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15/12/2012

Transition énergétique

 



La transition énergétique est le passage d'un type d'économie basée sur des énergies non renouvelables (pétrole, gaz naturel, charbon, électricité d'origine nucléaire) vers des moyens énergétiques basés sur des énergies renouvelables, propres, sûres et décentralisées (énergie solaire, éolienne, biomasse, énergie hydraulique, géothermique, marémotrice...) qui impose une meilleure efficacité énergétique. C'est, en particulier le chauffage des logements , dans les régions froides ou tempérées, mal isolés, entraînant une consommation excessive d'énergie, situation qui peut être facilement améliorée par des programmes collectifs d'isolation thermique

L’état d’incertitude dans lequel se trouve actuellement la société mondiale, à mi-chemin entre les premières découvertes de pétrole et l’épuisement complet de cette ressource, est appelé « Pic de Hubbert ».Dès 1956, le géologue américain King Hubbert avait prédit que la production de pétrole aux USA atteindrait son maximum aux alentours de 1970 avant de commencer à décroître. Depuis 1971, la production de pétrole brut aux USA ne cesse de baisser. Ce phénomène n’est pas propre aux USA mais concerne de nombreuses régions productrices. Il est possible que le développement récent de la production du gaz et du pétrole de schiste retarde l'échéance aux USA?

Le tsunami japonnais du 11 mars 2011, et la destruction d'une partie de la centrale électrique d'origine nucléaire de Fukushima, qui a entraîné l'arrêt de toutes les centrales de ce type au Japon, et la contamination nucléaire d'une vaste zone, a remis en cause un modèle de production électrique de masse qui semblait en mesure d'apporter une partie de la solution a la pénurie énergétique qui s'annonce. Des pays développés ont décidé de réduire et certains de supprimer à terme la production nucléaire d'électricité, c'est le cas de l'Allemagne et du Japon. La France qui est le pays développé ayant la part d'électricité nucléaire la plus importante du monde (plus de 75% en 2011) a connu une débat dans la société, et dans le cadre politique , ce qui a eu une traduction électorale en 2012, ayant entraîné la décision de limiter à terme la production électrique d'origine nucléaire à 50% des besoins du pays, puis d'en réduire progressivement la part au fur et à mesure de l'obsolescence du parc de ces centrales.

Les techniques de production des énergies renouvelables, ne permettent pas, à l'heure actuelle, de remplacer totalement les sources d'énergies fossiles. La somme des initiatives individuelles , même si elles sont importantes dans le cadre des prises de conscience des citoyens, ne peuvent suffire a assurer les besoins globaux de la sociétés développée du 21° siècle. Il est nécessaire d'élaborer des approches globales et parallèles pour assurer une mise en œuvre rapide de la transition énergétique, les économies d'énergie et l'amélioration de l'efficacité énergétique jouent un rôle important dans ce contexte. Le projet Desertec consisterait à étendre massivement, en Europe du Sud, en Afrique du Nord et au Proche-Orient, la production d'électricité obtenue à partir de la chaleur solaire. En reliant les réseaux de transport d'électricité de ces régions, il serait ainsi possible de compenser le caractère erratique des énergies disponibles localement (énergies éolienne et solaire) à l'aide des surplus produits par les autres régions. Cependant, la rentabilité et la faisabilité du projet ont été mises en doute à plusieurs reprises.

Comme la plupart des innovations, celles-ci soulèvent l’enthousiasme et suscitent de grandes espérances. Vont-elles, avec d’autres sources d’énergie renouvelable, remplacer un jour les combustibles fossiles ? Probablement, il y faudra beaucoup de temps, en attendant, revenons à la réalité en cessant de confondre le souhaitable avec le possible.

Cinq facteurs rendent la transition vers un monde sans énergie fossile beaucoup plus ardue qu’on ne le pense communément : l’ampleur du changement ; 2° la moindre densité énergétique des combustibles alternatifs ;3° la densité de puissance très inférieure des énergies renouvelables ; 4° l’intermittence des flux énergétiques des énergies renouvelables ; 5° la répartition inégale des ressources en énergies renouvelables.

L’ampleur du changement.

Nous sommes aujourd’hui à un tournant comparable à celui de 1850, lors de la dernière grande transition énergétique. À l’époque, les combustibles issus de la biomasse représentaient 85 % des approvisionnements totaux en énergie primaire (ATEP) de la planète. En 2005, la part des combustibles fossiles avoisinait les 85 %. À la fin des années 1890, lorsque la consommation de combustibles fossiles a égalé celle de biomasse, chacune de ces deux catégories de ressources fournissait environ 0,7 TW (1 terawatt = 1 000 000 000 000 watts)aujourd’hui, si l’on voulait remplacer ne serait-ce que la moitié des combustibles fossiles utilisés par des énergies renouvelables, celles-ci devraient produire environ 6 TW. C’est un changement d’une ampleur considérable.

Il n’existe aucune source d’énergie non fossile immédiatement exploitable en quantité suffisante à l’échelle requise. Il est vrai que l’énergie fournie par le rayonnement solaire représente plusieurs fois toute demande mondiale concevable mais les quantités actuellement transformées en électricité (avec les cellules photovoltaïques) ou en chauffage à l’échelle industrielle sont encore très insuffisantes. D’autre part, les autres énergies renouvelables ne pourraient pas répondre à la demande mondiale actuelle, même si, sans parler de l’aspect économique, elles étaient pleinement exploitées avec les techniques existantes.

La densité énergétique:



La quantité d’énergie contenue dans une unité de combustible: Lors des deux dernières transitions énergétiques, de la biomasse au charbon, puis du charbon aux hydrocarbures, des combustibles à faible densité énergétique ont été remplacés par des sources d’énergie plus concentrées. Les résidus de récoltes séchés (de la paille, par exemple) ne contiennent que 12 à 15 unités énergétique par kilogramme, tandis que la densité énergétique des charbons de bonne qualité représente le double 25 à 30 unités et celle des pétroles bruts est d’environ le double 50 à 60 unités par Kg. . Pour maintenir le niveau de la production, un retour aux bio-combustibles solides exigerait en moyenne près de 3 kg de phytomasse pour remplacer une unité de combustible fossile, ce ratio étant de 1,5 environ en cas de substitution de l’éthanol à l’essence.


La densité de puissance:

. Elle concerne le taux de production d’énergie par unité de superficie au sol, et s’exprime en général en watts par mètre carré . Grâce à leur très longues périodes de formation, les gisements de combustibles fossiles sont une source exceptionnellement concentrée d’énergie de grande qualité et sont généralement produits avec des densités de puissance de 102 ou 103 watts au m². De petites superficies suffisent donc à produire d’énormes quantités d’énergie. En revanche, la production d’énergie à partir de la biomasse présente des densités bien inférieures à 1 watt au m2, et celles de l’électricité d’origine hydraulique ou éolienne sont en général

Dans la civilisation de l’énergie fossile, les combustibles et l’électricité d’origine thermique offrent des densités de puissance produite de un à trois fois supérieures aux densités de puissance absorbée d’ordinaire par les bâtiments, les usines et les villes. Dans une future civilisation du solaire qui hériterait des systèmes urbains et industriels actuels, nous devrions exploiter diverses énergies renouvelables avec, au mieux, une même densité de puissance que celle consommée par les habitations et les industries. En conséquence, pour avoir l’électricité, une maison devrait avoir le toit entièrement couvert de cellules photovoltaïques. Un supermarché nécessiterait un champ photovoltaïque d’environ dix fois la taille de son toit, 1000 fois la taille du toit pour un gratte-ciel. La transition vers des énergies renouvelables augmenterait considérablement la superficie nécessaire à la production énergétique, et les droits de passage devraient être étendus pour convoyer l’énergie.

Dans une telle société reposant sur l’énergie solaire, nos besoins en superficie seraient de loin les plus importants si nous devions remplacer tous les combustibles liquides dérivés de pétrole brut par des biocarburants issus de la phytomasse. La densité de puissance de l’éthanol de maïs produit aux États-Unis n’est que de 0,22 watts au m² ; ce qui signifie que plus du double des surfaces cultivées totales actuelles du pays seraient nécessaires pour satisfaire la demande du pays en carburant. N'oublions pas que la production d'éthanol, entre en concurrence avec l'alimentation humaine, il faudrait choisir entre la civilisation automobile et la faim dans le monde ??

L’intermittence

L’intermittence de l’approvisionnement est la quatrième réalité à considérer. Les sociétés contemporaines sont dépendantes d’une circulation incessante d’immenses flux d’énergie ; la demande de combustibles et d’électricité connaît certes des fluctuations journalières et saisonnières, mais la charge de base (l’énergie minimum pour répondre aux besoins quotidiens) a augmenté. Cette demande est satisfaite actuellement par des combustibles fossiles à forte densité d’énergie et des centrales thermiques exploitables à des facteurs de charge élevés (>75 % pour les centrales à charbon, >90 % pour les centrales nucléaires). Le vent et le rayonnement solaire direct, intermittents et imprévisibles, ne peuvent fournir des facteurs de charge si élevés. La production photovoltaïque est encore si négligeable qu’il est impossible d’en présenter une moyenne significative ; quant à l’énergie éolienne, ses facteurs de charge annuels sont de 20-25 % à peine dans les pays dotés de capacités de production relativement importantes (Allemagne, Danemark, Espagne). Les grandes éoliennes sont donc au repos pour l’équivalent de 279-290 jours par an ! De plus, une diminution inattendue de la production peut causer des interruptions soudaines de l’alimentation. Malheureusement, nous ne disposons aujourd’hui d’aucun moyen de stocker à grande échelle l’électricité solaire ou éolienne.

La répartition géographique.

La répartition inégale du gaz et du pétrole, au niveau mondial est une donnée bien connue. C’est aussi le cas pour les ressources en énergies renouvelables : les nuages au-dessus de la zone équatoriale réduisent le rayonnement solaire direct ; il existe sur chaque continent de grandes étendues peu ventées ; seuls de rares sites offrent des perspectives optimales pour convertir les énergies géothermique, marémotrice ou marine, etc. De fait, certaines régions densément peuplées ne disposent pas de ressources énergétiques de substitution significatives exploitables localement, alors que de nombreux sites ensoleillés et ventés se trouvent loin des grands centres de consommation. Il faudrait donc construire de nouvelles infrastructures immenses pour les exploiter.

Les arguments en faveur d’une transition accélérée reposent presque exclusivement sur les préoccupations à l’égard du changement climatique. Et en raison des besoins techniques et infrastructurels colossaux entraînés par cette transition, il faudra plusieurs décennies pour conquérir des parts de marché importantes à l’échelle continentale ou mondiale. Un monde où l’énergie fossile ne serait plus utilisée est peut-être très souhaitable, mais la tâche sera longue et difficile.

En conclusion provisoire:

Cette transition qui devrait faire appel à une collaboration internationale consolidée, doit franchir des étapes successives, en premier lieu les économies d'énergies, pour surmonter le gaspillage généralisé des sociétés développées. Vaste programme d'équipement des logements en matière d'isolation froid et chaud, transformation des habitudes et pratiques de déplacement des populations, généralisation du covoiturage, faisant appel à la communication et l'informatique, parkings a des carrefours stratégiques, coordination des transports publics de personnes, remise en service de réseaux ferrés secondaires, création de réseaux de tramways. Pour les transports de marchandises à longue distance , incitation à l'utilisation des voies ferrées ou de ferrys maritimes. La France avait pris des orientations de centralisation des sources d'énergie, en particulier de l'énergie électrique d'origine nucléaire ce qui a conduits à l'installation de réseaux de THT (Très Haute Tension) en rapport avec cette centralisation. Le développement de l'énergie solaire, éolienne, est en contradiction avec ce centralisme défendu par des cohortes d'ingénieurs d'EDF en particulier polytechniciens.Mon fils aîné, vigneron en production Bio, a intallé des cellules photovoltaîques et d'eau chaude sur les toits de l'exploitation viticole, une cave souterraine d'élevage des vins, avec un puits provençal permettant de réguler la température de façon constante eté-hiver sans consommation d'énergie extérieure. Pour évacuer l'excédent de production électrique, il a été obligé de changer le transformateur EDF qui était suffisant pour alimenter le domaine mais insuffisant pour envoyer l'électricité produite vers le réseau. La décentralisation de la production électrique, premier pas de la transition énergétique, sera difficile à mettre en oeuvre. Le fait que l'on n'ai pas pu trouver un accord, pour rationnaliser et normaliser le type des fiches électriques destinées a recharger les accumulateurs des futures voitures électriques est un signe de cette difficulté.!



Données issues de diverses études en particulier de Vaclav Smil, professeur à la Faculté de l’environnement de l’Université de Manitoba à Winnipeg, au Canada.



Jean Clavel 14/12/2012



Commentaires

Bonjour,

votre article est vraiment très intéressant, extrêmement bien rédigé, j'aimerais citer quelque partie de votre article sur mon blog avec une citation de la source, cela vous pose-t-il un problème ?

Cordialement
Jean.

Écrit par : coffret vin | 24/06/2013

Réponse à la question de Jean de "Coffret Vin". Je vous donne bien volontiers, la permission d'utiliser les données de cette note.
Bien cordialement
Jean Clavel

Écrit par : Clavel | 24/06/2013

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