L’énergie au quotidien:
Et alors?
Professeur Marcel Lacroix Faculté de génie
Université de Sherbrooke Canada
C’est quoi l’énergie?
Difficile à dire …
Énergie, travail et puissance
• L’énergie reflète la capacité à faire du travail.
• L’argent en banque reflète la capacité à dépenser.
• Le travail est l’action de convertir l’énergie d’une forme à une autre.
• La puissance reflète le taux auquel la conversion a lieu.
Énergie potentielle convertie en travail
Énergie potentielle élevée
Énergie potentielle basse
Machine Travail
Chaleur convertie en travail
Température élevée TH
Température basse TC
Machine Travail
Unités d’énergie et de puissance
• Travail et énergie:
(1 Joule) = (1 Newton) x (1 mètre)
• Puissance:
(1 Watt) = (1 Joule)/(1 seconde)
James Joule (1818-1889)
Énergie en Joules ou en kilowattheure
• 1 kWh = 1 000 Watts x 3 600 secondes
= 3,6 x 106 Joules = 3 600 kJ
Points de repère: puissance
Adulte (65 kg) au repos ~ 100 W Athlète (lutte olympique) ~ 1000 W Ampoule à incandescence ~ 100 W
Séchoir à cheveux ~ 1 500 W Pavillon (120V, 200A) ~ 24 kW Moteur de voiture (135 cv) ~ 100 kW
Points de repère: énergie
Soulèvement de 1 kg d’une hauteur de 1 m
~ 10 J ~ 0,003 Wh Personne 50 kg montant
2 étages (5 mètres)
~2 500 J ~0,7 Wh Un litre d’eau du robinet
chauffée à 1000C
~400 kJ ~0,11 kWh Métabolisme adulte/jour ~ 8 600 kJ ~ 2,4 kWh
Chaleur dégagée par un litre essence
~ 36 000 kJ ~ 10 kWh
L’omniprésence de l’énergie
Exemples de conversion d’énergie d’une forme à
l’autre
DE POTENTIEL À CINÉTIQUE
DE MÉCANIQUE À POTENTIEL
DE MÉCANIQUE À MÉCANIQUE
Engrenages
Transmission
DE MÉCANIQUE À ÉLECTRIQUE
Alternateur
Générateur Dynamo
DE MÉCANIQUE À CHALEUR
Freins à disques
DE CHALEUR À MÉCANIQUE
Turbines à gaz
Locomotive à vapeur
DE CHALEUR À CHALEUR
Échangeurs de chaleur
DE CHALEUR À ÉLECTRIQUE
Thermocouple
Pile thermoélectrique Réfrigérateur
thermoélectrique
DE ÉLECTRIQUE À MÉCANIQUE
Moteurs électriques
DE ÉLECTRIQUE À CHALEUR
DE ÉLECTRIQUE À CHIMIQUE
Chargement d’une batterie Électrolyse
DE CHIMIQUE À MÉCANIQUE
Combustion d’hydrocarbures et oxydation d’hydrates de carbone
DE CHIMIQUE À ÉLECTRIQUE
Déchargement d’une batterie Piles à combustible
DE CHIMIQUE À CHALEUR
DE SOLAIRE À MÉCANIQUE
Moudre le grain Déplacement
DE SOLAIRE À ÉLECTRIQUE
Cellules photovoltaïques
DE SOLAIRE À CHALEUR
Capteurs solaires
DE SOLAIRE À CHIMIQUE
Photosynthèse
DE NUCLÉAIRE À CHALEUR
CONVERSION SOLAIRE - ÉNERGIE POTENTIELLE – ÉNERGIE CINÉTIQUE -
MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ
Centrale hydroélectrique
CONVERSION SOLAIRE – MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ
Parc d’éoliennes
CONVERSION NUCLÉAIRE - CHALEUR – MÉCANIQUE - ÉLECTRICITÉ
Centrale nucléaire
DE NUCLÉAIRE À CHALEUR … À LA VIE
Tout cela est bien intéressant mais combien d’énergie un habitant d’un
pays développé comme la France consomme-t-il quotidiennement?
Voiture
kWh kWh
km
l ⋅ ⋅ ≈
⋅ 50 10 40
8
Avion
hab Jour
kWh Jours
voyage l
kWh voyage
hab
l
≈ ⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅ 30
365 1 10
416
240000 2
Boeing 747-400 240 000 litres
14 200 km 416 passagers
Chauffage
kWh maison
h kW
radiateurs ⋅ 1 ⋅ 24 ⋅ 1 ≈ 25 4
Maison ~ 100 m2
Eau chaude sanitaire
hab Jour
C kWh bain
l kJ
kWh C
l
kJ hab
Jour
bain
≈ ⋅
⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅ ⋅
40 5 110
3600 1
2 , 4
1 0
0
50 cm x 15 cm x 150 cm ~ 110 litres
Eau chaude sanitaire
kWh 5
, 4
Lave-linge ~ 1,0 kWh/Jour
Sécheuse ~ 2,0 kWh/Jour
Lave-vaisselle ~ 1,5 kWh/Jour
Appareils de cuisine
hab Jour
Total kWh
≈ 7 , 5 ⋅
Bouilloire ~ 1,0 kWh/Jour
Micro-ondes ~
0,5 kWh/Jour Cuisinière ~ 3,0 kWh/Jour
Frigo ~ 3,0 kWh/Jour
Éclairage
À la maison
Au bureau
hab Jour
kWh hab
maison Jour
h ampoule
kW maison
ampoules
≈ ⋅
⋅
⋅
⋅ 2,5
2 1 5
1 , 0 10
hab Jour
kWh Jour
h tube
kW hab
tubes
≈ ⋅
⋅
⋅ 0,05 8 1,5
4
kWh 0
, 4
Gadgets
Total kWh
≈ 5 ⋅
Gadget Puissance on Puissance off
Ordinateur ~ 80 W ~ 55 W
Télé ~ 100 W 0 W
Imprimante (laser)
~ 500 W ~ 17 W
Playstation 3 190 W 0 W
Aspirateur 1600 W 0 W
Alimentation
kWh 5
, 5
Fruits/légumes:
Produits laitiers:
Œufs:
hab Jour
kWh
≈ 3 ⋅
hab Jour
kWh
≈ 1 ⋅
hab Jour
kWh
≈ 1,5 ⋅
Alimentation: 200 g de viande par jour
boeuf kg Jour
g boeuf
Jours 200 200
1000 ⋅ ≈
kWh Jour
kg kWh
Total ≈ ⋅ 3 ⋅ 3,0 / ≈ 6,5 93
poulet kg Jour
g poulet
Jours 200 10
50 ⋅ ≈
porc kg Jour
g porc
Jours 200 80
400 ⋅ ≈
kg boeuf 65 3
1 ≈
kg poulet 3 3
1 ≈
kg porc 25 3
1 ≈
Agriculture
hab Jour
kWh
≈ 2 ⋅
Europe
hab Jour
kWh
≈ 1 ⋅
Europe
Contenants
Total kWh
≈ 3,0 ⋅
hab Jour
kWh hab
Jour
contenants contenant
kWh
≈ ⋅
⋅ ⋅
≈ 0,6 2 1,2
hab Jour
kWh hab
Jour
contenants contenant
kWh
≈ ⋅
⋅ ⋅
≈ 0,7 2 1,5
Emballages
kWh kWh
Total ≈ 0,400kg ⋅ 10 ≈ 4,0
Ordinateurs
hab Jour
kWh Jours
ans hab
ans
ordinateur ordinateur
Total kWh
≈ ⋅
⋅ ⋅
⋅
≈ 2,5
730 2 2
1 1800
Journaux et magazines
hab Jour
kWh kg
kWh hab
Jour Total kg
≈ ⋅
⋅ ⋅
≈ 0,200 10 2,0
Construction maison et voiture
hab Jour
kWh
≈ 1,0 ⋅
Durée de vie: 100 ans
Durée de vie: 15 ans
kWh an
voiture kWh
≈ ⋅
⋅
⋅ ⋅
≈ 76000 1 14
Réseau routier français
ans route km
m m
kWh France
route
km ⋅ ⋅ ⋅
≈ ⋅
40 1 1000
7600 945000
Nationales 11 800 km Départementales 377 000 km
Communales 550 000 km Autoroutes à péage 6 300 km
Transport de marchandises
hab Jour
kWh
≈ 7,0 ⋅
hab Jour
kWh
≈ 4,0 ⋅
Armement
hab Jour
kWh
≈ 4 , 0 ⋅
Élément kWh/(Jour*hab)
Voiture 40,0
Avion 30,0
Chauffage 25,0
Eau sanitaire 9,5
Cuisine 7,5
Éclairage 4,0
Gadgets 5,0
Alimentation 12,0
Agriculture 3,0
Produits 26,5
Routes 8,0
fret 11,0
Armement 4,0
Et le total est ~ 186
kWh/(Jour*hab) Mais que signifie
ce nombre?
IEA – OECD en 2006
Pays Énergie totale (kWh/hab.jour)
Énergie Renouvelable
Islande 389 78%
Luxembourg 323 1%
Canada 270 16%
USA 251 5%
Suède 184 29%
Québec 174 47%
France 140 7%
Allemagne 133 6%
Bienfaits de la maîtrise des combustibles fossiles
1. Services énergétiques de qualité inégalée dans l’histoire (mécanique, chaleur et
éclairage).
2. Abondance et variété des aliments…
santé.
3. Urbanisation… éducation et culture.
4. Mobilité… liberté, échanges, …
5. Accès à l’information… démocratisation
Données IEA OECD
et UNDP
en 2006
Pays Énergie totale (kWh/hab.jour)
IDH
Islande 389 0,969
Luxembourg 323 0,960
Canada 270 0,966
Suède 184 0,963
France 140 0,961
Suisse 115 0,960
Togo 10,4 0,499
Éthiopie 9,7 0,414
R.D. Congo 9,4 0,389
Érythrée 5,6 0,472
Consommation d’énergie (kWh/habitant-jour)*
Période Société A B C D Total
-106 ans primitive 2 2
- 105 ans chasseur 3 2 5
-7000 ans agriculture primaire 4 4 4 12 1400 agriculture avancée 6 12 7 1 26
1850 industrielle 7 32 24 14 77
2000 technologique 10 66 91 63 230
A:alimentation; B:chauffage central; C:industrie et agriculture;
D:transport.
Et si on corrélait les statistiques de la United Nations Development Program à celles de l’International Energy Agency …
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 100 200 300 400
IDH
Consommation kWh/(hab*jour)
Indice de Développement Humain (130 pays)
Islande
Nigeria
Trinidad Tobago USA
Cuba
Mozambique
R.D.Congo
France
Canada
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0
kWh/$ US 2007
Intensité énergétique (130 pays)
Nigéria Tunisie R.D. Congo
Canada
France
Islande Turkménistan
USA Ouzbékistan
Trinidad Tobago
Luxembourg Mozambique
Méfaits des combustibles fossiles (ou méfaits de ne pas les maîtriser) 1. Impacts sur l’environnement.
2. Accroissement des inégalités entre les états riches et pauvres.
Dégradation de l’environnement
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
0 100 200 300 400
Tonnes CO 2/habitant*année
Émissions de CO2 en 2004 (130 pays)
Islande Canada
Kuwait UAE
USA
France Suisse
Danemark
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
0 100 200 300 400
Tonnes CO 2/1000 $ US 2000
Intensité du carbone en 2004 (130 pays)
Canada
Islande Trinidad Tobago
Ouzbékistan
Suisse USA
France
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
0 100 200 300 400
Tonnes CO 2/tep
Intensité du carbone en 2004 (130 pays)
Islande Kuwait
Algérie
France
Canada Suisse
Estonie
Ouais mais toutes ces tonnes de CO2 c’est loin du quotidien...
Qu’en est-il de la corrélation vie/énergie?
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 100 200 300 400
Années
Consommation kWh/(hab*jour)
Espérance de vie (130 pays)
Zambie
Islande Trinidad Tobago
Afrique du Sud
Canada France
0 50 100 150 200 250
Décès
Mortalité chez les enfants de moins de 5 ans par 1000 habitants
(130 pays)
Turkménistan Nigéria
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100 120
Pourcentage
Consommation kWh/(hab*jour)
Population vivant avec moins de 2 $ US par jour
(130 pays)
Tanzanie
Turkménistan Ouzbékistan
Nigéria
L’électricité pour tous!
Enfin presque…
L’électricité propre!
Enfin presque…
83 g CO2 par kWh électricité
87 g CO2 par kWh électricité
220 g CO2 par kWh électricité
601 g CO2 par kWh électricité
881 g CO2 par kWh électricité
On n’échappe pas aux lois fondamentales de la
thermodynamique
1. On ne produit ni détruit l’énergie. On ne fait que la transformer (1ère loi).
2. Toute transformation dégrade la qualité de l’énergie (2ème loi).
Conséquence: l’environnement écope.
Solutions envisagées
(ou de quoi je me mêle?)
Pourquoi certaines sociétés disparaissent-elles alors que
d’autres s’épanouissent?
La réponse de l’histoire est sans appel les sociétés disparaissent parce que la population et les dirigeants n’ont pas su prévoir les problèmes et
gérer les crises!
Exemples
• Empire Romain: Refus de la maîtrise de l’énergie.
• Ile de Pâques: Déforestation.
• Vikings au Groenland:
déforestation et changement climatique.
La solution est …
l’éducation!
Avantage de l’éducation Si un jour notre espèce disparaît, au moins nous saurons pourquoi!
1. Développement de formes d’énergie renouvelable?
2. Conservation de l’énergie utile?
3. Efficacité énergétique?
4. Nouvelle technologie?
1. Formes d’énergie renouvelable?
(ou comment être populaire)
2. Conservation de l’énergie utile?
(ou comment être vertueux)
Moyen kWh/(100 km*hab)
Voiture ~ 80
Avion ~ 41
Bateau ~ 21
Autobus ~ 7
Train ~ 3-9
Métro ~ 4
Vélo ~ 2,5
3. Efficacité énergétique?
(ou comment être à la mode)
• Notion relative et non absolue.
• Du point de vue de l’environnement, ce n’est pas la consommation d’essence en Litres/100 km ou la pollution en
grammes de CO2 par kWh d’électricité qui importe mais la consommation en Litres et la pollution en grammes de
3. Efficacité énergétique: voiture?
• La consommation d’essence (L/100 km) des voitures de même masse a diminué de 40% depuis 1960 (USA, Canada).
• Le poids des voitures n’a toutefois pas cessé de croître depuis.
• 1970: 3 hab/véhicule, 15 000 km/an;
2005: 2 hab/véhicule, 20 000 km/an.
• Résultat net: de 1980 à 2000, la
3. Efficacité énergétique: éclairage?*
Année Efficacité relative
Prix par lumen
Consommation Lumen*heure par
habitant
PIB/habitant
1800 1 100 1 1
1850 4 26.8 4 1
1900 7 4.2 86 3
1950 331 0.15 1544 4
2000 714 0.03 6641 15
De la lampe à huile en 1800 à la lampe électrique en 2000,
l’efficacité relative a été multipliée par ~ 700. La consommation
Paradoxe de Jevons*
(ou l’effet rebond)
Toute amélioration de l’efficacité énergétique finit par stimuler la consommation d’énergie.
*Stanley Jevons, The coal question, 1865.
4. Nouvelle technologie?
(ou comment être cool)
Conclusions
1. La Consommation d’énergie optimale (IDH>0,95) est ~ 100 kWh/(hab.*jour).
Conclusions
2. Une consommation d’énergie
supérieure à ~ 150 kWh/(hab.*jour) NE GARANTIT PAS (1) un niveau de vie plus élevé, (2) une plus
grande sécurité, (3) une prospérité économique supérieure, (4) une
culture plus florissante, (5) la
Conclusions
3. Une consommation d’énergie
supérieure à ~ 150 kWh/(hab.*jour) GARANTIT toutefois la
dégradation de l’environnement.
Lecture incontournable (ou comment s’endormir)
