Environnement Global & Société

Quelques chroniques sur l’énergie&propositions de réflexion sur notre mode de vie

D. Nerini M1 Pro, 2011

Détecter les arnaques…

« On ne peut pas vivre sans rejeter de CO2, tâchons déjà d’en rejeter un peu moins … »

Tâchons de mettre un peu d’ordre…

Détecter les arnaques…

-10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000

Evolution de la population mondiale depuis le Néolithique

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A l’origine était l’Humanité…

[esa.un.org & www.sustainableworld.com]

A quoi est due l’augmentation de la population?

Sédentarisation

Amélioration des conditions de vie (vêtements, construction, chauffage)Hygiène (bactéricides, savons, antiseptiques)Médecine (vaccins, médicaments)Agriculture (engrais + pesticides = gain de productivité)Elevage (domestication, reproduction contrôlée, sélection)Education (amélioration et transfert des connaissances)

Une découverte d’enfer : la chimie!Transformation de matériaux primaires organiques ou inorganiques, issus de la Nature, en composés complexes, souvent inexistants à l’état naturel et destinés à fournir un bénéfice

Tous les organismes vivants utilisent de la chimie pour vivre

… qui découvre la chimie

Meuh! Du bon gazon!

Transformation de matières végétales en divers produits = bénéfice énergétique

Et pète la vache!RespirationCO2 + H2O

O2

DigestionCH4

Maintenir sa structure (fonctions vitales) Stocker le surplus

d’énergie (graisse, lait, autre…)

Assurer sa descendance (maintenance gonadique)

ENERGIE

Les fourmis manioc utilisent des esclaves (champignons) pour transformer de la matière organique en énergie

Certaines bactéries utilisent un hôte

pour se nourrir

Le corps humain, paradis des bactéries (peau, intestin, tous orifices, milliers d’espèces) puise son énergie en se nourrissant d’espèces animales et végétales

Un cas particulier : les organismes photosynthétiques

CO2 O2

Ce qu’il faut retenirBiosphère : partie de la Terre où se situe l’ensemble des organismes

vivants et leurs interactions (cont., atm., océan, glace)Organismes autotrophes = puits de CO2

Organismes hétérotrophes = source de CO2

O2 O2 O2

O2

CO2

CO2

CO2 CO2

O2

O2

CO2 Existe-t-il un équilibre, un contrôle entre puits et

sources?

Le passé du CO2 révélé par les glaces Continent Antarctique

Extraction par forage d’une carotte de glace

Ouverture de la carotte au laboratoire

Les bulles d’air renseignent sur la

teneur en CO2 dans l’atmosphère du

passé

CO2 et température à grande échelle

-4 -3 -2 -1 0

18

02

00

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40

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30

0

Vostok ice core CO2 records

year (x 100000)

CO

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pm

)

-4 -3 -2 -1 0

-8-6

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02

tem

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ture

(°C

)

[www.cdiac.org]

Période de glaciation

Période de dégelLes variations de température et de CO2 atmosphérique sont fortement

corrélées. Pourquoi?

CO2 et température à grande échelle

-4 -3 -2 -1 0

-10

12

time (y*100000)

no

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Les deux séries temporelles évoluent simultanément

-40 -20 0 20 40

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0.0

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0.6

0.8

Lag

AC

F

Cross-Corrélation T°-CO2(ppm)

La température est légèrement en avance sur le CO2(quelques milliers d’années)

Quand on s’intéresse au climat…

[E. Bard & www.manicore.com]

A l’échelle de la semaine, l’atmosphère domine

A l’échelle considérée de nombreux forçages entrent en jeu

A grande échelle, la température contrôle laquantité de CO2 atmosphérique, MAIS…

[www.cdiac.org & www.manicore.com]

L’effet de serre

-18°C

[www.cdiac.org & www.manicore.com]

L’effet de serre

CO2CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

+15°C

L’effet de serre est nécessaire à la vie sur Terre

[www.cdiac.org & www.manicore.com]

Effet de serre & réchauffement climatique

CO2CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2 CO

2

CO2

CO2

CO2CO2

CO2

CO2

CO2CO2

+??? °C

augmentation GES = hausse de température de la Terre

JanvierMarsAvrilMaiJuilletAoutLa Terre, il y a 20000 ans… Seulement 5°C de moins… En moyenne!

Le niveau de la mer est 120 m plus basOn va à pied en AngleterreLe climat européen est celui du Groenland d’aujourd’huiMarseille est sous la glace

Que signifie une hausse de quelques degrés en moyenne?

Que signifie une hausse de quelques degrés en moyenne?

Le processus de réchauffement a duré 20000 ans pour arriver à la température d’aujourd’hui

Beaucoup d’espèces ont disparu (laineux) mais certaines ont eu le temps de s’adapter à ce changement climatique (migration)

Que se passerait-il si la température augmentait brutalement (1 siècle)?

Le changement climatique

Depuis le début du XIXème siècle, voici ce qui est observé dans l’atmosphère terrestre

-4 -3 -2 -1 0

20

02

50

30

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50

year (x 100000)

CO

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cen

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pm

)

30%

[www.cdiac.org]

Pourquoi cette hausse?Et la température?

ThonierCapacité : x 500Puissance : x 1000Vitesse : x 5Energie : Gasoil

ThonierEfficacité : 10 TPuissance : 30 HPVitesse : 5 knotsEnergie : Eolienne

efficacité

changementénergie

L’Homme découvre les esclaves-machines

TracteurEfficacité : 1Ha / 4hPuissance : 2 HP (1.6 KW)Vitesse : 2 km/hEnergie : solaire

TracteurEfficacité : 1Ha/ 5minPuissance : 500 HPVitesse : 40 km/hEnergie : Gasoil

efficacité

changementénergie

[compilation auteur]

Les esclaves-machines

DiligenceEfficacité : 15 pers.Puissance : 4 HPVitesse : 20 km/hEnergie : solaire

DiligenceEfficacité : 4 pers.Puissance : 70 HPVitesse : 130 km/hEnergie : Essence

vitesse

changementénergie

efficacité

changementénergie

PressoirEfficacité : 2.5l/h.Puissance : 1/2 HPVitesse : 2 t/minEnergie : solaire

PressoirEfficacité : 70l/h.Puissance : 5 HPVitesse : 2000 t/minEnergie : Electrique/Charbon

[compilation auteur]

Pétrole, charbon & gaz =

énergie fossile

Révolution Industrielle (~1800)

ENERGIE

ENER

GIE

ENERGIE

ENER

GIE

GES

GESGES

Il est où le problème?

La combustion des énergies fossiles libère dans l’atmosphère des molécules de gaz, majoritairement du H2O et du CO2 + un ensemble de produits complexes

Le problème majeur n’est pas de rejeter des gaz qui favorisent l ’effet de serre, effet naturel et nécessaire à la vie sur Terre. C’est :

la quantité (fourchette / ordre de grandeur)la vitesse de rejet L’origine de ces gaz

qui sont le problème.

la dose est en train de créer le poison

1850 1900 1950 2000

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Variation des températures annuelles terrestres et marines autour de la moyenne 1961-1990

Années

Ano

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re

CO2 et température à moyenne échelle

1900 1920 1940 1960 1980 2000

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040

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Emissions mondiales de CO2 (MTep)

TO

TAL

[www.cdiac.org]

1960 1970 1980 1990 2000 2010

32

03

40

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03

80

Concentration CO2 à Mauna Loa, Hawai

CO

2 (

ppm

)

10

15

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25

30

35

Temperature à Mauna Loa, Hawai

Tem

pe

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°C)CO2 et température à petite échelle

[www.cdiac.org]

1960 1970 1980 1990 2000 2010

10

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Temperature à Mauna Loa, Hawai

Tem

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°C)

1960 1970 1980 1990 2000 2010

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°C)

1960 1970 1980 1990 2000 2010

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(°C

)

CO2 et température à petite échelle

[www.cdiac.org & traitement auteur]

Qu’est ce que l ’énergie?

Energie: grandeur qui caractérise le changement d’état d’un système

Modification de la température = énergie thermique

Modification de la vitesse = énergie cinétique

Changement composition chimique, combustion = énergie chimique

Changement de la distance entre 2 corps = énergie potentielle

Changement composition atomique = énergie nucléaire

Apparition/disparition rayonnement = énergie électro-magnétique

Qu’est ce que l ’énergie?

Il n’existe pas d’énergie sale ou propreProblèmes = ordres de grandeur

Loi de conservation de l’énergie : principe physique selon lequel l'énergie totale d'un système isolé (enceinte adiabatique) se conserve au cours du temps (1er principe de la thermodynamique)

L’énergie n’est pas produite : elle existe parce qu’il y a eu processus de transformation

Toutes les formes d’énergies utilisées par les êtres vivants résultent de la transformation d’énergies primaires (=énergies trouvées dans la Nature) en d’autres formes d’énergies. Il en résulte un bénéfice au passage

Son utilisation n’est pas récente…

-500 ka : domestication du feu (énergie chimique)

Antiquité : énergies renouvelables (bois, vent, traction animale, géothermie)

-3 ka : Energies fossiles également (Sumériens, pétrole/bitume)

-1 ka : premiers gisements exploités de charbon (Chine)

Notre ère actuelle n’est donc pas caractérisée par une utilisation de formes nouvelles d’énergies (sauf nucléaire & photovoltaïque) mais par un changement d’ordre de grandeur dans leur utilisation et dans l’épuisement des stocks dont on dispose

L’énergie n’est pas récente…

Quelle unité pour l ’énergie?Il y en a un moulon!

Joule (J) : travail d'une force d'un newton sur un solide dont le centre de gravité se déplace de un mètre dans la direction de la force :

1 J = 1N.m = 1 kg.m²/s² = 1 W.s

Calorie (cal): quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 gramme d'eau dégazée de 14,5 à 15,5 à une pression atmosphérique d’1 atm℃ ℃ .

1 Cal = 4.18 J

Grand public : 1000 kWh (3.6 109 J)

1 français consomme 170 109 J/an = 47 000 kWh/an1 litre d’essence = 10 kWh

Quelle unité pour l ’énergie?Energéticien : Tonne équivalent pétrole (Tep) : quantité d’énergie thermique libérée par la combustion d’une tonne de pétrole brut (ne s’applique pas uniquement au pétrole)

1 Tep = 41.8 GJ = 11 600 kWh

Physique des particules :Electron-volt (eV) : énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le

repos par une différence de potentiel d'un volt

1 eV = 1.6 10-19 J

1 réaction chimique = quelques eV1 réaction nucléaire = quelques millions d’eV (rapport 1/1000000)

Pour qui l’énergie?Consommation énergies primaires mondiale 2008

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02

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21

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22

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6

Les méchants!

Les gentils!

Tout le monde n’est pas né à Marseille (ou en Indiana, ou à Doha)

Pour qui l’énergie?

[www.youtube.com & http://radar.zhaw.ch/]

Accélération et énergie

La découverte et l’utilisation massive des sources d’énergie dont dispose la planète ont profondément modifié notre rapport à l’espace

« L’accélération technique s’accompagne très concrètement d’un anéantissement de l’espace en même temps que d’une accélération du rythme de vie. [...] Cette accélération des rythmes de vie génère beaucoup de stress et de frustration. Car nous sommes malgré tout confrontés à l’incapacité de trop accélérer la consommation elle-même. C’est là un des stress majeurs liés à l’accélération du rythme de vie : le monde entier nous est offert en une seconde ou à quelques heures d’avion, et nous n’avons jamais le temps d’en jouir. [...] Cette rapidité et cette proximité nous semblent extraordinaires, mais au même moment chaque décision prise dans le sens de l’accélération implique la réduction des options permettant la jouissance [de l’espace] traversé » [Hartmut ROSA, Accélération : une critique sociale du temps, La Découverte, 2010]

On assiste à une désynchronisation de nos modes de vie relativement à notre environnement direct

Pourquoi ce besoin de contraction du temps et de l’espace?

1750 1800 1850 1900 1950 2000

02

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Consommation mondiale de carbone fossile 1750-2006 (MTep)

année

CO

2 M

illio

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ep

TOTALGAZLIQUIDESOLIDECIMENTTORCHE

Premier puits de pétroleTitusville, USA, 1859

1er changement d’ordre de grandeur

[www.cdiac.org]

Aujourd’hui, 80% de la consommation d ’énergie est d’origine fossile

X 15 en 1 siècle

1900 1920 1940 1960 1980 2000

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Emissions mondiales de CO2 (MTep)

Year

TO

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L

PapyPapa & Maman

Bibi

Les lapins

Multiplication par 7 (!!!) en 2 générations :

Le coup est-il rejouable?

[www.cdiac.org]

2ème changement d’ordre de grandeur

2ème changement d’ordre de grandeur

1900 1920 1940 1960 1980 2000

0.4

0.6

0.8

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1.2

Consommation carbone fossile / hab

years

Te

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30 glorieuses = énergie x 3 en 30 ans, le coup est-il rejouable?

Bilan énergétique de la France en 2007 (M tep)

Charbon et Coke

Produitspétro liers

G az

Electric ité

ENR t etdéchets

Centraleshydrauliques,

éoliennes

Centrales therm iques

Exportation é lectricité

6.67

84.92

36.84

37.32

12.16

TO TA L : 177.91 M tepTO TA L : 278.43 M tep

Charbon

Pétro le brut

G az nature l

U ranium

Energ iesrenouvelableet déchets

Pertes et rendem ent de conversion,usages in ternes

P+DS : 0.91

I : 11.7312.64

P+DS : 1.35

I : 36.9438.29

114.6

P+DS : 19.61

I : 0 .32

19.93

P+DS : 2.16

I : 90.81

92.97

Energ ies P rim aires Energ ies F inalesSoutes m aritim esinternationales

4.88

1.525.37

1.16

3.45

0.77

5.655.73

0.66

90.28

2.88

0.34

Energies primaires & finales

63%

[www.iae.org, rapport 2009]

Energie primaire = carbone

Bilan énergétique mondial (énergies primaires) 2008

[www.iae.org, rapport 2009]

Energie primaire = carbone

Bilan énergétique mondial (énergies primaires & secondaires) 2007

250 g CO2 / kWh

340 g CO2 / kWh

200 g CO2 / kWh

PRIMAIRE FINALE68 %

18 %Sans carbone

(Mtoe : Million Tons of oil equivalent)

Question : nucléaire = moins de pétrole?

Austria

Azerbaij

an

Belaru

s

Belgium &

Luxe

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Bulgaria

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Denmark

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Greece

Hungary

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Poland

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Romania

Russian

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Ukraine

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rope &

Euras

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10

20

30

40

50

60

70

Part du pétrole dans la consommation d’énergie primaire hors bois en Europe , 2007

La France est dans la moyenne

bois & biomass

e solid

e

Hydro

électr

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géotherm

ie

déchets

municip

aux

biocarburan

ts

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ce0.0

200.0

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600.0

800.0

1000.0

1200.01134.0

669.0

56.0 38.0 21.0 11.0 10.0 6.5 0.3 0.2

Quid du renouvelable?

Contribution énergies renouvelables au bilan énergétique mondial (Mtep), 2005

10% mondial

5% mondialMême avec une croissance de 100 % par an … c’est peanuts!

[www.earth.google.fr]

Un exemple d’effet induit par une énergie dite renouvelable : les biocarburants

160 km135

km

1975Un coin de paradis de 22000 km² quelque part au BrésilTerritoire grand comme 4 départements de la région PACA

[www.earth.google.fr]

1975198920012008

[www.earth.google.fr]

Pour quoi faire?

Electricité = carbone

Environ 70% de l’électricité dans le monde est générée avec du carbone fossile

75 % 69 %

Le cas unique : la France

La France est le 2ème producteur d’énergie nucléaire du monde

Forte dépendance

aux hydrocarbures

Et pourtant…

Les usages de l’énergie

Utilisation d’énergie finale par secteurs dans le monde, 2007

[www.iea.org]

transports industries autres secteurs usages non-énergétiques0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

MTe

p

TOTAL : 8300 MTep

Les usages de l’énergie en France

3.68 %

19.02%

43.56 %

1.84 %

31.9 %

Hors usages non-énergétiques : 163 MTep

Quelques ordres de grandeur…

Consommation annuelle par usages en kWh.Un français consomme environ 47000 kWh/an d’énergies primaires

[www.manicore.com, JM Jancovici]

Une autre unité d’énergie : l’équivalent-esclave

Energie pour la maintenance au repos d’un organisme humain : 2.5 kWh/j (2000 cal à manger)

3000 m de dénivelé pour une personne de 65 kg :0.5 kWh d’énergie mécanique(Pour les sceptiques : E = mgh = 65*9.81*3000 = 1.9 MJ = 0.5 kWh)

Un trou pour enterrer Mamie au fond du jardin soit18 T de terre (3-4 m3) sur 1m de profondeur :0.05 kWh d’énergie mécanique(E = mgh = 18000*9.81*1 = 0.18 MJ = 0.05 kWh)

1l d’essence = (tatataaaa!!)…10kWh d’énergie thermiqueEN CONSIDERANT LES RENDEMENTS DE CHACUN, IL Y A AUTANT D’ENERGIE DANS 1 LITRE D’ESSENCE QUE D’ENERGIE DANS 10 PAIRES DE JAMBES OU 100 PAIRES DE BRAS AU TRAVAIL SUR 24h !

agriculture eau chaude & cuisson

électricité (hors chauffage)

chauffage (travail & maison)

pertes systèmes énergétiques

industries transports0

5

10

15

20

25

30

21

3

27

9

5

25

28

Nous sommes les rois du pétrole!

[calculs détaillés sur www.manicore.com, JM Jancovici]

24h/24h, 120 équivalent esclaves-énergie travaillent pour vous

Nous sommes les rois du pétrole!

« Incidemment, notons qu'une division de l'énergie fossile consommée par 4 dans l'Hexagone, ce qui est nécessaire pour régler le problème climatique, signifie encore, à technologie constante, quelques dizaines "d'équivalent esclave" par Français. Ce ne serait pas vraiment le retour à l'âge de pierre, contrairement aux affirmations de certains ! »

JM Jancovici

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Comment? C’est pas cher?

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Prix du pétrole en $ constant ( $ 2008) et en $ du jour

Estimation de l’évolution mondiale du PIB/hab ($ 1990)

[Bradford DeLong, 2005, BP international review, 2009]

Une situation à venir inédite

Le pétrole coûte relativement 10 x moins cher aujourd’hui qu’il y a un siècle

En plus de cela, les services rendus par 1 kWh d’énergie sont de mieux en mieux employés

En composant des prix bas avec cette augmentation d’efficacité énergétique, le coût réel d’un service énergétique a été divisé par 30 en 1 siècle en occident

Situation inédite : le mouvement va s’inverserComment gérer une démocratie quand le pouvoir d’achat des gens augmente moins vite que le prix de ce qu’ils peuvent s’acheter? Comment concilier de la croissance sans croissance?

[Franquin,Idées Noires]

Merci. Lisez Franquin!