Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech 2010 Partie 1 - Du ...nomana.free.fr/.../energie_climat_ENSMP_1_histoire.pdfJean-Marc Jancovici - Mines ParisTech mai -juin 2010 - Eléments

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Eléments de base sur l’énergie au 21è siècle

Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech 2010Partie 1 - Du big bang (ou presque) à nos jours


Back to basics : qu’est-ce que l’énergie ?L’énergie est la grandeur physique qui permet decaractériser un changement d’état dans un système :

L’énergie n’est donc rien d’autre que l’unité de compte de la transformation du monde qui nous entoure

Modification de température

Modification de la position dans un champ(magnétique, électrique, gravitationnel…)

Modification de la vitesse

Modification de la composition chimique

Changement de composition atomique

Modification de l’énergie ou du nombre de photons

Modification de forme


Sus aux raccourcis médiatiques… une première fois

Puisque l’énergie est toujours associée à une transformation d’unsystème, il n’existe pas d’énergie propre ou sale dans l’absolu :toute manifestation de l’énergie modifie l’environnement, c’est ladose qui fait le poison.

Dans un système clos, l’énergie se conserve ! On ne peut doncpas « produire » de l’énergie, mais juste la transformer. Aucunedes énergies utilisées par l’homme, jamais, n’a été autre chosequ’une transformation d’une énergie « trouvée » dans la natureen une autre forme d’énergie, avec un bénéfice au passage.


L’énergie extracorporelle, une vieille histoire

-500.000 ans : domestication du feu.

L’antiquité : toutes les renouvelables ont été utilisées !Bois, vent, soleil, hydraulique, traction animale...

Ce qui caractérise l’ère « moderne », ce n’est pasl’utilisation de sources « nouvelles » (sauf le nucléaire et lephotovoltaïque), mais le changement d’ordre de grandeurdans leur usage.

Le pétrole est connu des Summériens (-3.000 av. JCenviron), bien avant Drake et son premier forage (1859 àTittusville).

Le charbon est exploité dans la Chine antique 1000 ansavant notre ère.


Le grand bazar des unités

La seule orthodoxe (normalement) : le joule et ses multiples. UnFrançais « consomme » environ 170 GJ par an

La plus fréquente chez l’énergéticien « global » : la tonne équivalentpétrole (tep) et ses multiples ; une tep ≈ 41,8 GJ ≈ 11.600 kWh.

Celle du physicien des particules : l’électron-volt, et ses multiples. 1 ev ≈1,6.10-19 J

La plus usuelle pour un Français : le kWh (3,6 MJ), ou… le litre decarburant (≈ 10 kWh). Un Français ≈ 50.000 kWh par an

Il existe de multiples unités pour « compter » l’énergie :


Consommation d’énergie en kWh par habitant et par an, moyenne mondiale hors biomasse, de 1880 à 2008

Compilation de l’auteur sur sources AIE, Schilling et al., WRI, BP Statistical Review.

Puis nous nous sommes gavés de kWh…

30 Glorieuses = énergie par personne x 3 en 30 ans ! Le

coup est-il rejouable ?


Un premier changement d’ordre de grandeur : la population

Évolution démographique depuis le néolithique (découverte de l’agriculture). Source : Musée de l’Homme

2009 : 6,7 milliards

d’hommes… and rising

Début de la révolution industrielle : ≈ 0,5milliard d’hommes

Sédentarisation des hommes : ≈ 0,005milliard d’hommes


Consommation mondiale d’énergie primaire en Mtep (millions de tonnes équivalent pétrole) depuis 1860. Sources Schilling & al + AIE + BP statistical review, compilation

de l’auteur

Grand-papa -> ma marmaille = énergie commerciale x 8Le coup est-il rejouable ?

Papa-maman Moi

Ma marmaille

Gaz et électricité à tous les étages, cela a donné ceci…


Consommation d’énergie primaire en France en Mtep depuis 1960.Source MEDDMM, SOeS, 2009

Gaz et électricité à tous les étages, cela a donné ceci…


Population x 1000 + énergie x 10 = croissance attitude

Si l’énergie, c’est - par définition - la modification d’un système, voici l’évolution de notre marque sur l’environnement

La « taille de la boîte » (l’environnement) n’est pas

vraiment un problème

La « taille de la boîte » (l’environnement) est en train de devenir un

problème majeur


Vous êtes plutôt primaire, ou plutôt final ?Primaire Final

Charbon brut

Pétrole brut

Gaz brut

Noyaux fissiles

Bois, soleil, géothermie,

vent…

Carburants raffinés

Gaz purifié

Boulets, coke…

Electricité

Vapeur, eau chaude, combustibles…

Et peut-être un jour H2, air comprimé…


Vous êtes plutôt final, ou plutôt utile ?Primaire Final

Charbon brut

Pétrole brut

Gaz brut

Noyaux fissiles

Bois, soleil, géothermie, vent…

Carburants raffinés

Gaz purifié

Boulets, coke…

Electricité

Vapeur, eau chaude, combustibles…

+ pertes

Utile

Chaleur

Réaction chimique

Mouvement

+ pertes

5% à 75% Jusqu’à 80% !


12,4 Gtepprimaire 8,3 Gtep final

200 g CO2/kWh

260 g CO2/kWh

340 g CO2/kWh

Energie primaire = carbone, ou presque

Bilan énergétique mondial en 2008 - Source : BP Stat 2010 - AIE 2009


Plus de nucléaire = moins de pétrole ?

Part du pétrole et du nucléaire dans la consommation d’énergie primaire hors bois en Europe en 2008. Question pétrole, la France est très

exactement dans une honnête moyenne…Source BP Stat Review, 2009


Contribution des énergies renouvelables au bilan énergétique mondial en 2008. Toutes les sources purement électriques sont en équivalent primaire. Compilation de l’auteur.

≈ 9% total mondial

≈ 5,5% total mondial





Quid des énergies renouvelables ?


Electricité = carbone, cela reste quasiment vrai aussi

Charbon39,8%

Autres2,1% Pétrole

6,7%

Gaz naturel19,6%

Nucléaire15,7%

Hydroélectricité16,1%

Part de chaque énergie primaire dans la production électrique en 2004 Source : AIE 2006


De l’énergie, pour quels usages ?

Utilisations d’énergie finale par secteur dans le monde, 2004.Source : AIE 2006

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Transports Industrie Autre secteurs Usagesnon énergétiques

7,6 Gtep final


De l’énergie, pour quels usages ? (bis)

Utilisations d’énergie finale par secteur en France, 2008. Total ≈ 160 Mtep hors usages non énergétiques. Le « problème » est essentiellement dans le

diffus.Source : Observatoire de l’énergie


En kWh, les hommes sont très primaires…

Consommation annuelle par usage en kWh. Un Français ≈ 47.000 kWh « primaires » par an.

Jancovici, 2006


Energie mécanique fournie par un organisme humain :3.000 mètres de dénivelée (facile !) pour une personne de 65 kg : 0,5kWh d’énergie mécanique (rappel pour les sceptiques : E = mgh ; iciE = 65 x 9,81 x 3000 ≈ 1,9 MJ ≈ 0,5 kWh)

1 grand trou pour les géraniums, soit 18 tonnes de terre remontée de1 mètre : 0,05 kWh d’énergie mécanique (pour les même sceptiques :E = 18000 x 9,81 x 1 ≈ 0,18 MJ = 0,05 kWh)

1 litre d’essence, c’est (roulement de tambour)… 10 kWh ; aprèspassage dans un moteur c’est 2 à 4 kWh d’énergie mécanique

Nietzsche voulait des surhommes : le pétrole l’a fait

1 kWh (mécanique) de moteur coûte de 1000 à 10.000 fois moins cher qu’un kWh de travailleur humain payé au SMIC

Avec une personne payée au SMIC (≈ 100 euros par jour avec chargessociales) : 200 euros le kWh mécanique

0,20 à 0,50 euro le kWh mécanique (avec de l’électricité : ≈ 0,20 euro)

Avec une personne payée au SMIC : 2000 euros le kWh mécanique


Voici LA vérité qui dérange : tout smicard est un nabab

« Equivalent esclave » à la disposition de chaque Français de l’an 2000. Qui est modeste ?!?Calcul de l’auteur, 2008


Prix du baril depuis 1861 en $ courants et en $ de 2007. Source BP Statistical Review, 2008

L’énergie plus chère ? Allons donc !

En 100 ans, le prix relatif de l’énergie primaire - donc du carbone - a été divisé par 10 environ en Occident,

et le prix d’un kWh mécanique par 30 à 100

Reconstruction du PIB par habitant depuis 1850 (le PIB est une notion qui

date de la fin de la Seconde Guerre Mondiale)

Source : J. Bradford DeLong, 2005

1860 19701880 2007

X 30 !!!


Prix du carburant exprimé en minutes de temps de travail par litre (prix rapporté au pouvoir d’achat).

Source FNAUT, 2007

L’essence de plus en plus chère ? Allons donc !


Plus d’énergie = moins de paysans

Consommation d’énergie par personne et par an (ktep) vs. % de l’emploi dans l’agriculture.

Sources WRI, US DOE


Part de chaque secteur dans l’emploi en France. Source INSEE

machines

machines

Plus d’énergie = moins d’ouvriers ensuite


Plus de tertiaire = plus de CO2 !

Part des services dans l’emploi et émissions de CO2 par habitant et par an : plus on est « dématérialisé », plus on émet !

Source : Jean Gadrey, sur sources primaires Eurostat et OCDE (emploi dans les services) et PNUD (CO2 par personne.an).


Bis repetita…

Données issues du World Resource Institute

Un employé du tertiaire de 2008 (employé de banque, de la sécu, d’une mairie, de France Telecom…) consomme presque autant

d’énergie, pour son seul travail, qu’un Français de 1960 pour tous ses usages.

% du PIB dans les services

Con

som

mat

ion

d’én

ergi

e pa

r hab

itant

et

par a

n (k

tep)


Plus d’énergie de tourniquettes à faire la vinaigrette

Evolution des taux d’équipement en électroménager des français entre 1973 et 2001. Source Observatoire de l’Energie.


Taux d’équipement des ménages depuis 1962Source INSEE, 2006

Énergie moins chère = confort pour tous

Micro-ondesLave lingeLave vaisselle

MagnétoscopeMicro-ordinateurVoiture

TélévisionRéfrigérateurPortable


Miam miam kWh pour de vrai

Source : Jancovici/Ademe, 2009

hydrocarbures

Sens de l’histoire (pour le moment)


Viande x 5 pour un prix au kg ÷ par 5

Evolution de la consommation de viande par personne et par an en France. Source : Bernard Sauvant, INRA


Et c’est vrai partout : énergie++ = PIB++ = viande++

Corrélations entre PIB par personne et viande consommée par personne (en bas à gauche, 1961, en haut à droite, 2002).

Sources World Bank et FAO.


Manger coûterait plus cher ? Ah….

Evolution de la part de l’alimentation dans le budget des ménages américains de 1929 à 2006, en pourcentage.

Source : US Department of Agriculture, 2008

2006

Produits bruts = 80%du total

Produits bruts = 20%du total

Prix réel des aliments divisé

par 10 !!!


Transports : plus c’est moderne, et plus cela pompe…

Consommation d’énergie par passager pour un km (la voiture tient compte du taux de remplissage moyen) en grammes éqquivalent pétrole. Sources diverses.



Si cela consomme, souvent cela émet…

Emissions de gaz à effet de serre par passager pour un km (la voiture tient compte du taux de remplissage moyen). Source : INRETS, INFRAS, ADEME, IFEN, Jancovici, 2001 à 2004

1 39

23 25

40

60 60

80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Bateau Train,métro

(France)

Autocar Train(GB)

Busurbain

Voiture,extra-urbain

Av ionlong

courrier(2nde)

Voitureen v il le

Av ioncourt

courrier(2nde)



Et plus le char est puissant, plus il émet aussi !

Grammes équivalent carbone par km en cycle mixte, en fonction de la puissance fiscale du véhicule, pour les automobiles diesel.

Source Jancovici/ADEME (Bilan Carbone), 2003



C’est vrai pour ce qui roule, mais pour ce qui vole aussi

Prix d’un billet d’avion exprimé en heures de SMIC

Source LET, 2005

19802005, moyenne2005, prix le plus bas disponible


Transports : plus loin, plus vite, moins cher (pour l’instant)

Evolutions des distances parcourues par personne et par jour, en France, depuis 1800.

Grübler & Nakicenovic, 1991 et estimations de Francis Papon pour la marche

1800 1850 1900 1950 2000

100

10

1

0,1

0,01

MarcheVoie d’eauChevalTrain2 rouesVoiture et busAvionTotal


Evolution de la masse à vide des voitures neuves vendues en France.

Source observatoire de l’énergie

Voitures et tour de taille grossissent de concert


Plus d’énergie pour plus de bénéficiaires

Le parc auto a quasiment doublé entre 1973 et 2000, malgré 3 chocs pétroliers. La « voiture pour tous », cela n’a même pas 30 ans. Source observatoire de l’énergie


Un PIB sans voitures ? Pas facile…

Evolution, de 1970 à 2000, du nombre de véhicule.km par habitant (axe vertical) en fonction du PIB par tête en $ US (axe horizontal).

Source : AIE, 30 years of oil use in OECD countries


Les kilo-octets n’ont pas tué les kilomètres !

Evolution comparée des flux d’information et des flux de transport de 1800 à 1990.

Source : Arnulf GRÜBLER, the Rise and Fall of Infrastructures, 1990


Passons au logement : chaude la banlieue…

0

200

400

600

800

1000

1200

Paris, Neuf Paris, Ancien HLM petitecouronne, Neuf

HLM petitecouronne, Ancien

Pavillon grandecouronne, Neuf

Pavillon grandecouronne, Ancien

logement (chauffage, eau chaude, etc) dˇplacements

Emissions de gaz à effet de serre, en kg équivalent carbone par habitant et par an, pour la mobilité quotidienne et le chauffage.

Jancovici, 2001, d ’après Traisnel, 2001



Si je suis moderne, je m’étale…

Consommation énergétique par habitant liée aux transports urbains (axe horizontal, en tonnes équivalent pétrole par an) en fonction de la densité de la zone urbaine (axe

vertical, en habitants à l'hectare).Source : Newman and Kenworthy, " Cities and automobile dependance ", Gower, 1989


Utiliser des hydrocarbures sans se déplacer, c’est possible !

Evolution de la surface construite (donc chauffée) entre 1970 et 1996. Source CIPP, 1998, et INSEE, in Traisnel, 2000


Plus d’énergie = des campagnes vides et des villes étalées

Source DATAR

1936, 42 millions d’habitants 2000, 59 millions d’habitants


Vacances pour tous = carbone, encore !

Emissions de gaz à effet de serre liées au séjour d’une famille de 4 personnes selon le type de tourisme et la durée. Source Jancovici, 2004


Un peu de photosynthèse passée pour chez vous ?


Divorcer = +60% d’énergie par ex-conjoint2 fois plus de logements (à construire, à chauffer) -> énergie

Et quelques déplacements supplémentaires pour les enfants…

1 employé du National Health Service (en GrandeBretagne) « utilise » 14 tonnes équivalent CO2 par an ->l’hôpital est sous perfusion d’énergie !

Et encore…

2 fois plus d’objets à fabriquer (et utiliser) : électroménager,meubles, véhicule, etc -> énergie

La retraite, les études, les vacances, l’assurance chômage= le fruit de la formidable hausse de la productivité dutravail -> énergie


L’économie mondiale en un clin d’œil

Stocks naturels non

renouvelables

K

W

Stocks naturels

renouvelables

+

--Le prix ou le PIB !


Le « message » du Club de Rome : tout va bien… avant que tout aille mal

Ressources

Population

Pollution

Production industrielle

Nourriture

Scénario « business as usual » du rapport Meadows (The Limits To Growth, improprement traduit en Français par « halte à la croissance ? »)

Date du rapport

2007

Nourriture 2030

Production 2040

Pop

Pollution


Le « message » du Club de Rome : tout va bien… avant que tout aille mal

Ressources

Population

Pollution

Production industrielle

Nourriture

Scénario « business as usual » du rapport Meadows (The Limits To Growth, improprement traduit en Français par « halte à la croissance ? »)

Date du rapport

2007

Nourriture 2030

Production 2040

Pop

Pollution


L’ère du feu, croissance à gogo et 2 questions…

CnHp

O2

CO2

Structure actuelle des métiers, loisirs et vacances, études longues, santé, retraites, mondialisation, concentration urbaine et banlieues étalées…

???

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Documents

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