Nos sources d'énergie
19 juillet 2013

Cette page offre un résumé des différentes sources d'énergie à notre disposition, les unes sont renouvelables, les autres non. Je ne tire pas de conclusion de cet article sinon qu'on consomme trop d'énergie non-renouvelable et qu'il faut que ça change si on doit éviter la catastrophe à moyen et à long terme.

L'énergie (du grec : ενεργεια, energeia, force en action) est la capacité d'un système à modifier un état, à produire un travail entraînant un mouvement, de la lumière ou de la chaleur. C'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours des conversions [Wikipedia].

Sans contredit, plus nous sommes nombreux et plus le niveau de vie moyen augmente (PIB par habitant), plus on consomme de l'énergie. En conséquence, nos modèles énergétiques restent fondés sur un dogme réputé intangible : il faut produire toujours plus pour consommer toujours plus. Pourtant, il est urgent de rompre avec cette croissance immodérée de nos consommations, de partager nos ressources de façon équitable et de contribuer à la solidarité entre les hommes.

Tableau I - Pétrole, gaz naturel et charbon représentent 83.5% de la consommation d'énergie dans le monde
[Source: Les énergies fossiles]
% consommation d'énergie
dans le monde
Réserves mondiales estimées
(base consommation 
mondiale 2002)
Pétrole
36.5 %
environ 50 ans
Gaz naturel
23.0 %
environ 65 ans
Charbon
24.0 %
plus de 250 ans

En effet, la consommation mondiale d'énergie a augmenté de 45 % depuis 1980 et devrait croître encore de 70 % d'ici 2030. Une grande partie de l'énergie consommée en 2002 dans le monde (près de 90%) provient de gisements de combustibles fossiles comme l'indique le Tableau I. Sur les 26,8 milliards de barils de pétrole consommés chaque année, la moitié l'est pour le secteur des transports. Les autres formes d'énergie (hydroélectricité, éoliennes, centrales marée-motrices, etc) comptant pour le reste.

Malgré la chute marquée des quantités de pétrole et plus généralement d'énergie consommée par dollar de revenu mondial, toutes les prévisions crédibles à long terme concluent que, pour continuer sur le chemin de la croissance pendant le prochain quart de siècle à des taux comparables à ceux du quart de siècle écoulé, le monde aura besoin d'un quart à deux cinquièmes de plus de pétrole qu'aujourd'hui.

Énergies non-renouvelables

Les énergies non-renouvelables sont principalement d'origine fossile, un mot le plus souvent rattaché à des animaux ou des plantes qui ont laissé leur empreinte dans la roche ou sont eux-même devenus comme de la pierre suite à un processus lent de l'ordre des millions d'années. Les énergies fossiles sont le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Quoiqu'elle ne soit pas d'origine fossile, l'énergie nucléaire est aussi une énergie non-renouvelable.

Tableau II - Les principaux pays consommateurs de pétrole en 2004
[Source: planète-énergies.com]
Pays Consommation 2004 
103 b/j
Variation de la 
consommation
 / 10 ans
Consommation
par habitant (barils/an)
États-Unis 20 731 + 17 % 25,4
Canada 2 294 + 30 % 25,9
Mexique 1 970 + 2 % 6,7
Brésil 2 140 + 28 % 4,2
Venezuela 560 + 27 % 7,7
Allemagne 2 650 8 % 11,7
France 1 977 + 6 % 11,9
Italie 1 881 1 % 11,8
Royaume-Uni 1 827 0 % 11,2
Espagne 1 573 + 41 % 13,3
Pays-Bas 947 + 24 % 21,2
Turquie 683 + 26% 3,4
Belgique 641 + 26 % 22,5
Russie 2 770 13 % 7,1
Arabie Saoudite 1 845 + 43 % 27,4
Iran 1 510 + 34% 7,9
Égypte 590 + 32 % 2,9
Afrique du Sud 502 + 22 % 3,9
Japon 5 353 4 % 15,3
Chine 6 400 + 102 % 1,8
Inde 2 450 + 73 % 0,8
Corée du Sud 2 149 + 17% 16,4
Indonésie 1 200 + 54 % 2,0
Taiwan 965 + 46 % 14,9
Australie 877 + 12 % 15,8
Malaisie 515 + 36 % 7,4

Pétrole

Le pétrole a été une chance formidable pour l'humanité. C'est le concentré d'énergie parfait: liquide, il est facilement transportable. Et en le brûlant en petites quantités, on obtient suffisamment d'énergie pour faire tourner des moteurs qui entraînent toutes sortes de véhicules et permettent à toutes sortes de machines de fonctionner. De plus, on peut le transformer en une grande quantité de produits qui sont devenus les matières premières de notre environnement quotidien : plastiques, textiles synthétiques et bien d'autres produits divers et variés.

Les principaux pays consommateurs sont, sans surprise, les pays développés d'Amérique du Nord, d'Europe et d'Asie (voir le Tableau II). Champions de la consommation de pétrole : les États-Unis. Avec un peu moins de 5 % de la population mondiale, ils consomment le quart du pétrole produit chaque année. Et leur consommation ne ralentit pas : + 16 % en 10 ans entre 1993 et 2003, à peu près la moyenne mondiale.

Parmi les pays développés, on distingue des gros consommateurs par habitant (États-Unis, Canada, Pays-Bas et Belgique) et des consommateurs plus raisonnables, comme les grands pays européens, dont chaque habitant consomme en moyenne 2 fois moins de pétrole que les plus demandeurs.

En Asie, c'est l'explosion de la consommation. La Chine a presque doublé la sienne en 10 ans, et elle ne s'arrêtera pas là. Durant cette période, la consommation de l'ensemble de la zone Asie-Pacifique a dépassé celle de la zone Amérique du Nord. Avec + 39 % d'augmentation en moyenne en 10 ans, l'Asie fait figure de nouvel ogre pétrolier. Mais qui pourrait blâmer ces pays en développement de vouloir offrir à leurs populations le même confort que dans les pays riches ? D'autant qu'en moyenne, un chinois consomme 15 fois moins de pétrole qu un américain et un indien 30 fois moins.

La question principale concernant cette source d'énergie qu'est le pétrole est la suivante: combien de temps durera-t-il? La plupart des experts conviennent que l'approvisionnement se réduira bien avant la fin de ce siècle et, comme le mentionne Allen Greenspan dans son livre intitulé "Le Temps des Turbulences", « il est probable que nous ne saurons pas nous sevrer du pétrole tant qu'il y en aura ».

Gaz naturel

Le gaz naturel, qui appartient à la même famille que le pétrole, celle des hydrocarbures, l'accompagne systématiquement dans tous les gisements. Le gaz naturel est aussi un combustible très énergétique, et certains de ses composants servent également à fabriquer des polymères à la base de bien des produits courants. Mais cette chance du pétrole et du gaz est devenue aussi l'un des grands défis d'aujourd'hui. La consommation toujours plus importante d'hydrocarbures menace les équilibres écologiques de notre planète, en particulier ceux du climat terrestre. 

Cette source d'énergie a depuis longtemps servi à chauffer des maisons et à préparer de la nourriture mais l'utilisation à grande échelle du gaz naturel est relativement récente suite à la solution du problème qui nuisait le plus à cette industrie: le transport. Sous sa forme gazeuse il se prête mal au transport par pipeline, et l'est tout autant sous sa forme liquéfiée (cryogénique). Il est aussi très difficile de le stocker.

Ces dernières décennies, le gaz naturel s'est classé comme une source majeure d'énergie, pour laquelle l'industrie a trouvé d'innombrables usages et notamment la production d'électricité. En 2005, l'énergie que cette source a produite est à peu près l'équivalent des trois cinquième de celle produite par le pétrole. L'avantage principal de l'usage du gaz naturel est qu'il est moins dommageable à l'environnement que celui du charbon ou du pétrole.

Pour remédier au manque de sources domestiques de gaz naturel. sa liquéfaction fait l'objet de nouveaux investissement dans le monde. D'énormes tankers sont en construction alors que les populations locales refusent la construction de ports méthaniers "dans leur cour". Actuellement, le gaz naturel liquéfié ne représente que 7% de la consommation mondiale de gaz naturel. À l'évidence, l'industrie du gaz a du chemin à faire avant que l'offre mondiale ne soit en mesure de répondre aux besoins croissants en énergie.

Charbon

Comme le pétrole et le gaz naturel, le charbon est une énergie fossile. Il est le résultat d'une transformation profonde de matière organique végétale: des végétaux engloutis par les eaux, accumulés rapidement en masse et préservés du pourrissement et de l'oxydation.

Le charbon est connu depuis la plus haute Antiquité. Les Chinois l'exploitaient déjà il y a 3 000 ans. Cependant, il faut attendre le IXe et le Xe siècle pour que l'usage du charbon se répande. En Europe, le charbon a fortement marqué l'histoire du XIXe siècle alors que la révolution industrielle s'appuyait en Angleterre sur le développement des gisements de charbon du Centre, autour de Manchester et de Sheffield, et du sud de l'Écosse (Glasgow) ; en Allemagne, sur les charbons de la Ruhr; aux États-Unis, sur les charbons de Pennsylvanie, du Kentucky et de Virginie-Occidentale.

Aujourd'hui, le charbon sert principalement à produire de l'électricité (mais aussi du coke, substance essentielle en sidérurgie). C'est une source d'énergie primaire, appelée ainsi parce qu'on ne peut pas s'en servir directement et qu'il faut la transformer en électricité pour répondre à nos besoins. C'est aussi une énergie fossile, créée il y a des millions d'années. Le charbon n'est pas inépuisable mais sa durée de vie est plus longue que celle des deux autres énergies fossiles, le pétrole et le gaz naturel : au rythme de la consommation actuelle, il nous reste à peu près 250 ans de réserves. Alors, pourquoi ne pas envisager tout de suite de développer son usage? Les décideurs politiques hésitent, parce que le charbon est très polluant et libère en brûlant de grandes quantités de CO2 (le charbon est celui qui contient le plus de carbone et, par conséquent, émet le plus de CO2 lors de sa combustion)  l'un des principaux gaz à effet de serre. Et pourtant, le charbon est un des moyens les plus économiques pour produire de l'électricité.

Il faut toutefois noter un développement encourageant vers le « charbon propre ». Le projet américain Futurgen débuté récemment représente une étape majeure vers le stade industriel de la séquestration ou du piégeage du carbone. Selon le GIEC, cette technologie pourrait éviter entre 80% et 90% des émissions de CO2 des 4,942 centrales thermiques que compte actuellement l'univers. Cela correspond globalement à 10 milliards de tonnes de CO2  sur les 13.6 milliards émises par tous les équipements industriels lourds de la planète.

Énergie nucléaire

L'énergie nucléaire est l'une des alternatives au charbon, au pétrole et au gaz naturel pour produire de l'électricité. Les bas prix des carburants concurrents et les soucis concernant la sécurité des déchets nucléaires entravent l'industrie nucléaire depuis des années mais il se trouve que les centrales nucléaires n'émettent pas de gaz à effet de serre. La part du nucléaire dans la production d'électricité. aux États-Unis est passée de moins de 5% en 1973 à 20% il y a une décennie, elle se maintient à ce niveau depuis.

Vers le milieu des années 80,  il est apparu possible de produire de l'énergie à partir de la fusion nucléaire froide (par opposition à la fission nucléaire qui est la méthode utilisée dans les centrales nucléaires actuellement) de noyaux légers (hydrogène). Pour que les deux noyaux puissent fusionner, il faut qu'ils se touchent, ou du moins qu'ils soient très proches l'un de l'autre. Mais, comme les noyaux sont chargés d'électricité de même signe (positive), ils subissent une force réciproque de répulsion. On dit qu'il y a une barrière de potentiel entre eux. La mécanique quantique nous enseigne qu'on n'est pas nécessairement obligé de sauter au dessus de la barrière, car on peut aussi la traverser par "effet tunnel''. Mais encore faut-il creuser ce tunnel dans une partie de la barrière qui n'est pas trop épaisse. Il y a deux façon de grimper sur la barrière:

Malheureusement, ces recherches n'ont mené nulle part quoique certains savant y travaillent encore. Si elle avait été possible, cette source d'énergie presque intarissable aurait résolu la crise énergétique mondiale sans produire ni déchets ni gaz à effet de serre (il y a toutefois production de neutrons lents qui peuvent induire de la radio-activité).

Énergies renouvelables

Moulins à eau, à vent, bois pour le feu, traction animale, bateaux à voile : les énergies renouvelables ont largement contribué au développement de l'humanité depuis la nuit des temps. Elles constituaient une activité économique à part entière, notamment en milieu rural où elles étaient aussi importantes et aussi diversifiées que la production alimentaire. Une des caractéristiques de la révolution industrielle, le remplacement des énergies renouvelables traditionnelles par les fossiles (charbon d'abord, pétrole plus tard), gomma ce rôle.

En ce début de XXIe siècle, les énergies renouvelables reprennent leur importance

Hydroélectricité

L'énergie hydroélectrique, ou hydroélectricité, est une énergie électrique obtenue par conversion de l'énergie hydraulique des différents flux d'eau (fleuves, rivières, chutes d'eau, courants marins ...). L'énergie cinétique du courant d'eau est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur.

La puissance hydroélectrique installée dans le monde en 2004 était estimée à 715 giga watts (GW), soit environ 19% de la puissance électrique mondiale. Cependant, la proportion d'énergie hydroélectrique est bien moindre (de l'ordre de 10 %) que la puissance installée peut le faire croire, car cette dernière joue un rôle particulièrement important pour assurer l'équilibre instantané de la production et de la consommation d'électricité. En effet, l'énergie électrique ne se stocke pratiquement pas et c'est pourquoi l'énergie hydroélectrique est souvent une variable d'ajustement. 

L'énergie hydroélectrique est une énergie renouvelable. Elle est aussi considérée comme une énergie propre, bien qu'elle fasse parfois l'objet de contestations environnementales, soit en raison de son emprise foncière, soit plus récemment sur son bilan carbone.

Des facteurs négatifs peuvent freiner le développement futur de l'hydroélectricité :

Biocarburants

L'anticipation de l'augmentation de prix de l'essence suite à une pénurie va probablement provoquer de grandes percées dans la production des biocarburants, principalement l'éthanol. Le Brésil a été un précurseur dans le domaine et plus de 80% des voitures brésiliennes fonctionnent à l'éthanol ou tout au moins peuvent utiliser l'essence et l'éthanol. Il faut toutefois noter que l'éthanol brésilien est produit par la culture de la canne à sucre, une culture qui, semble-t-il est relativement efficace.

En dépit de sa valeur, l'éthanol de maïs ne peut jouer qu'un rôle limité parce que sa capacité à remplacer l'essence est tout au plus modeste. Un boisseau de maïs ne produit que 7.2 gallons d'éthanol, ce qui signifie que les 11 milliard de boisseaux de maïs produit par les États-Unis en 2006 n'auraient produit que 5.2 millions de barils par jour d'éthanol, l'équivalent en BTU à 3.9 millions de barils par jour d'essence, le tiers de ce qui est consommé sur les routes américaines, et moins du cinquième des 21 millions de barils par jour consommés par les Américains en 2006. L'éthanol cellulosique, dérivé des déchets agricoles, semble plus prometteur.

Il faut toutefois noter que l'Organisation de coopération et de développement économique (OCDE) tient les biocarburants comme une solution inefficace au problème du remplacement du pétrole. La conversion massive de terres arables saccage la biodiversité, et l'explosion de l'usage de phytocides et d'insecticides pollue l'environnement.

Énergie éolienne

Les aérogénérateurs modernes, appelés couramment éoliennes, bénéficient de progrès technologiques importants depuis quelques années. Ils sont fiables et efficaces et permettent une production électrique décentralisée, sans pollution, sans émission de gaz à effet de serre (GES). Leur installation suppose une étroite concertation avec les populations en amont des projets. Elle est constituée d'un mât de 50 à 110 m de haut. À son sommet se trouve une nacelle équipée d'un rotor à axe horizontal, à trois pales mises en rotation par le vent. Le diamètre du cercle qu'elles balayent varie de 40 à 120 m. Le vent fait tourner les pales, entre 10 et 25 tours par minute environ. L'énergie mécanique ainsi produite est transformée en énergie électrique dans la nacelle grâce à une génératrice. L'énergie produite est fonction de la surface balayée.

Énergie géothermique

La géothermie est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à l'exploiter. Par extension, la géothermie désigne aussi l'énergie géothermique issue de l'énergie de la Terre qui est convertie en chaleur et/ou en électricité. On distingue trois types de géothermie :

Le principe de la géothermie consiste à récupérer l'énergie contenue dans le sol pour l'utiliser sous forme de chauffage ou de rafraîchissement. En effet, les entrailles de notre planète regorgent d'énergie puisque à 2000 mètres de profondeur, la température peut atteindre 70 °C. Selon les connaissances actuelles, la température du noyau culmine à 6000 °C pour atteindre encore 1300 °C dans le manteau. Le flux géothermique qui parvient à la surface dépasse 40 milliards de Kilowatts. Il s'agit dans ce cas de la géothermie profonde. La géothermie proposée actuellement est la géothermie de surface. Elle est essentiellement d'origine solaire. Environ 46 % environ de l'énergie solaire est captée et emmagasinée dans le sol.

Énergie marémotrice

Toutes les mers subissent 2 flux et 2 reflux quotidiens. Ces mouvements sont les conséquences de l'attraction de la Lune et du Soleil. L'amplitude des marées est déterminée par la forme de la côte. Le phénomène est une conséquence de la gravitation universelle. Il y a moyen d'en retirer de l'énergie en utilisant la force issue des marées, donc du reflux de l'eau sur les rivières lorsque la mer monte. L'eau qui monte fait tourner des turbines qui produisent de l'énergie. Il s'agit ici tout simplement de la version moderne du moulin à marée bien connue des populations bretonnes.

A ce jour, l'usine bretonne de la Rance est la seule centrale au monde capable de convertir de façon industrielle, la force des marées en énergie électrique. Sa production est de 540 millions de KWh, soit 90% de la production de la Bretagne et l'équivalent de la consommation annuelle de la ville de Rennes. Des projets de centrales marémotrices sont en cours dans la Baie de Fundy au Canada

Discussion

Lors d'une conférence donnée au CORIM, Pierre Gadoneix du Conseil mondial de l'énergie (CME) mentionnait que réduire la consommation d'énergie sur la planète est irréaliste si le niveau de vie en croissance dans le monde doit se maintenir comme actuellement. Il notait aussi que si le niveau de vie actuel des États-Unis devait se répandre partout sur la planète, la consommation d'énergie actuelle devrait être multipliée par cinq (x5). Il est donc nécessaire d'augmenter la production d'énergie tout en conciliant cette augmentation avec l'environnement afin d'atténuer le réchauffement climatique (On prévoit que la température du globe va augmenter de 2°C à 5°C d'ici 2100 mais il est réaliste de dire que cette augmentation sera de 3 à 3.5°C).

Il faudra aussi augmenter la part des énergies renouvelables dans le bilan énergétique de la planète. Des efforts en ce sens sont fait un peu partout dans le monde mais l'empreinte écologique est réellement inégalement répartie.


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