Ce troisième module traite la production et la consommation de l’énergie mondiale. On avance l’état des ressources d’énergie et de réserves d’énergie. On discute toutes les sources différentes d’énergie, fossiles et renouvelables. On parle de vecteurs d’énergie. Ensuite, on expose des chiffres sur la consommation d’énergie primaire mondiale et par pays. Les énergies renouvelables sont discutées, leur état d’aujourd’hui aussi comme leurs potentialités futures. Finalement, on présente quelques tendances futures.
Module 3 Énergie
Les sources d’énergie non renouvelables sont : le pétrole, le gaz, le charbon et l’uranium. Les sources d’énergies renouvelables sont : hydraulique, l’éolien, le solaire, la biomasse, la géothermie, les marées et les hydroliennes. Les vecteurs d’énergie, les aspects de l’énergie qu’on voit tant qu’utilisateurs : les carburants liquides, gazeux ou solides, la chaleur, l’électricité.On distingue des sources d’énergie et des vecteurs d’énergie. Des vecteurs permettent de transporter l’énergie et ensuite de pouvoir l’utiliser. L’hydrogène par exemple, c’est un carburant et un vecteur d’énergie qui peut être sous forme liquide ou gazeuse. L’hydrogène n’est pas une source d’énergie, il n’en existe pas au niveau naturel. On peut le produire à partir de pétrole, à partir de gaz, à partir de charbon ou à partir d’eau en utilisant de l’électricité, un autre vecteur d’énergie.
Il y a le problème du rendement du procédé qui permet de passer de la source d’énergie au vecteur d’énergie. Pour diminuer le maximum de perte, l’objectif pour ce rendement va être évidemment de le rendre le plus proche de 100 pourcent.
Le Joule est l’unité d’énergie la plus connue. On utilise aussi le Watt, qui est une unité de puissance, une unité d’énergie rapportée à une unité de temps. 1 Watt c’est un Joule par seconde et un Watt heure correspond à 3 600 Joules. Une ampoule de 100 Watts utilisée pendant une heure consomme l’équivalent de 360 000 Joules. La tep, c’est la tonne d’équivalent pétrole. Quand on fait brûler une tonne de pétrole, on récupère l’équivalent de 43 milliards de Joules d’un point de vue énergétique. Sur la littérature anglo-saxonne on va plutôt parler de TOE qui veut dire tonne of oil equivalent, ou alors de BOE qui veut dire baril of oil equivalent.
La consommation primaire c’est l’énergie totale qui peut être extraite d’une source utilisée. Par exemple, une tonne de pétrole permet en théorie de récupérer 43 milliards de Joules. Ça, c’est du point de vue de l’énergie primaire. C’est le stock de pétrole, de gaz, de charbon qu’on utilise à la source. La consommation finale, c’est l’énergie finale qui est effectivement fournie à l’utilisateur. C’est l’énergie primaire qu’on a transformée pour quelque chose.
La consommation ultime, c’est l’énergie effectivement utilisée à la fin recherchée. Dans les différentes analyses on s’attarde sur la consommation primaire et la consommation finale. L’exemple de l’électricité qui est produite à partir d’une centrale nucléaire, montre que le rendement global de la chaîne est de 1,5 % seulement, tout le reste étant perdu soit en chaleur, soit en perte en ligne.
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| Notions d'énergies primaire (100%), finale (30%) et utile (1,5%) |
La plupart des données sur la consommation d’énergie viennent de l’Agence internationale de l’Énergie (du secrétariat de l’OCDE) et de « l’Energy Information Administration » (du « Department of Energy » des États-Unis d’Amérique). En France, on peut travailler avec les chiffres venant du Ministère de l’Économie et des Finances, Ministère du Redressement Productif, du Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, et aussi beaucoup de données disponibles au niveau de l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME).
Au niveau mondial, en 2012, la consommation d’énergie primaire correspond à 13 Gteps ou 13 Giga tonnes équivalent pétrole. Il faudrait 6 000 réacteurs nucléaires qui fonctionnent toute l’année, pour produire ce montant, ou l’équivalent d’environ 1 500 barrages d’Itaipu (le plus grand barrage au monde). Sur les 20 dernières années, cette consommation d’énergie primaire, au niveau mondial, a augmenté d’environ 2,5 % par an. Depuis 2010, elle augmente de 4 % par an. La consommation sur les dix dernières années, entre 2003 et 2012, a augmenté de 18 %.
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| Consommation mondiale d’énergie primaire |
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| Consommation mondiale d’énergie primaire par type en 2012 (hors ENR thermiques) |
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| Consommation mondiale d’énergie primaire par type en 2012 (hors ENR thermiques) |
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| Proportion de l’énergie issue d’une source fossile dans la consommation d’énergie primaire pour différents pays [%] en 2012 |
La consommation d’énergie finale correspond à la consommation réalisée après
transformation de l’énergie primaire en vecteurs d’énergie utilisables par un
consommateur, par exemple en carburants, en électricité ou en chaleur.
L’analyse suivante traite de la question de l’électricité. Ci-desous, le camembert de gauche représente l’ensemble de la production électrique au niveau mondial, et sa répartition sur l’aspect fossile, nucléaire, et renouvelable. L’électricité dans le monde est principalement produite à partir d’énergie fossile : de gaz, de pétrole, ou de charbon, et représente plus de 60 %. L’électricité nucléaire représente environ 12 % au niveau mondial, et l’électricité renouvelable, environ 20 %. Le camembert de droite montre la répartition de l’électricité renouvelable sur les différentes sources : 16 % l’hydraulique, 2 % l’éolien, 2 % la biomasse et les déchets. La place du solaire et de la géothermie est de moins d’1 % au niveau mondial.
consommateur, par exemple en carburants, en électricité ou en chaleur.
L’analyse suivante traite de la question de l’électricité. Ci-desous, le camembert de gauche représente l’ensemble de la production électrique au niveau mondial, et sa répartition sur l’aspect fossile, nucléaire, et renouvelable. L’électricité dans le monde est principalement produite à partir d’énergie fossile : de gaz, de pétrole, ou de charbon, et représente plus de 60 %. L’électricité nucléaire représente environ 12 % au niveau mondial, et l’électricité renouvelable, environ 20 %. Le camembert de droite montre la répartition de l’électricité renouvelable sur les différentes sources : 16 % l’hydraulique, 2 % l’éolien, 2 % la biomasse et les déchets. La place du solaire et de la géothermie est de moins d’1 % au niveau mondial.
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| Pourcentages des énergies renouvelables dans la production d’électricité mondiale 2011 |
La partie la plus importante de la consommation primaire et finale en France correspond aux pertes et donc à une non-utilisation de l’énergie : 40 %. La répartition entre les différents secteurs est pareille à peu près tous les pays occidentaux, un gros tiers correspond aux résidentiels tertiaires, un tiers correspond aux transports, et un petit tiers correspond à l’utilisation dans l’industrie, y compris dans l’agriculture. Un petit pourcentage de cette consommation d’énergie, soit primaire, soit finale, correspond à des usages non énergétiques. Dans l’énergie finale, en cas de la France, le nucléaire représente environ 14 %. Les énergies renouvelables électriques, elles, représentent environ 2 %.
État des réserves de sources d’énergie
On présente l’état des réserves d’énergie fossile, du pétrole, du gaz, du charbon et de l’uranium, au niveau mondial et ensuite à niveau d’une répartition par pays. Les ressources d’énergie, ce sont les quantités totales qui sont présentes dans un sous-sol. Seule une fraction de ces ressources sont récupérables et ces ressources ne sont jamais connues avec exactitude. Elles sont simplement estimées avec des analyses de géologie des terrains.
Au contraire, les réserves, elles, ce sont des quantités que l’on espère extraire du sous-sol et exploiter de manière rentable dans un avenir proche. C’est une notion qui est physique, puisqu’elle dépend de ce qu’il existe effectivement dans le sous-sol. C’est une notion qui est technique, puisqu’elle dépend de la technologie existante à l’heure actuelle pour extraire cette matière première. Et c’est aussi une notion économique puisqu’elle va dépendre du prix de la ressource actuel, du prix auquel l’exploitant va pouvoir vendre la ressource. C’est une notion qui est variable d’un moment à un autre en fonction du prix de la matière première et aussi en fonction de la technologie. Par exemple, plus le pétrole va être vendu cher, plus l’exploitant va se permettre de mettre en œuvre des technologies coûteuses pour aller l’exploiter.
On distingue des réserves prouvées, des réserves probables et des réserves ultimes :
- réserves prouvées : Ce sont les quantités qui ont une forte probabilité (supérieure à 95%) d’être extraite du sous-sol, à partir des gisements connus et dans les conditions technico-économiques existantes ;
- réserves probables : Ce sont les quantités non exploitables de manière rentable au moment de l’estimation mais qui peuvent le devenir dans un futur proche, selon les évolutions des technologies et des prix du marché ;
- réserves ultimes : Elles correspondent à ce qui est déjà produit, auquel on ajoute les réserves prouvées, les réserves probables, ainsi que les champs à découvrir ! Ces derniers, on les estime à partir de données passées et d’évolution probable des découvertes de gisements et d’évolution de la technologie.
On parle aussi du taux de récupération, c’est le passage entre la ressource présente dans le sous-sol et la réserve que l’on va extraire et exploiter. Tous les chiffres concernant les réserves de gaz, du pétrole, du charbon ou de l’uranium sont à prendre avec de grandes précautions. Ce sont ici des ordres de grandeur, des estimations, ce ne sont pas des chiffres extrêmement précis puisque.
La première figure montre une estimation des réserves prouvées en Gtep au niveau mondial. On trouve que nous restent 25 ans du pétrole, 36 ans pour le gaz, 60 ans pour le charbon et 43 ans pour l’uranium. Donc ces données, ces chiffres sont relativement faibles, encore une fois à prendre avec de grandes précautions puisqu’ils sont issus des données des réserves prouvées estimées.
Pour la contribution des sources non conventionnelles à des réserves prouvées, on peut rajouter environ 40 GTep des huiles lourdes (pour le cas du pétrole) et environ 40 GTep pour les gaz de schiste (le cas du cas gaz).
Dans les figures qui montrent la répartition de ces réserves par pays, chacune des barres noires représente le pourcentage des réserves prouvées associées par rapport à l’ensemble des réserves prouvées au niveau mondial. La barre blanche représente la part non conventionnelle, quand elle est « importante » pour certains pays. Quatre pays, l’Arabie Saoudite, l’Iran, l’Irak et le Koweït, détiennent 50 % des réserves mondiales prouvées du pétrole conventionnel. Trois pays, la Russie, l’Iran, et le Qatar, détiennent 70 % des réserves mondiales prouvées conventionnelles du gaz. Si on ajoute les gaz de schiste estimés comme étant en réserve aux États-Unis, ce pays détiendrait 15 % des réserves mondiales de gaz et le placerait au même niveau que l’Iran ou que le Qatar. Trois pays détiennent 70 % des réserves mondiales prouvées de charbon, le premier étant les États-Unis avec 35 %, ce qui est une part extrêmement importante, puis la Russie et la Chine.
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| Réserves prouvées du pétrole (% des réserves mondiale) |
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| Réserves prouvées du gaz (% des réserves mondiale) |
Les énergies renouvelables : potentialités
Les énergies renouvelables, elles sont abondantes et relativement bien reparties au niveau mondial. En tout cas beaucoup plus que ce qu’on vient de voir sur les sources d’énergie fossiles ! L’inconvénient principal c’est qu’elles sont dispersées et intermittentes. Elles posent un problème du stockage des vecteurs d’énergie, de l’électricité et, éventuellement, de l’hydrogène qu’on peut produire par électrolyse grâce à l’électricité intermittente de ces technologies.Les ressources au niveau solaire sont les plus importantes : 50 gigateps, ou plus de 400 % du potentiel mondial de la consommation primaire de 13 gigateps par an. L’éolien représente plus de 300 % du potentiel mondial de la production électrique.
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| Ressources théoriques mondiales par type d’énergie renouvelable (2009) |
Tendances
L’Agence internationale de l’énergie estime que la consommation d’énergie primaire au niveau mondial serait comprise entre 16 et 18 Gtep en 2040-2050. L’évolution principale de la demande va se faire au niveau des pays émergents : la Chine, comme l’Inde, au niveau des pays asiatiques de manière générale, et aussi au niveau de l’ensemble des pays qui ne sont pas dans l’OCDE. |
| 2040 - 2050 : consommation primaire d’énergie mondiale |
L’Agence internationale de l’énergie projette que, jusqu’en 2030, la part du pétrole ou du gaz conventionnel diminue et devient moins de la moitié de l’ensemble de la production. Le graphe montre une projection pour les États-Unis, mais c’est qui est assez à l’image de ce qui va se passer au niveau mondial.
Quelles sont les solutions, au-delà des différentes sources qu’on va utiliser ? Une des premières solutions, c’est la maîtrise de la consommation par réduction et surtout par amélioration des rendements. Ensuite, le développement, les recherches de nouvelles technologies et le déploiement de cette technologie de l’énergie qui concernent la production d’énergie, le stockage, la distribution et l’utilisation.
Il y a un déséquilibre des ressources actuellement utilisées en consommation d’énergie, un déséquilibre des ressources d’un point de vue géographique, et donc une vulnérabilité de l’approvisionnement. Les pays qui consomment ne sont pas forcément les pays qui ont les réserves ou qui produisent. On va voir la raréfaction sensible et rapide du pétrole et du gaz conventionnel.
Pour conclure, l’avenir énergétique est sous de fortes contraintes pour différentes raisons. Il y a de grandes incertitudes, sur les évolutions de la répartition de la consommation, sur les évolutions des réserves, sur les évolutions aussi technologiques associées aux nouvelles technologies que l’on veut développer. Le système énergétique mondial, c’est un système à une grande inertie, des changements prennent de 20 ans ou 30 ans. De plus, la population va augmenter, des régions vont accéder à un niveau de développement avancé donc à un niveau de consommation d’énergie avancé aussi, donc les besoins en énergie vont augmenter.
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