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Les chiffres de l'énergie : glossaire

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

Hélène Horsin-Molinaro

ENS Paris-Saclay / DGESCO

Bernard Multon

ENS Rennes

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

28/09/2020


Introduction

Le dossier « les chiffres de l’énergie » est co-rédigé et co-publié avec le site Culture Sciences de l'ingénieur. Les données sont tirées de nombreuses références (rapports de groupes de recherche, publications dans des revues spécialisées, rapports d'instituts nationaux...).

Dans cet article, nous proposons au lecteur les définitions de termes et mots que l’on retrouve le long des ressources du dossier « les chiffres de l’énergie ».

Efficacité

On définit l’efficacité énergétique par le produit des rendements physiques de la cascade des transformations énergétiques des différents composants d’une chaîne de conversion. On peut ainsi raisonner de la ressource primaire au service et, de manière plus juste, étendre le raisonnement à l’ensemble du cycle de vie du convertisseur (de sa conception jusqu’à son recyclage) [1] [2] .

L’efficacité énergétique est la quantification de la « consommation » d’énergie pour assurer un service, avec l’idée de la minimiser grâce à des technologies plus efficientes.

Énergie finale

L’énergie finale est transformée à partir de ressources primaires. Les formes d’énergie finale sont directement utilisables dans les convertisseurs que sont tous nos objets du quotidien. On trouve l’énergie finale sous la forme de combustibles solides (charbon, bois, …), de combustibles liquides (essence, gasoil, kérosène, éthanol), de combustibles gazeux (gaz naturel, biogaz, hydrogène et autres gaz de synthèse), chaleur, électricité. La transformation, le transport et la distribution de l’énergie finale entraînent des pertes [1] .

Dans les bilans comptables internationaux ou nationaux, l’énergie finale correspond exclusivement aux formes d’énergie commercialisées. Par exemple, la présence d’un chauffe-eau solaire sur une toiture est vue comme une mesure d’efficacité énergétique visant à réduire la consommation finale. Autre exemple, le bois de chauffage, ne faisant pas l’objet de transactions commerciales (bois façonné par le propriétaire), ne sera pas comptabilisé. Tout au mieux, il pourra faire l’objet d’estimations. Enfin, dernier exemple, une production d’électricité interne (au sein d’une entreprise équipée de groupes électrogènes ou encore sur un navire, un train ou tout autre véhicule produisant son électricité à bord à partir d’un combustible) ne sera pas comptabilisée dans les bilans électriques, seuls les combustibles achetés par ces producteurs particuliers d’électricité feront partie du bilan d’énergie finale de type combustible.

Énergie primaire

Les ressources énergétiques primaires sont disponibles à l’état brut dans la nature, on peut les classer en deux catégories, celles de stocks non renouvelables (fossiles comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel, et fissiles comme l’uranium) et celles de flux renouvelables (rayonnement solaire, vent, houle, biomasse, géothermie). C’est la transformation des ressources énergétiques primaires qui génère l’énergie finale, commercialisable et utilisable directement [1] .

Une remarque importante concerne les bilans officiels délivrés par les principales sources de statistiques : l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et British Petroleum (BP). L’énergie primaire est comptabilisée en tenant compte de la valeur énergétique des combustibles, sur la base du pouvoir calorifique, dans le cas des combustibles fossiles, de la biomasse ou des déchets incinérés. Dans le cas des ressources renouvelables, actuellement plusieurs comptabilités différentes sont mises en œuvre. Un coefficient rend compte du rendement de la première conversion selon le mode de transformation : hydraulique, éolien, photovoltaïque, géothermie, thermodynamique solaire… De la même manière, dans le cas de l'énergie nucléaire, des coefficients sont appliqués, prenant en compte les rendements arbitraires de conversion ainsi qu'une correction (pour les statistiques BP) basée sur le pouvoir "décarboné" de cette conversion d'énergie.

Ainsi, les deux principales sources de statistiques l'AIE et BP mélangent des sources et formes d'énergie primaire (combustibles fossiles et biomasse) avec des formes secondaires d'énergie (électricité produite par l'hydraulique, l'éolien,…), ce qui ne permet pas de comparaison pertinente entre ces deux catégories d'énergie ; les seules comparaisons correctes doivent se situer au niveau de l'énergie finale.

Énergie utile

L’énergie utile correspond aux services énergétiques attendus, c’est donc la transformation de l’énergie finale par les convertisseurs (radiateur, ampoule, four, réfrigérateur, ordinateur…) en services énergétiques comme le froid, la chaleur, l’éclairage, la mobilité, le traitement de l’information… La conversion de l’énergie finale en énergie utile entraîne inévitablement des pertes [1] .

Typiquement, les technologies d’éclairage électrique ont des rendements allant d’environ 5% (incandescence) à 30% (LED). Les moteurs thermiques utilisés dans les automobiles ont des rendements énergétiques (dans le cas d’usages conformes aux limitations de vitesse en vigueur) allant de sensiblement de 5 à 30%, les plus faibles valeurs correspondant à des véhicules équipés de moteurs surpuissants (le surdimensionnement des convertisseurs d’énergie conduit systématiquement à une dégradation du rendement) et les plus élevées à des chaînes de propulsion hybrides.

GES - Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des gaz qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre. Ils contribuent à l'effet de serre utile à la vie sur Terre. Cependant son accroissement récent lié aux activités humaines est à l’origine d’un puissant dérèglement climatique qui ne fait que commencer.

Les principaux gaz à effet de serre sont : la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) associé principalement à la combustion des combustibles fossiles, le méthane (CH4) essentiellement dû aux pratiques agricoles (élevage et culture) et à l’extraction des combustibles fossile, le protoxyde d'azote (N2O) majoritairement émis par l’agriculture, l'ozone (O3) et les gaz fluorés (CFC, HCFC…).

Rapport R/P

Le rapport Réserves (en tonnes) sur Production annuelle (en tonnes /an), R/P, correspond au nombre potentiel d’années de production au rythme en cours. R/P s’exprime en années [3] .

Il est souvent utilisé, à tord, pour fournir la durée restante avant épuisement d’une ressource. Or les réserves évoluent au rythme des « améliorations » technologiques et des découvertes, même si elles seront inévitablement limitées par la borne supérieure (les ressources) et la consommation annuelle évolue également, plutôt à la hausse. Dans le cas du pétrole, la valeur de R/P a peu évolué au cours des 50 dernières années malgré l’augmentation de la consommation car les techniques d’extraction ont permis d’aller chercher des pétroles très difficiles d’accès et initialement non comptabilisés dans les réserves. Cette notion R/P est également parfois employée à propos des métaux, mais il faut la regarder avec précaution notamment parce que les métaux sont recyclables mais également parce que leurs réserves sont généralement beaucoup plus éloignées des ressources situées profondément dans la croute terrestre. In fine, la notion R/P exprime plutôt la criticité d’accès aux matières premières.

Réserves en énergie

Les réserves en énergie fossile et fissile représentent une fraction des ressources et sont relatives à des critères techniques et économiques d’exploitation. Elles tiennent compte des pertes à l’extraction. Les réserves sont donc nécessairement inférieures aux ressources. En pratique, elles peuvent augmenter en fonction des progrès technologiques et de la prospection, notamment si l’on accepte de dépenser plus pour y accéder [3] .

Dans le cas des énergies renouvelables, on n’utilise généralement pas ce vocabulaire, on parle plutôt de Potentiel Technique Exploitable, fondé également sur l’accessibilité des ressources (par exemple distance à la côte dans le cas de l’éolien offshore) et des caractéristiques des technologies existantes.

Ressources en énergie

Les ressources en énergie fossile et fissile représentent les quantités totales estimées considérées en stock dans la nature. Elles sont connues généralement avec un assez fort degré d’incertitude. Quant aux ressources renouvelables, elles sont assez bien quantifiées, tant à l’échelle planétaire qu’à l’échelle régionale. Comme leur nom l’indique, elles ne s’épuisent pas, sauf dans le cas de la biomasse qui est l’œuvre du vivant et qui nécessite d’être renouvelée lorsqu’elle est exploitée.

Références

Dossier : Les chiffres de l'énergie

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