1 L’ÉNERGIE Armel Boutard. 2 L’énergie une nécessité au quotidien de la vie Atelier: Une...
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L’ÉNERGIEL’ÉNERGIE
Armel Boutard
2
1,5 36
8
13,5
18
36
12
2
Magazinage
Nettoyage
Hygiène
Transport
Repas
Loisirs
Études
Sommeil
Autres
L’énergie une nécessité au quotidien de la vie
L’énergie une nécessité au quotidien de la vie
Atelier: Une semaine dans la vie de …..
3
L’énergie: une nécessitéL’énergie: une nécessité
combustion lente (2,8 106cal/j)combustion lente (2,8 106cal/j)
Métabolisme Basal Métabolisme Basal Relations interpersonnelles
Relations interpersonnelles
Espace de créativité
Espace de créativité
combustion rapide (1,5 108 cal/j)combustion rapide (1,5 108 cal/j)
Activités industrielles et commerciales
Activités industrielles et commerciales
LoisirsLoisirsCommunications
et transports
Communications et transports
Confort thermique et sanitaire
Confort thermique et sanitaire
Un facteur 60 pour le Nord-américain
Un facteur 60 pour le Nord-américain
5
Les Nécessités de la vieLes Nécessités de la vie
• L’Énergie • L’Eau$
Le Marché
$
Le Marché
• La solidarité
6
Plan de la présentationPlan de la présentation
L ’énergie
• une nécessité
• un champ notionnel
•des caractéristiques géo-politico-socio-économiques
•des problèmes environnementaux
STS.E• ERE/ FRE
• les stratégies de changement
• les outils de formation
une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables
7
Qualité desociété
Qualité devie
L’énergie, un champ notionnel L’énergie, un champ notionnel
Besoins
Ressources
ÉNERGIEÉNERGIE
Diversité des usagesDifférentes formes
Environnement
Santé
Recherche: Sciences etinnovations technologiques
Risques
Géopolitique: autonomie nationale
Attitudes: les comportements des consommateurs
Socio-économie
Filières énergétiques Caractéristiques de la ressource
Formes: solide.. Renouvelable ou non
8
L’énergie : des besoinsL’énergie : des besoins
Besoins :solide, liquide, gazeux
biomasse (nourriture)
électricitédensité énergétique ou puissance: P = E/t
facilement stockable ou disponible
des approvisionnements
des technologies de production
faible
Forme
Quantité
Fiabilité
Coût
Santé risque faible à l ’usage
• propulsion
• chaleur
• éclairage
• électricité
9
Densités énergétiques
combustibledensité énergétique
(106 J/kg) (106 J/ litre)
essence 44,3 32,7liquide
hydrogènegazeux 121
8,60,012
éthanol 27,2 21,4méthanol 20,4 16,1
liquidegaz naturel
gazeux 493,4
0,04batterie au plomb 0,11 0,7éolienne 0,045 J/m².h (vent de 5 m/s)
solaire (photoélectrique) 0,5 J/ m².h (700W insolation)
10
importance des gisements
filières énergétiques (technologies)
accès
transport
manipulation, transformations
environnement
profitabilité
Ressources :
L’énergie: des ressourcesL’énergie: des ressources
Forme
Qualité
Sécurité
Coût
endogène ou exogène
non renouvelable ou renouvelable
hydrocarbures, nucléaire, géothermique, solaire, éolien, biomasse,
11
Les unités de l’énergieLes unités de l’énergie
Les tonnes «équivalentes»
• 1tec (tonne équivalent de charbon) = 2,90 1010 joules
• 1tep (tonne équivalent pétrole) = 4,18 1010 joules 1,44 tec
• 1tegn (tonne équivalent de gaz naturel)
= 3,85 1010 joules 1,33 tec
• 1 ten (tonne équivalent nucléaire) = 7,8 1010 joules 2,7 tec
Des unités
•1MW.h (électricité) = 3,6 109 joules
•1 baril de pétrole (159 l)= 5,8 109 J
•1 m³ de gaz = 3,9 107 J
•1 Kilocalorie = 4 BTU
•1 Quad = 1015 BTU = 1,055 1018 joules
Les aliments
• 150g yogourt: 130 kcal
•125 ml de lait: 230 kcal
•125 g de bœuf: 600 kcal
•100g de légumes: 70 kcal
•1 tranche de pain (125 g de pâtes): 100 kcal
•1 cuillère à thé de beurre : 100kcal
•1 cuillère à thé de sucre:120 kcal
12
Plan de la présentationPlan de la présentation
L ’énergie
• une nécessité
• un champ notionnel
•des caractéristiques géo-politico-socio-économiques
•des problèmes environnementaux
STS.E• ERE/ FRE
• les stratégies de changement
• les outils de formation
une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables
13
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10
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Consommation/h/an101 5
Une consommation inégaleUne consommation inégale
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Moyenne mondiale 2 tec/h
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1 milliard d’humains
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P.I.B.
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12
0 5 10 15 20
Canada
États-Unis
Norvège
Japon
Espagne
GrèceFrance
BelgiqueSuède
Pays-BasAustralie
Chine
Australie
Un corollaire quant aux écarts de richesse collective (PIB)
Un corollaire quant aux écarts de richesse collective (PIB)
1989
Écart grandissant des
richesses collectivesÉcart grandissant des
richesses collectives
80%De la population mondiale
Marginalisationdes plus démunis
Marginalisationdes plus démunis
15
«L’Efficacité énergétique»à l’échelle mondiale
«L’Efficacité énergétique»à l’échelle mondiale
Eff
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Con
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0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1970 1975 1980 1985 1990
LeMonde
États-Unis
Canada
16
La consommation d ’énergie au Québec
La consommation d ’énergie au Québec
Tec /hab/an
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
1995 1996 1997 1998 1999
Tec/1000$
0,2
0,22
0,24
0,26
0,28
0,3
0,32
0,34
0,36
0,38
0,4
Tendance à la croissance
Tendance à la décroissance
17
«L’autonomie énergétique»,facteur géopolitique
«L’autonomie énergétique»,facteur géopolitique
1
3
Rap
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t :
pro
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PNB / h
Mexique
États-Unis
JaponSuisse
Canada
France
Maroc
Inde
Chine
Algérie x3Libye x3
Nigéria x3 Irakx5
Venezuela
Grande-Bretagne
EspagneAllemagne
Norvègex2
Qatar x2
Arabie Saoudite x3
Brésil
Argentine
Bahreïn x2
Russie
Suède
Oman x10
Finlande
18
1950
2000
2050
2100
Pop
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12
2
65
10
La demande énergétique d ’une population en croissance
La demande énergétique d ’une population en croissance
Cri
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19
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12
Scénario d ’une consommation de 2 tec/hab/an
ju
ille
t 19
87
Juin
199
9
19
Le Canadien, champion énergivoreLe Canadien, champion énergivore
L’état du monde 2001, La Découverte, Boréal
Régions du Monde Tep/hab
Afrique 0,36
Amérique latine 0,98
Amérique du Nord 7,66
Asie 0,73
Europe 3,65
Pays Tep/hab
États- Unis 8,08
Canada 7,93
Japon 4,08
Allemagne 4,23
France 4,22
PIB/hab ($)*
29,3
19,2
32,3
26,6
24,2
* Méthode de clacul de la Banqye mondiale tenant compte du taux de change
Changer ?• pourquoi• comment
20
«L’indépendance énergétique», facteur géopolitique du pétrole
«L’indépendance énergétique», facteur géopolitique du pétrole
+
+ 0+
+
+
+
+
-?-? 0
21
«L’indépendance énergétique», facteur géopolitique
«L’indépendance énergétique», facteur géopolitique
Et la CHINE !
20% de la population mondiale et 50% des besoins à venir en électricité
2004 appel d’offre pour une première tranche de 4 réacteurs nucléaires
• Cible de 4% de la consommation globale d’énergie, production de l’ordre de 40 000 MW (équivalent de la production totale d’électricité au Québec-2005).
Parc d’une trentaine de réacteurs (à 2 109$ chacun), lancement d’une série de 2 à 3 réacteurs/an jusqu’en 2020 pour une
• Cible de 16% (moyenne des pays industrialisés)
Parc de plusieurs centaines de réacteurs
Le Monde, 10-12-05
Un marché !
22
Plan de la présentationPlan de la présentation
L ’énergie
• une nécessité• un champ notionnel • des caractéristiques géo-politico-socio-économiques • des problèmes environnementaux• des ressources
ERE/ FRE• STS.E
• les stratégies de changement
• les outils de formation
une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables
23
Type de ressources
Forme d’usagerenouvelables
nonrenouvelables
Avec recyclage, valorisation, etc.(RVE) + 0 Sans recyclage, etc. (RVE) 0 Cueillette à des taux supérieurs àceux des renouvellements _
La Gestion des ressources énergétiques
La Gestion des ressources énergétiques
Énergies fossiles
Hydroélectricité
Solaire
Éolien, etc..
Biomasse forestière
Adoption d’alternatives, effort soutenu surtout par la recherche et l ’innovation technologique (sciences et techniques) , changements de comportements individuels et de choix collectifs
24
La pollution La pollution
gaz pétrole charbon
NOx 43 142 354
SO2 0,3 430 731
CO2 - +20% +50%
Particules 2 36 1333
Émissions kg/10³Joules d ’énergie
Pluies acides
smog
GES
Émission annuelle de CO2 / hab. En tonnes
Émission annuelle de CO2 : kg/ 1000 $ de PIB
États-Unis 5,2 170
Royaume- Uni 3,0 147
Allemagne 3,2 144
Japon 2,1 90
France 1,8 85
25
Usages
Émissions dans l ’air, les eaux et sur les sols: Gaz à effets de serre (GES), Pluies acides (charbon), Produits organiques persistants (POP) comme les BPC, diminution de la couche d ’ozone (fluide frigorigène des échangeurs de chaleur), smog,
Les impacts environnementaux de l ’énergie
Les impacts environnementaux de l ’énergie
Production Déplétion des stocks, santé et hygiène industrielle, catastrophes industrielles, émissions de contaminants, gestion des résidus (combustible nucléaire «usé»)
Transports Accidents, déversements, contamination, introduction d ’espèces exogènes
Des vecteurs de propagation des impacts:• les cycles de l ’eau (mers et atmosphère)• les régimes des ventsUn facteur de synergie des effets• la bioaccumulation
Dégradation des stocks et flux (déforestation)
des ressources
Dégradation des stocks et flux (déforestation)
des ressources
Dégradation des écosystèmes naturels et
atteintes à la santé humaine
Dégradation des écosystèmes naturels et
atteintes à la santé humaine
26
Les problèmes de l ’énergieLes problèmes de l ’énergie
• L’épuisement des stocks et flux de ressources
• La pollution: risques à la santé et changements climatiques
• L’inégalité des accès aux ressources énergétiques et à la production des richesses
La biodiversit
é
des gèn
es
La biodiversité
des espèces
La biodiversité
des écosystèmes
27
Les symptômes de la maladie Planétaire
Les symptômes de la maladie Planétaire
• La dégradation des stocks et flux de ressources
•La dégradation de la Qualité de vie des humains
La biodiversit
é
des gèn
es
La biodiversit
é
des gèn
es
La biodiversité
des espèces
La biodiversité
des espèces
La biodiversité
des écosystèmesLa biodiversité
des écosystèmes
La biodiversité des communauté
culturelles
La biodiversité des communauté
culturelles Mondialisation
•La dégradation des milieux de vie et des écosystèmes naturels
28
Les problèmes de l ’énergie,au global
Les problèmes de l ’énergie,au global
Les ressources:
accès sans entrave : respect des us et coutumes locales, corruption des pouvoirs politiques, zones d ’influences (facteurs géopolitiques)
en quantité suffisante au coût les plus bas: spoliation des ressources, risques environnementaux et pression sur les écosystèmes (zones d ’exploitations pétrolières frontières fragiles)
filières énergétiques: les pays producteurs pauvres sont à la merci des pays industrialisés pour assurer la production et la valorisation des ressources
Les usages:
transport: introduction d ’espèces exogènes,
pollution: gaz à effet de serre (GES) et risques de changements climatiques et d ’évènements climatiques extrêmes, pluies acides, smog urbain, déversements d ’hydrocarbures
Problèmes socio-politiques: Difficultés du dialogue Nord-Sud, laminage des cultures locales par la mondialisation du marché des ressources énergétiques qui se traduit par un flux des ressources des pays pauvres vers les pays riches, une distorsion des économies et des enjeux politiques nationaux
Problèmes environnementaux : GES, Pluies acides, Pression dur la biodiversité, Sécurisation des transports,
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Les problèmes de l ’énergie,au national
Les problèmes de l ’énergie,au national
Les ressources:
accès sans entrave : respect des us et coutumes locales, corruption des pouvoirs politiques, zones d ’influences (facteurs géopolitiques)
en quantité suffisante au coût les plus bas: spoliation des ressources, risques environnementaux et pression sur les écosystèmes (zones d ’exploitations pétrolières frontières fragiles)
filières énergétiques: les pays producteurs pauvres sont à la merci des pays industrialisés pour assurer la production et la valorisation des ressources
Les usages:
transport: introduction d ’espèces exogènes,
pollution: gaz à effet de serre (GES) et risques de changements climatiques et d ’évènements climatiques extrêmes, pluies acides, smog urbain, déversements d ’hydrocarbures
Problèmes socio-politiques: Difficultés du dialogue Nord-Sud, laminage des cultures locales par la mondialisation du marché des ressources énergétiques qui se traduit par un flux des ressources des pays pauvres vers les pays riches, une distorsion des économies et des enjeux politiques nationaux
Problèmes environnementaux : GES, Pluies acides, Pression dur la biodiversité, Sécurisation des transports,
30
Les problèmes de l ’énergie,au local
Les problèmes de l ’énergie,au local
Les ressources: accès sans entrave : respect des us
Les usages:transport: introduction
pollution: problème de qualité de l ’air intérieur et syndrome des «Tours à bureaux»
Problèmes socio-politiques: Difficultés
Problèmes environnementaux :
31
Ressources non
renouvelables
Ressources non
renouvelables
Ressources
renouvelablesRessources
renouvelables
Le bilan des ressources énergétiques
Le bilan des ressources énergétiques
32
Les ressources énergétiques non renouvelables
Les ressources énergétiques non renouvelables
forte densitéénergétique
forte densitéénergétique
raffinerie carbonisation
Centrale thermique
Centrale thermique
Ressources originelles de la lithosphère et de
l ’hydrosphère
UraniumThorium Deutérium
LithiumLignite
Ressources de biomasses «fossiles»
Pétrole
Charbon TourbeGaz
Électricité et chaleur
?
Centrale nucléaire (fission lente)
Centrale nucléaire (fission rapide)
Centrale nucléaire (fusion)
U235 U238 Th232
Gaz
Électricité
Essence
Coke
Charbon Tourbe
Chaleur (IR) hydrogène
33
Les stocks des ressources énergétiques non renouvelables
Les stocks des ressources énergétiques non renouvelables
Une année de consommation = Réserves estimées de la ressource
Consommation mondiale annuelle de toutes les énergies commerciales Année 2000:
consommation de 3,5 1020 Joules12 . 109 tec/an , 2 t.e.c./hab/an
Réserves prouvées(années)
Réserves probables(années)
CharbonPétroleGazNucléaire : fission lente (U235) fission rapide (U238,
Th232) fusion (deutérium)
2254060
51100 (? )
50012544
123000
109
Année 2000
34
La demande énergétique d ’une population en croissance
La demande énergétique d ’une population en croissance
0 50 400
1800
3000
9000
14 000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050
?Mtep
1tep = 1,44 tec
35
Vers une rupture des stocks de pétrole
Vers une rupture des stocks de pétrole
Consommation mondiale d ’énergie primaire (année 2000, 12 109 Tec)
(année 2050, 18-20 109Tec)
• Combustible solides: 25%• Pétrole : 41%
• Gaz naturel : 23%• Électricité primaire : 11%
- Hydro : 2,6%- Nucléaire : 2,6%
36
Vers une rupture des stocks de pétrole
Vers une rupture des stocks de pétroleScénario
• consommation moyenne de 2 tec/hab/an• le pétrole représente en moyenne 40 % de la consommation annuelle• 72 1010 tec de réserves de pétrole
0
5
10
15
20
25
30
90 2000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2100
Con
som
mat
ion
annu
elle
(x
10 9 T
ec)
160 ans de réserves équivalentes à la consommation de l ’an 2000
(40 prouvées et 120 probables)
90 années
pour la période
1990-2050
90 années
pour la période
2060-2100
+
Tout est consommé par
2/10 de la population
37
Le pétroleLe pétrole
90 années
pour la période
1990-2050
90 années
pour la période
2060-2100
+
Tout est consommé par
2/10 de la population
38
0,85
3,43
0,33
1,6
2,77
3,84 3,84
1,1
6,7
1,13 1,25
5,9
1,94
1,320,95
0,4
Données: www.worldenergy.org/
An 2000
Les grands consommateurs de charbon et producteurs de GES
T/hab.
39
0,28
0,12
0,16
0,25
0,13
0,45
0,50
0,05
0,30
0,17
0,39
0,100,08
0,10
0,050,02
Chine
États-
UnisIn
de
Russie
Allem
agne
Afrique d
u Sud
Pologn
e
Japon
Australi
e
Turquie
Ukrain
e
Grèce
Canad
a
Corée
(sud)
Royau
me-U
ni
France
Données: www.worldenergy.org/
An 2000
Les grands consommateurs de charbon et producteurs de GES
T/ 1 000$ PIB (pouvoir d ’achat)
40
Les grands consommateurs de pétrole et LGN et producteurs de GES
Données: www.worldenergy.org/
An 2000
2,90
1,71
0,15
1,17
2,58
1,29 1,61
2,90
1,42 1,410,49
1,01
3,81
12,86
5,00
États-
Unis
Japon
Chine
Russie
Corée
(Sud)
Allem
agne
Arabie
Séoudite
Italie
Canad
a
France
Angleter
re
Brésil
Iran
Hollan
de
Singa
pour
T/hab.
41
Les grands consommateurs de pétrole et LGN et producteurs de GES
Données: www.worldenergy.org/
An 2000
0,100,07
0,05
0,18 0,19
0,06
0,49
0,08
0,12
0,07 0,07 0,07
0,200,17
0,53T/ 1 000$ PIB (pouvoir d ’achat)
42
Les grands consommateurs de pétrole et LGN et producteurs de GES
Données: www.worldenergy.org/
An 2000
0,100,07
0,05
0,18 0,19
0,06
0,49
0,08
0,12
0,07 0,07 0,07
0,200,17
0,53T/ 1 000$ PIB (pouvoir d ’achat)
43
La consommation annuelle d ’Uranium
La consommation annuelle d ’Uranium
• consommation annuelle de l’ordre de 60 000 Tu/an, qui devrait varier entre 54 500 T et 80 000 T pour la période des années 2000 à 2015
• 40% des besoins sont actuellement couverts par les stocks «stratégiques» et le démantèlement des ogives nucléaires
• consommation moyenne de 36 000 T/an
Réserves prouvées de l ’ordre de 50 anspour un coût entre 40 et 80 $/ kg
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1994 1995 1996 1997 1998 1999
$ /Kg
Données: www.worldenergy.org/
44
Les grands producteurs de l ’électronucléaireLes grands producteurs de l ’électronucléaire
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TWh MWh/ hab.
1. Suède
2. France
3. Belgique
4575
7357,7
47,146,5
43,842,8
3936,43635,334,7
33,131,2
28,32625,3
21,119,8
14,410,4
97,1
5,53,9
2,71,41,2
0,1
434 réacteurs:•Amérique du Nord: 131
•Europe de l ’Ouest: 151
•Europe de l ’Est: 64
•Asie: 81
1999: 31 pays ont un parc nucléaire, production de 2291 TWh
• 7% de l ’énergie totale primaire
• 16% de l ’électricité mondiale
• 35% de l ’électricité de l ’Union européenne
• 75% de l ’électricité française
La «dépendance» nucléaire La «dépendance» nucléaire
% de la production d’électricité
% de la production d’électricité
Données: www.worldenergy.org/
46
Le nucléaire: (1999) projet de construction en MW
Le nucléaire: (1999) projet de construction en MW
forte densitéénergétique
forte densitéénergétique
47
Les nouveaux «gisements» énergétiques Les nouveaux «gisements» énergétiques
1. Énergies renouvelables • solaire (dont hydroélectricité)
• éolienne
• géothermique
• de la mer (chaleur, vague, marée, etc.)
• biomasse (plantations marines et terrestres)
2. Valorisation des énergies «résiduelles» (eaux usées, résidus solides et de biomasse)
3. Réduction des besoins par les économies d ’énergie
Hydrogène
48
L ’Hydrogène, fioul «fuel» du futurL ’Hydrogène, fioul «fuel» du futur
49
L ’Hydrogène, fioul «fuel» du futurL ’Hydrogène, fioul «fuel» du futur
• Une ressource «renouvelable»
H2O H2OH2
½O2
NOx
• Une ressource énergétique d’appoint abondante, nécessaire à la production d ’hydrogène
Des contraintesDes contraintes
• Des modes de distribution et de stockage
• La sécurité (le syndrome du zeppelin -grand ballon dirigeable)
• L’automobiliste : autonomie (km, km/h) entre deux «pleins»
• Le coût
50
Les ressources énergétiques renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie solaire
•Évaporation hydroélectricité
•Courants marinsturbines ancrées
•Gradients thermiques centrales thermiques à basse température
•Circulation générale des masses d ’air
•Précipitations hydroélectricité
•Vents Vagues systèmes oscillants
•Biomasse marine
•Biomasse terrestrebiotechnologies
•Évaporation hydroélectricité
•Capteurs solaires
AIR
MER
Rad
iati
ons
élec
trom
agn
étiq
ues
TERRE
Rad
iati
ons
phot
ons
UV
, vi
sibl
e, I
R
•Cellules photoélectriques
Effets thermiques
Effets météorologiques
Effets thermiques
Effets thermiques
Bioconversion
Fusion de l ’hydrogène au cœur du Soleil
51
Les ressources énergétiques renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie «lunaire»
MER
marées
TERRE
forces de tension dans le magma et le manteau terrestre
Attraction gravitationnelle
Radiations électromagnétiques réfléchies et polarisées, du soleil
RADIATIONSphotons UV,
visible, IR
centrale marémotrice
rythme des éclairements lunaires
biote
Rythmes biologiques des organismes vivants
Chez les humains?
52
Les ressources énergétiques renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie géothermique
Gradient thermique
sources géothermales
Fission des éléments radioactifs du cœur
Particules cosmiques et du vent solaire
Le champ magnétique terrestre nous protège des particules chargées qui s ’enroulent autour des lignes du champ. Ce phénomène, lors des «orages solaires» est à l ’origine des aurores
Radiations électromagnétiques IR
Attraction gravitationnelle
•T>1500C•centrales thermiques
•T< 800C
•chaleur sanitaire et serriculture
•T 3-9°C•valorisation par PAC
Poids (et chute) des corps sur Terre
• g= G MT/ R²T
• énergie cinétique de l ’eau
53
Les ressources énergétiques renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables
Le pouvoir calorifique des rejets solides domestiques
Composants Pouvoir calorifique(unité de 1010 joules /
tonne)matière organiquebois secpapier d’emballagejournauxsac plastiquepolyesterpneuspolystyrènepolyéthylène
0,231,251,71,852,63
3,44,144,64
Biomasse
vivante
• forestière
• agricole
• aquatique
«morte»
• tourbière
• résidus
fossile
hydrocarbures (charbon, pétrole, gaz)
plantation
résidus
plantation
résidus
Plantation d ’algues
Industriels
commerciaux
domestiques
Énergie de la biomasse
54
Les ressources énergétiques renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables
Énergie de la biomasse
Biomasse naturelle, de production, et de rejets : agricoles, commerciaux, domestiques, industriels et méthane des sites d ’enfouissement urbains
Valorisation globale Valorisation par fraction
Biodégradation Thermochimie
aérobie
humusCH4
anaérobieréduction
huiles
pyrolyse
char
oxydation
gaz
Hydrolyse
Sciences et techniques appliquées à la valorisation
de composés de la production végétale
Fermentation
éthanol
Thermochimie Sucres, acides, aldéhydes, etc.
55
Les technologies de valorisation des gisements «basses» températures
Les technologies de valorisation des gisements «basses» températures
Pompe: P
Turbine: détente de la vapeur, P
Échangeur de chaleur «haute» température: vaporisation du fluide, gain de chaleur latente
Échangeur de chaleur «basse» température: condensation du fluide, rejet de chaleur
COP=
Q2
W 1
Q2Q1
W
Compresseur, P et T
Détente du fluide, P et T
Échangeur de chaleur haute température:,
condensation du fluide, rejet de Q2
Échangeur de chaleur basse température: Q1 est pris au milieu extérieur pour vaporiser le fluide, gain de chaleur latente
La Pompe à chaleur: PAC Le Moteur thermique à
«basse température»
R=1- Tf /Tc
exemple du projet OTEC
Tf=273+3°; Tc=273+ 25°
R 7%
Tf
Tc
56
Production prouvée (année)
Production probable (année)
Hydroélectrique Solaire Éolien Géothermique Mers et océans
gradient thermique vagues marée motrice courants marins
Biomasse
0,026 faible faible faible
0 0
faible 0
locale (PVD)
0,14 0,1 0,1 0,1
1 (+) 0,1
0,01 0,01
?
Les flux annuels des ressources énergétiques renouvelables
Les flux annuels des ressources énergétiques renouvelables
Une année de consommation =Réserves estimées de la ressource
Consommation mondiale annuelle de toutes les énergies commerciales
2 1020 Joules
faible densitéénergétique
faible densitéénergétique
Stocker l ’énergie?
57
ÉNERGIE : les problèmes !
• La dépendance du pétrole
• L’épuisement des ressources
• La pollution
• La dégradation des relations humaines : du global (géopolitique) au local
58
La place des énergies renouvelables
Ça m’intéresse, no 267, mai 2003, p.29
Principalement le bois et l’hydraulique
59
La production d’électricité
Ça m’intéresse, no 267, mai 2003, p.29
Essentiellement
60
Plan de la présentationPlan de la présentation
L ’énergie
• une nécessité
• un champ notionnel
• des caractéristiques géo-politico-socio-économiques
• des problèmes environnementaux
STS.E•ERE/ FRE
• les stratégies de changement
• les outils de formation
une nécessaire sensibilisation aux enjeux du virage aux énergies renouvelables
61
L’ERE -FRE
Parce qu’un autre monde est possible
62
Le consommateur:la quête de la satisfaction
Le consommateur:la quête de la satisfaction
• Disponibilité des ressources et des services là où est le besoin concordance de lieu
instantanément concordance de temps
sous la forme désirée concordance à l’usage
en quantité suffisante concordance aux besoins
• Facilité d’utilisationsimple, fiable, encombrement minimumfacilité de stockage pour de grandes durées
• Coût modique• Inoffensif pour la santé du consommateur
le syndrome du «Pas dans ma cour»
Facteurs des impacts
environnementaux
de l ’énergie
63
Le virage énergétique: des contraintes
Le virage énergétique: des contraintes
• Accessibilité
• Autonomie
• Sécurité
• Environnement
• aux ressources
• aux procédés et innovations technologiques de production et de transformation
• capacité d ’assurer la sécurité des approvisionnements
• pollution et dégradation des biodiversités
• santé publique
• risques industriels
• de production, d’utilisation
• Pénurie • Coût
64
Le changement : opportunité d’amélioration, d’abord perçue comme un danger
• Accessibilité
• Autonomie
• Sécurité
• Environnement
Réductions de la
consommationChoix des fo
rmes
énergétiques
Changements des attitudes
et des comportements, des individus
des collectivités, entreprises
et des sociétés
65
Changement les comportements des individus
66
Organiser la participation de ceux qui veulent des changements
Organiser la participation de ceux qui veulent des changements
?
67
Les «mamelles» du changement Les «mamelles» du changement
• Accessibilité
• Autonomie
• Sécurité
• Environnement
IncitationÉducation: ERE & FRE
Coercition
Les élus
Les militants environnementaux
Tous
68
La boîte à outils des actions environnementales
La boîte à outils des actions environnementales
La démarche des (5)R V E(2)
Réduire
RéparerRéemployer Récupérer
Recycler Valoriser
Éliminer les risques
Techniques (Innovation): efficacité, adaptabilité, valorisation de particularités locales
Sciencesétudes des
• processus, • interrelations
• impacts
Sociétéschangements
• de comportements• d’attitudes• de valeurs
Éduquer
en amont: les ressources en aval: la pollution
69
Maîtrise des
besoins
RVE +
La boîte à outils des actions environnementales
La boîte à outils des actions environnementales
Gestion de la demande
Efficacité
Économies
Technologies appropriées au milieu et valorisation d ’alternatives
Autonomie
Changements d ’attitudes
Sciences et Innovations technologiques
Éducation: mieux (et moins) consommer pour une satisfaction optimale
Formation: faire plus avec moins
70
Les éléments d ’une stratégie québécoise du virage aux énergies «renouvelables»
Les éléments d ’une stratégie québécoise du virage aux énergies «renouvelables»
Réduction de la consommation individuelle, commerciale et industrielle
Décentralisation du processus d’élaboration des choix énergétiques
interdépendance des réseaux de production et de distribution
• réduction des impacts environnementaux aux échelles locale, nationale et continentale
• valorisation des ressources renouvelables locales
• vers l’autonomie régionale
• économies
• efficacité énergétique
Pour un développement communautaire de l’énergieLouis-Gilles Francoeur, Le Devoir 27/03/05, p. A-3
71
Congés de la construction
Une première proposition ? Une première proposition ?
Enquête près des étudiants lors des «partys» de début, milieu, fin de session et événements spéciaux
(Montréal)
réponse: plus de jours fériés!
Comment réduire la consommation d’énergie ?
72
Des données de l ’énergie solaire incidente :
•10 000 fois les besoins des humains
•6% plus d ’illumination l’hiver (le nôtre) que l’été
Un paradoxe, sous forme de Lapalissade:
•C’est l’hiver qu’il fait froid
Un constat:
• La puissance moyenne P(w/m²) du Soleil, les surfaces libres disponibles S et le nombre d’heures exploitable (t) sont faibles à Montréal
•Par conséquent, la cueillette d’énergie solaire est limitée:
E= P(w/m²). S . tQuel espoir déçu!Quel espoir déçu!
Beaucoup de promesses
Beaucoup de promesses
L ’énergie Solaire:l ’énergie des paradoxes
L ’énergie Solaire:l ’énergie des paradoxes
73
C ’est l ’hiver qu ’il fait froid C ’est l ’hiver qu ’il fait froid
0
100
200
300
400
500
600
700
800
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
JanvierFévrierMarsAvrilMaiJuillet
Pu
issa
nce
sol
aire
(W
/m²)
Heure du jourÀ Montréal
Janvier Juillet Décembre
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Juillet
Puissance à midi
Limite du Confort thermique
• Ensoleillement: < 45% de la journée
•Taux de cueillette maximale < 23% du temps
L ’énergie SolaireL ’énergie Solaire
• Nombre d ’heures/année: 8760 h
• Nombre d ’heures de jour 4400 h
• Nombre d ’heures d’ensoleillement
2000 h (Montréal)
Le stockage? • au quotidien• saisonnier
75
L ’énergie éoliennePuissance
kW/ m² de surface4 14,45 186 21,67 25,28 28,89 32,410 3611 39,612 43,213 46,814 50,415 5416 57,617 61,218 64,819 68,420 7221 75,622 79,223 82,824 86,425 9026 93,627 97,228 100,829 104,430 108
0
2
4
6
8
10
12
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
m/s
Théorie: P = ½ v³³
= 1,226kg/m³
m/ s km/ h
danger
76
L ’énergie éolienneL ’énergie éolienne
P x 10 kW
expérimental
calculé
L’art du possible
L ’éolienne une mécanique de précision et de stress, comme une aile d ’avion
Une grande éolienne produit, pour sa durée de vie, de 50 à 80 fois plus d’énergie qu ’il n ’en a fallu pour la construire
77
L ’énergie éolienne:l ’énergie «québécoise»
L ’énergie éolienne:l ’énergie «québécoise»
Vitesse du vent (m/s)
Nom
bre
d ’
heu
res
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Cas des îles de la Madeleine, puissance annuelle pour une vitesse du vent donnée
(total de près de 8400 heures de vent)
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
300 000
350 000
400 000
Pu
issa
nce
(W
/m²)
Zone optimale d ’une éolienne
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Mois de l ’année
juillet
décembrejanvier
Stockage?
78
L ’énergie géothermique:l ’énergie «oubliée»
L ’énergie géothermique:l ’énergie «oubliée»
9°C8°C
7°C
5°C
4°C
7°C
Gradient naturel sous 20 m de sol:
• 1°C/30m
Il faudrait donc forer jusqu ’à 4,5 km pour atteindre des températures de l ’ordre de 150°C, ce qui est irréaliste. De plus, Il faut utiliser la technique du doublet géothermique de façon à retourner les eaux souvent corrosives
Le coût des forages serait prohibitif, voilà pourquoi il faut profiter des affleurements «géothermiques»
Les plus grands «gisements» de calories sont ceux de «basses» températures:
• nappes phréatiques,
• lacs et des rivières
• eaux usées des usines d ’épuration
• fluide de capteurs solaires etc.
Ces sources de chaleur ne peuvent être utilisées que par une technologie de valorisation adaptée aux conditions locales.Les isothermes des eaux
souterraines au Québec Pas de problème de stockage !
79
L ’HydroélectricitéL ’Hydroélectricité
Ça se discute !
Une concertation dans le cadre de l ’approche du «bassin versant»
une vision continentale?
• exportation d’énergie électrique
• valorisation par la production d’hydrogène
• amélioration de la qualité de l’air
• revenus
des mini aux méga-centrales ?
80
Le nucléaireLe nucléaire
• la valorisation de grandes réserves d’uranium (Australie, Kasakhstan, Canada)
• l’amélioration de la qualité de l’air
• le bouclier canadien, un «cimetière» mondial des résidus nucléaires
• des régions de sous développement économique offrant des sites propices pour les centrales: Abitibi, Gaspésie et Côte Nord
• le savoir faire (expertise)
• une nation pacifique
La production d’hydrogène
Pour la terre entière
Ça se discute !
Ça se discute !
81
Le Québec:
Le secret le mieux gardé ?
c’est le paradis sur Terre !
Revenons aux nécessités de la vie: énergie, eau, amour
• de l’énergie ?
• de l’eau ?
• de l’amour
CHUT!
oui
oui
?