Quelle est l’Energie du Futur?

Nicolas Meilhan

Ingénieur Conseil, Frost & Sullivan

Janvier 2014

2

Sources: The Shift Project Data Portal , Exxon Mobil 2013’s Outlook for Energy

- Evolution de la consommation mondiale d’énergie primaire - - Milliards de tonnes équivalent pétrole-

Quelle est l’énergie du passé? Et celle du présent? Le pétrole reste la principale source d’énergie, mais le gaz et le charbon lui ont repris des

parts de marché ces dernières années. La part des énergies fossiles dans la consommation

d’énergie mondiale ne devrait baisser que très modestement de 80% en 2013 à 75% en 2040

Pétrole 30%

Gaz

22%

Charbon

27%

8% bois

6% hydro-élec

4% nucléaire

80%

2% autres EnR

Gte

p

3

Et moi qui croyais que le charbon était une énergie du passé… Le charbon a effectivement permis la révolution industrielle au 18ème siècle. Mais c’est aussi

l’énergie du futur – il devrait dépasser le pétrole et devenir la 1ère source d’énergie d’ici 2020

Production d’électricité à base de charbon - % de la production totale d’électricité en 2010-

Source: Université de Sherbrooke

0,1% 22%

Elevé Faible

40% de l’électricité consommée dans le monde est produite à base de charbon

A quoi nous sert toute cette énergie? Le pétrole est l’énergie du transport (qui en dépend à 93%) alors que le charbon permet de

fabriquer tout ce qui nous entoure, couvrant presque 60% des besoins de l’industrie

Note: (1) Energie commerciale seulement (hors biomasse) ; Même ratio TWh / Mtep utilisé pour le nucléaire et l’hydraulique

Autres = agriculture, tertiaire, résidentiel

Sources: BP Statistical Review of World Energy 2007, IEA, A.T. Kearney

Répartition de la consommation mondiale d’énergie primaire (1) - % de tonnes équivalent pétrole-

4

12%

24%

36%

Hydraulique

+ Nucléaire

Gaz

28%

Industrie Transport Non-

Energie

Autres secteurs

Pétrole

Charbon

39% 23% 9% 28%

93%

60%

18%

9%

57%

21%

13% 6%

27%

13%

40%

17%

24%

Brésil Mexique

Suisse

Belgique Inde

Espagne

Italie Corée du Sud

Pays-Bas

Royaume-Uni

France Japon

Allemagne

Chine

USA

0

500

1000

1500

2000

2500

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

Exp

ort

ation

s d

e b

ien

s e

t d

e s

erv

ice

s

(en

mill

iard

s d

e $

)

Production électrique à base de charbon (% de la production total d’électricité)

Pourquoi utilise-t-on majoritairement du charbon dans l’industrie? Demandez aux 15 principaux pays exportateurs (qui représentent 80% des exportations

mondiales) – ils auront probablement la réponse

* Hors énergie

Source: Banque Mondiale

5

Exportations de biens & de services vs. production électrique à base de charbon - Top 15 des pays exportateurs de biens & services*, 2011 -

R2 = 0.7

Pourquoi le pétrole est-il la seule énergie utilisée pour le transport? 1kg de pétrole contient autant d’énergie que 100 kg de batteries

Source : Pierre-René BAUQUIS, Richard Heinberg

Densité énergétique des différentes énergies utilisées dans le transport

Densité énergétique volumique

Den

sité

én

erg

étique

ma

ssiq

ue

6

« Si on considère que la construction de la grande pyramide de Khéops nécessita le travail

manuel de 10 000 personnes pendant 20 ans, alors la consommation journalière d'essence, de

diesel et de kérosène aux Etats-Unis permettrait de construire 100 pyramides chaque jour »

Richard Heinberg

Restera-t-il encore du pétrole en 2100? La principale question est surtout de savoir pendant encore combien de temps disposerons-

nous de pétrole peu cher pour faire tourner notre économie (et nos voitures..)

7

Pro

du

ctio

n e

n m

illia

rds d

e b

arils

d

e p

étr

ole

pa

r a

n

Evolution de la production d’hydrocarbures liquides - 1870 à 2100 -

« Ce n’est pas la taille du réservoir qui compte, c’est la taille du robinet »

Jean-Marie Bourdaire

Source: Manicore , Jean-Marc Jancovici

8

A-t-on vraiment besoin de pétrole peu cher pour faire tourner notre économie? Quatre des cinq dernières grandes crises économiques mondiales ont été précédées par un

choc pétrolier

Récessions économiques vs. prix du pétrole

Source: Steven Kopits, June 2009, Douglas Westwood, Oil: What price can America afford?, EIA, NBER

US

Do

lla

rs p

ar

ba

ril

Récession économique

Prix du pétrole (en US$ courant)

Prix du pétrole ajusté de l’inflation

(en US$ 2008 constant)

Houston, nous avons un problème… Certains champs de pétrole ont besoin d’un baril de pétrole à plus de 100$ pour être rentables

alors que la demande de pétrole se contracte à partir de 102$ aux US et de 120 $ en Chine

9

Note: Les estimations de seuil de rentabilité n’incluent pas les coûts d’acquisition du terrain ni les coûts d’exploration du champ, qui, si ils étaient inclus,

augmenteraient le seuil de rentabilité des champs, notamment en Amérique du Nord pour les champs on shore

Source: Goldman Sach Research Estimates, Douglas-Westwood Associates

Seuil de rentabilité des champs pétroliers en cours de développement - Top 360 des champ pétroliers -

Se

uil

de

ren

tab

ilité

($U

S/b

aril)

Capacités maximales de production cumulées (milliers de barils par jour)

La solution n’est-elle pas le gaz et le pétrole de schiste? A court terme peut-être aux Etats-Unis, à plus long terme probablement pas ailleurs…

10

Vue aérienne d’un champ d’exploitation de gaz de schiste au Texas - Cliquez sur l’image -

Source : Google maps http://goo.gl/maps/gm8RV

Est-ce vraiment si important que cela d’avoir de la place? Il faut regarder attentivement la densité énergétique surfacique quand on s’intéresse à l’énergie

du futur: moins on a de place, moins on a de choix!

Source: David MacKay http://www.ted.com/talks/david_mackay_a_reality_check_on_renewables.html

11

Densité énergétique surfacique

Peut-on revenir à une énergie 100% renouvelable comme au Moyen-âge? Les pays gâtés par la nature - forêts, montages ou géothermie - pourront s’en rapprocher ;

pour les autres, ce sera plus compliqué à moins d’une baisse significative de la consommation

12

Note: (1) Based on IEA conversion ratios, 16% by applying 33% conversion factor Sources: Eurostat, IEA, Frost & Sullivan analysis

Moyenne mondiale (13%)(1)

Biomasse

Hydraulique

Géothermique, Solaire, Eolien,

85%

80%

48%

40% 39%

34% 32%

26% 25%

22% 22%

17%

14% 13% 12% 11% 11% 10%

7% 7% 6%

6 4 270 29 20 4 50 34 36 19 24 413 6 7 173 129 2743 316 259 478 2189

Islande

Costa Rica

Brésil

Norvège

Nouvelle Zélande

Suède Finlande

Autriche Canada Danemark

Chine Portugal Estonie

Slovénie

Italie

Espagne

France

Japon Allemagne

Etats-Unis

Lettonie

Consommation

d’énergie

primaire

(Mtep)

Moyenne UE (10%)(1)

Part des énergies renouvelables dans la consommation d’énergie

primaire d’une sélection de pays - 2011, en %-

Quel est alors l’énergie du futur? Vraisemblablement le charbon tant qu’aucun coût n’est donné aux externalités négatives qu’il

engendre– consommation d’eau, pollution atmosphérique, émissions de CO2

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- Prévision de la consommation mondiale d’énergie primaire - - Milliards de tonnes équivalent pétrole-

Source: Bernard Rogeaux, 2007 - http://www.edf.com/fichiers/fckeditor/3.4%20Rogeaux.pdf

Gte

p

Comment faire le jour où on n’aura plus de pétrole, ni de gaz, ni de charbon? Cela va être très compliqué de maintenir notre niveau de vie actuel sans économies

substantielles d’énergie – efficacité & sobriété

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Source: Philippe Bihouix, 2008 - http://www.lajauneetlarouge.com/article/lenergie-mondiale-face-la-penurie-ou-colbert-et-les-lecons-du-peak-wood

Note: les biocarburants et la biomasse n’ont pas d’équivalent TWh

Les conversions TWh / Mtoe prennent en compte les rendements des différents procédés de production d’énergie

Potentiel de production des énergies renouvelables – Ordres de grandeur - Millions de tonnes équivalent pétrole par an -

453 2 000

Hydro

additionnel

140

Bio-

carburants

2 850

Biomasse Total

Renouvelable

7 Gtep

2 263

Eolien

10 000

226

Géothermie

1 000

?

Total

20 Gtep

[TWh]

[Mtep] 688 3 040

Hydro

existant

453

2 000

Solaire

200 par rapport à 2007

20 milliards de panneaux de

1m2)

60 par rapport à

2006 0,5

million km2)

25% des forêts

exploitées à 3 tep/ha 9.5

millions de km²

alloués

8 milliards de

personnes à

2.5 tep/an?

10% des terres

arables actuelles à1 tep/ha 1.4

millions de km² alloués

15

Quelle est la véritable énergie du futur alors? Celle que l’on ne consommera pas!

Note : kep = kilo d’équivalent pétrole; meilleure technologie disponible en1995 Source: Bernard Multon, ENS Cachan ; Commissariat au plan

Secteur

kep /

personne

en 1995

kep /

personne

Meilleure

techno (1)

Commentaires

Logement

Chauffage 740 300 • Isolation thermique

Cuisine 35 25 • Meilleur électroménager

Autres 70 35 • Veille

Tertiaire

Chauffage 415 200 • Isolation thermique

Usages spécifiques 90 50 • Veille

Nourriture 360 250 • 50% d’économies sur la

réfrigération et la cuisson

Industrie

Produits intermédiaires

625 450 • Recyclages, éco-process

Equipements 150 130

Transports

De personnes 490 250 • Voitures à 4 litres / 100 km

De biens 315 200 • Réduction de la puissance

des camions, fret ferroviaire

Total 3290 1890

• Presque 50% d’économie

d’énergie possible sans

impact significatif sur notre

niveau de vie…ce n’est sans

doute pas assez mais c’est

déjà un bon début!

• Mais remplacer l’ensemble

des équipements existants

prendra énormément de

temps – pour le parc de

voitures, il faut compter entre

10 et 15 ans au moins

Eteindre nos équipements

électriques au lieu de les laisser

“veiller” … 5 à 6 TWh en France

- presque un réacteur nucléaire!