Réalités de la transition vers les énergies renouvelables

Marcel Lacroix

Réalités de la transition vers les énergies renouvelables

Professeur Marcel Lacroix Faculté de génie

Université de Sherbrooke

1

Énergies renouvelables

• Hydroélectricité.

• Solaire photovoltaïque.

• Solaire thermique.

• Éolienne.

• Biomasse.

• Géothermie.

• Océans, marées et vagues.

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Cinq réalités incontournables

Marcel Lacroix 3

1. Ampleur de la transition

Marcel Lacroix 4

Échelle de temps

• En 1850, 85% de l’approvisionnement mondial en énergie primaire provient de la biomasse.

• En 2006, 85% de l’approvisionnement mondial en énergie primaire provient des combustibles fossiles.

Marcel Lacroix 5

Industrie pétrolière en un siècle

• Gisements exploités dans > 100 pays.

• ~ 3 000 super pétroliers.

• ~ 500 000 km de pipelines.

• Traitement de ~ 30 milliards de barils de liquides et de gaz chaque année.

• Investissements de 5 000 milliards $US.

Marcel Lacroix 6

Pénétration du marché

Source Pénétration Pénétration

Pétrole 10% en 50 ans (1860-1910)

25% en 80 ans (1860-1940)

Gaz naturel idem idem

Hydroélectricité 50% de la production mondiale (1880-1915)

17% de la production mondiale en 2006 Nucléaire 10% de la production

en 27 ans (1956-1983)

16% de la production

électricité en 2006

Inertie

• Principaux systèmes de conversion d’énergie reposent toujours sur des

technologies développées avant 1940…

• Turbine hydraulique, turbine à vapeur, induction électromagnétique et moteur à combustion interne: 19 ^ième siècle.

• Turbine à gaz et nucléaire: 20 ^ième siècle.

Marcel Lacroix 8

Marcel Lacroix 9

1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 10^-2

10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³

Masse/Puissance (g/W)

Puissance humaine et animale Machine à vapeur

Moteur à combustion interne

Turbine à gaz

Énergies renouvelables monde*

Énergie renouvelable dans le monde en 2007: 12,4%

Biomasse Hydro Vent

Solaire/marée Géothermie

Marcel Lacroix 10

*Renewables Information 2009, IEA OECD

Énergies renouvelables OCDE*

Énergie renouvelable dans l'OCDE en 2007: 6,5%

Biomasse Hydro Vent

Solaire/marée Géothermie

Marcel Lacroix 11

*Renewables Information 2009, IEA OECD

2. Densité d’énergie

Marcel Lacroix 12

Densité d’énergie

Forme/Source Maîtrise (années)

Pouvoir (MJ/kg)

Atomes (C/H)

Bois

~10

~ 12 9,00

Charbon

~10

~ 24 1,63

C

H

diesel ~10

~ 45 0,46

C

H

essence ~10

~ 47 0,44

CH

~10

~ 55 0,25

H

~10

~ 141 0,00

Uranium-235 (fission) ~10

~ 80 * 10

-

Tritium (fusion) avenir ~ 340 * 10

-

C

H

OH

éthanol ~10

~ 30 0,33

Marcel Lacroix 14

Batteries Li-ion, NaS, NiCd Pb-acide

10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10^-1

10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴

Ressorts mécaniques

Stockage hydraulique Bandes élastiques

Surface (m²)

Densité d’énergie (kJ/kg)

Piles à combustible Piles de charbon

10⁵ 10⁶

Réservoirs de pétroleHydrogène liquide Gaz naturel liquéfié Biomasse solide

3. Densité de puissance

Marcel Lacroix 15

Densité de puissance

Forme/Source Densité(W/m

) Géothermie ~ 0,02

Biomasse ~ 0,5

Éolienne ~ 2-3

Hydro ~ 1-10

Photovoltaïque ~ 5-20 Fossile ~ 1 000 Nucléaire ~ 1 000

Tsunami ~ 1 000 000

1368 W/m

r

π r

342 W/m

4 π r

Réfléchi ~ 100 W

Absorbé ~ 70 W/m

Insolation moyenne résultante ~ 170 W/m

Densité de puissance:

Inadéquation besoins réels et E.R.

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10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹ 10^-1

10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴

Biomasse Vent Photovoltaïque

Surface (m²) Densité de puissance (W/m2 )

Villes Industrie

Maisons

Raffineries, aciéries

Gratte- ciels

Vent

4. Intermittence

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Intermittence

Forme/source Facteur de capacité

Nucléaire ~ 90%

Hydro ~ 60%

Photovoltaïque ~ 20%

Éolienne ~ 20%

T P

dt t

P

T

 ⋅



 



 ⋅

= ∫

0

/ )

η (

η

5. Distribution géographique

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Distribution géographique

• Comme le pétrole, les formes d’énergie renouvelable ne sont pas distribuées uniformément sur la planète…

• Hydro: cours d’eau.

• Éolienne: vent.

• Solaire: ensoleillement.

• Biomasse: forêts et chaudières.

Marcel Lacroix 22

Comment le Québec se compare-t-il?

Marcel Lacroix 23

Consommation d’énergie au Québec en 2006*

Totale** 41 x 10 ⁶ tep Électricité 192,7 TWh

Pétrole 17,3 x 10 ⁹ l Gaz naturel 5,6 x 10 ⁹ m ³ Charbon + coke 550 x 10 ⁶ kg Biomasse 3,8 x 10 ⁶ tep

*Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune

** Monde: ~ 12 000 x 10

tep

Consommation d’énergie au Québec par habitant et par jour en 2006

(kWh/habitant-jour*)

Totale ~ 174

Électricité ~ 70

Pétrole ~ 64

Gaz naturel ~ 22

Charbon + coke ~ 1

Biomasse ~ 16

*Population du Québec: 7,5 millions d’habitants

26

IEA – OECD en 2006

Pays

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%

Danemark 116 15%

Suisse 115 16%

Turquie 38 12%

Marcel Lacroix 27

83 g CO ₂ par kWh électricité

87 g CO ₂ par kWh électricité

Marcel Lacroix 28

Marcel Lacroix 29

220 g CO ₂ par kWh électricité

Marcel Lacroix 30

601 g CO ₂ par kWh électricité

Marcel Lacroix 31

881 g CO ₂ par kWh électricité

Méfaits de ne pas maîtriser les combustibles fossiles

1. Impacts sur l’environnement.

2. Accroissement des inégalités entre

les états riches et pauvres.

Dégradation de l’environnement

M. Lacroix Énergie au quotidien 33

Marcel Lacroix 34

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0

0 100 200 300 400

T o nne s C O

/h ab it an t*an n ée

Consommation kWh/(hab*jour)

Émissions de CO

en 2004 (130 pays)

Islande Canada

Kuwait UAE

USA

France Suisse

Danemark

Marcel Lacroix 35

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

0 100 200 300 400

T o nne s C O

/1000 $ US 2000

Consommation kWh/(hab*jour)

Intensité du carbone en 2004 (130 pays)

Canada

Islande Trinidad Tobago

Ouzbékistan

Suisse USA

France

Marcel Lacroix 36

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

0 100 200 300 400

T o nne s C O

/t ep

Consommation kWh/(hab*jour)

Intensité du carbone en 2004 (130 pays)

Islande Kuwait

Algérie

France

Canada Suisse

Estonie

Marcel Lacroix 37

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 20 40 60 80 100 120

P ou rc en tage

Consommation kWh/(hab*jour)

Population vivant avec moins de 2 $ US par jour

(130 pays)

Tanzanie

Turkménistan Ouzbékistan

Nigéria

Marcel Lacroix 38

0 50 100 150 200 250

0 20 40 60 80 100 120

D écès

Consommation kWh/(hab*jour)

Mortalité chez les enfants de moins de 5 ans par 1000 habitants

(130 pays)

Turkménistan Nigéria

Marcel Lacroix 39

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

du savoir et démocraties.

41

Données IEA OECD

et UNDP

en 2006

Pays

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

Bangladesh 5,4 0,543

Chasseur ~ 10

ans ~ 5 -

M. Lacroix Introduction 42

Consommation d’énergie (kWh/habitant-jour)*

Période Société A B C D Total

-10

ans primitive 2 2

- 10

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.

*P. Kruger, Alternative Energy Resources, 2006

Introduction 43

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

Marcel Lacroix 44

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 100 200 300 400

A nné es

Consommation kWh/(hab*jour)

Espérance de vie (130 pays)

Zambie

Islande Trinidad Tobago

Afrique du Sud

Canada France

Marcel Lacroix 45

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

0 100 200 300 400

k Wh /$ US 2007

Consommation kWh/(hab*jour)

Intensité énergétique (130 pays)

Nigéria Tunisie R.D. Congo

Canada

France

Islande Turkménistan

USA Ouzbékistan

Trinidad Tobago

Luxembourg Mozambique

Barrières et menaces à la transition vers les énergies

renouvelables au Québec

Marcel Lacroix 46

Barrières et Menaces

1. Hydroélectricité.

2. Économie.

3. Étapes incontournables: R&D

…Démonstration… Déploiement … Commercialisation.

4. Crédibilité des acteurs, attentes des consommateurs, promesses des

entrepreneurs et engagement de tous.

Marcel Lacroix 47

Conclusions

1. L’impact de la transition vers des

énergies renouvelables se mesure en décennies et non en quelques années.

2. Les énergies renouvelables dans les pays riches: une niche.

3. Les énergies renouvelables dans les pays pauvres: une nécessité.

Marcel Lacroix 48

M. Lacroix Énergie au quotidien 49

Potentiel d’amélioration

0 1 2 3 4 5 6 7

Économique

Réalisable

Technologique

Thermodynamique

50