enjeux energetiques et impacts environnementaux jean-charles abbé

ENJEUX ENERGETIQUES ET IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX Jean-Charles Abb http://jcabbe.free.fr

nergies Scurit approvisionnement Efficacit conomique Impacts environnementaux HumanitairesTechniques PolitiquesSocitaux Gopolitiques DES ENJEUX MULTIPLES Jean-Charles ABBE

Des impacts environnementaux varis Pollution chimique (rejets, dchets) Pollution lumineuse Pollution sonore Pollution visuelle Pollution par rayonnements Pollution thermique

qui doivent sinscrire dans le cadre dun dveloppement durable Capacit de notre gnration amliorer sa situation matrielle tout en prservant le milieu pour que nos successeurs puissent en faire autant.

dveloppement durable - Prservation de lenvironnement global - Croissance soutenable - Garantir laccs aux besoins vitaux (eau, crales) - Organisation de la matrise et du partage des ressources plantaires - Valorisation des ressources et des patrimoines locaux - Priorit aux marchs des PVD - Impact socital - Sant publique, ducation/ formation - Amnagement soutenable du territoire (urbanisation, exode rurale) - Promotion de mode de vie durable assurant la qualit de vie, la solidarit

DE SACRO-SAINTS PRINCIPES NIMBY (Not In My Backyard) NIMBY (Not In My Backyard) : pas dans mon jardin ! BANANA (Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anybody) : ne rien construire o que ce soit proximit de quiconque Le principe de prcaution Le principe de prcaution et le risque de ne rien faire

Un accroissement prvisible de la demande nergtique

Jean-Charles ABBE DEMOGRAPHIE La population crot de 3 milliards dindividus tous les 50 ans ! le plus grave des problmes que le monde ait jamais eu rsoudre. E.Pisani (Vive la rvolte)

Urbanisation : 80% de la population en sites urbains !

Lamlioration du niveau de vie et limpact sur la consommation lectrique

Consommations en nergie primaire par habitant (MTEP)

Structure de la consommation France 2004 Monde2004

Dans un contexte politique, gopolitique, conomique troubl et de rarfaction des ressources, notamment en hydrocarbures,

Ptrole : rserves identifies

Prospective : production mondiale de ptrole

et dindicateurs climatiques et environnementaux proccupants

CH 4 CO 2 T Variations au cours des millnaires 240 40 500 200

Variations au cours des trois derniers sicles

Variations des tempratures au cours des sicles

Variations des concentrations en fluorocarbones

mettant en cause un effet de serre, associ une pollution gnralise

Leffet de serre

Pollution au dessus des lacs nord amricains

Gaz constituants de l'air sec Volumes (en %) Azote (N 2 )78,09 Oxygne (O 2 )20,95 Dioxyde de carbone (CO 2 )0,035 Hydrogne (H 2 )5,0 10 -5 Ozone (O 3 )1,0 10 -6 Constituants de lair

Constituant C (ppm) Valeur relative (effet radiatif) Gaz carbonique801 Mthane0,856 Oxyde nitreux0,03280 0zone0,041200 CFC0,0035 000 SF 6 0,000 0116 000 Effets compars des diffrents GES

Les diffrents gaz effet de serre

Origines des missions de CO 2

Emissions de CO 2 dans lUE

Emissions de CO 2 / habitant Kg quivalent CO2/habitant

Origines des missions de CO 2

Ozone Lozone (O 3 ) est gnr par laction des rayons UV sur loxygne. Concentration, ordre de 8 ppm, la plus forte vers 35 kms (ozone stratosphrique). Formation galement induite par les manations des moteurs automobiles (ozone troposhrique 7 10 kms) qui provoque irritation des yeux et des voies respiratoires. La dgradation de la couche dozone implique une moindre filtration des rayons UV avec des consquences importantes (brlures superficielles, conjonctivites, cataractes, augmentation des cancers et vieillissement de la peau, maladies du systme immunitaire, rduction de la photosynthse : diminution des rendements et de la qualit des cultures, disparition du plancton, premier maillon des chanes alimentaires aquatiques... )

Consquences actuelles et anticipes du rchauffement climatique

Augmentation des vagues de chaleur, priodes sches Recrudescence de maladies infectieuses (paludisme, fivre jaune, encphalites virales) Modifications des productions agricoles (famines) Dplacement des isothermes de 150 500 kms lvation du niveau des ocans (10 cm 1 m) Recrudescences de perturbations climatiques majeures (temptes, cyclones, inondations, pisodes de pollution,..) Modifications des cosystmes (montagne, ctiers) Impacts socitaux ( changements des ressources, de lenvironnement,..)

Dviation du Gulf Stream

Mieux apprhender les phnomnes physico chimiques dans lenvironnement les volutions technologiques, conomiques, socitales pour mieux modliser agir efficacement, anticiper, matriser et agir efficacement, anticiper, matriser Ncessit dune recherche inter-disciplinaire

Quelles nergies face ces contraintes environnementales ?

Le ptrole Facilit dutilisation Non renouvelable metteur CO 2 Ala go-politiques Forte variabilit des prix

Emploi du ptrole

Gaz Relativement abondant (Un peu) mieux rparti que le ptrole Pollution moindre quavec ptrole et charbon (souffre, mtaux lourds, particules) Moins de C/unit de masse et donc moins de CO 2 que le ptrole (- 20%) et que le charbon (- 40 %) Mais : Contribue nanmoins lmission de CO 2 Gaz naturel = mthane Non renouvelable puisement rapide si consommation accrue fortement

Rserves importantes (puisement estim 250 ans) et bien distribues Polluant gaz carbonique, soufre, cendres (radioactives)Ncessit - daugmenter les rendements - de piger les polluants - de traiter les fumes Le Charbon

Les diffrentes voies Chaudires charbon pulvris et traitement des fumes Chaudires lit fluidis circulant Chaudires lit fluidis sous pression Gazification intgre un cycle combin (cots trs levs)

nincite pas prconiser le parc de centrales au charbon en France, sauf en cas dabandon du nuclaire. La mauvaise performance du charbon en matire dmission de gaz carbonique nincite pas prconiser le parc de centrales au charbon en France, sauf en cas dabandon du nuclaire. Les centrales avec gazification intgre et celles lit fluidis seront alors candidates Mission dvaluation conomique

Stockage du CO 2

FISSION et REACTION EN CHAINE U 235 n Fragments de fission Le nuclaire Raction en chane

Dchets nuclaires : classification

80 % FMA-VC 80 % TFA 11 % MA-VL 4,5 % FA-VL 4,5% Volume % MA-VL 4 % HA-VL 96% Activit % Dchets nuclaires Rpartition des diffrents types

Loi du 30 dcembre 1991 sur la gestion des dchets nuclaires Trois axes dtudes : 1.Sparation, transmutation 2.Stockage en formation gologique profonde 3.Conditionnement et entreposage de longue dure en surface

Les rserves duranium puisement prvisible : 50 ans Port 3000 ans pour des surgnrateurs !

Nouveaux racteurs EPRNouveaux racteurs EPR - Sret accrue - Rendement amliore - Dure de vie prolonge - Dchets minimiss (relatif) Racteurs hybridesRacteurs hybrides - Sret de fonctionnement -Combustion de dchets 4me gnration, haute temprature4me gnration, haute temprature FusionFusion (trs long terme) : projet ITER

Le racteur de fusion ITER Combustible inpuisable !!!

Combustible Eau refroidissement Soufre (SO 2 ) Oxyde azote (NO 2 ) 27 tonnes. 2.3 millions de tonnes 1.5 million de tonnes Oxygne 3.4 milliards m 3 4.2 milliards m 3 0 950 millions m 3 Rejets thermiques 1 100 millions m 3 Eau refroidissement : 4 mlliards de kWh Eau refroidissement : 8 milliards de kWh Chemine : 2.4 milliards de kWh Chemine : 2.5 milliards de kWh Eau de refroidissement + chemine : 12.3 milliards de kWh Activit 4.10 7 Bq 4.10 9 Bq 4.10 14 Bq Dchets solides ngligeable 250 000 tonnes Dchets haute activit : 14 m 3 0 Gaz carbonique 3 milliards m 3 2.4 milliards m 3 91 000 tonnes 41 000 tonnes 0 3.1 millions m 3 9.6 millions m 3 0 FuelCharbonNuclaire 720 millions m 3

Les nergies renouvelables

HYDROLECTICIT de la production lectrique GRANDE HYDROLECTRICIT Barrages et lacs de montagne (Mont Cenis : 600 GWh/an) Barrages sur fleuve (Rhin : 700 GWh/ an) Usine marmotrice (Rance : 600 GWh/an - Consommation agglomration Rennes) 90 % des sites potentiels quips PETITE HYDROLECTRICIT ( 8 MW) 1 500 petites centrales (PCH) 7,5 TWh/an soit 6% production nationale Potentialit : 5 TWh/ an

Patrimoine naturel trs riche Potentiel acceptable : sur terre : 70 TWh/ an offshore : 230 TWh/ an (consommations UE, 1900 Twh/an, et France, 400 Twh/ an) France : EOLE 2005 Dmontrer la comptitivit olien Offrir des industriels une vitrine technologique juillet 96 : 50 MW mars 98 : 100 MW 2005 : 250 500 MW olien

Dsavantages FORTE VARIABILIT Heure (passages nuageux) Journe (cycle diurne) Semaines, mois (squences climatiques) Anne (cycle saisons) RENDEMENTS DE CAPTAGE LIMITS ET FORT VARIABLES APPLICATIONS DOMESTIQUES, PEU COMPATIBLES AVEC APPLICATIONS INDUSTRIELLES olien

Pas de puissance garantie (systmes coupls) Puissance instantane fonction de la vitesse du vent [P=f(v 3 )] Grande dilution dans lespace : 1 TWh/ an : 25 65 km 2 ( 1% espace rellement occup) Aspect visuel et bruit

PaysPuissance Installe (MWh) 2001 2002 Production 2002 (TWh) Equivalent heures pleine puissance (sur 8 760 h/an) Allemagne8 75012 00019,41 870 Espagne3 3374 8307,61 875 Danemark2 4172 8895,92 230 Italie6977851,52 000 R.U4745521,52 884 Total EU17 25023 05939,771 973 2 000/ 8 760 = 22 % quivalent temps plein olien : puissance installe et production effective France (1 er semestre 2006) : 150 parcs, 1 050 machines, P inst : 1 000 MW

Densit de puissance nominale installe dans un champ d'oliennes situ dans une zone favorable : 10 MW par km2, soit une production annuelle : 20 GW.h par km2, quelque soit la taille des oliennes concernes Production franaise d'lectricit en 1997 : 506 TW.h surface (favorable) quiper de 506.000 20 = 25.000 km2, soit environ 5% du territoire mtropolitain, ce qui reprsente peu prs la superficie actuellement occupe par les villes, les routes et les parkings ! Les villes dvorent les campagnes : lquivalent dun dpartement aval tous les 10 ans ! Problme majeur : stockage de lnergie olien : Questions de surface

Avantages Avantages : durable abondant propre (sauf intgrer llaboration du Si) sr gratuit dcentralis universel Solaire

La production franaise d'lectricit 2002 : 550 TW.h ; La production annuelle d'un panneau solaire photovoltaque : 100 kWh / m2 5 000 km 2 de panneaux solaires pour assurer la production dlectricit en France (1% du territoire), ie couvrir la moiti des toits, ce qui parat tout fait concevable. Problme majeur le stockage de lnergie Solaire Photovoltaque Thermique Technique simple et prouve Mise en uvre aise Coupl avec une isolation thermique des logements de bonne qualit, le recours au solaire thermique pourrait couvrir 25 % de la consommation nergtique !

Hydraulique4 Nuclaire6 olien3 22 Photovoltaque60 150 Cycle combin427 Gaz naturel (TAC pointe)883 Fuel891 Charbon978 missions compares de CO 2 en g/kWh lectrique (analyse du cycle de vie)

Jean-Charles ABBEnergies pour demain Une grande variabilit de la demande (journe, anne) COURBE DE CHARGE/ JOURNEE Comment ajuster une production purement alatoire la demande Centrales gaz ou fuel gaz effets de serre

Problme essentielProblme essentiel pour - nergie intermittente (olien, solaire) - amnager les fluctuations production et demande SolutionsSolutions - hydrolectricit - compression de gaz - volants (sustentation magntique) - hydrogne Stockage de lnergie

Production simultane, partir dune seule source dnergie primaire, dnergie mcanique et de chaleur. Dans une majorit de cas, lnergie mcanique est convertie en lectricit par un alternateur et la chaleur est utilise pour satisfaire des besoins thermiques de procds industriels et/ou de chauffage Cognration

100 MW lectricit 35 MW ognration Chaleur 50 MW Pertes 15 MW 120 MW lectricit 35 MW Cycle combin Chaleur 50 MW Pertes 35 MW Chaudire combustible sans avec Cognration

CaractristiquesCaractristiques - abondant - nergtique - non polluant ProductionProduction - dissociation lectrolytique, photochimique de leau - cycles oxydorduction ou thermochimiques Distribution et stockageDistribution et stockage - hydrognoduc, rserves souterraines - hydrures mtalliques (LaNi 5 ) Hydrogne

Pile combustible

Biomasse Transformation en nergie ou en matire nergtique de la biomasse Bois Produits de lagriculture Dchets urbains

Biomasse Trois filires Chimiques Chimiques Hydrolyse : thanol Liqufaction : carburants Biologiques : micro-organismes Biologiques : micro-organismes Production directe mthane, thanol Fermentation mthanique (biogaz) Thermochimiques Thermochimiques Production de chaleur

Biogaz PROCHE PARENT DU GAZ NATUREL FOSSILE Production Actuelle : 15 ktep/ an Potentielle : 3 Mtep/ an Origines Stations purations urbaines purations industries Dchets Digesteurs agricoles

Biocarburants Olagineux Colza, Tournesol Alcools (Bl, betterave, canne) Mthane (biogaz) (Fermentation) Huile pure Diesel EMVH (Ester) 5 30% dans diesel Alcools purs modifs des moteurs ETBE et MTBE (Ethyl,Mthyl) Tertio Butyl Ether) Sous produits : tourteaux (alimentation animale) Sous produits : glycrine (chimie) ETBE et MTBE (Ethyl,Mthyl) Tertio Butyl Ether) Utilisation directe EMVH : Ester Mthylique dhuile vgtale Sous produits : drches (bl), vinasses (betteraves)

FilireCultureTcarb / HaTep/T% territoire % terres cultives HuileColza1.37 0.87 166 104 232 365 HuileTournesol1.06 0.77 186 118 300 413 EthanolBetterave5.78 0.76 0.6923 120 80 420 EthanolBl2.55 0.04 0.6952 2700 183 9400 Source : DIDEM/ ADEME En noir : surface bruteEn rouge : surfaces pondres (nettes) Les villes dvorent la campagne : lquivalent dun dpartement aval tous les 10 ans ! Surface mobiliser pour remplacer le ptrole dans les transports (50 Mtep)

un kilo de mas 300 litres deau 6 l de carburant / 100 Kms (8 l de bio-carburant) 5 000 litres deau/ 100 kms ! Voiture au biocarburant ou eau ?

Lalimentation est aussi une arme La France risque de devoir importer de la nourriture, sur une plante au climat de plus en plus imprvisible et o le volume des rcoltes variera fortement dune anne sur lautre (rcolte catastrophique de crales en Australie, due un t torride 2006). Les nouveaux conflits sont nos portes. Regardons la rcente crise de la galette de mas, aliment de base au Mexique, due la rorientation de la rcolte de mas nord-amricain vers la production de biocarburant thanol Demain, il faudra nourrir, sur la plante, 9 milliards dhabitants, partir de nos rares terres agricoles toujours plus menaces par lurbanisation et lrosion? Et, en plus, y produire des quantits trs importantes de biocarburants, le tout avec moins deau, une nergie hors de prix et des risques sanitaires accrus. Larme alimentaire pourrait devenir beaucoup plus importante que par le pass. Bruno Parmentier (Nourrir lhumanit)

Jean-Charles ABBEnergies pour demain Extraction de lnergie thermique accumule dans le sous sol Haute temprature (> 150 C)Haute temprature (> 150 C) Moyenne temprature (90/150 C)Moyenne temprature (90/150 C) (lectricit, chauffage collectif) Basse temprature (30/90 C)Basse temprature (30/90 C) (chauffage collectif) Trs basse temprature (

enjeux energetiques et impacts environnementaux jean-charles abbé

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