogène, piles à
combustible embarquées,…) ou électrique, SI les sources primaires ne sont pas
polluantes mais renouvelables.
L’Hydrogène n’existe pas à l’état natif, il peut être produit :
- par reformage, dans une PAC (pile à combustible) à partir d’hydrocarbures (solution
actuelle polluante et non durable),
- par physico-chimie : des centrales solaires de ce type existent actuellement
(Espagne,…),
- par thermolyse des déchets (centrale existante en Allemagne),
- par électrolyse de l’eau (solution propre et durable si l’électricité est d’origine solaire),
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- par pyrolyse de l’eau (cette technique a été expérimenté à Odeillo: J. Lédé).
Une économie Hydrogène/renouvelable permet de réaliser l’élimination de la pollution
issue des carburants fossiles donc de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Son
développement à l’échelle mondiale sera favorisé par les résultats de la recherche sur de
nouveaux matériaux pour les PACs et sur les questions de stockage, de transport et de
distribution (réservoirs, hydrogénoducs,…). L’Islande a déjà développé des transports
Hydrogène et constitue une vitrine vivante de cette technologie hormis la nature de l’énergie
primaire utilisée.
Le passage à une économie basée sur l’électricité/hydrogène est souvent considéré par
les grands centres de planification comme une solution obligatoire d’ici 2050 bien que
l’électricité demeure la solution la plus pratique actuelle. Ces transferts ne concernent que les
vecteurs d’énergie ; la pollution effective est seulement « déportée » si les sources primaires
sont fossiles. Electricité ou hydrogène doivent être produits à partir d’énergies renouvelables
pour apporter une réelle diminution de la pollution.
Le 11 octobre 2007 était publié L’avenir avec un grand « H2 » :
« L’Europe demain ? La Commission … mise notamment sur l’hydrogène...
Hier, le pétrole et le gaz pour faire le plein et se chauffer. Demain, les piles à combustible et
l’hydrogène? C’est le pari que lancent aujourd’hui l’Union européenne (UE) et l’industrie à
travers une initiative technologique conjointe (ITC) .
Ce partenariat public-privé, mis en place pour six ans, sera doté d'une enveloppe de près
d’un milliard d’euros, dont 470 millions proviendront des fonds européens.
- favoriser le développement et la commercialisation des technologies de
l’hydrogène d’ici à 2020 dans le secteur de l’automobile et des transports, mais
également dans d’autres domaines de la vie quotidienne. L’hydrogène et les piles à
combustible constituent en effet des sources d’énergie potentielles pour de nombreux
produits…
- les voitures à hydrogène sont déjà une réalité et certaines sont même prêtes à être
lancées sur le marché. Leur commercialisation demeure toutefois complexe et
coûteuse, car elles ne figurent pas dans le système communautaire de réception des
véhicules. La Commission préconise donc de simplifier les procédures.
Dans tous les cas, le développement de nouvelles sources d’énergie ne suffira pas à
résoudre à lui seul tous les problèmes auxquels l’Europe est confrontée. La lutte contre le
changement climatique et la protection de l’environnement, par exemple, passent aussi par la
promotion d’une mobilité urbaine durable. Il faut donc donner envie aux Européens de
prendre leur vélo ou de marcher en leur garantissant la même sécurité qu'en voiture. »
6. Energie : des solutions pour 2050?
6.1. Surconsommation
Les diagrammes spaghetti font ressortir les pertes de conversion qui sont l’objet de
nombreuses recherches. Il est tout aussi nécessaire de réduire la surconsommation (gaspillage,
pertes thermiques de sur-chauffage et mauvaises isolations,…) et de mieux répartir.
Le WWF, organisation mondiale de la protection de l’environnement, a publié un modèle
pour 2050 qui demande (i) d’accroître l’efficience énergétique, (ii) d’augmenter l’utilisation
des énergies renouvelables et (iii) d’augmenter le piégeage du carbone.
Mais, quelles sont les ressources disponibles et possibles?...
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6.2. Fusion thermonucléaire
Le projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) est souvent
présenté comme la solution aux problèmes énergétiques mondiaux : « L’installation ITER, en
cours de construction dans le sud de la France, démontrera que la fusion est une source
d’énergie pour l’avenir » (www.iter.org). La question est donc à démontrer.
Son coût serait (13 juillet 2010) de 15 milliards d'euros sur trente ans entre l'Union
européenne, la Chine, la Corée du Sud, les Etats-Unis, le Japon et la Russie, soit plus de 150
millions €/an pour la France, sachant que 57 millions €/an sont distribués à TOUS les labos de
recherche associés CNRS, ce qui veut dire que l’effort d’investissement recherche principal
portera sur cette voie uniquement, au détriment des autres axes de recherche, même ceux qui
ne demandent qu’un progrès incrémental pour aboutir à des résultats pratiques, réels,
applicables.
Les délais annoncés sont :
- 2010/ ITER de Cadarache qui est un instrument de RECHERCHE : il produit 500 MW de
fusion pendant 400s avec 50 MW de puissance de chauffage (facteur d’amplification
d’énergie de 10),
- 2025-2035/ DEMO au Japon, avec un facteur qui devrait être de plus de 30 pour une
puissance de fusion de 3 000 MW,
- 2050/ premier prototype industriel, donc plus de 10 ans encore avant de construire des
centrales productives.
En attendant…?
Les problèmes à résoudre sont majeurs :
- maîtriser des réactions de fusion, ce sera le rôle de ITER : température de 100 millions
de degrés, confinement dans un anneau magnétique, fonctionnement en impulsions.
C’est un outil pour la recherche en physique fondamentale des plasmas ;
- produire des éléments pour la fusion: D+T. Le Tritium sera produit à 56 kg/an par un
générateur de 1 GW. Il est radioactif et instable /12ans ;
- la tenue des matériaux des enceintes aux neutrons de 14 MeV qui génèrent des bulles
d’Hélium dans l’acier. Aucun matériau connu actuellement ne peut leur résister. Les
neutrons les plus énergétiques actuels sont de 1 MeV. Les matériaux recherchés
doivent garantir une résistance sur 100 ans.
Les critiques et doutes de la communauté des physiciens sont nombreux !
- Edouard Brézin, président de l'Académie des sciences:
« Il faut une singulière dose d'optimisme pour imaginer que l'utilisation industrielle de
la fusion mettra moins de cinquante ans pour être disponible… Les obstacles ne
doivent pas arrêter la recherche mais l’épuisement des ressources fossiles et surtout le
réchauffement climatique sont des problèmes urgents. Les mesures à prendre sont
immédiates et ITER ne doit surtout pas servir d’alibi» il « souhaite que les décisions
en matière d’énergie ne soient plus simplement le fait de grands groupes de pression
attachés à la réussite de leur filière. »
- - Claude Allègre, Pierre-Gilles de Gennes, Prix Nobel de physique 1991, réprouvent :
"projet de prestige" qui "offre peu de chances de réussite", « une usine La Hague
autour de chaque réacteur. »
- Sébastien Balibar, de l'Ecole normale supérieure de Paris, Yves Pomeau, Jacques
Treiner: « On ne connaît, à l'heure actuelle, aucun matériau qui résiste longtemps à
une telle irradiation ».
- Masatoshi Koshiba (Japon), Prix Nobel de physique fondamentale 2002:
"Tête de mouton, mais viande de chien", ce qui, traduit, accuse les promoteurs de
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vouloir faire prendre des vessies pour des lanternes. Pour lui, ITER ne remplit pas un
certain nombre de conditions, à savoir la sûreté et les coûts économiques.
En conclusion nous dirons : ITER pour la recherche « oui » pour l’énergie « non ».
La solution nucléaire présente un seul avantage : elle ne produit pas de gaz à effet de serre
en fonctionnement mais sa production globale de CO2 (par extraction et traitement du
minerai, sa construction acier et béton, son démantellement et traitement des déchets) est
COMPARABLE à celles des systèmes à énergies renouvelables (Fig.24).
Figure 24. Emission de CO2 par les filières de production électrique
Elle présente aussi d’autres inconvénients :
• Un Coût de recherche élevé au détriment des autres filières,
• Des risques (des accidents passés mais aussi des incidents fréquents),
• Un coût de démantèlement (quelques cas seulement déjà traités : Belgique,…).
• Un coût de traitement des déchets qui sera réglé par les générations futures (les
déchets durent environ 100 000 à 200 000 ans !). La France et la GB n’ont pas réussit
à recycler les déchets. Le programme US de stockage dans les Monts Yucca ont 10
ans de retard et coûteront 96 milliards $US additionnés de 11 milliards de poursuites
judiciaires.
L’uranium de recyclage et l’uranium appauvri sont aujourd’hui classés comme des matières
radioactives valorisables. A ce jour, le classement en tant que matière ou déchet n’est pas
définitif. Cette évaluation est réalisée sur le fondement de l’évolution des technologies et des
perspectives de valorisation : de nouvelles technologies (réacteurs de 4ième génération à partir
de 2040) peuvent ouvrir la voie à de nouvelles possibilités de valorisation, ou au contraire une
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évolution du contexte industriel, politique et /ou technicoéconomique peut remettre en cause
une ré-utilisation jusqu’alors envisagée.
Une étude récente évalue le coût du kWh nucléaire actuel aux USA pour un réacteur
Westinghouse AP1000 (1,2 GWh nominal,1 GWh effectif, donc 8672 GWh/an):
- 3,0 c$US/kWh pour le fonctionnement, l’entretien, le démantèlement et
- 1,5 c$US/kWh pour le carburant tenant compte de son augmentation avec inflation,
- 6,83 c$US/kWh pour l’investissement avec un financement sur 30 ans à 7,5%,
- 1,84 c$US/kWh pour l’infrastructure, amélioration du réseau,
- 1,58 c$US/kWh pour un rapport de 12% sur les coûts de production,
Soit un coût de production total de 14,75 c$US/kWh auquel s’ajoute 5 c$US/kWh pour coût
de livraison au consommateur (transmission et distribution) ce qui porte le coût pour le
consommateur à 19,75 c$US/kWh. Les prêts gouvernementaux, dans ce cas, ne sont qu’un
transfert au contribuable et reste aussi la question de l’engagement obligatoire des générations
futures avec une part de risque non négligeable. Les prix du ciment, de l’acier et de l’Uranium
sont tels qu’actuellement le coût des projets est estimé à 20 c$US/kWh.
Il paraîtrait raisonnable que les autorités se tournent vers des technologies moins coûteuses,
moins risquées et dont la maîtrise est maintenant prouvée.
6.3. Energies renouvelables
Le coût des énergies renouvelables n’est pas défavorable d’autant plus que ce sont des
coûts connus et définitifs pour la durée de fonctionnement de l’installation ; ils ne
correspondent qu’à des coûts d’installation et de fonctionnement, le carburant étant gratuit, et
ils sont appelés à diminuer par facteur d’échelle et suite aux progrès technologiques attendus.
6.3.1. La géothermie est une autre forme d’énergie renouvelable, produite par le réacteur
nucléaire naturel « Terre » par désintégration de l’Uranium et du Thorium ; au centre la
température y est de 6000°C. Actuellement 10 GW sont ainsi produits dans le monde. La
Californie en tire 5% de son énergie et 4 GW sont en projets dans 13 états américains.
En 2000 une centrale électrique de 2MW, géothermique, était installée à HÚSAVÍK. Elle
fonctionne sur le Cycle de Kalina avec de la vapeur à 90 kg/sec (714,000 lb/hr) à 124ºC
(255ºF) ce qui fournit une puissance de 6.17 W-h/kg (2.80 W-h/lb) de vapeur. Le coût de
l’électricité est de 5 9 c€/kWh.
L'Islande s'est donné pour objectif, à l'horizon 2050, de devenir le premier pays au monde
totalement indépendant des ressources fossiles et polluantes. Plus de 70 % de sa
consommation d'énergie proviennent de ses ressources énergétiques hydroélectriques et
géothermiques. En 2005, 62 % de la production d'électricité, qu'elle soit d'origine
hydroélectrique (80,9 %) ou géothermique (19,1 %), est utilisée pour les besoins des
industries de production à haute intensité énergétique. Parmi celles-ci, l'industrie de
l'aluminium est la plus importante puisqu'elle absorbe à elle seule 48 % de la production
d'électricité.
La technologie des forages a fait de gros progrès grâce aux recherches pétrolières et des
forages profonds sont maintenant possibles à faible coût. En 2009, en Australie, un forage de
5km de profondeur permettra d’alimenter une centrale électrique de 500 MWh pour un coût
de 0,06 c$/kWh.
IDDP (Iceland Deep Drilling Project) est un consortium énergétique islandais établi en 2000
dont l'objectif est d'optimiser la production d'énergie d'origine géothermale en développant la
technologie des forages en grande profondeur. Ce principe consiste à utiliser les fluides
supercritiques pour produire de l'énergie électrique dans un contexte géothermal à haute
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