ifp - la transition energetique synthèse juillet 2007

8/6/2019 IFP - La Transition Energetique Synthse juillet 2007

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La transitionnergtique

es risques d'puisement des ressources ainsi quede rchauffement climatique, dans un contexte decroissance continue de la demande, font claire-

ment apparatre le caractre non durable du modlenergtique actuel. Il faut donc engager une transitionvers un modle plus durable.

Il n'existe pas toutefois d'alternative immdiate auxcombustibles fossiles, qui, de fait, vont encore continuer jouer un rle essentiel pendant encore de nombreusesannes. La transition nergtique va ainsi s'taler sur

une longue dure, au cours de laquelle des mesuresurgentes devront tre mises en place pour rpondre lademande nergtique, tout en limitant les risques dechangement climatique.

Pour y arriver, il faudra faire appel un ensemble de solu-tions : rduction de la consommation, diversification dessources d'nergie, rduction du contenu carbone du mixnergtique, captage et stockage de CO2. Les optionshybrides vont s'avrer particulirement adaptes.

Pour franchir avec succs ce cap de la transition, il seraessentiel d'innover dans le domaine technique, maisaussi dans celui de l'organisation conomique et sociale

ainsi que des politiques publiques. Cette synthse dcritles principales caractristiques de la priode de transition venir ainsi que des solutions mettre en uvre.

Rserves prolonges | Raffinage propre | Vhicules conomes | Carburants diversifis | CO2 matris

L'IFP est un organisme public de recherche et de formation, l'expertiseinternationalement reconnue, dont la mission est de dvelopper les nergiesdu transport du XXIe sicle.

L


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2

1 IntroductionL'nergie est un facteur essentiel du dveloppementconomique et social de notre socit. Les progrs ra-

liss au cours du 20

e

sicle ont t accomplis grce l'utilisation d'une nergie abondante, d'une grandesouplesse d'utilisation et relativement bon march, leptrole.

La consommation de combustibles fossiles a eu nan-moins des consquences ngatives pour l'environne-ment, d'abord l'chelle locale, puis l'chelleglobale. Les risques encourus pour le systme cono-mique et l'environnement sont apparus de plus en plusproccupants au cours de ces dernires annes:

I la croissance continue de la demande nergtique,marque par la forte progression de la demande en

hydrocarbures de pays mergents tels que la Chineet l'Inde, conduit des tensions sur les marchsptrolier et gazier, se traduisant par une forte volati-lit des prix. Face cette demande croissante, sepose terme la question du plafonnement de la pro-duction des hydrocarbures et de son dclin ;

I les problmes gopolitiques d'accs aux ressourcesen hydrocarbures ont ds prsent des implicationsdangereuses en termes de scurit des approvision-nements pour les pays consommateurs ;

I simultanment, les missions de gaz effet deserre qui accompagnent la consommation crois-

sante d'nergie risquent de provoquer un change-ment climatique catastrophique pour l'ensemble dela plante.

Il est donc ncessaire d'engager une transition vers unsystme plus durable, afin d'apporter des rponsesadquates ces diffrentes menaces.

2 Les dfis

relever2.1 La croissance de la demande

La demande d'nergie croit rgulirement pour rpon-dre aux besoins d'une population mondiale qui aug-mente et dont le niveau de vie progresse. Le schma dela figure 2.1 , bas sur le scnario de rfrence de l'AIE(1), illustre les donnes du problme.

D'ici 2030, dans son scnario de rfrence, l'AIE prvoit unaccroissement de la demande suprieur 50 % par rap-port aujourd'hui, avec une croissance annuelle moyenne

de 1,6 % par an. Plus des deux tiers de cet accroissementproviendra des pays en voie de dveloppement (1).

2.2 Les risques sur la fourniture

dnergie long terme

La consommation nergtique repose aujourd'huiessentiellement sur les combustibles fossiles puisqueces derniers reprsentent un peu plus de 80 % de

lnergie primaire consomme sur la plante. Le ptroleet le gaz naturel reprsentent 56 % de la fournitured'nergie primaire et le charbon 25 % (chiffres 2004,AIE). La part occupe par les nergies fossiles ne variepratiquement pas d'ici 2030 dans le scnario de rf-rence de l'AIE (81 % en 2030).

En outre, certains secteurs comme le transport et laptrochimie dpendent presque exclusivement duptrole. Les besoins dans le domaine du transport rou-tier et arien augmentent rapidement. Il est prvu dansles vingt ans venir une augmentation de 130 % du tra-fic passagers et de 200 % du trafic marchandises. Cette

progression va entraner une augmentation rapide de lademande de carburants ptroliers, qui reprsente djprs de 50 % de la consommation de ptrole.

Ceci amne des interrogations sur la capacit rpondre cette augmentation continue de la demandeau moyen de combustibles fossiles, dont les ressourcessont par dfinition finies. Ces ressources ne seront paspuises court terme. Les rserves prouves deptrole reprsentent environ 40 ans de consommationau rythme actuel, celles de gaz naturel 64 ans, celles decharbon plus de 200 ans (2), (3).

Des incertitudes psent nanmoins sur les approvision-

nements nergtiques et notamment les approvisionne-ments ptroliers. Le renouvellement des rservess'effectue actuellement un rythme infrieur au rythmede la consommation : aujourd'hui, on ne renouvelleannuellement que le tiers des rserves prouvesconsommes l'chelle mondiale. Il est ainsi invitable terme d'arriver un plafonnement de la productionptrolire suivi d'un dclin.

3.7 milliards hab

5 milliards tep

6 milliards hab

9.2 milliards tep

8.2 milliards hab

17.1 milliards tep

1.35 tep/hab

1970 2000 2030

1.5 tep/hab 2.1 tep/hab

+40%+11%

Figure 2.1Croissance de la population et de la demande dnergie.


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2.3 Les tensions gopolitiques

Les rserves de ptrole et de gaz naturel sont ingalementrparties et se trouvent pour une large part dans des rgionsloignes des principales rgions de consommation. Auxincertitudes sur les capacits physiques de l'industrie pour-

suivre la fourniture des quantits de ptrole ncessairess'ajoutent les incertitudes gopolitiques. La rpartition desrserves de charbon est plus favorable aux grands paysconsommateurs, mais le dveloppement du charbon seheurte au problme des missions de CO2.

2.4 Le changement climatique

Le changement climatique apparat de plus en pluscomme une menace majeure. Une relle prise deconscience l'chelle internationale des risques

encourus n'est apparue que rcemment.Actuellement, la plupart des experts estiment qu'unlien troit existe entre l'accroissement des missionsde CO2 et la tendance dj observe l'augmentationde la temprature moyenne ainsi qu' une variabilitdu climat. L'lvation de temprature moyenneobserve depuis le dbut de l're industrielle apparatavec de plus en plus de certitude corrle aux activi-ts humaines et en particulier l'augmentation de lateneur en CO2 dans l'atmosphre qui est passe de270 ppm vers 1850, au dbut de l're industrielle, 380ppm en 2005.

On a galement observ au cours de ces derniresdcennies diffrents phnomnes, qui apparaissentlis au changement climatique, tels que la diminutionde la couverture neigeuse, une scheresse et dsertifi-cation accrues dans certaines rgions, l'augmentationde la frquence de cyclones violents ainsi que de cani-cules, la fonte rgulire des glaciers.

Les consquences dramatiques d'une lvation de latemprature augmentent rapidement. Pour 1 C d'l-vation, on estime que l'acidification des ocans va aug-menter et que des dommages importants vont affecterles rcifs coralliens et les cosystmes de la zone arc-

tique. Pour 1,5 C, on observerait une fonte irrversiblede la calotte polaire au Groenland. Entre 2 et 3 C, denombreux cosystmes tels que l'Amazone seraient endanger. 3 C, on se trouverait dans des conditionsconduisant l'extinction massive de nombreuses esp-ces. Il parait donc indispensable de ne pas dpasserune lvation de temprature de 2 C (4).

D'aprs les modlisations qui ont t effectues, ceciimplique au cours des 50 prochaines annes une limi-tation de la teneur en CO2 dans l'atmosphre unevaleur comprise entre 400 et 450 ppm.

Si les tendances actuelles se poursuivent, les mis-

sions de CO2 vont doubler d'ici 2050, entranant desniveaux de teneur en CO2 dans l'atmosphre dpassant

1000 ppm et provoquant des transformations catastro-phiques du climat (5), (6).

La famine, le manque d'eau, les inondations et les ris-ques accrus d'pidmies affecteraient des millions depersonnes, entranant des migrations massives et desconflits. Le rapport Stern estime plus de 5 500

Milliards d'Euros l'impact conomique du changementclimatique en l'absence de mesures adquates pren-dre ds prsent (7).

Malgr les incertitudes qui subsistent, il est doncurgent de lutter contre le rchauffement climatique, enmettant en place un plan d'action vigoureux.

2.5 Les menaces lever

Les menaces sont multiples et les solutions apporterdoivent toutes les prendre en compte, en assurant :

I la disponibilit long terme de l'nergie ncessaireau dveloppement de la plante,

I la scurit des approvisionnements permettant deprmunir les pays importateurs contre des crisesbrutales,

I la mise en place des moyens permettant d'viter leseffets catastrophiques d'un changement climatiquemajeur.

La remise en cause du systme actuel, si elle n'est pasprpare suffisamment l'avance, pourrait conduire un crise conomique majeure l'chelle de la plante.

Une telle crise est mme dores et dj prvue par cer-tains auteurs (8), (9).

Il faut donc, ds maintenant, assurer, dans les conditionsaussi satisfaisantes que possible, une transition nerg-tique, qui, autrement, sera impose par les vnementsdans des conditions beaucoup plus difficiles (10).

3 Grer

la transitionnergtique

3.1 Les alternatives

Face aux risques importants qui ont t mentionnsconcernant les approvisionnements nergtiques et lechangement climatique, il parait souhaitable de setourner vers des solutions qui ne prsentent pas lesinconvnients des nergies fossiles, en termes d'pui-sement des ressources ou d'missions de gaz effetde serre.

3


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Le nuclaire et les renouvelables reprsentent alors lesalternatives possibles, bien que des problmes d'appro-visionnement en uranium puissent se poser pour lesfilires nuclaires actuelles de production d'lectricitpar fission. Toutefois, ces nergies alternatives neconstituent aujourd'hui qu'une fraction encore faible dutotal de la fourniture d'nergie primaire, de l'ordre de20 %. Par ailleurs, il est difficile de concevoir que cettepart puisse augmenter de manire trs substantielle etrapide. Les solutions alternatives (nuclaire, renouvela-bles) posent des problmes sur le plan de la rentabilitconomique (renouvelables) ou de la scurit ainsi quede l'acceptabilit sociale (nuclaire).

En attendant de nouveaux progrs techniques qui per-mettront une diffusion plus large de ces solutionsalternatives, il est donc ncessaire de mettre en uvrel'ensemble des moyens qui permettront de franchir lecap de la transition sans crise majeure.

3.2 Une transition de grande ampleur

La transition nergtique est le passage qui va nousamener d'un modle bas aujourd'hui 80 % sur lesnergies fossiles vers un nouveau modle nergtique,dans lequel les nergies non carbones seront domi-nantes. Il faudra une priode de gestation prolonge

pour passer du modle nergtique que nous connais-sons, vers un modle peu utilisateur dnergies fossiles.La figure 3.1 prsente l'volution de la part d'nergied'origine non fossile au cours du temps.L'volution prvisible devrait suivre une volution gn-rale reprsente par une courbe en S, avec une volu-tion d'abord lente, s'acclrant ensuite avec un pointd'inflexion et un ralentissement en fin de transition.Pour inverser les parts respectives des nergies d'ori-gine fossile et non fossile d'ici la fin du sicle, il faudraitque le point d'inflexion se situe en 2050, avec une partd'nergies non fossiles de l'ordre de 50 %. En fait, la plu-part des analyses effectues l'horizon 2050 prvoientune part sensiblement plus faible, se situant dans unefourchette ne dpassant pas 30 40 %, mme dans le

cas de scnario favorables, qui prennent en compte deshypothses visant favoriser la pntration des ner-gies d'origine non fossiles (4), (11), (12), (13)La transition globale, aboutissant une large substitu-tion des nergies fossiles par des nergies non fossiles,sera donc de longue dure. Mme si elle est amorce

ds prsent, elle ne s'achvera qu'au-del de 2100.Dans un certain nombre d'applications, il n'existe pas d'al-ternative immdiate. C'est notamment le cas des trans-ports qui dpendent presque exclusivement du ptrole.Face ces difficults d'adaptation, les risques de chan-gement climatique vont ncessiter rapidement desmesures de trs grande ampleur, pour arriver unniveau d'mission de CO2 infrieur au niveau actuel,alors que la poursuite de la tendance actuelle aboutirait un doublement. Il sera donc ncessaire d'acclrer lemouvement de transition nergtique, par rapport l'volution admise par la plupart des observateurs

l'heure actuelle. En outre, l'volution du mix nergti-que ne suffira pas pour assurer une transition satisfai-sante et il faudra associer cette volution galementd'autres moyens dcrits par la suite visant acclrerla transition carbone (rduction de la consommationd'nergie, captage et stockage du CO2).Les changements entrans sont considrables etl'volution suivie sera critique pour l'avenir. Selon lesdcisions qui seront prises, elle pourra, soit se poursui-vre en atteignant un quilibre durable ("breakthrough"),soit au contraire conduire une crise et des conflitsmajeurs ("breakdown") (14).

Il est ainsi indispensable d'agir ds prsent en vue dedfinir les solutions les mieux adaptes la priode detransition prolonge qui s'ouvre devant nous.

3.3 Les critres du dveloppement

durable et la problmatique du

facteur 4

Les choix nergtiques ne peuvent pas tre dissocis del'ensemble des problmes qui vont affecter l'humanitdans les annes venir : contrle de la dmographie,

modes de consommation et niveau de vie, ducation,sant, alimentation et besoins en eau.

l'heure actuelle, les ingalits de consommation parhabitant restent considrables. En 2004, cette consom-mation a vari entre 7,9 tep par habitants aux tats-uniset 0,43 tep par habitant pour l'Afrique subsaharienne,hors Afrique du Sud.

Le modle nergtique actuel des pays les plus richesn'est ni durable, ni exportable. Pour viter des tensionssusceptibles de dgnrer en conflits violents, il estncessaire de repenser les conditions d'utilisation del'nergie, en prenant en compte l'amlioration du bien-tre de l'ensemble de la population et de chacun desindividus.

4

Energienonfossile

(%)

100

50

30

20

2000 2050 2100

Figure 3.1

volution de la part dnergie dorigine non fossile.


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Des initiatives l'chelle mondiale vont tre ncessai-res pour rpondre aux besoins de la plante. Le proto-cole de Kyoto reprsente une premire tentative,partielle, mais qui prsente le mrite d'amorcer unchangement, pour apporter une rponse aux risques dechangement climatique.

Dans le scnario de rfrence reprsent sur la figure3.2, la consommation d'nergie double presque d'ici 2050en passant de 9,3 Gtep/an (13,5 TW) 18 Gtep/an (26,1TW).L'volution des missions de CO2 est indique en tonnesde carbone quivalent par an. Dans le scnario de rf-

rence, on observe d'ici 2050 un doublement des mis-sions qui passent de 7 14 Gt de carbone par an. Une tellevolution aurait un impact inacceptable sur le climat.

Au niveau de l'Union Europenne, l'tude Greenhouse GasReduction Pathways (GRP) a cherch tablir des scna-rios limitant l'augmentation moyenne des tempratures 2 C par rapport la situation prindustrielle. Deux scna-rios objectifs ont t tablis, pour lesquels les niveaux deconcentration des six gaz effet de serre se stabilise-raient respectivement 550 et 650 ppm (450 et 550 ppmpour le CO2 seul). Dans le premier cas l'augmentation detemprature estime sur la base des rsultats du GIEC

serait de 1,6 C et dans le deuxime de 2,5 C (15).Stabiliser les missions de CO2 ds prsent conduirait une teneur en CO2 de l'ordre de 500 ppm. En pratique,les missions vont ncessairement continuer crotred'ici 2020. Il faudra ensuite qu'elles dcroissent pouratteindre d'ici 2050 un niveau proche de la moiti duniveau actuel (scnario 450 ppm pour le CO2 seul).

Si on vise terme rapprocher les missions de CO 2par habitant, ceci conduit rduire par un facteur 4 lesmissions des pays industrialiss, de faon autoriserune augmentation des missions des pays du tiersmonde ou des pays mergents, lie l'augmentation dela population et du niveau de vie. C'est cet objectif ques'est assign la France (16).

3.4 La transition carbone

Compte tenu des contraintes sur les missions de CO2,la transition carbone devra tre effectue plus rapide-ment que la transition nergtique globale, qui a tprsente au paragraphe 3.2.

Au niveau mondial, tant donn la croissance prvisible dela dmographique et du PIB pour l'ensemble des pays,l'intensit carbone dfinie par le rapport des missions deCO2 (ou de leur quivalent carbone) l'ensemble des PIB,devra tre divise par un facteur suprieur 4 d'ici 2050.

Les actions mener pour aboutir une chute aussimarque devront donc tre engages rapidement, avecune acclration de la dcroissance de l'intensit car-bone vers 2030.

3.5 Les technologies de la transitionnergtique

Pour viter de se retrouver trop tard, face une situa-tion irrversible, il faut anticiper sur les mutationsncessaires. Les solutions mettre en uvre tout aulong de la phase de transition devront rpondre auximpratifs suivants :

I Assurer la demande mondiale dnergie sansexclure les pays en voie de dveloppement. Pourrpondre cet objectif, il faudra :

jouer sur la demande elle-mme, et assurer uneutilisation plus performante de l'nergie, de faon rduire la consommation, sans compromettre ledveloppement ;

assurer une offre suffisante en diversifiant le mixnergtique et en repoussant les limites de pro-duction du ptrole.

I Il faut en mme temps rpondre aux risques derchauffement plantaire :

les missions de CO2 doivent tre matrises enrduisant la consommation dnergie ainsi que lecontenu carbone du mix nergtique. Le retour

prvisible du charbon va malheureusement dansle sens d'une augmentation de ce contenu car-bone ;

pour arriver raliser les objectifs de rductiondes missions de CO2, il faudra donc mettre enuvre galement d'autres solutions et en particu-lier recourir au captage et stockage d'au moinsune partie du CO2 mis.

La production d'lectricit (pour 39 %), l'industrie (pour22 %) et les transports (pour 23 %) constituent, auniveau mondial, les principales missions de CO2 liesaux activits humaines. Pour limiter ces missions, il

faudra amliorer l'efficacit nergtique, dcarboniserle mix nergtique, capter et stocker le CO2.

5

GtC/an

14

7

2010 2020 2030 2040 2050 2060an

Scnario 550ppm GHG

(450ppm CO2)

7GtC/an = 26 Gt CO2/an

18 Gtep/an

26,1 TW

9,3 Gtep/an

13,5 TW

Figure 3.2

volution des missions de CO2 en tonnes de carbone par an.


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modifiant la conception du vhicule et en augmentant lerendement du groupe motopropulseur.

La rduction de l'nergie consomme par le vhiculepeut tre obtenue notamment en allgeant le vhiculeet en rduisant les pertes par frottement (17).Malheureusement, compte tenu de l'attente des

consommateurs (augmentation du nombre de fonc-tions, du confort et de la scurit), l'volution rcentes'est effectue dans le sens oppos.

L'amlioration du rendement du groupe moto-propul-seur doit tre concilie avec des rglementations deplus en plus svres sur les missions de polluants. Denouveaux modes de combustion devraient notammentpermettre de concilier des rendements trs levs avecdes niveaux d'missions de polluants faibles. La miseen uvre de groupes moto-propulseurs hybrides per-met d'amliorer le rendement, en utilisant dans demeilleures conditions le moteur thermique charge

partielle.Dans l'industrie, il est ncessaire de faire appel desprocessus plus efficaces, en introduisant une meilleureintgration nergtique et en limitant les pertes enmettant en uvre des procds de nouvelle gnrationplus performants, en introduisant de nouveaux disposi-tifs de rcupration d'nergie (changeurs, turbines dedtente, etc.) ainsi que des systmes d'optimisation entemps rel de la gestion de l'nergie.

Le recyclage des matriaux reprsente galement unmoyen de rduire la consommation d'nergie tout enlimitant les atteintes l'environnement.

4.2 Repousser les limites

de production du ptrole

Pour viter une crise majeure dans les approvisionne-ments ptroliers, il est ncessaire de dvelopper denouveaux moyens visant repousser les limites de pro-duction du ptrole grce de nouvelles dcouvertes,une meilleure exploitation des rserves dj identifieset la mise en production de nouvelles ressources, tellesque les huiles lourdes et extra-lourdes.

Les technologies mettre en uvre comprennentnotamment l'utilisation de mthodes d'exploration deplus en plus labores, faisant appel notamment desmthodes d'imagerie sismique du sous-sol, l'amliora-tion du taux de rcupration, notamment par la mise enuvre gnralise de mthodes de rcupration assis-te : injection d'eau et de gaz (rcupration secon-daire), injection de CO2, de vapeur, de polymres ou detensio-actifs (rcupration tertiaire), l'amlioration desarchitectures de production et des performances despuits.

Le progrs des technologies va permettre de nouveauxdveloppements en mer, notamment en offshore pro-fond, ainsi que dans des zones jusqu' prsent peu

explores, notamment en Arctique. Les progrs dansce domaine ont t trs importants : on produit duptrole des profondeurs d'eau atteignant ou dpas-sant 2000 m. Il reste encore une marge de progression ;on estime que 40 % des rserves en offshore profondrestant dcouvrir se situent entre 2000 et 3000 m,

30 % entre 3000 et 4000 m (25). Les rserves restant dcouvrir en offshore profond et en Arctique sont esti-mes environ 100 Gb (18).

La mise en production de bruts non conventionnels,notamment extra-lourdes, ouvre de larges possibilits.En effet, les bruts extra-lourds reprsentent un poten-tiel considrable, de l'ordre de 1200 Gb la fois auVenezuela et au Canada. On estime qu'environ un quartde ces ressources, c'est dire au total 600 Gb sontexploitables avec des technologies dj connues. Il fau-dra rsoudre les problmes environnementaux asso-cis et en particulier limiter les missions de CO2 en

mettant en uvre des technologies de captage etstockage.

Ces diffrents moyens ne seront mobiliss que si le prixdu ptrole reste durablement lev et si les investisse-ments ncessaires sont oprs. Ils ncessitent desavances technologiques significatives.

Dans le cas du gaz naturel, le taux de rcupration estrelativement lev et le renouvellement des rservespasse par de nouvelles dcouvertes et l'exploitation deressources de gaz non conventionnelles (gaz de houille,hydrates de mthane, gaz provenant de rservoirs peupermables ou trs enfouis, etc.).

4.3 Diversifier l'offre d'nergie

La mise en uvre d'un mix nergtique diversificontribue une meilleure scurit des approvisionne-ments nergtiques. Des dveloppements technologi-ques de trs grande ampleur vont tre ncessairesavec un impact relativement court terme dans ledomaine des combustibles fossiles, que ce soit le gaznaturel (gaz non conventionnel, nouvelles technologiesde transport, carburants de synthse par la voie GTL

Gas To Liquids), ou le charbon (charbon propre, am-lioration du rendement de la gnration d'lectricit,production d'lectricit avec captage et stockage deCO2 , carburants de synthse par la voie CTL Coal ToLiquids ), plus long terme dans le domaine dunuclaire (racteurs de gnration IV, fusion) et desrenouvelables (olien offshore, photovoltaque, go-thermie profonde, etc.).

La mise en uvre de biocarburants ainsi que la produc-tion d'nergie ex-biomasse apparaissent comme desvoies particulirement bien adaptes la priode detransition.

En effet les biocarburants peuvent tre facilementincorpors dans le pool carburant et les moteurs

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combustion interne peuvent tre soit utiliss sanschangement (biodiesel) ou avec des adaptations limi-tes (utilisation de l'thanol E85 dans les moteurs detype flex-fuel).

L'augmentation du potentiel de production passe parun recours de nouvelles ressources en biomasse, ce

qui est rendu possible par l'introduction de procdsdits de deuxime gnration qui permettent d'obtenirdes carburants par transformation de biomasse ligno-cellulosique (bois, dchets agricoles tels que la paillede crales et d'olagineux, cultures rotation rapidesur surfaces agricoles, etc.) non exploite pour l'ali-mentation humaine.

La voie thermochimique qui met en uvre des proc-ds tels que la pyrolyse, la gazification et la conversiondu gaz de synthse produit a t dveloppe pour laproduction de chaleur et dlectricit, mais n'est pasencore optimise pour la production de biocarburants.La voie considre actuellement comme la plus proched'une exploitation industrielle consiste passer parune tape de gazification, suivie d'une tape Fischer-Tropsch (voie BTL Biomass To Liquids ).

La transformation de la biomasse lignocellulosique parvoie biochimique reste encore limite par le manquedefficacit de lhydrolyse enzymatique et la difficultde convertir la fraction hmicellulosique (19). En outre,la production d'thanol cellulosique reste actuellementplus coteuse que la production d'thanol partir deplantes sucrires, mais des progrs sont en cours.

L'amlioration du bilan CO2, qui doit tre dtermin parune analyse complte du cycle de vie, depuis l'tape deproduction de la biomasse, jusqu' l'utilisation du bio-carburant dans le moteur, reprsente un critre deslection essentiel de la filire privilgier. Lorsquel'nergie utilise pour transformer la biomasse provientde combustibles fossiles, le gain en termes de carbonemis, peut tre faible ou mme nul. Par contre, condi-tion d'utiliser la biomasse elle-mme comme sourced'nergie, le gain par rapport un carburant ptrolierpeut atteindre 75 90 % des missions de CO2. Ce sontles niveaux de rduction des missions de CO2 viss

pour les biocarburants de seconde gnration.

4.4 Dcarboniser l'nergie

La diversification des sources d'nergie permet derduire la dpendance vis--vis des importations deptrole, mais n'apporte pas ncessairement unerponse au problme du changement climatique. Ainsi,le retour du charbon, risque d'entraner en l'absence demesures adquates une augmentation significative desmissions de CO2. La situation ne peut tre amliorequ'en rduisant le contenu carbone de la source d'ner-gie primaire, ou encore en utilisant un vecteur nergti-que (lectricit, hydrogne) sans contenu carbone,

aprs avoir pralablement capt et stock le CO2 mis.

Le bilan carbone peut tre ainsi amlior, soit en faisantdavantage appel des sources d'nergie non carbones(nuclaire et renouvelables), soit en utilisant de l'lec-tricit ou de l'hydrogne produits partir de combusti-bles fossiles, aprs avoir pralablement capt et stock

le CO2 (cf. 4.5).Dans le cas particulier de la biomasse, le carbone misprovenant de la biomasse est considr comme recycl( l'exception du carbone provenant de l'utilisation decombustibles fossiles pour la production de la bio-masse). En effet le carbone contenu dans la biomasse at au pralable extrait de l'atmosphre par photosyn-thse. Le bilan carbone d'une combustion de biomasseest donc considr comme neutre (sauf si de l'nergiefossile a t consomme pour la production de bio-masse). condition d'utiliser la biomasse elle-mmecomme source d'nergie, si le CO2 mis au cours de la

transformation de la biomasse est capt et stock, lacarburant rsultant peut mme avoir un contenu car-bone ngatif.

La mise en uvre de vecteurs nergtiques, lectricitou hydrogne, contenu carbone rduit (voire nul oumme ngatif) est un des moyens de poursuivre l'objec-tif de dcarbonisation de l'nergie. C'est en particulierune des alternatives aux carburants ptroliers envisa-geables terme.

Le dveloppement de nouveaux moyens de stockage del'nergie, plus performants, concourt galement l'ob-

jectif de dcarbonisation de l'nergie. En effet, lestockage de l'nergie facilite la pntration d'nergiesrenouvelables. Par ailleurs, l'utilisation de systmes destockage embarqus est un des moyens d'utiliser dessources d'nergie non carbones dans le domaine destransports.

4.5 Captage et stockage de CO2

Compte tenu du fait que les alternatives nergtiquesne pourront tre mises en place que trs progressive-

ment, il faudra mettre en uvre des moyens compl-mentaires pour rduire les missions de CO2,notamment par captage et stockage gologique du CO2.

Le stockage de CO2 dans les ocans entrane des ris-ques de modification du milieu marin et pose des pro-blmes de prennit long terme du stockage. Lestockage gologique dans le sous-sol constitue donc lasolution gnralement prfre.

Une premire option consiste stocker le CO2 dans lesveines de houille non exploites. La capacit des char-bons adsorber le CO2 prfrentiellement au mthaneinitialement prsent constitue un mcanisme de pi-geage tout fait intressant. De plus, ce mcanismepermet de rcuprer le mthane retenu (grisou) offrant

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un attrait conomique supplmentaire l'opration.Toutefois, la permabilit trs faible de ce type de for-mation, limite l'injectivit et donc le volume de CO

2,

qu'il est possible de stocker annuellement.Le stockage dans des gisements de ptrole et de gazmatures est particulirement intressant. En effet,lorsque le CO2 est inject ds la phase de production,son injection peut tre mise profit pour effectuer de larcupration assiste de ptrole. En outre, de tellesstructures offrent un excellent confinement naturel,tant donn qu'elles ont retenu des hydrocarbures pen-dant plusieurs millions d'annes. Par contre, elles peu-vent tre loignes des sites de consommation.

Le stockage dans les aquifres salins profonds pr-

sente le plus gros potentiel en terme de capacit destockage et de distribution sur la plante. La profon-deur de ces formations et leur contenu lev en sel lesrendent tout fait inadaptes en tant que ressources eneau potable ou en eau d'irrigation.

Les aquifres ferms ont une configuration identiqueaux gisements d'hydrocarbures et offrent de bonnesgaranties de confinement tant vertical que latral. C'estdans ce type d'aquifres que l'on ralise le stockage degaz naturel. Cette option peut tre considre commetrs sre, mais offre toutefois des capacits limites.

Les aquifres ouverts ont une structure plane ou peu

incline. Du fait de leur absence de confinement lat-ral, le CO2 peut migrer. Cependant leur faible vitessed'coulement et leur taille importante limitent la dis-persion effective du CO2. Cela suppose cependant laprsence d'une couverture de qualit suffisante pourprvenir toute migration verticale. Le mcanisme prin-cipal de pigeage est ici la dissolution du gaz dansl'eau, qui s'alourdissant entrane le CO2 vers le bas del'aquifre. plus long terme s'opre une minralisa-tion du CO2 rendant ainsi ce type de pigeage de plus enplus sr.

Par contre, on ne dispose que de peu de connaissancesur ces structures, qui, n'offrant aucune ressourceparticulire, n'ont quasiment pas t tudies. Un

effort de caractrisation important devra tre menafin de qualifier de tels sites pour le stockage gologi-que, en particulier pour des stockages terre.

5 Perspectivesd'avenir

La question se pose de savoir s'il est possible de btir l'horizon 2050 un scnario crdible permettant :

I de rpondre aux besoins futurs en nergie,

I de limiter les missions de CO2 un niveau compati-ble avec une teneur en CO2 dans l'atmosphre del'ordre de 450 ppm l'horizon 2050.

La figure 5.1 prsente l'volution de la consommationd'nergie et des missions de CO2 dans le monde selondeux scnarios :

I un scnario de rfrence extrapolant les tendancesactuelles dans lequel la consommation d'nergiepasse de 9,3 Gtep/an 18 Gtep/an en 2050, tandisque les missions de CO2 passent de 27 Gt/an 51 Gt/an ;

I un scnario permettant de rpondre aux mmesbesoins, mais avec un niveau d'mission de 15 Gt/anen 2050.

Le scnario alternatif est obtenu en jouant sur les troisfacteurs qui ont t analyss prcdemment :

I l'amlioration de l'efficacit nergtique devrait per-mettre d'ici 2050 de rduire d'environ 20 Gt les mis-sions de CO2 (F1 en F2). Dans le scnario avecrductions reprsent sur la figure 5.1, la consom-mation d'nergie en 2050 est rduite de 40 % parrapport au scnario de rfrence ;

I la dcarbonisation du mix nergtique (F2 en F3) peutconduire une rduction de l'ordre de 12 13 Gt/an deces missions. La consommation de charbon estrduite de 70 % par rapport au scnario de rfrence.La consommation de ptrole et de gaz est rduite de50% par rapport au scnario de rfrence. Laconsommation de ptrole passe par un maximum en2020 et dcline ensuite. La consommation de gazaugmente jusqu'en 2030 et se stabilise ensuite ;

I le captage et le stockage de CO2 ainsi que les puits decarbone permettent de rduire les missions de l'or-dre de 7 8 Gt / an (F3 en F4). Les puits de carbonen'interviennent que pour une part relativement faiblede ce total, ne dpassant pas 1 Gt / an. La rductiondes missions de CO2 rsultant d'une mise en uvretendue du captage et stockage de CO

2

est beaucoupplus significative, mais reprsente un effort consid-rable. En effet, dans le cas d'une opration comme

F5

F4

F2F3

Situation de dpart I

missionsannuellesde CO

2

Consommation dnergieFigure 3.4

Consommation dnergie et missions de CO2.


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celle de Sleipner, le dbit de CO2 inject dans lesous-sol est de 1 Mt/an et il faudrait donc raliserdans le monde l'quivalent de 6000 7000 oprationsde ce type d'ici 2050, pour atteindre le niveau derduction des missions de CO2 requis.

Jusqu'en 2030, l'amlioration de l'efficacit nergtiquereprsente le facteur dominant pour rduire les mis-sions. partir de 2030, d'autres options telles que lesbiocarburants, la production d'lectricit partir desources d'nergie non fossile et le captage et stockage

de CO2jouent un rle croissant.Le tableau 5.1 prsente les phases de mise en uvre destechnologies de la transition nergtique, telles qu'il estpossible de les envisager actuellement.

I court terme, la conception des quipements actuelsne sera pas remise en cause : les principaux progrsproviendront de l'amlioration des rendements et del'efficacit nergtique grce la mise en uvre dematriaux plus performants et aussi de systmesd'optimisation en temps rel. Les nergies renouvela-bles progresseront mais resteront marginales endehors de l'hydraulique.

I moyen terme, entre 2020 et 2030, on devrait obser-ver la mise en uvre grande chelle des technolo-gies de transition : systmes hybrides, biocarburants,captage et stockage de CO2.

I long terme, aprs 2050, on devrait observer la miseen place progressive de nouvelles options nergtiques:nuclaire de gnration IV, solaire photovoltaque, syst-mes de stockage d'nergie, utilisation d'hydrognecomme vecteur nergtique.

La mise au point de ces technologies de transition vancessiter un effort de R&D important et reprsente uneopportunit majeure pour l'industrie, compte tenu des

enjeux conomiques qu'impliquent les transformations oprer.

Tableau 5.1

Mise en uvre des technologies de la transition nergtique.

Court terme Moyen terme Long terme(d'ici 2020) (2020-2050) (aprs 2050)

Amlioration Systmes hybrides Hydrognedes rendements Biocarburants comme vecteurNouveaux matriaux Captage et nergtiqueSystmes de stockage de CO2 Nuclairergulation et de Dveloppement Gnration IVcontrle options de Stockagenergie long terme de l'lectricitex-biomasse Photovoltaque

6 Conclusion

Compte tenu du caractre non durable du modle ner-gtique actuel, il est ncessaire d'engager une transi-tion nergtique, qui va se drouler sur une durerelativement importante.

L'urgence des mesures prendre, notamment pourrpondre aux risques de changement climatique, varequrir la mise en uvre de solutions spcifiquementadaptes la priode de transition qui s'ouvre devantnous.

L'analyse de l'ensemble des solutions aujourd'hui iden-tifies montre qu'il est possible d'ici 2050 d'aboutir unscnario rpondant aux critres recherchs.

La mise en uvre de ces solutions va toutefois rcla-mer un effort sans prcdent et conduire des trans-formations importantes du modle conomique actuel.Des innovations vont tre ncessaires tous lesniveaux pour permettre la mise en place des technolo-gies de transition ainsi que pour faciliter le passagevers de nouvelles options.

Gt CO2/an

Scnario de

rfrence 2050

Situation de dpart I

Scnario nal 2050

F1

F2

F3

F4

Consommation dnergie (Gtep/an)

10

0 2010

20

30

40

50

60

Ecacit nergtique

Biocarburants /Nuclaire

Captage et stockage de CO2

Figure 5.1

Scnario d'volution de la demande d'nergie et des missions de CO2 dans lemonde l'horizon 2050. Les donnes drivent d'un scnario figurant dans unrapport de l'Agence Europenne de l'Environnement (20), (21).


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Rfrences

1 AIE, "World Energy Outlook", 2006.

2 BP Statistical Review, 2006.

3 Marie-Franoise Chabrelie, "L'industrie gazire l'horizon2020", Panorama 2006.

4 IPCC Special Report on Emissions Scenarios, 2001.

5 Jean-Marc Jancovici, "L'avenir climatique" Seuil, 2002.

6 Tim Flannery, "The weathermakers", Grove Press, 2005.

7 Nicolas Stern, "Review on the Economics of ClimateChange", 2006.

8 Yves Cochet, "Ptrole apocalypse", 2005.

9 James Howard Kunstler, "The long emergency", Atlanticbooks London, 2006.

10 Pierre Lafitte, Claude Saunier "Changement climatique ettransition nergtique : dpasser la crise", rapportOPECST, 2006.

11 Pierre-Ren Bauquis, Oil & Gas Science and Technology,56, 4, 2001.

12 Energy to 2050, IEA, 2003.

13 Energy Technology Perspectives, IEA, 2006.

14 Ervin Laszlo, "The chaos point. The world at the cross-roads", Piatkus, 2006.

15 Patrick Criqui, "Effets de serre : quelques scnarios",Futuribles, Janvier 2006.

16 Rapport du Groupe de travail "Division par quatre des mis-sions de gaz effet de serre de la France l'horizon 2050"sous la prsidence de Christian de Boissieu.

17 A.B.Lovins, E.K.Datta, O.E. Bustnes, J.G. Koomey, NJ.Glasgow "Winning the Oil Endgame", Rocky MountainInstitute, 2004.

18 "Resources to Reserves", Oil & Gas Technologies for theEnergy Markets of the Future OECD / IEA, 2005.

19 Daniel Ballerini, "Les biocarburants : tat des lieux, pers-pectives et enjeux du dveloppement", ditions Technip,2006.

20 Climate change and a European low-carbon energy systemEEA Report n1, 2005.

21 D.P. Van Vuueren, M.G.J. Den Elzen, M.M. Berk, P. Lucas, B.Eickhout, H. Eerens, and R. Oostenrijk, "Regional costs andbenefits of alternative post Kyoto climate regime, RIVMreport 728001025/2003, National Institute of Public Healthand the Environment, Bilthoven, 2003.


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ifp - la transition energetique synthèse juillet 2007

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