DIAGNOSTIC ENERGETIQUE Economies dénergie Licence professionnelle E2D2

DIAGNOSTIC ENERGETIQUE

Economies d’énergie

Licence professionnelle

E2D2

Diagnostic énergétique : Pourquoi ?

• Raréfaction des énergies fossiles

– Système fermé !

+100 Millions /an !

+ 210 Millions de TEP /an !


Même avec le charbon, une croissance de 2% de la consommation d’énergie fossile ne « passe pas » le

siècle (pic tous fossiles au plus tard entre 2050 et 2100, dans tous les cas de figure).Source : Jancovici, 2007 Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME


• Impact visible sur l’environnement mettant en péril notre survie sur terre

Diagnostic énergétique : Dans quel cadre ?

• Objectifs de maîtrise des coûts (facture énergétique)

• Démarche de management environnemental, DPE, BC et politique d’amélioration continue

• Projet de remplacement de matériel en fin de vie, de réhabilitation de patrimoine

• Projet d’extension ou de rénovation, création de nouveaux sites

L’énergie : formes et unités

• Énergie = travail que peut fournir une force en action = N.m = Joule

• Puissance d’un système = capacité à échanger une énergie en un temps donné

P = énergie /tempsen Joule /s = Watt

• Energie primaire : potentiel énergétique de la ressource naturelle– Pétrole brut au fond de son puits, charbon dans la mine

mais aussi minerai d’uranium, vent, réserve d’eau, flux solaire.

• Energie finale : ce que j’arrive à exploiter et à livrer (énergie commerciale)– Produits pétroliers à la pompe, charbon de bois,

électricité

• Energie utile : ce que j’en fais…d’utile– Energie mécanique d’un moteur, flux lumineux d’une

lampe, chaleur, etc.

Energies : Différents stades de transformation

Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

De l’énergie primaire à l’énergie finale

Moi consommateur : je paye

Mais physiquement que se passe-t-il?

Pertes production

fuites

Pertes en ligneCoût énergétique

extraction

Rendement


11,7 Gtepprimaire

Pétrole34,3%

Autres0,4%

Hydroélectricité2,2%

Nucléaire6,5%

Gaz naturel20,9%

Charbon25,1%

Biomasse10,6%

8,1 Gtep final

Gaz naturel16,0%

Biomasse et déchets13,7%

Charbon8,4%

Produits pétroliers42,3%

Electricité19,6%

L’ENERGIE FINALE(ma facture)= +

L’ENERGIE PRIMAIRE(le prélèvement aux

ressources)

De l’énergie primaire à l’énergie finale

Monde 2006

31% 69%Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

De l’énergie finale à l’énergie utile

Utile

Energiemécanique

Energielumineuse

Energiethermique

Energiemécanique

EnergiethermiqueCarburant

Finale

Electricité

De l’énergie finale à l’énergie utile

Energie mécaniqueÉlectricité > 90 %

Energie lumineuseÉlectricité < 15 %

Air comprimé Energie mécanique < 20 %

Carburant

Carburant

Energie mécanique

Energie thermique


~ 30 %

> 80 %

Etiquettes du DPEC

onso

mm

ati

on

én

erg

éti

que e

n

kWh

EP/m

2.a

n

Em

issi

ons

de g

az

à e

ffet

de

serr

e e

n k

g C

O2/m

2.a

n

• SI : Energie = joule = watt.seconde

• A l’échelle du citoyen :– Litre de carburant– Stère de bois – m3 de gaz– kWh électrique

• A l’échelle d’un pays ou planétaire :– TEP, MTEP ou GTEP– TWhélec

Energies : Différentes unités

1kWh = 36OOkJ (1 kcal = 4,18 kJ) 1 TEP = 11626 kWh = 7,33 barils

1MWh = 0,086 TEP

• Pétrole 1t = 1 TEP• GPL 1t = 1,095 TEP• Carburants liq 1t = 1,048 TEP• Gaz naturel 1t sur PCS = 1,117 TEP• Houille 1t = 0,619 TEP• Bois 1 t = 1,7 stère = 0,257 TEP

• Electricité 1000 KWhe = 0,2606 TEP ou = 0,267 TEP

1- Observatoire : 33%2- Office statistique des communautés européennes : 32,2%

Equivalence d’énergie

Que peut-on faire avec un kWh ?

Combien ça coûte un kWh ?

Combien de CO2 dans un kWh ?

Qu’est-ce qu’un kWh ?

Pour économiser….Il faut d’abord apprendre à

compter !


http://images.google.fr/imgres?imgurl=http://www.dqmonnaies.com/img_pieces/10_centimes_d_euro_pile.jpg&imgrefurl=http://www.dqmonnaies.com/pieces-ventes.php%3FNbDeb%3D162%26list%3Dor&usg=__S7DJAD-i3uHyH-uEUSRbB_rgnuM=&h=273&w=273&sz=10&hl=fr&start=1&um=1&tbnid=M-I38jZgNZAG4M:&tbnh=113&tbnw=113&prev=/images%3Fq%3D10%2Bcentimes%2Beuro%26hl%3Dfr%26rlz%3D1W1GGLL_fr%26sa%3DN%26um%3D1


Que peut faire un kWh (utile) ?

Combien de CO2 par kWh (final) ?

Qu’est-ce qu’un kWh (final) ?

Electricité : cuire une tarte !Mécanique : remonter 360 tonnes de sable d’un mètre

Carburant, gaz, électricité, bois, etc…Mais pas le travail mécanique humain !

Electricité : entre quelques grammes et 1 kg Combustibles : entre 0 et 600 g

1 gobelet d’essence300 g de bois sec2 boulets de charbon (pour ceux qui s’en souviennent !)….mais….18 m3 d’eau qui chutent de 20 mètres

Quelques ordres de grandeur

Combien ça coûte un kWh (final) ?



Production et consommation !!

Quelques ordres de grandeur ! ! ! !

- 1 homme travaillant 8h produit 0,05 kWh d’énergie méca- 1 l d’essence produit 5 kWh soit 800h d’hommes- 1 français consomme 4,6 TEP/an soit 53500 kWh/an soit

l’équivalent de 106 journées de travail humain (2700 ans)- La consommation moyenne mondiale est de 1,7 TEP/an- 1TEP = chute de 10m de 426000 t d’eau = fission de 0,5g

U235

Prix des énergies en euros/100 KWh

Informations actualisées sur l’Observatoire de l’énergie :

www.developpement-durable.gouv.fr

Fioul domestique 8,93

Chauffage urbain 6,60

Propane 11,72

Charbon 6,75

Bois bûches 0,5m 3,60

granules vrac 5,18

Electricité simple tarif ~15,00

double tarif ~12,00

Gaz de ville ~10,10

http://www.developpement-durable.gouv.fr/

Le diagnostic énergétique-méthodologies

• Analyse de la situation énergétique actuelle de l’entité (bilans énergétiques)

• Mesures physiques sur site (puissances, débits, températures, relevés compteurs, factures énergétiques)

• Quantification des potentiels d’économies d’énergie

• Définition d’un plan d’action hiérarchisé et chiffré pour la mise en œuvre de ces actions

Exemple de déroulement d’une étude énergétique

Etape Travaux en BET

Travaux sur site

par entreprise

Collecte données et examen sur place

Préparation des documents et questionnaires

Préparation campagne de mesures

Visite préliminaire :

Sensibilisation des intervenants Organisation de travaux

Visite intermédiaire / relevés

Examen sur place : recueil de données campagne de mesures examen installation étude de bilans

Préparation données et relevés

Aide matérielle, études et données

Déroulement d’une étude énergétique La phase diagnostic

Etape Travaux en BET

Travaux sur site

par entreprise

Analyses et évaluation économies d’énergie

Analyse et évaluation économies d’énergie : -réduction des pertes –mode d’exploitation –système de gestion -liste des actions possibles

Discussion avec les exploitants

Analyse et critique des propositions

Décision sur le plan directeur préliminaire

Conclusion et programme d’actions

Etablissement rapport et plan : -évaluation économique des solutions proposées -création de projets de plan directeur -intégration des objectifs de l’entreprise

Discussion avec les services concernés et direction

• Répertorier les parois : surface, coef d’échange K (W/m2°C)déperdition d’une paroi d(W/°C) = K.S

• Estimer le renouvellement d’air : Van = 0,5 Vh ou Vh…déperdition due à l’air neuf dan(W/°C) = 0,34.Van

• Calculer le total des déperditions par degré d’écart avec l’extérieur Sd = W/°C

• Déterminer les DJU (degrés jour unifiés)• Calculer la consommation annuelle d’énergie de

chauffage : C = Sd . DJU. 24 /1000.hch en kWh/an

• Estimer ou calculer la consommation annuelle d’énergie d’ECS.

• Exprimer ces énergies en énergie primaire : CTp

• Calculer la consommation annuelle par m2 (étiquette 1) : CTp/Sh

Exemple de diagnostic énergétique d’un bâtiment

Qualité du bâtiment : Etiquettes du DPE

Conso

mm

ati

on

én

erg

éti

que e

n

kWh

EP/m

2.a

n

Em

issi

ons

de g

az

à e

ffet

de

serr

e e

n k

g C

O2/m

2.a

n

• Isolation thermique de parois• Changement de menuiseries sv pour dv ou tv• Ventilation contrôlée double flux• Chauffe eau solaire….

Propositions d’améliorations

possibles

Chiffrage du coût de la modification

Coût annuel des économies d’énergies réalisées

Détermination du temps de retour

Le diagnostic énergétique-typologies de recommandations

• 1) Actions sur les comportements : sensibilisation, gestion, suivi (management)

• 2) Optimisation des conditions d’exploitation (point optimal, régulation, programmation…)

• 3) Maintien en état de l’existant pour en garantir les performances (cycle d’entretien, remplacement)

• 4) Investissements significatifs : actions sur enveloppe thermique, modification du schéma, récupération sur chaleurs fatales, recours aux ENR…

Optimisation des conditions d’exploitation

>> Point optimal de fonctionnementMinimiser le coût opératoire énergétique unitaire d’un

produit par substitution chaleur/force

>> Domaines d’applications- papeteries, sucrerie : pressage / séchage- sidérurgie : chauffage / laminage…- transport de fluide : chauffage / pompage- turbulence : transfert th / perte de charge

Matière première

Traitement 1 Traitement 2M X P

Q W

Optimiser la quantité (Q + W) /kg de produit fini

XXopt

Q(X)

W(X)

ET =W(X) + Q(X)

Co

nso

mm

atio

n d

’én

erg

ie

ETmin

Méthodologie

• 1) Modélisation en fonctions puissances :

Q=A.Xa W=B.Xb

A, B, a et b obtenus par des relevés de mesures

• 2) Energie totale finale :

et

1

.

.

A

BXopt XBXAEt ..

• 3) Energie totale primaire :

Rendements de conversion :

Primaire thermique hQ = 0,8Primaire électrique hW = 0,34

etwQ

XBXAEp

..

1

.

..

.

A

BXopt

W

Q

• 4) Optimum monétaire :

Prix unitaire des énergies finales (€/TEP ou €/kWh):

Energie thermique pQ Energie électrique pW

et XBpXApC WQET ....

1

.

..

.

Ap

BpXopt

Q

W

Optimisation d’un fonctionnement

• Séchage de pulpe de betteraves :• Problème : chercher les optimums énergétiques et financiers du pressage-

séchage de la pulpe de betterave dans deux cas : l’électricité est achetée à EDF ou bien, elle est autoproduite.

• Utilisée pour l’alimentation du bétail, la pulpe de betterave appauvrie en sucre a une siccité (pourcentage de matière sèche par rapport à la masse totale) initiale de x0 = 6% et doit être amenée à une valeur finale de 88%. Le traitement est assuré par deux opérations, le pressage jusqu’à une siccité intermédiaire x puis le séchage thermique jusqu’à xf = 88%. La pulpe sèche porte le nom de pellets.

• Données du problème :• Les données expérimentales fournies par les sucreries pour des siccités

intermédiaires allant de 10 à 20% nous conduisent aux expressions d’énergie :aux pressoirs W = 1,95 104 x4,36 en kWhe /t de pelletsaux séchoirs Q = 0,05 x-1 – 0,057 en tep/t de pellets D’autre part le fonctionnement des séchoirs consomme pour la rotation des tambours une quantité d’énergie indépendant de la siccité et dont la valeur moyenne est de 0,006 tep/t de pellets.

• - Electricité achetée à EDF : facteur de conversion 0,27 tep/1000kWhe prix 0,03 euro/kWhe

• - Electricité autoproduite : facteur de conversion 0,124 tep/1000kWhe prix 91,5 euro/tep

>> Cycle optimal d’entretien d’un équipement

>> Cycle optimal de remplacement d’un matériel

Maintien en état de l’existant

Fatigue et usure

Rendement h

ho

Durée du cycle fonctionnement / entretien

Durée du cycle fonctionnement / remplacement

remplacementtemps

entretien

h = P / M

fatigue

usure

Système indusM P

M - P

Evolution du rendement : avec t la durée de « demi vie »

Evolution du débit de matière première :

Coût de la matière première pour N jours de fonctionnement :

t

1

10.

Cycle optimal d’entretien

tP

M 10

.2..

2

0.0.N

MpNMpCm mm

Coût de base sans vieillissement Surcoût du au vieillissement

Coût de la régénération :

Coût total d’un cycle fonctionnement + entretien :

Coût unitaire (« par unité de produit » et par jour) :

.2.'..

2

00N

MpMpCg gg

2)'(...

2

000N

MppNMpMpCCC gmmggmT

.2

'

.. 000

Nppp

N

p

NP

CC

gmmgTUN

Optimiser le cycle Minimiser le CUN

Durée optimale du cycle :

'

..20

gm

gUN

pp

pNopt

dN

dC

Cycle optimal d’entretien

Coût de la matière première pour N jours de fonctionnement :

Coût de remplacement :

Coût total d’un cycle fonctionnement + remplacement :

Coût unitaire du cycle :

Cycle optimal de remplacement

.2..

2

0.0.N

MpNMpCm mm

0.MpCr r

2...

2

0.00N

MpNMpMpCCC mmrrmT

.2.. 000

Npp

N

p

NP

CC

mmrTUN

Durée de vie optimale du matériel :

m

rUN

p

pNopt

dN

dC ..20

• Entretien d’une chaudière à vapeur :

• Problème : • Une chaudière à vapeur doit produire 85 t/h de vapeur à

partir de fuel lourd.• Elle fonctionne 24h/24 et son rendement est passé de 0,85

à 0,8 en 150 j du fait de l’encrassement des surfaces d’échange. Un nettoyage coûtant 1500 euro, quelle est la périodicité optimale du cycle fonctionnement/entretien ?

• Données : • - Pour le calcul de la puissance utile à la chaudière on

prendra : hv – hl = 2000 kJ/kg• - PCI du fuel = 40000 kJ/kg• - prix du fuel = 0,3 euro/kg

Optimisation d’un cycle d’entretien

1) Références d’un calcul économique

2) Méthodologie

3) Temps de retour brut

4) Exemple d’application

Choix d’un investissement optimal

Références d’analyse économique

Décideur borné / parieur

« Produits miracles? »

• Économies d’énergies par suréquipement

Risque d’un bilan total ~ 0

Contenu énergétique ou énergie grise

!

Bilan énergétique capteur solaire thermique

Matériaux Masse/m2 CE/EG(kWh/kg) CE/EG(kWh/m2)

Acier 4,5 11,6 / 7,7 52,3 / 36,7Aluminium 6,5 69,7 / 70 453,1 / 455Cuivre 2,5 29 / 15,9 72,5 / 39,8Plastique 6,8 23,2 / 21 157,8 / 142,8Verre 8,8 7,2 / 16,3 63,4 / 143,4Divers 0,1 8,1 0,8Total ++++++++

++++++++++ 799,9 / 818,5

Assemblage 10% +++++++++ 80 / 82

880 / 900 kWh/m2

~ Deux ans de « remboursement » avant production effective !!!!

• Exprimer chaque poste de dépense (investissement, fonctionnement, entretien..) en fonction du paramètre caractéristique du problème (e isolant, T° fluide, D conduite..)

• Coût total de l’opération CT(x) = (S différents coûts)

• Investissement optimal obtenu pour dCT/dx = 0 on obtient xopt et CTmin

• Conclusion sur le choix du système en prenant le produit commercialisé le plus proche de xopt.

Méthodologie

Temps de retour brut

Deux problématiques

Rentabilité d’un système économe

Choix entre différents systèmes

I = investissement

E = économie annuelle

tr = I / E

SI = surinvestissement

E = économie annuelle

tr = SI / E

! Si tr > durée de vie du système !!

Optimisation d’un investissement• Ligne de transport d’huile légère :

• Problème : concevoir une ligne de transport d’huile légère (conduite à installer, puissance du groupe moto-pompe).

• On recherchera le diamètre optimal de conduite permettant de minimiser le coût total de l’installation calculé sur la durée de vie de l’ensemble (investissement + fonctionnement de la pompe).

• Données du problème : • Huile légère : - Longueur de la ligne de transport : 1000 m • - débit massique d’huile transportée qm = 50 kg/s. • - masse volumique r = 800 kg/ m3

• - viscosité cinématique n = 95. 10-6 m2/s.• - Rendement de la pompe h = 0,35.• - Durée de vie de l’installation estimée à 30000h.• - Coût d’achat C1 du groupe moto-pompe fonction de sa puissance Pp (en W) :

C1 = 3200 + 0,026.Pp• - Prix du mètre de conduite fonction du diamètre D (en m) : pc = 82.D – 2,94• - Prix de l’énergie électrique : pw = 0,05 euro/kWhe

• Rappels : • Puissance d’une pompe : Pp = qv.Dp/h en W• Perte de charge dans une conduite : Dp = l.L.r.V2/2.D en Pa• Coefficient de perte de charge (Blasius) : l = 0,316 Re-0,25

• Nombre de Reynolds : Re = V.D/n

• Mécanisme de l’effet de serre– Bilan thermique terrestre– Forçage radiatif– Principaux GES – progression des

émissions– Conséquences– Emission limite par individu

• Pouvoir de réchauffement global d’un gaz– Equivalent carbone– Facteur d’émission – ex d’application– Etude de cas

Introduction au bilan carbone

source : GIEC

Mécanisme de l’effet de serre

49

342 W/m2

7730

67

350

40

24168

Bilan nul

324

78

165

30

IR

Forçage radiatif

15°C au lieu de -18°C

G E S

Actuellement : Bilan = + 1,5 W/m2

Qu’est ce qu’un gaz à effet de serre ?

Définition :

Un gaz à effet de serre est un gaz présent dans la troposphère (la basse atmosphère) qui intercepte une partie du rayonnement terrestre (essentiellement composé d’infrarouges).

Son efficacité :le forçage radiatif, définit quel supplément d’énergie (en watts par m2) est renvoyé vers le sol par une quantité donnée de gaz dans l’air.

50Support pédagogique élaboré par le groupement Climat Mundi, Cm3e et AlternConsult pour l’ADEME

Exemple de forçages radiatifs

+ 1 ppm CO2

+ 14 mW/m2

+ 1 ppm CH4

+ 370 mW/m2


Les principaux gaz « à effet de serre »

Gaz Origine

H2O – Eau Évaporation

CO2 – Gaz carbonique • Combustion pétrole, gaz, charbon • Déforestation

CH4 – Méthane; « Gaz Naturel »

• Décomposition anaérobie de composés organiques (Bovins, rizières, décharges…) • Pyrolyse des composés carbonés (combustibles fossiles, brulis… )

N2O – Protoxyde d'azote

Engrais azotés - industrie chimique

HFC – PFC – SF6

Hydrocarbures Fluorés (CFC, HCFC…)

Gaz réfrigérantsProcédés industriels divers (expansion des mousses plastiques, composants électroniques, appareillage HT, électrolyse de l’alumine…)

O3 – Ozone Pas d'émission directe - réaction C.O.V. + NOx

Kyo

toM

on

tréa

l


2010

Concentrations atmosphériques du CO2, CH4, N2O sur les 650.000 dernières années

(Source GIEC, AR4, 2007)

Début de la révolution industrielle

Concentration sur les 2000 dernières années(Source : GIEC, AR4, 2007)

Evolutions des émissions dans l’atmosphère

2100 ? (550 ppm)

2100 ?(1000 ppm)


Quelles conséquences ?

• Océans :– Augmentation du niveau des océans, – Evolutions des courants marins, – Evolution du pH de l’eau.

• Modification des phénomènes extrêmes• Ecosystème :

– Disparition, affaiblissement, migration, renforcement d’espèces

• Santé humaine :– Vagues de chaleur ou de froid, déplacement des

zones endémiques de maladies…– Insuffisance alimentaire, pressions aux frontières… ?


A court terme, l’évolution est scellée.Source : Summary for Policymakers, 4th Assessment Report, IPCC, 2007

Evolution de la température moyenne

Évolution régionale de la température moyenne par rapport à [1980-1999] pour 3 scénarii. (B1 = émissions constantes ; A1B = émissions qui doublent, A2 = émissions qui quadruplent).


Source: Summary for Policymakers, 4th Assessment Report, GIEC, 2007

Zone blanche = pas de consensus entre modèles

Pointillés = plus de 90% des modèles d’accord sur le sens de l’évolution

Apports en pluieEvolution des précipitations en 2090-2099 par rapport à la moyenne 1980-1999.

Moyenne inter-modèles pour deux scénarii (pas de couplage avec le cycle du carbone).


Modification de la circulation océanique

Ralentissement du Gulf Stream en Atlantique nord lié à :– Forte précipitation sur cette zone (eau douce)

– Déstockage des glaces du Groenland (eau douce)


Puits et sources

Sous l’effet du réchauffement, des systèmes absorbant les GES de l’atmosphère pourraient les restituer.•Forêts :

– Ralentissement de la photosynthèse lié au stress hydrique / espèces inadaptées : captage

– Accélération de l’activité microbienne de digestion avec l’augmentation de température : émissions

•Pergélisols :Des hydrates de méthane sous un couvercle de sol gelé .

•Océans :Dégazage (partiel) des carbonates en solution suite à une

augmentation de température : HCO3- + H+ CO2 + H20

Autre influence : pH.


L’arrêt des perturbations n’est pas immédiat après la stabilisation de la concentration en CO2, notamment à cause de la « durée de vie » de ce dernier dans l ’atmosphère

(Source : Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC)

Élévation du niveau des océans due à la fonte des glaces

Élévation du niveau des océans due à la dilatation de l’eau de mer

Température moyenne

Concentration en CO2

Hypothèse : évolution des émissions de CO2

Une très forte inertie


Atmosphère

Biosphère Océans

Lithosphère

Flux Anthropiques

Atmosphère

Biosphère Océans

Lithosphère

Flux Naturels

Bilan des flux de carbone annuelsEn Gtonne de C/ an

61,5 60 92 90

0,8 0,04

Émissions totales : 150 GtCSéquestration : 153.5 GtC

1.0

6.0

Émissions totales : 7 GtC Séquestration : 0 GtC


Émissions de CO2 par habitant en 2003 en teq Carbone et « droits maximaux à émettre sans perturber le climat »(Source WRI pour les émissions par habitant, sur données AIE et UN)

Droit maximal à émettre si nous voulons diviser les émissions mondiales de CO2 par 2, avec 7 milliards d’habitants

Idem si nous voulons diviser les émissions mondiales de CO2 par 3, avec 9,3 milliards d’habitants

Facteur 4

Ton

ne

s e

q C

/ a

n

500 Kg C

Qu’émettre au plus pour arrêter d’enrichir l’atmosphère en CO2?


(Source : Jancovici, 2001)

Que faire avec un droit de 500 kgeqC ?

En l’état actuel des technologies, pour émettre ce «droit», il suffit de faire l’une des choses suivantes :

faire un AR Paris-NY en avion,

ou consommer 3 700 kWh d'électricité en Grande Bretagne ou 3 200 kWh en Allemagne, mais 24 000 kWh en France (consommation annuelle moyenne par Français : environ 8 000 kWh),

ou acheter 50 à 500 kg de produits manufacturés,

ou construire 4 m² de logement en béton,

ou parcourir 6 000 km en 6CV en zone urbaine,

ou brûler 7 200 kWh de gaz naturel (quelques mois de chauffage d'une maison).


Quantification et comptabilisation des émissions de GES


Forçage radiatif au cours du temps d’une tonne de gaz émise à l’instant 0 (axe horizontal : en années -échelle logarithmique ; axe vertical : forçage radiatif en W/m² – échelle logarithmique)

Source : D. Hauglustaine, LSCE

La durée de résidence des gaz dans l’atmosphère peut évoluer à l’avenir

(notamment pour le CO2)

Forçage radiatif et durée de résidence


Une équation compliquée, mais une signification « très simple » !

PRGFgaz (t)dt0

NFCO2

(t)dt0

N

Le Pouvoir de Réchauffement Global : combien de fois le CO2 ?

Pouvoir de réchauffement global d’un gaz : PRG


PRG = équivalent CO2

(GIEC, 2007)

Gaz Formule PRG à 20 ans PRG à 100 ans

Dioxyde de carbone CO2 1 1

Méthane CH4 72 25

Protoxyde d’azote N2O 289 298

Hydrofluorocarbures CnHmFp 440 à 12 000 124 à 14 800

Perfluorocarbures CnF2N+2 5 210 à 8 630 7 390 à 12 200

Chlorofluorocarbures CnClmFp 5 300 à 11 000 4 750 à 14 400

Pouvoir de Réchauffement Global des gaz à effet de serre


L ’unité de mesure des physiciens : l’équivalent carbone

Notion d’équivalent carboneCO2 CX 12/44

X 44/12

(d’après GIEC, 2007)

Gaz Formule kg éq C/kg kg éq CO2 /kg

Dioxyde de carbone CO2 0,27 1

Méthane CH4 6,82 25

Protoxyde d’azote N2O 81,3 298

PFC CnF2N+2 2 015 à 3 330

7 388 à 12 210

HFC CnHmFp 34 à 4 040 124,6 à 14 813

Hexafluorure de soufre SF6 6 220 22 806

67

12 + 2 x 16 = 44 g/mol12 g/mol


Emissions de GES : calcul ou mesure ?

• Impossibilité de mesure directe systématique

• Construction de facteurs d’émissions– Mesure initiale des émissions (kg de gaz) d'une

situation « standard »,Ma vache émet 40O g de méthane /jour

– Conversion en impact à l’aide des PRG,Ma vache a un impact de 400*25 = 10 kgeqCO2/jour

– Utilisation de ce ratio pour des situations similaires.Les vaches comme la mienne ont un impact de 10 kgeqCO2/jour


Le référentiel Bilan Carbone®

Matériaux entrants fabrication initiale

Energie & Processtransformation

Transport fret amont

Transportfret aval

Déchets fin de vie

Transport personnes

Transportfret interne

Produits finis utilisation

Immobilisations

69

Les gaz pris en compte

Tous les gaz émis par l’homme et ses activités qui ont un impact sur l’effet de serre :

• Gaz de Kyoto (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6),

• CFC (Montréal),• Eau relachée en altitude,• C.O.V., NOx… (faible PRG)

Utilisation du PRG à 100 ans (enjeux climatique 2100, période de résidence du CO2)

Ozone non pris en compte. faible durée de résidence, incapacité à calculer les émissions indirectes, peu d’émissions directes.

70

• Le gazole est un hydrocarbure CxHy de composition moyenne massique : 86% de Carbone, 14% d’Hydrogène. L’IFP a déterminé que pour produire une « tep » de gazole, les émissions liées à l’extraction et au transport du brut sont de 60 kgéquiC/tep, les émissions liées au raffinage sont de 31 kgéquiC/tep.

• 1) Déterminez le facteur d’émission du gazole et les fractions relatives (en %) dues aux différentes opérations : extraction et transport, raffinage, combustion.

• 2) Sachant qu’une tep de gazole correspond à 1183 litres, en déduire le facteur d’émission du gazole exprimé kgéquiC/l.

• Emissions liées à la combustion : 1 tep produira : 1000x0,86 = 860 kgéquiC/tep.• Facteur d’émission du gazole par tep = 60 + 31 + 860 = 951 kgéquiC/tep dont 6,3%

pour l’extraction et transport du brut, 3,3% pour le raffinage et 90,4% pour la combustion.

• Facteur d’émission du gazole par litre = 951 / 1183 = 0,80 kgéquiC/l.

Exemple de calcul de facteur d’émission

kg équivalent carbone par tonne équivalent pétrole, en analyse de cycle de vie(ADEME)

Facteurs d’émission relatifs aux combustibles fossiles utilisés par les

sources fixes

Gaz natu

rel

Gaz natu

rel liq

uéfié (

GNV)

Gaz de p

étrole

liquéfi

é (GPL)

Pétrole

brut

Kérosèn

e

Fioul d

omestique

Gazole

Fioul lo

urd

Coke de p

étrole

Coke de h

ouille

Coke de l

ignite

Gaz de h

aut fo

urnea

u 0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

651 651 731833 845 856 856 890

1,0961,222 1,233

3,060

Facteur d'émissions pour quelques combustibles fossiles, kgeqC/tep


Grammes équivalent CO2 par kWh (sortie de centrale) pour divers producteurs européens, pour les seules émissions liées à l’utilisation de l’énergie primaire (European Carbon Factor, 2007)

Facteurs d’émission par kWh électrique

Allemag

ne, En

BW

Allemag

ne, Eo

n

Allemag

ne, RW

E

Autrich

e, Verb

und

Belgique,

Electr

abel

Danem

ark, E

lsam

Danem

ark, e

nergi E

2

Espag

ne, En

desa

Espag

ne, Hidro

cantab

rio

Espag

ne, Iberd

rola

Espag

ne, Union Fe

nosa

Espag

ne, Vies

go ge

neracio

n

Finlan

de, Fo

rtum

Finlan

de, PVO

France,

CNR

France,

EDF F

rance

France,

SNET

GB, Briti

sh En

ergy

GB, Drax

GB, EDF E

nergy

GB, Eon UK

GB, RW

E UK

GB, Sco

ttish &

Southern

Grèce,

DEI

Italie

, Endesa

Italia

Italie

, Ediso

n

Italie

, ENEL

Norvège

, Stat

kraft

Pays-B

as, Es

sent

Portuga

l, EDP

Républiq

ue Tch

èque,

CEZ

Suèd

e/All,

Vatten

fall

0

200

400

600

800

1000

1200

242

410

807

131

319

436

677

538

872

241

549

822

56126

048

919

105

829 806

709 679

486

993

500575

501

0

474

589554

410

Facteur d'émissions pour quelques producteurs européens d'électricité, geqCO2/kWh


Grammes équivalent carbone par passager.km pour divers modes de transport, en ordre de grandeur

(Source ADEME)

Facteurs d’émission approximatifs par passager.km

Train SNCF Train Royaume Uni Bus Voiture, route Avion, long courrier

Voiture, ville Avion, court courrier

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

3

20

27

58 60

88

69

Facteur d'émissions pour quelques modes de transport, geqC/(passager.km)


kg équivalent C par kg d’aliment pour divers produits agricoles,(Source Manicore/ ADEME)

Facteurs d’émission de quelques aliments


Apprendre à compter

Exercices


Objectifs

• Problème posé :– Une situation initiale et une évolution– Quel(s) impact(s) ?

• Objectifs– Quantifier des émissions pour faire le bilan de

la situation : hypothèses, méthodologie, ordres de grandeur,…

– Conclure en resituant le cas particulier étudié dans un contexte global


Exercice 1 : énoncéTransport fluvial et/ou routier

R ouen

Paris

Paris vers Rouen Papier à recycler

RouteFleuve et

route

Situation initiale 80 000 t

Situation envisagée 80 000 t

Projet : remplacer la route par le fleuve

Travail à réaliser : quantifier l’impact « carbone » du projet


Exercice 2 : énoncéValorisation de méthane (d’origine fossile)

Projet : depuis 1990, au gré des réglementations le traitement des effluents gazeux a évolué.

Travail à réaliser : quantifier les émissions de « carbone » à chaque étape de traitement

R e je tsg azeu x5 0 0 N m 3 /hC H 4 : 4 0 %

U n ité in d u s tr ie lle

D ég ag em en tà l 'a tm o sp h è reju sq u 'en 1 9 9 7

C o m b u stio nen to rch è re

d ep u is 1 9 9 7

M o teu r à g azg ro u p e é lec tro g èn e

A lte rn a teu r


Exercice 3 : énoncéRestaurant de l’INSA de Lyon

??? g équ.C

Un groupe d’étudiants a effectué le Bilan Carbone® de la cafétéria de l’INSA de Lyon. Les informations en partie traitées doivent permettre de connaître le contenu « carbone » de l’assiette.

Travail à réaliser : quantifier ce contenu et les différentes proportions des émissions de « carbone »


Exercice 3 : éléments de réponseRestaurant de l’INSA de Lyon

Autres produits alimentaires

25%

Energie19% Déchets

13%

Viande32%

Fluides frigorigènes

3%

Amortissement4%

Transports4%

650 g équ.C

« Mangez moins bête ! »

1 repas alternatif par semaine


Valorisation de chaleur perdue

Analyse exergétique

Economies d’énergie par modification du schéma de

fonctionnement

Qualité d’une énergie

BESOINS & NIVEAU DE TEMPERATURE

• Rejets thermiques• Déchets de production• Pertes thermiques directes

et h anormal

Disponibilités à Td

Besoins – Utilisations à Tb

Rejets à Tr

Expertise énergétique

Diagramme (T,H )Température °C Puissances kW

Fluide entrée sortie donneurs accepteurs

1 220 40 1800

2 320 200 2400

3 140 40 800

4 100 100 1200

Four 1900

5 20 320 6000

6 220 220 600

aéroréfrigér 1500

Quelques infos supplémentaires

Le « MELTIDE K » !Matière première

Energie

Labeur

Temps

Information

Dimension

Eau

Capital monétaire

SYSTEME INDUSTRIEL

BIENS ET SERVICES

UTILISATEURS

SOUS PRODUITS

RE-EMPLOIREJET DANS L’ENVIRONNEMENT

EMPREINTE ENVIRONNEMENTALE !!

Le contenu énergétique

« L’Energie grise » !

Usage et Fin de vie

Clientèle

Transformation

Distribution

Conversion Stockage

Transport

Raffinage

Extraction

Combustible

Matériaux

Analyse du Cycle de Vie : ACV

Exemples d’énergie grise

Matière première Egrise

Fer à béton 9 kWh/kgAcier inox 12 kWh/kgAluminium 0% recyclé 53 kWh/kg

Aluminium 100% recyclé 5 kWh/kg

Cuivre 15,5 kWh/kg

Lamellé collé 2,8 kWh/kg PVC 17,5 kWh/kg Bois 0,55 kWh/kg

Béton lourd 0,4 kWh/kg (900 kWh/m3)

Eau 1,7 .10-3 kWh/kg

Canette alu 0,9 kWh100 feuille A4 8,1 kWhMouton régional 18 kWh/kgMouton NZ 80 kWh/kgPain 14,7 kWh/kg

(4,9)

Bœuf 15,1 kWh/kg(8,8)

Veau 40,3 kWh/kg (21,6)

Poulet 2,23 kWh/kg(1,1)

Lait 0,82 kWh/kg(1,1)

(Egrise/v nutritive)

Et aussi ... !!

• Vue plus globale : développe le sens critique

« produit miracle » éthique de vie

• Données difficiles d’accés et variables• Calculs longs et délicats

Avantages - Inconvénients

« Etude de l’impact climatique »

Données ACV à la base des facteurs d’émission utilisés dans un comptage carbone

• Matière première Egrise kWh/kg Facteur d’émission kg équ.C/kg

• Fer à béton 9 0,87• Acier inox 12 0,87• Aluminium 0% recyclé 53 2,68• Aluminium 100% recyclé 5• Cuivre 15,5 0,8• Lamellé collé 2,8• PVC 17,5 0,515• Bois 0,55 0,01• Béton lourd 0,4 0,1• Eau 1,7 .10-3 • Pain 14,7 0,13• Veau 40,3 16• Bœuf 15,1 7,3• Poulet 2,23 0,8 à 1,3• Lait 0,82 0,33

Quelques valeurs…

Documents

DIAGNOSTIC ENERGETIQUE Economies dénergie Licence professionnelle E2D2