L'énergie au XXIème siècle

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L'énergie au XXIème siècle

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MISSION SCIENTIFIQUE TECHNIQUE ET PEDAGOGIQUE http://www.recherche.gouv.fr/mstp/ èmeL’énergie au XXI siècle Une réflexion prospective Une analyse des verrous scientifiques et technologiques à lever _________________ Auteurs : G. Cognet, P. Hesto, J.-L. Houzelot, Ch. Rombaut, J. Taine, B. Tamain Avec des contributions des départements scientifiques de la MSTP Janvier 2004 MRNT/MSTP/01-2004 1SOMMAIRE INTRODUCTION........................................................................................................... p 3 I - LA SITUATION ACTUELLE.................................................................................... p 6 I - 1 Retour sur des définitions............................................................................. p 6 I - 2 Energie : origines et formes.......................................................................... p 7 I - 3 Conclusion.................................................................................................... p 13 II – ENJEUX ENERGETIQUES POUR UN DEVELOPPEMENT DURABLE A L'HORIZON DES PROCHAINES DECENNIES....................................................... p 14 II - 1 Nécessaire complémentarité des ressources énergétiques........................... p 14 II - 2 Optimisation de la conversion entre énergies primaires et consommation finale................................................................................. p 14 II - 3 Gestion optimale de l'énergie dans l'habitat................................................. p 16 II - 4 Gestion optimale de l'énergie dans les transports........................................ p 18 II-4-1 Transports guidés (rail)................................................................... p 18 II-4-2 Transports routiers.......................................................................... p 18 II-4-3 Transports aériens........................................................................... p 20 II-4-4 Transports maritimes...................................................................... p 20 II - 5 Gestion optimale de l'énergie dans l'industrie............................................. p 20 II - 6 Conclusion................................................................................................... p 21 III – QUELS VECTEURS POUR L'ENERGIE ? : PROSPECTIVE A MOYEN / LONG TERME................................................................. p 22 III - 1 Vers une filière hydrogène......................................................................... p 22 III-1-1 Intérêt et objectifs.......................................................................... p 22 III-1-2 Production..................................................................................... p 22 III-1-3 Stockage........................................................................................ p 23 III-1-4 Transport par canalisation............................................................. p 24 III-1-5 Utilisation...................................................................................... p 24 III-1-6 Les coûts....................................................................................... p 24 III - 2 La place de l'électricité.............................................................................. p 25 III-2-1 A partir des énergies renouvelables.............................................. p 25 III-2-2 A partir des énergies non renouvelables....................................... p 26 III-2-3 Conclusion.................................................................................... p 26 III - 3 Le gaz naturel, les hydrocarbures le charbon............................................. p 26 III - 4 La chaleur comme vecteur énergétique...................................................... p 27 IV – DES VERROUS SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES............................. p 29 IV - 1 Développement du recours à l'énergie solaire........................................... p 29 IV-1-1 Scénario "énergie solaire locale non concentrée"......................... p 29 IV-1-2 Scénario "énergie solaire avec concentration".............................. p 30 IV-1-3 Conclusion.................................................................................... p 31 IV - 2 Développement de la biomasse.................................................................. p 31 IV - 3 Devenir du nucléaire fission....................................................................... p 32 IV - 4 Le verrou de la fusion contrôlée................................................................. p 33 V – CONCLUSIONS........................................................................................................ p 34 SYNTHESE DES RECOMMANDATIONS………………………………………….p 36 ANNEXES...................................................................................................................... p 40 MRNT/MSTP/01-2004 2INTRODUCTION GENERALE A l’évidence la maîtrise de l’Energie a été un des facteurs clés qui ont conduit le développement de l’Humanité; elle lui a permis d’étendre son emprise sur la terre entière et de partir à la découverte de l’espace. La recherche de nouvelles sources d’énergie, toujours plus abondantes et diversifiées, a guidé l’Homme et accru sa puissance depuis l’origine des temps, tout autant que la mobilisation de ses capacités intellectuelles, accompagnant ses aptitudes manuelles. Dès lors, les démarches actuelles de réflexion, d’analyse et de débats du type "Quelle énergie pour demain?" sont non seulement légitimes mais indispensables, alors que se manifestent les tensions sur l’offre énergétique au regard des besoins, les craintes vis-à-vis de la sécurité et de l’environnement, les interrogations sur le modèle de développement économique. L’histoire des siècles passés nous montre les effets multiplicateurs des réponses apportées aux défis énergétiques successifs; autant de transformations sur la forme de l’énergie utilisée, autant de révolutions industrielles. Les temps modernes se caractérisent par un recours de plus en plus marqué à des ressources de haute intensité énergétique largement non renouvelables et très souvent polluantes. Les perspectives de tarissement de gisements majeurs d’énergie sont aussi dans les esprits quand on constate que la consommation des ressources naturelles des 40 dernières années dépasse celles cumulées pour toutes les générations qui ont vécu depuis le fond des âges. Si l’on observe par ailleurs les impacts écologiques, voire climatiques, aux conséquences éventuellement irréversibles, on a le sentiment d’avoir atteint les limites de certains équilibres de l’Homme dans son environnement terrestre. Un autre élément amplifie la contrainte : l’accroissement démographique de la planète, prévisible sur les prochaines décennies; des 6 milliards actuels à 9-10 milliards d’habitants au ièmemilieu du 21 siècle selon les sources officielles (United Nations Population Division). Or aujourd’hui 2,6 milliards d’êtres humains ne peuvent disposer d’un approvisionnement fiable pour couvrir leurs besoins en énergie; 1,6 milliards n’ont pas accès à l’électricité et ses applications dans les domaines de la santé et de l’alimentation, du confort, de la mobilité et de la culture. Réduire cette disparité criante et accompagner la croissance des populations constituent aussi un devoir pour les nations. Ainsi selon le Département de l’Energie des Etats-Unis (DOE), la consommation mondiale de l’énergie devrait augmenter de 60 % sur la période 2000/2020 et cet accroissement proviendrait, en majeure partie, des pays émergents (conséquence en particulier du développement de pays comme la Chine ou l’Inde). Cela correspondrait à investir 30 000 G€ alors que la valeur estimée du parc énergétique mondial est actuellement de 10 000 G€. Dans cette perspective, on doit s’attendre à une augmentation de plus de 60% des rejets responsables de l’effet de serre. Quel défi ! Le développement durable au niveau de notre planète s’inscrit dans une solidarité à la fois dans l’espace et dans le temps. Il ne peut y avoir de développement durable sans une utilisation saine, appropriée et à un coût abordable, de l’énergie. Cela signifie qu’il faut : - assurer les besoins énergétiques tout en réduisant les impacts environnementaux, MRNT/MSTP/01-2004 3- veiller à une gestion prudente et responsable des ressources non renouvelables, ce qui conduit à mettre en place une politique énergétique aux niveaux local, régional, national et international. Il faudra donc tenir compte: - de la nécessaire maîtrise des processus de transition entre les technologies d’aujourd’hui et celles de demain; - des grandes échelles de temps associées à la conception, la réalisation et l'utilisation des infrastructures énergétiques; - de l’impérieux besoin de transfert des connaissances vers les pays en voie de développement; - de la nécessité d'une diffusion large de l'information conduisant à une acceptabilité raisonnée par le corps social. Il faut sans doute s’attendre à des bouleversements majeurs à l'issue de cette première moitié de siècle. Des actions volontaristes et fortes doivent préparer des inflexions significatives et amortir les conséquences d’une demande très rapidement croissante. Comme on le verra, le gisement représenté par les économies potentielles d’énergie reste important, en particulier dans les pays développés. Une attitude proactive stimulée par la recherche doit s’affirmer. L’évolution récente des ressources énergétiques et des systèmes d’offre laisse à penser que, longtemps encore, nous resterons largement tributaires des énergies non renouvelables: pétrole, gaz, charbon, uranium. Cela soulève d'une part l’énorme problème de la production associée de gaz carbonique qu’il faudra capter et séquestrer, d'autre part celui des pollutions et déchets plus ou moins importants associés à ces diverses ressources