Sujet parallèle à : [DOSSIER] Discussion sur l'évolution & potentiel des EnR
[NOTE PRÉALABLE #1 : Difficile de choisir où poster ce sujet car il peut coller à "écologie", "vie de tous les jours", "économie", "technologie", etc. Car c'est bel et bien un sujet qui touche tout cela à la fois ![/NOTE]
[NOTE PRÉALABLE #2 : Merci à tous les "pro-quelquechose" et "anti-quelquechose" de passer leurs chemins ou de réagir dans ce fil de discussion en argumentant et sans dogmatisme. Merci aussi aux trolls de passer définitivement leurs chemins. Enfin, merci aux modos & admin de bien vouloir virer de potentiels messages inutiles/insultants/scatos...[/NOTE]
[NOTE PRÉALABLE #3 : Je ne suis pas expert dans le domaine des énergies, loin de là. J'essaie juste d'apporter quelques informations tirées au fil du web (sources confirmées pour toutes !). N'hésitez donc à me MP pour toute potentielle erreur, commentaire ou ajout que vous souhaiteriez faire aux informations données sur ce message. D'avance, merci !
Ps : je ferai évoluer ce post au fur & à mesure ![/NOTE]
A - Objet de ce poste
L'idée est simplement de faire un point sur le mix énergétique en France et plus largement dans le monde.
Puis, d'étudier les différentes sources d'énergies le composant : intérêts, inconvénients, technologies, etc.
Ensuite, pourquoi ne pas discuter du mix énergétique de demain ?

B.1 - Le Mix Energétique.
Tout d'abord, qu'est ce que le mix énergétique (aussi appelé bouquet énergétique) ?
C'est la proportion (généralement présenté en pourcentage) des différentes sources dans la production d'énergie / ou dans la consommation d'énergie.
B.2 - Les différentes sources d'énergie.
Les principales sources d'énergie composant ce mix sont les suivantes :
* Énergie nucléaire
* Charbon
* Pétrole
* Gaz naturel
* Hydroélectricité
* Biomasse
* Énergie éolienne
* Énergie solaire thermique
* Énergie solaire photovoltaïque
* Géothermie
* Hydrogène
Ci-dessous un tableau reprenant ces différentes énergies, leurs formes et les limitations de celles-ci :

On notera déjà qu'il n'existe pas d'énergie "miracle". Il faut donc savoir gérer de manière rationnelle le mix énergétique d'un pays en fonction de ses ressources naturelles, technologiques, géopolitiques, etc.
C.1 - Mix énergétique français
Tout d'abord, àmha deux graphiques sont intéressants à étudier lorsqu'on parle du mix énergétique français.
Tout d'abord, celui de la consommation d'énergie primaire :
Puis celui concernant la production d'électricité (la consommation étant plus faible, la France étant excédentaire) :

On note que la production d'électricité en France est très fortement dépendante du Nucléaire (environ 80%).
Fut-ce toujours le cas ?
Non, ce fut un choix des années 80' comme le montre ce graphique :

Pour information complémentaire :
On remarquera que la part des ENR (Hydraulique, éolien et photovoltaïque, ...) n'a pas cessé de diminuer depuis ces années là.Entre 1973 et 2004, la part du nucléaire dans notre consommation est passée de 2% à 41%. Notre consommation en énergies fossiles s'est réduite mais demeure supérieure à 50%.
C.2 - Bouquets énergétiques électrique en Europe

Je rajouterai à ce commentaire que si la France est juste derrière la Suède en énergie décarbonée, la Suède a une part de nucléaire plus faible et une part d'ENR plus importante. Notons néanmoins que la population de la Suède est bien moindre !Dans cet échantillon, on remarque que, grâce à son parc électronucléaire et sa production hydroélectrique, la France fournit un kWh faiblement carboné et dispose donc d'un grand avantage par rapport à ses voisins européens. Moins de 10 % de la production d'électricité française proviennent de sources fossiles. En Europe, les mix énergétiques sont très variés, et, de fait, la teneur en carbone aussi. Par exemple, l'Autriche a un parc majoritairement hydraulique alors que la Pologne a un mix énergétique essentiellement à base de charbon. La France se situe en deuxième position en termes de production à partir d'énergie décarbonée juste après la Suède.
D.1 - Énergie nucléaire
Ce type d'énergie est né dans les années 70' pour la production d'électricité civile.
Elle a de tous temps été très critiqués et génèrent généralement débats dogmatiques.
Intérêts / Inconvénients ?
L'un des premiers buttoir pour un pays désireux d'avoir une part de nucléaire dans son mix énergétique est bien entendu l'investissement initiale nécessaire pour la construction et la mise en route d'une centrale nucléaire. Cela nécessite aussi bien entendu un aspect formation à cette technologie extrêmement complexe (uranium, ...).
Néanmoins, une fois cet obstacle (et non des moindres) franchit, le coût d'exploitation par kilowatt produit est le plus faible : autrement dit, c'est une énergie peu couteuse sur le (très) long terme. Un pays qui investit dans cette technologie le fait donc dans une vision à très long terme et ne peut en changer sans conséquences financières considérables.
L'uranium, matière première nécessaire à cette source d'énergie est globalement peu couteux en comparaison aux autres types de matières premières (fossiles, ...) ; rapporté au kilowatt produit.
Enfin, il est intéressant de noter que l'énergie nucléaire permet aux pays possesseurs d'avoir une certaine indépendant énergétique nationale ; ce qui n'est pas à négliger d'un point de vue géopolitique et géostratégique.
Reste que cette source d'énergie n'est aujourd'hui pas encore totalement maitrisé (voire maitrisable) et peuvent entrainer de très graves conséquences en cas d'accident industrielle. (Cf. Tchernobyl, Three Miles Island ou encore le Japon actuellement).
Heureusement, ces accidents sont rares. L'une des préoccupation majeure néanmoins est dans l'entretien des parcs de centrales nucléaires, aujourd'hui soumis à des contraintes économiques dues à la privatisation de certaines filières et aux difficultés économiques de pays possesseurs de cette source d'énergie.
En France ?
On l'a dit, l'énergie nucléaire représente 80% de l'énergie consommée sous forme d'électricité et environ 42% de l'énergie brute. Ce mix énergétique fait suite à une politique des années 80' motivé par l'indépendance énergétique.
La France dispose du second parc de réacteur nucléaire au niveau mondial, après les USA ; et reste un pays à la pointe de ces technologies.
Dans le monde ?
En 2009, 439 réacteurs fonctionnent dans 31 pays différents dans le monde.
La part de l'électricité nucléaire dans la production d'électricité totale est descendue à 14% en 2009 (cf. tableau ci-dessous). Le premier parc national de centrales nucléaires est celui des États-Unis (104 réacteurs nucléaires pour une puissance de 99 GW), puis de la France (59 réacteurs nucléaires pour une puissance de 63 GW). En proportion, la Lituanie est le second pays le plus dépendant de l’énergie nucléaire, avec 69,6 % de son électricité produite à partir du nucléaire selon l’AIEA, la France venant en première position avec 78 % de son électricité produite à partir du nucléaire[1]. La production d’énergie nucléaire en Chine est en progression rapide à partir du milieu des années 2000. En 2004, elle est de 50 TWh[2].Actuellement elle dispose de 13 réacteurs d'une puissance de 10,8 GW et vise 40GW pour 2020.

D.2 - Énergies fossiles (Charbon, Pétrole, Gaz)
Intérêts / Inconvénients ?Est "combustible fossile" tous les combustibles riches en carbone — essentiellement des hydrocarbures — issus de la décomposition anaérobie d’êtres vivants morts et enfouis dans le sol depuis plusieurs millions d’années, jusqu’à parfois 650 millions d’années. Il s’agit du pétrole, du charbon et du gaz naturel.
Rapidement, car connus de tous...
Les inconvénients sont les plus évidents (pourtant pas forcement ceux à mettre en avant d'abord) :
- Tout d'abord, elles sont limitées et donc non renouvelables (comme le nucléaire) ! Selon certaines études, on parle de 200 ans. D'autres indiquent quelques décades...
- Ensuite, elles polluent énormément aussi bien lors de leurs extractions que lors de la production d'énergie (centrales thermiques, ...). Les rejets liés à l'utilisation des combustibles fossiles entraîne des impacts environnementaux (air, couche d'ozone, etc, etc.)
Leurs intérêts ?
- Nous ne pouvons dans l'immédiat nous en passer. Pour les principales :
# Le pétrole : environ 35 % de l’énergie consommée dans le monde en 2002.
# Le charbon : environ 25 % de l’énergie consommée dans le monde en 2002.
# Le gaz naturel : environ 20 % de l’énergie consommée dans le monde en 2002.
- L'autre intérêt évident est le coût de production de l'énergie relativement faible par rapport à d'autres sources plus propres.
- Enfin, leurs utilisations sont historiques et nous permettront un jour peut-être de passer à des sources d'énergies plus respectueuses de l'environnement !
D.3 - ENR : Énergies renouvelables (Éolien, Biomasse, Solaire, Géothermie, Hydroélectricité)
Ces énergies sont renouvelables et généralement moins polluantes que les énergies non renouvelables (fossiles et nucléaires). Attention ! Elles restent elles aussi malgré tout polluantes (par l'extraction des matières premières ou par la production du "module" de création d'énergie), dans des proportions généralement moindres néanmoins.
En 2009, la production d'énergie renouvelable atteignait 19 Mtep soit près de 14% de la production d'énergie française (indigène).
On peut noter que le bois et l'hydraulique représentent encore plus de 75% de la production d'énergies renouvelables en France, malgré une forte poussée de l'éolien (+40% en un an) et surtout des agrocarburants (+78%).

Note : L'UE a décidé de produire 20 % de son électricité en énergie renouvelable, propre et sûre d’ici 2020.
D.3.a - L'Éolien
En France ?
Le potentiel français en terme d'éolien est le second en Europe !
Pour revenir aux faits (et non pas aux projections), on comptait sur notre territoire français quelques 3352 éoliennes en Octobre 2010. Fin décembre 2010, l'objectif était à 3500.Si ce potentiel était mobilisé en 2040, il représenterait alors 31 % de la consommation française prévisible d’électricité. Cette production de 200 TWh/an pourrait se répartir comme suit :
* 8000 éoliennes offshore de 5 MW sur 40 grandes centrales installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales d'eau de 200 m ;
* 8000 éoliennes terrestres de 3 MW, soit moins du quart du nombre de pylônes très haute tension (400 kV) installés en France (qui mesurent 50 à 55 m de haut - et jusqu’à 100 m dans les zones vallonnées, contre 80 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).
Ceci se fait dans le cadre de l'objectif de 500 éoliennes installées par an, et ce depuis 2007.
Quelques données complémentaires :

La puissance éolienne installée au 1er octobre 2010 est de 5 322 MW en France dont 5 238 MW en France métropolitaine et 84 MW dans les DOM-COM.

D'un point de vue technologique ?La puissance installée est répartie de manière homogène sur l’ensemble du territoire, avec cependant des quantités plus faibles dans le quart sud-ouest de la France, l’Ile-de-France, la Bourgogne ou la Franche-Comté, en raison d’un gisement de vent moins important.
Les avancées technologiques se traduisent par une augmentation rapide et constante de la puissance unitaire des éoliennes installées,
comme l’illustre la figure ci-dessous. Ainsi, leur puissance moyenne a augmenté chaque année d’environ 200 kW par éolienne pour se stabiliser autour de 2 MW depuis 2008, passant de quelques centaines de kilowatts au début des années 2000 à près de 2 MW par éolienne en 2010.

Plus d'informations sur toutes ces données ici.
Nous n'avons pas parlé ici de l'éolien off-shore qui peut être très intéressant !
Malheureusement, selon une source personnelle travaillant à l'IFP, la France est au point mort sur ce sujet depuis 2009 (alors que parti sur d'excellentes bases, les R&D se sont arrêtées (trop) rapidement).
D.3.b - Biomasse
La biomasse correspond à l'ensemble des matières organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou fongique pouvant devenir source d'énergie par combustion. La principale est bien entendu le bois ! Autrement dit, c'est la plus ancienne source d'énergie historique (la cuisson au feu de bois).
Cette source d'énergie représentait en 2009 la première énergie renouvelable en France (de loin).
Cette énergie est considérée comme renouvelable et soutenable tant qu'il n'y a pas surexploitation de la ressource, mise en péril de la fertilité du sol, tant qu'il n'y a pas de compétition excessive d'usages (des terres arables, de l'eau), ni d'impacts excessifs sur la biodiversité, etc.
Malgré ses apparents nombreux intérêts, il existe bien entendu des inconvénients.
A savoir tout d'abord, les coûts d’équipement et les frais d’exploitation qui sont encore plus élevés que les autres combustibles fossiles & nucléaires. De plus, le chauffage (60% de la consommation d'électricité en France) au bois garde toujours une mauvaise image : énergie du passée et perçue – à tort – comme une énergie épuisable et polluante
Plus d'infos par ici.Aujourd’hui, près de 10 millions de tonnes équivalent pétrole (Mtep) de biomasse sont utilisées pour la valorisation énergétique. Or, du fait de la faible performance du parc d’équipements français, cette consommation ne génère qu’une production de 5 Mtep d’énergie utile. Selon l’institut des bioénergies Itebe, les voies à développer sont la cogénération et les chaudières très performantes, qui permettent d’obtenir des rendements de 70 à 85 %. À l’avenir, le potentiel de ressource en biomasse mobilisable pour une valorisation énergétique est de l’ordre de 20 Mtep, et le besoin énergétique total français s’élève à 100 Mtep. Selon l’option d’efficacité choisie, la biomasse pourrait donc couvrir jusqu’à 16 % des besoins français d’électricité et de chaleur.
D.3.c - Hydraulique
Cette énergie est elle aussi très ancienne puisque utilisée par l'homme depuis des millénaires : moulins au fil de l’eau, bateaux à aubes,...
Cette énergie est produite par la transformation de l'énergie cinétique de l'eau en énergie électrique par l'intermédiaire d'un rotor d'alternateur relié à un ensemble mécanique situé autour de la roue motrice, la turbine. La quantité d'énergie extraite de l'eau retenue derrière un barrage dépend du volume d'eau et de la hauteur de chute.
Elle représente dans le monde 16% de la production électrique. Elle est ainsi en Europe la troisième source de production électrique et elle est amenée à se développer dans les années à venir. En France, cette énergie représente 15% de la production électrique.
Ce développement rencontre néanmoins des contraintes... entre autre écologiques !
En effet, cette énergie est l'une des plus difficiles à développer en France du fait des réglementations protégeant les cours d'eau qui limitent fortement l'ouverture de nouveaux sites de production ; principalement sur les cours d'eau protégés, nombreux en France. A cela s'ajoute les droits de propriété privée sur les berges, etc.
Plus d'informations.
D.3.d - Solaire
Deux types :
- L'énergie solaire thermique qui est la transformation du rayonnement solaire en énergie thermique. Cette transformation peut être soit utilisée directement (pour chauffer un bâtiment par exemple) ou indirectement (comme la production de vapeur d'eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir une énergie électrique).
-L’énergie solaire photovoltaïque qui est une énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire, capté par une cellule photovoltaïque. Cette installation produit de l'électricité qui peut être consommée sur place ou alimenter un réseau de distribution.
L'énergie du soleil est évidement renouvelable et inépuisable.
Ce qui bloque aujourd'hui le développement de cette source d'énergie (photovoltaïque) est son coût !
Néanmoins...Aujourd’hui, le prix de l’installation sans aide publique rendrait le coût du kilowattheure photovoltaïque bien plus élevé que celui du kilowattheure hydraulique ou fossile.
A long terme, deux paramètres sont à prendre en compte. D’abord le prix de l’électricité : pour un pays comme la France, où elle est bon marché, le retour sur investissement est long. Au Japon, où elle est deux fois plus chère, on peut y trouver un intérêt, puisque ce temps de retour est divisé par deux. En outre à l’avenir, au vu des enjeux environnementaux, le prix de l’électricité “ordinaire” continuera d’augmenter. Deuxième paramètre, le coût des panneaux a diminué de 5 % par an depuis vingt ans et cette baisse devrait continuer. Les recherches actuelles ont pour principal enjeu de faire baisser les coûts de façon plus nette. C’est pourquoi, les deux courbes, augmentation de l’électricité, d’un côté, et baisse du prix de l’installation, de l’autre, finiront par se rejoindre dans quelques années pour faire du photovoltaïque une énergie compétitive qui pourra se passer d’aide publique.
Quelques infos complémentaires :Aujourd’hui, la part du photovoltaïque dans la production totale d’électricité est anecdotique. Malgré des taux de croissance de l’ordre de 30 % depuis quelques années, elle représente 0,5 % de la production électrique en Allemagne. Lui donner une part significative dans la production d’électricité exige un soutien politique important pendant encore quelques années. À cette condition, les projections les plus optimistes (Epia, Greenpeace) estiment que le photovoltaïque sera en mesure de fournir 16 % de la demande d’électricité mondiale à horizon 2025, et 24 % d’ici à 2040.

Le gisement solaire en France
D.3.e - Géothermique
La géothermie est l’exploitation de la chaleur stockée dans le sous-sol.
Il existe là aussi différents types d'énergie géothermiques, tout comme pour le solaire. Retenons la production d’électricité et la production de chaleur.

Dans le cas présent, nous allons nous intéresser à la production d'électricité (bien que la production de chaleur est complémentaire, car 60% des besoins électriques en France sont à incomber aux particuliers, un fort pourcentage au chauffage de leurs habitations).
La production d’électricité géothermique, donc, consiste à convertir la chaleur des nappes aquifères haute température (de 150 à 350°C) à l’aide de turboalternateurs. Si la température de la nappe est comprise entre 100 et 150°C, il est également possible de produire de l’électricité en utilisant la technologie du cycle binaire. Dans ce cas, un échangeur transmet la chaleur de la nappe à un fluide (isobutane, isopentane, ammoniaque) qui a la propriété de se vaporiser à une température inférieure à celle de l’eau.
En France ?
La France se situe au 3ème rang européen en termes de capacité géothermique installée. Trois principales filières sont concernées : celle des pompes à chaleur pour les usages domestiques et le tertiaire, celle des réseaux de chaleur destinés au chauffage collectif et celle de la production électrique, principalement dans les DOM. Le Grenelle de l’Environnement prévoit que la géothermie contribuera en 2020 au mix énergétique français à hauteur de plus de 1,3 million de tonnes équivalent pétrole.

Plus d'infos ici ou ici.Sur l’ensemble de son sous-sol, notre pays recèle un potentiel géothermique très important, dont seule une infime partie est aujourd’hui exploitée, que se soit par la géothermie basse énergie ou par les pompes à chaleur (géothermie très basse énergie).
D.3.f - Hydrogène
« L'eau, décomposée en ses éléments par l'électricité […] sera un jour employée comme combustible […] L'Hydrogène et l'oxygène qui la constituent, utilisés isolément où simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables. », Jules Vernes, l’Ile mystérieuse, 1874.
Une technologie potentielle mais qui n'a pas le même poids sur le moyen/long terme que les ERN précisées ci-dessus.L’hydrogène est un gaz non toxique et très énergétique capable de produire de la chaleur et de faire fonctionner des moteurs par combustion directe (moteurs à combustion interne) avec de l’eau pure comme résidu. Il peut même produire directement de l’électricité dans les piles à combustible avec, là encore, comme seul résidu, de l’eau. Mais l’hydrogène ne se trouve dans la nature qu’à l’état combiné, surtout dans l’eau et les hydrocarbures, il est donc nécessaire de le produire et en cela, comme l’électricité, il n’est pas à proprement parler une énergie mais seulement un vecteur d’énergie.