Consommation mondiale d’énergie par source en 2022 Production énergétique annuelle par continent Le développement énergétique est le domaine d'activités visant à obtenir des sou...
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Consommation mondiale d’énergie par source en 2022 Production énergétique annuelle par continent
Les sociétés utilisent l'énergie pour la communication , le chauffage, la ventilation et la climatisation , l'éclairage , la production industrielle et les transports , à des fins agricoles, commerciales, domestiques et industrielles. Les ressources énergétiques peuvent être classées en ressources primaires, utilisables sous leur forme initiale, et en ressources secondaires, nécessitant une conversion pour une utilisation plus aisée. Les ressources non renouvelables s'épuisent considérablement sous l'effet de l'activité humaine, tandis que les ressources renouvelables sont produites par des processus continus permettant une exploitation humaine durable.
Modèle de système ouvert (principes de base)ressources primaires , utilisables directement sans conversion, et une conversion importante à partir d'une source primaire. Parmi les ressources énergétiques primaires, on peut citer l'énergie éolienne , l'énergie solaire , le bois de chauffage, les combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel, ainsi que l'uranium. Les ressources secondaires comprennent notamment l'électricité, l'hydrogène et les autres carburants synthétiques.
Une autre classification importante repose sur le temps nécessaire à la régénération d'une ressource énergétique. Les « ressources renouvelables » sont celles qui reconstituent leur capacité dans un délai compatible avec les besoins humains. L'énergie hydroélectrique et l'énergie éolienne en sont des exemples : les phénomènes naturels qui en sont la principale source d'énergie sont continus et non épuisés par la demande humaine. Les ressources non renouvelables sont celles qui sont fortement consommées par l'homme et dont le potentiel ne se reconstitue pas de manière significative au cours d'une vie humaine. Le charbon, par exemple, est une source d'énergie non renouvelable, car sa formation naturelle est insuffisante pour répondre aux besoins de l'humanité.
L’utilisation des combustibles fossiles aux XVIIIe et XIXe siècles a préparé le terrain pour la révolution industrielle .
Les combustibles fossiles constituent la majeure partie des sources d'énergie primaire mondiales . En 2024, 86 % des besoins énergétiques mondiaux étaient couverts par les combustibles fossiles , contre 81 % en 2005 Les technologies et infrastructures nécessaires à leur utilisation existent déjà. Les carburants liquides dérivés du pétrole offrent une densité énergétique importante, ce qui est avantageux par rapport aux sources à plus faible densité énergétique comme les batteries . Les combustibles fossiles sont actuellement économiques pour une utilisation décentralisée de l'énergie.
La dépendance énergétique aux combustibles fossiles importés engendre des risques pour la sécurité énergétique des pays dépendants. La dépendance au pétrole en particulier a conduit à des guerres, au financement de groupes radicaux, à la monopolisation, et à l'instabilité socio-politique.
Les combustibles fossiles sont des ressources non renouvelables dont la production finira par diminuer et qui s'épuiseront. Bien que les processus de formation des combustibles fossiles se poursuivent, leur consommation dépasse largement leur taux de renouvellement naturel. L'extraction de ces combustibles devient de plus en plus coûteuse à mesure que la société exploite les gisements les plus accessibles . Cette extraction entraîne une dégradation de l'environnement , comme en témoignent l' exploitation minière à ciel ouvert et le décapage des sommets montagneux pour le charbon.
La production conventionnelle de pétrole a atteint son apogée , au minimum, entre 2007 et 2010. En 2010, on estimait qu'un investissement de 8 000 milliards de dollars dans les ressources non renouvelables serait nécessaire pour maintenir les niveaux de production actuels pendant 25 ans . Toujours en 2010, les gouvernements subventionnaient les combustibles fossiles à hauteur d'environ 500 milliards de dollars par an . Les combustibles fossiles sont également une source d' émissions de gaz à effet de serre , ce qui suscite des inquiétudes quant au réchauffement climatique si leur consommation n'est pas réduite.
En 2013, l' AIEA recensait 437 réacteurs nucléaires opérationnels dans 31 pays , même si tous ne produisaient pas d'électricité . Par ailleurs, environ 140 navires de guerre utilisaient la propulsion nucléaire , alimentés par quelque 180 réacteurs . En 2013, l'obtention d'un gain énergétique net grâce à des réactions de fusion nucléaire soutenues, en excluant les sources d'énergie de fusion naturelles comme le Soleil , demeurait un axe de recherche international en physique et en ingénierie . Plus de 60 ans après les premières tentatives, la production commerciale d'énergie par fusion restait improbable avant 2050
Les accidents de centrales nucléaires comprennent la catastrophe de Tchernobyl (1986), la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi (2011) et l' accident de Three Mile Island (1979). On a également recensé quelques accidents de sous-marins nucléaires. En termes de vies perdues par unité d'énergie produite, l'analyse a déterminé que l'énergie nucléaire a causé moins de décès par unité d'énergie produite que les autres principales sources de production d'énergie. La production d'énergie à partir du charbon , du pétrole , du gaz naturel et de l'hydroélectricité a entraîné un plus grand nombre de décès par unité d'énergie produite en raison de la pollution atmosphérique et des conséquences des accidents énergétiques . Cependant, les coûts économiques des accidents nucléaires sont élevés et le nettoyage après une fusion du cœur peut prendre des décennies. Les conséquences humaines des évacuations des populations touchées et des pertes de moyens de subsistance sont également considérables.
Cette étude compare les décès par cancer latents liés au nucléaire , tels que le cancer, avec les décès immédiats dus à d'autres sources d'énergie par unité d'énergie produite (GW/an). Elle n'inclut pas les cancers liés aux combustibles fossiles ni les autres décès indirects induits par leur consommation dans sa classification des « accidents graves », qui désignent les accidents faisant plus de 5 victimes.
En 2012, selon l' AIEA , 68 réacteurs nucléaires civils étaient en construction dans 15 pays à travers le monde , dont environ 28 en République populaire de Chine (RPC). Le dernier réacteur nucléaire raccordé au réseau électrique l'a été le 17 février 2013 à la centrale nucléaire de Hongyanhe , en RPC . Aux États-Unis, deux nouveaux réacteurs de génération III sont en construction à Vogtle . Les responsables de l'industrie nucléaire américaine prévoient la mise en service de cinq nouveaux réacteurs d'ici 2020, tous dans des centrales existantes . En 2013, quatre réacteurs vieillissants et non compétitifs ont été définitivement fermés
Des expériences récentes d'extraction d'uranium utilisent des cordes en polymère recouvertes d'une substance qui absorbe sélectivement l'uranium présent dans l'eau de mer. Ce procédé pourrait rendre exploitable pour la production d'énergie le volume considérable d'uranium dissous dans l'eau de mer. Étant donné que des processus géologiques continus transportent de l'uranium vers la mer en quantités comparables à celles qui seraient extraites par ce procédé, l'uranium marin devient, en un sens, une ressource durable. à faible émission de carbone . Une analyse de la littérature sur son intensité d’émissions sur l’ensemble de son cycle de vie montre qu’elle est comparable aux énergies renouvelables en termes d’ émissions de gaz à effet de serre (GES) par unité d’énergie produite. Depuis les années 1970, le combustible nucléaire a permis d’éviter l’émission d’environ 64 gigatonnes d’ équivalent dioxyde de carbone (GtCO2-eq) de gaz à effet de serre , qui auraient autrement été produites par la combustion de pétrole, de charbon ou de gaz naturel dans les centrales thermiques .
Sortie progressive et réduction des installations nucléaires
L’accident nucléaire de Fukushima Daiichi au Japon en 2011 , survenu dans un réacteur conçu dans les années 1960 , a entraîné une remise en question de la sûreté nucléaire et de la politique énergétique nucléaire dans de nombreux pays. L’Allemagne a décidé de fermer tous ses réacteurs d’ici 2022 et l’Italie a interdit l’énergie nucléaire. Suite à Fukushima, en 2011, l’ Agence internationale de l’énergie a réduit de moitié ses estimations concernant la capacité de production nucléaire supplémentaire qui devrait être construite d’ici 2035.
Fukushima
Suite à la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011 – le deuxième pire incident nucléaire , qui a déplacé 50 000 ménages après la fuite de matières radioactives dans l'air, le sol et la mer , et aux contrôles de radioactivité ultérieurs ayant conduit à l'interdiction de certains envois de légumes et de poissons – une enquête mondiale sur le soutien du public par Ipsos (2011) aux sources d'énergie a été publiée et la fission nucléaire s'est avérée être la moins populaire
économie de la fission
Faible soutien public mondial à la fission nucléaire à la suite de Fukushima ( enquête Ipsos , 2011)
La rentabilité des nouvelles centrales nucléaires est un sujet controversé, car les avis divergent sur la question, et des investissements de plusieurs milliards de dollars dépendent du choix de la source d'énergie. Les centrales nucléaires présentent généralement des coûts d'investissement élevés pour leur construction, mais des coûts directs de combustible faibles. Ces dernières années, la croissance de la demande d'électricité a ralenti et le financement est devenu plus difficile, ce qui affecte les grands projets tels que les réacteurs nucléaires, caractérisés par des coûts initiaux très élevés et des cycles de projet longs, comportant de nombreux risques. En Europe de l'Est, plusieurs projets de longue date peinent à trouver des financements, notamment Belene en Bulgarie et les réacteurs supplémentaires de Cernavoda en Roumanie, et certains investisseurs potentiels se sont retirés. Lorsque le gaz est bon marché et que son approvisionnement futur est relativement sûr, cela constitue également un problème majeur pour les projets nucléaires.
L'analyse économique de l'énergie nucléaire doit prendre en compte la répartition des risques liés aux incertitudes futures. À ce jour, toutes les centrales nucléaires en exploitation ont été développées par des monopoles d'État ou des entreprises publiques réglementées où de nombreux risques associés aux coûts de construction, aux performances d'exploitation, au prix du combustible et à d'autres facteurs étaient supportés par les consommateurs plutôt que par les fournisseurs. De nombreux pays ont désormais libéralisé le marché de l'électricité , de sorte que ces risques, ainsi que le risque d'apparition de concurrents moins chers avant le retour sur investissement, sont supportés par les fournisseurs et les exploitants de centrales plutôt que par les consommateurs, ce qui conduit à une évaluation sensiblement différente de la rentabilité des nouvelles centrales nucléaires
Frais
Les coûts des centrales nucléaires existantes et nouvelles devraient augmenter en raison des exigences accrues en matière de gestion du combustible usé sur site et de l'augmentation des risques liés aux spécifications de conception. Alors que les réacteurs EPR en construction, une conception novatrice, accusent des retards et des dépassements de budget, sur les sept réacteurs APR-1400 sud-coréens actuellement en construction dans le monde, deux se trouvent en Corée du Sud, à la centrale nucléaire de Hanul , et quatre sont en construction aux Émirats arabes unis , sur le plus grand chantier de centrale nucléaire au monde en 2016, à la centrale nucléaire de Barakah . Le premier réacteur, Barakah-1, est achevé à 85 % et son raccordement au réseau est prévu pour 2017. Deux des quatre réacteurs EPR en construction (en Finlande et en France) accusent un retard important et des dépassements de coûts considérables.
Sources renouvelables
La capacité de production d'énergie renouvelable a connu une croissance constante, principalement grâce à l'énergie solaire photovoltaïque .
Les pays les plus dépendants des combustibles fossiles pour la production d'électricité présentent des différences considérables quant au pourcentage d'électricité produite à partir d'énergies renouvelables, ce qui entraîne de fortes variations dans le potentiel de croissance de ces dernières.
En incluant la biomasse traditionnelle, environ 19 % de la consommation énergétique mondiale provient de sources renouvelables. L'énergie éolienne s'impose comme une source d'énergie renouvelable majeure, augmentant la capacité éolienne mondiale de 12 % en 2021. Bien que ce ne soit pas le cas pour tous les pays, 58 % des pays de l'échantillon ont établi un lien entre la consommation d'énergie renouvelable et la croissance économique. À l'échelle nationale, au moins 30 pays dans le monde utilisent déjà les énergies renouvelables pour plus de 20 % de leur approvisionnement énergétique. Les marchés nationaux des énergies renouvelables devraient connaître une forte croissance au cours de la prochaine décennie et au-delà. [76]
Contrairement à d'autres sources d'énergie, les énergies renouvelables sont moins limitées par la géographie. De plus, leur déploiement engendre des avantages économiques et contribue à la lutte contre le changement climatique. L'électrification rurale a fait l'objet de recherches sur de nombreux sites et a démontré ses effets positifs sur les dépenses commerciales, l'utilisation des appareils électroménagers et les activités générales nécessitant de l'électricité. Dans au moins 38 pays, la croissance des énergies renouvelables a été stimulée par les taux élevés de consommation d'électricité. Le soutien international à la promotion des énergies renouvelables, comme le solaire et l'éolien, ne cesse de croître.
Bien que de nombreux projets d'énergies renouvelables soient de grande envergure, ces technologies conviennent également aux zones rurales et isolées ainsi qu'aux pays en développement , où l'énergie est souvent essentielle au développement humain . Afin de garantir un développement humain durable, les gouvernements du monde entier commencent à étudier les moyens d'intégrer les énergies renouvelables à leurs économies. Par exemple, le ministère britannique de l'Énergie et du Changement climatique, dans son programme « Pathways 2050 », a créé une méthode de cartographie pour informer le public sur la concurrence foncière entre les différentes technologies d'approvisionnement énergétique . Cet outil permet aux utilisateurs de comprendre les limites et le potentiel de leur territoire et de leur pays en matière de production d'énergie.
L'hydroélectricité est l'énergie électrique produite par la force hydraulique , c'est-à-dire la force de l'eau qui tombe ou qui coule. En 2015, l'hydroélectricité a produit 16,6 % de l'électricité mondiale et 70 % de l'électricité renouvelable barrage des Trois-Gorges en Chine, le barrage d’Itaipu à la frontière entre le Brésil et le Paraguay, et le barrage de Guri au Venezuela.
Le coût de l'hydroélectricité est relativement faible, ce qui en fait une source d'électricité renouvelable compétitive. Le coût moyen de l'électricité produite par une centrale hydroélectrique de plus de 10 mégawatts est de 3 à 5 cents américains par kilowattheure. L'hydroélectricité est également une source d'électricité flexible, car la production des centrales peut être rapidement modulée pour s'adapter aux variations de la demande énergétique. Cependant, la construction de barrages interrompt le cours des rivières et peut nuire aux écosystèmes locaux ; de plus, la construction de grands barrages et de réservoirs entraîne souvent le déplacement de populations et d'animaux sauvages. Une fois construite, une centrale hydroélectrique ne produit aucun déchet direct et ses émissions de dioxyde de carbone (CO2 ), un gaz à effet de serre, sont considérablement inférieures à celles des centrales thermiques à combustibles fossiles .
L’énergie éolienne exploite la force du vent pour actionner les pales des éoliennes . Ces turbines entraînent la rotation d’ aimants , ce qui produit de l’électricité. Les éoliennes sont généralement regroupées en parcs éoliens . Il existe des parcs éoliens en mer et des parcs éoliens terrestres . La capacité éolienne mondiale a connu une croissance rapide pour atteindre 336 GW en juin 2014, et la production d’énergie éolienne représentait environ 4 % de la consommation mondiale totale d’électricité, un chiffre en forte croissance.
L'énergie éolienne est largement utilisée en Europe , en Asie et aux États-Unis . Plusieurs pays ont atteint des niveaux de pénétration relativement élevés de l'énergie éolienne, comme 21 % de la production d'électricité stationnaire au Danemark , 18 % au Portugal , 16 % en Espagne , 14 % en Irlande , et 9 % en Allemagne en 2010. En 2011, plus de 50 % de l'électricité en Allemagne et en Espagne provenait de l'énergie éolienne et solaire. En 2011, 83 pays dans le monde utilisaient l'énergie éolienne à des fins commerciales.
Un biocarburant est un carburant contenant de l'énergie issue de la fixation du carbone à l'échelle géologique récente . Ces carburants sont produits à partir d'organismes vivants , comme les plantes et les microalgues . Leur élaboration repose sur la conversion de la biomasse (la biomasse désigne des organismes ayant récemment vécu, le plus souvent des plantes ou des matières végétales). Cette biomasse peut être transformée en substances énergétiques utilisables de trois manières différentes : par conversion thermique, chimique ou biochimique. Cette conversion peut donner un carburant sous forme solide , liquide ou gazeuse , qui peut ensuite être utilisé pour la production de biocarburants. Ces derniers ont gagné en popularité en raison de la hausse des prix du pétrole et des impératifs de sécurité énergétique .
Le bioéthanol est un alcool produit par fermentation , principalement à partir de glucides issus de cultures sucrières ou amylacées comme le maïs ou la canne à sucre . La biomasse cellulosique , provenant de sources non alimentaires telles que les arbres et les graminées, est également développée comme matière première pour la production d'éthanol. L'éthanol peut être utilisé pur comme carburant pour véhicules, mais il est généralement employé comme additif à l'essence pour augmenter son indice d'octane et réduire les émissions polluantes. Le bioéthanol est largement utilisé aux États-Unis et au Brésil . Les installations actuelles ne permettent pas de convertir la lignine contenue dans les matières premières végétales en composants du carburant par fermentation.
Le biodiesel est fabriqué à partir d'huiles végétales et de graisses animales . Il peut être utilisé pur comme carburant pour véhicules, mais il est généralement employé comme additif au gazole afin de réduire les émissions de particules fines, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures des véhicules diesel. Produit à partir d'huiles ou de graisses par transestérification , le biodiesel est le biocarburant le plus répandu en Europe. Des recherches sont toutefois en cours sur la production de carburants renouvelables par décarboxylation
En 2010, la production mondiale de biocarburants a atteint 105 milliards de litres (28 milliards de gallons américains), soit une hausse de 17 % par rapport à 2009 . Les biocarburants représentaient 2,7 % des carburants utilisés dans le transport routier à l'échelle mondiale, principalement grâce à l'éthanol et au biodiesel. La production mondiale d'éthanol-carburant a atteint 86 milliards de litres (23 milliards de gallons américains) en 2010, les États-Unis et le Brésil étant les principaux producteurs mondiaux, assurant à eux deux 90 % de la production mondiale. L' Union européenne était le premier producteur mondial de biodiesel , avec 53 % de la production totale en 2010 En 2011, l'incorporation de biocarburants était obligatoire dans 31 pays au niveau national et dans 29 États ou provinces. L’ Agence internationale de l’énergie a pour objectif que les biocarburants répondent à plus d’un quart de la demande mondiale de carburants pour les transports d’ici à 2050 afin de réduire la dépendance au pétrole et au charbon.
L'énergie géothermique est l'énergie thermique générée et stockée dans la Terre. L'énergie thermique est l'énergie qui détermine la température de la matière. L'énergie géothermique de la croûte terrestre provient de la formation initiale de la planète (20 %) et de la désintégration radioactive des minéraux (80 %). Le gradient géothermique , c'est-à-dire la différence de température entre le noyau et la surface de la planète, induit une conduction continue d'énergie thermique sous forme de chaleur du noyau vers la surface. L'adjectif « géothermique » provient des racines grecques γη (ge) , signifiant terre, et θερμος (thermos) , signifiant chaud.
L’énergie géothermique, issue des sources chaudes , est utilisée pour les bains depuis le Paléolithique et pour le chauffage des bâtiments depuis l’Antiquité romaine, mais elle est aujourd’hui surtout connue pour la production d’électricité . En 2012, la puissance géothermique disponible dans 24 pays s’élevait à 11 400 mégawatts (MW) En 2010 , une capacité supplémentaire de 28 gigawatts de chauffage géothermique direct était installée pour le chauffage urbain, le chauffage des bâtiments, les spas, les procédés industriels, le dessalement et l’agriculture
L'énergie géothermique est rentable, fiable, durable et respectueuse de l'environnement , mais son exploitation a longtemps été limitée aux zones proches des limites des plaques tectoniques . Les progrès technologiques récents ont considérablement élargi la gamme et la taille des ressources exploitables, notamment pour des applications telles que le chauffage domestique, ouvrant ainsi la voie à une exploitation à grande échelle. Les puits géothermiques libèrent des gaz à effet de serre emprisonnés profondément dans la terre, mais ces émissions sont bien moindres par unité d'énergie que celles des combustibles fossiles. Par conséquent, l'énergie géothermique pourrait contribuer à atténuer le réchauffement climatique si elle était largement déployée en remplacement des combustibles fossiles.
Les ressources géothermiques de la Terre sont théoriquement plus que suffisantes pour couvrir les besoins énergétiques de l'humanité, mais seule une infime fraction peut être exploitée de manière rentable. Le forage et l'exploration des ressources en profondeur sont très coûteux. Les prévisions concernant l'avenir de l'énergie géothermique reposent sur des hypothèses relatives à la technologie, aux prix de l'énergie, aux subventions et aux taux d'intérêt. Des programmes pilotes, comme le programme d'adhésion volontaire à l'énergie verte d'EWEB montrent que les consommateurs seraient disposés à payer un peu plus cher pour une source d'énergie renouvelable telle que la géothermie. Cependant, grâce à la recherche financée par les pouvoirs publics et à l'expérience acquise par l'industrie, le coût de production de l'énergie géothermique a diminué de 25 % au cours des deux dernières décennies . En 2001, l'énergie géothermique coûtait entre deux et dix cents américains par kWh
Océanique
vagues , des courants et des marées , ainsi que par les variations de salinité et de température des océans . Grâce à la nature cyclique des océans, l’EMR présente un fort potentiel pour devenir une source d’énergie fiable et renouvelable . Le mouvement de l’eau dans les océans du globe crée un immense réservoir d’ énergie cinétique , ou énergie en mouvement. Cette énergie peut être exploitée pour produire de l’électricité et alimenter les habitations, les transports et les industries.
La technologie des énergies marines est encore à ses débuts. Pour se développer, elle nécessite des méthodes efficaces de stockage, de transport et de captage de l'énergie océanique, afin de pouvoir être utilisée là où elle est nécessaire. Au cours de l'année écoulée, des pays du monde entier ont commencé à mettre en œuvre des stratégies de marché pour commercialiser les énergies marines renouvelables. Le Canada et la Chine ont introduit des incitations, telles que les tarifs d'achat garantis (FiT) , qui sont des prix supérieurs à ceux du marché pour les énergies marines renouvelables et qui permettent aux investisseurs et aux promoteurs de projets d'obtenir un revenu stable. D'autres stratégies financières comprennent des subventions, des aides et des financements provenant de partenariats public-privé (PPP) . La Chine a approuvé à elle seule 100 projets océaniques en 2019. Le Portugal et l'Espagne reconnaissent le potentiel des énergies marines renouvelables pour accélérer la décarbonation , un élément fondamental pour atteindre les objectifs de l' Accord de Paris . Ces deux pays misent sur les appels d'offres pour l'énergie solaire et l'éolien en mer afin d'attirer les investissements privés, de garantir la rentabilité et d'accélérer la croissance des énergies marines renouvelables. L'Irlande considère les énergies marines renouvelables comme un élément clé pour réduire son empreinte carbone. Le Plan de développement des énergies renouvelables en mer (OREDP) soutient l’exploration et la mise en valeur du potentiel énergétique offshore important du pays. Par ailleurs, l’Irlande a mis en œuvre le Programme de soutien à l’électricité renouvelable (RESS), qui comprend des appels d’offres visant à apporter un soutien financier aux collectivités, à accroître la diversité technologique et à garantir la sécurité énergétique .
Cependant, malgré l'intensification des recherches, des inquiétudes subsistent quant aux menaces pesant sur les mammifères marins, leurs habitats et les courants océaniques. Les énergies marines renouvelables (EMR) peuvent constituer une source d'énergie renouvelable pour les communautés côtières, facilitant leur transition énergétique et leur abandon des combustibles fossiles. Toutefois, les chercheurs appellent à une meilleure compréhension de leurs impacts environnementaux. Souvent isolées de la pêche et du trafic maritime, les zones d'exploitation des énergies marines peuvent offrir un refuge contre les humains et les prédateurs à certaines espèces marines. Les dispositifs EMR peuvent constituer un habitat idéal pour de nombreux poissons , écrevisses , mollusques et balanes , et peuvent également avoir un impact indirect sur les oiseaux marins et les mammifères marins qui se nourrissent de ces espèces. De même, ces zones peuvent créer un « effet de récif artificiel » en stimulant la biodiversité environnante. La pollution sonore générée par cette technologie est limitée, ce qui favorise également le retour des poissons et des mammifères vivant à proximité de l'installation. Dans le dernier rapport sur l'état des connaissances scientifiques concernant les EMR, les auteurs affirment qu'il n'existe aucune preuve de dommages causés aux poissons, aux mammifères ou aux oiseaux marins par les collisions, la pollution sonore ou le champ électromagnétique. L’incertitude quant à son impact environnemental provient de la faible quantité d’appareils MRE présents aujourd’hui dans l’océan où les données sont collectées.
Énergie 100% renouvelable
le réchauffement climatique et d’autres préoccupations écologiques et économiques. L’utilisation des énergies renouvelables a progressé beaucoup plus rapidement que prévu. Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) a déclaré qu’il existe peu de limites technologiques fondamentales à l’intégration d’un ensemble de technologies d’énergies renouvelables pour satisfaire la majeure partie de la demande énergétique mondiale. À l’échelle nationale, au moins 30 pays dans le monde utilisent déjà les énergies renouvelables pour plus de 20 % de leur approvisionnement énergétique. Par ailleurs, Stephen W. Pacala et Robert H. Socolow ont élaboré une série de « mesures de stabilisation » permettant de maintenir notre qualité de vie tout en évitant un changement climatique catastrophique, et les « sources d’énergie renouvelables » constituent, globalement, la plus grande partie de ces mesures.
Mark Z. Jacobson affirme que produire toute l'énergie nouvelle à partir de l'énergie éolienne , solaire et hydroélectrique d'ici 2030 est faisable et que les systèmes d'approvisionnement énergétique actuels pourraient être remplacés d'ici 2050. Les obstacles à la mise en œuvre du plan d'énergies renouvelables sont considérés comme étant « principalement sociaux et politiques, et non technologiques ou économiques ». Jacobson précise que les coûts énergétiques d'un système éolien, solaire et hydraulique devraient être similaires aux coûts énergétiques actuels.
De même, aux États-Unis, le Conseil national de la recherche, organisme indépendant, a noté que « les ressources renouvelables nationales sont suffisantes pour permettre à l’électricité renouvelable de jouer un rôle important dans la production future d’électricité et ainsi contribuer à résoudre les problèmes liés aux changements climatiques, à la sécurité énergétique et à la hausse des coûts de l’énergie… L’énergie renouvelable est une option intéressante car les ressources renouvelables disponibles aux États-Unis, prises collectivement, peuvent fournir des quantités d’électricité nettement supérieures à la demande intérieure totale actuelle ou projetée. »
Parmi les critiques de l’approche « 100 % d’énergies renouvelables », on compte Vaclav Smil et James E. Hansen . Smil et Hansen s’inquiètent de la production variable de l’énergie solaire et éolienne, mais Amory Lovins soutient que le réseau électrique peut y faire face, tout comme il compense régulièrement les centrales à charbon et nucléaires hors service par des centrales en fonctionnement.
Google a investi 30 millions de dollars dans son projet « Énergie renouvelable moins chère que le charbon » afin de développer les énergies renouvelables et d’éviter un changement climatique catastrophique. Le projet a été annulé après la conclusion que, même dans le meilleur des cas, des progrès rapides dans le domaine des énergies renouvelables ne permettraient de réduire les émissions que de 55 % par rapport aux projections relatives aux combustibles fossiles pour 2050.
Amélioration de l'efficacité énergétique
Une lampe fluorescente compacte intégrée de type spiralé , qui a été populaire auprès des consommateurs nord-américains depuis son introduction au milieu des années 1990 l’isolation d’une maison permet de réduire la consommation d’énergie de chauffage et de climatisation pour maintenir une température confortable. L’installation de lampes fluorescentes ou de puits de lumière naturels réduit la consommation d’énergie pour l’éclairage par rapport aux ampoules à incandescence . Les lampes fluorescentes compactes consomment deux tiers d’énergie en moins et ont une durée de vie de 6 à 10 fois supérieure à celle des ampoules à incandescence. Les améliorations de l’efficacité énergétique sont le plus souvent obtenues par l’adoption d’une technologie ou d’un procédé de production performant.
Réduire sa consommation d'énergie peut permettre aux consommateurs de faire des économies, si ces économies compensent le coût d'une technologie écoénergétique. Réduire sa consommation d'énergie réduit également les émissions. Selon l' Agence internationale de l'énergie , une meilleure efficacité énergétique dans les bâtiments , les procédés industriels et les transports pourrait réduire la demande énergétique mondiale d'ici 2050 d'environ 8 % par rapport à aujourd'hui, tout en répondant aux besoins d'une économie plus de deux fois plus importante et d'une population supplémentaire d'environ deux milliards d'habitants.
L’efficacité énergétique et les énergies renouvelables sont considérées comme les deux piliers d’une politique énergétique durable. Dans de nombreux pays, l’efficacité énergétique est également perçue comme un atout pour la sécurité nationale, car elle permet de réduire les importations d’énergie et de ralentir l’épuisement des ressources énergétiques nationales.
Il a été découvert « que pour les pays de l’OCDE, l’énergie éolienne, géothermique, hydroélectrique et nucléaire ont les taux de risque les plus faibles parmi les sources d’énergie en production ».
Si les nouvelles sources d'énergie sont rarement découvertes ou rendues possibles par les nouvelles technologies , les technologies de distribution évoluent constamment. L'utilisation des piles à combustible dans les automobiles, par exemple, est une technologie de distribution prometteuse. Cette section présente les différentes technologies de distribution qui ont joué un rôle important dans le développement historique de l'énergie. Elles reposent toutes, d'une manière ou d'une autre, sur les sources d'énergie énumérées dans la section précédente.
Transport maritime et pipelines
Le charbon , le pétrole et leurs dérivés sont transportés par bateau, par train ou par route. Le pétrole et le gaz naturel peuvent également être acheminés par pipeline , et le charbon par pipeline de transport de boues . Les carburants tels que l'essence et le GPL peuvent aussi être transportés par avion . Les gazoducs doivent maintenir une pression minimale pour fonctionner correctement. Les coûts élevés du transport et du stockage de l'éthanol sont souvent prohibitifs.
Transfert d'énergie câblé
Réseau électrique – pylônes et câbles distribuent l'énergieservent à transporter et à distribuer l'électricité depuis les sources de production jusqu'aux consommateurs finaux, parfois distants de plusieurs centaines de kilomètres. Parmi ces sources figurent les centrales électriques, comme les réacteurs nucléaires ou les centrales thermiques au charbon. Un réseau de sous-stations et de lignes de transport assure un approvisionnement constant en électricité. Les réseaux peuvent subir des coupures de courant transitoires , souvent dues aux intempéries. Lors de certains phénomènes météorologiques spatiaux extrêmes , le vent solaire peut perturber le transport de l'électricité. Les réseaux ont également une capacité de charge prédéfinie qui ne peut être dépassée en toute sécurité. Lorsque la demande en électricité excède l'offre, des pannes sont inévitables. Pour éviter ces problèmes, l'électricité est alors rationnée.
Les pays industrialisés comme le Canada, les États-Unis et l'Australie figurent parmi les plus grands consommateurs d'électricité par habitant au monde, grâce à un vaste réseau de distribution électrique. Le réseau américain est l'un des plus performants, bien que la maintenance des infrastructures y pose problème. CurrentEnergy fournit un aperçu en temps réel de l'offre et de la demande d'électricité en Californie , au Texas et dans le nord-est des États-Unis. Les pays africains dotés de réseaux électriques de petite taille affichent une consommation annuelle d'électricité par habitant relativement faible. L'un des réseaux électriques les plus puissants au monde alimente l'État du Queensland , en Australie.
transfert d'énergie sans fil
Le transfert d'énergie sans fil est un procédé permettant de transmettre de l'énergie électrique d'une source d'alimentation à une charge électrique dépourvue de source d'alimentation intégrée, sans recourir à des câbles de connexion. La technologie actuelle est limitée aux courtes distances et à une puissance relativement faible.
Les capteurs solaires orbitaux nécessiteraient une transmission sans fil de l'énergie vers la Terre. La méthode proposée consiste à créer un large faisceau d'ondes radio à micro-ondes, dirigé vers un site d'antenne capteur au sol. Des défis techniques considérables subsistent pour garantir la sécurité et la rentabilité d'un tel projet.
Depuis la préhistoire, où l'humanité a découvert le feu pour réchauffer et rôtir les aliments, en passant par le Moyen Âge où les populations construisaient des moulins à vent pour moudre le blé, jusqu'à l'ère moderne où les nations produisent de l'électricité grâce à la fission nucléaire, l'homme n'a cessé de rechercher des sources d'énergie.
Hormis l'énergie nucléaire, géothermique et marémotrice , toutes les autres sources d'énergie proviennent de l'isolement solaire actuel ou de restes fossilisés d'organismes végétaux et animaux qui dépendaient de la lumière solaire. L'énergie solaire elle-même résulte de la fusion nucléaire au sein du Soleil . L'énergie géothermique, issue de la roche chaude et solidifiée située au-dessus du magma du noyau terrestre, provient de la désintégration de matières radioactives présentes sous la croûte terrestre, et la fission nucléaire repose sur la fission artificielle d'éléments radioactifs lourds présents dans la croûte terrestre ; dans les deux cas, ces éléments ont été produits lors d'explosions de supernovae avant la formation du système solaire .
Depuis le début de la révolution industrielle , la question de l'avenir des approvisionnements énergétiques suscite un vif intérêt. En 1865, William Stanley Jevons publiait « The Coal Question », ouvrage dans lequel il constatait l'épuisement des réserves de charbon et l'inefficacité du pétrole comme substitut. En 1914, le Bureau des mines des États-Unis estimait la production totale à M. King Hubbert déduisait que la production pétrolière américaine atteindrait son apogée entre 1965 et 1970 et qu'elle culminerait « dans les cinquante ans qui suivraient », sur la base des données de 1956. En 1989, Colin Campbell prévoyait un pic de production . En 2004, l'OPEP estimait qu'avec des investissements substantiels, la production pétrolière doublerait presque d'ici 2025
Durabilité
Consommation d'énergie de 1989 à 1999mouvement écologiste a mis l'accent sur la durabilité de l'utilisation et du développement de l'énergie. Les énergies renouvelables sont durables dans leur production ; leur approvisionnement ne devrait pas diminuer dans un avenir prévisible – des millions, voire des milliards d'années. La « durabilité » renvoie également à la capacité de l'environnement à gérer les déchets, notamment la pollution atmosphérique . Les sources d'énergie ne produisant pas de déchets directs (comme l'éolien, le solaire et l'hydroélectricité) sont évoquées à cet égard. Face à la demande énergétique mondiale croissante, la nécessité de diversifier les sources d'énergie s'accroît. Les économies d'énergie constituent une alternative ou un complément au développement énergétique. Elles permettent de réduire la demande énergétique grâce à une utilisation plus efficace de l'énergie.
présent et futur
Perspectives – Consommation mondiale d’énergie par combustible (en 2011) Carburants liquides, y compris les biocarburantsCharbonGaz naturelcarburants renouvelablescombustibles nucléairesPart croissante de la consommation d’énergie par les pays en développement pays industrialiséspays en développementEE / Ancienne Union soviétique
Les extrapolations des connaissances actuelles vers l'avenir offrent un choix de scénarios énergétiques futurs. Les prédictions rejoignent l' hypothèse de catastrophe malthusienne . Nombre d'entre elles reposent sur des modèles complexes, à l'instar des travaux pionniers de Limits to Growth . Les approches de modélisation permettent d'analyser diverses stratégies et, espérons-le, de trouver la voie d'un développement rapide et durable de l'humanité. Les crises énergétiques à court terme constituent également une préoccupation majeure du développement énergétique. Les extrapolations manquent de crédibilité, notamment lorsqu'elles prévoient une augmentation continue de la consommation de pétrole.Révolution verte a transformé l'agriculture mondiale, entraînant une augmentation de 250 % de la production céréalière. Cette révolution a été alimentée par des combustibles fossiles, notamment le gaz naturel pour les engrais , le pétrole pour les pesticides et l'irrigation aux hydrocarbures . Le pic de production mondiale d'hydrocarbures ( pic pétrolier ) pourrait engendrer des changements importants et nécessiter des méthodes de production durables. Une vision d'un avenir énergétique durable repose sur l'utilisation de la photosynthèse artificielle par toutes les infrastructures terrestres (bâtiments, véhicules et routes), permettant ainsi une production d'hydrogène à partir de la lumière solaire et l'absorption du dioxyde de carbone pour la fabrication d'engrais. Cette photosynthèse artificielle serait plus efficace que celle des plantes.
L' activité économique de l' industrie spatiale contemporaine et les vols spatiaux privés qui en découlent , ainsi que les industries manufacturières qui s'installent en orbite terrestre ou au-delà, nécessiteront un développement énergétique accru . Les chercheurs envisagent l'énergie solaire spatiale pour collecter l'énergie solaire destinée à être utilisée sur Terre. L'énergie solaire spatiale fait l'objet de recherches depuis le début des années 1970. Sa mise en œuvre nécessiterait la construction de structures de collecte dans l'espace. L'avantage par rapport à l'énergie solaire terrestre réside dans une intensité lumineuse plus élevée et l'absence d'impact des conditions météorologiques sur la collecte d'énergie.
Pour l'humanité, l'énergie est un besoin fondamental et, en tant que ressource rare , elle a été une cause sous-jacente de conflits politiques et de guerres. La collecte et l'utilisation des ressources énergétiques peuvent nuire aux écosystèmes locaux et avoir des répercussions à l'échelle mondiale.
L'énergie est aussi la capacité d'effectuer un travail. Nous pouvons obtenir de l'énergie à partir des aliments. L'énergie peut se présenter sous différentes formes, telles que l'énergie cinétique, potentielle, mécanique, thermique, lumineuse, etc. Elle est indispensable aux individus et à la société dans son ensemble pour l'éclairage, le chauffage, la cuisson, le fonctionnement des appareils, l'industrie, les transports, etc. On distingue deux types d'énergie selon leur source : 1. Les sources d'énergie renouvelables ; 2. Les sources d'énergie non renouvelables.
domaines interdisciplinaires
En tant que science interdisciplinaire, la technologie énergétique est liée à de nombreux domaines interdisciplinaires de diverses manières, souvent imbriquées.
(Technologie d'éclairage), pour la conception, l'installation et les économies d'énergie en matière d'éclairage naturel et artificiel, intérieur et extérieur
(Analyse coûts/avantages énergétiques), pour un calcul simple du retour sur investissement et du coût du cycle de vie des mesures d'efficacité/d'économie d'énergie recommandées
génie électrique
Lignes à haute tension pour le transport d'énergie électrique sur de longues distances
La conversion d'énergie concerne les moteurs à combustion interne, les turbines, les pompes, les ventilateurs, etc., utilisés pour le transport, la production d'énergie mécanique et d'électricité. Les fortes contraintes thermiques et mécaniques engendrent des problèmes de sécurité d'exploitation qui relèvent de nombreuses branches de l'ingénierie appliquée.
La production d'énergie nucléaire fait l'objet de controverses politiques dans de nombreux pays depuis plusieurs décennies, mais l'énergie électrique produite par fission nucléaire revêt une importance mondiale. On espère fortement que les technologies de fusion remplaceront un jour la plupart des réacteurs à fission, mais cela reste un domaine de recherche en physique nucléaire .
Énergie renouvelable
Panneaux solaires ( photovoltaïques ) sur une base militaire aux États-Unis.
Éoliennes dans les prairies de Mongolie-IntérieureLes éoliennes convertissent l'énergie éolienne en électricité en reliant un rotor en rotation à un générateur. Elles captent l'énergie des courants atmosphériques et sont conçues selon les principes de l'aérodynamique, combinés aux connaissances du génie mécanique et électrique. Le vent, en passant sur les pales du rotor, crée une zone de haute pression et une zone de basse pression de part et d'autre de la pale. La différence de pression engendre les forces de portance et de traînée. La portance étant supérieure à la traînée, le rotor, relié au générateur, se met à tourner. L'énergie est alors produite par la transformation de la force aérodynamique en rotation du générateur.
Reconnue comme l'une des sources d'énergie renouvelables les plus efficaces, l'énergie éolienne gagne en importance et est de plus en plus utilisée dans le monde. Ne consommant pas d'eau pour sa production, elle constitue une source d'énergie idéale pour les régions arides. L'énergie éolienne pourrait également être produite même en cas de changement climatique conforme aux prévisions actuelles, puisqu'elle repose exclusivement sur le vent.
Les pompes à chaleur et le stockage d'énergie thermique sont des technologies permettant d'exploiter des sources d'énergie renouvelables autrement inaccessibles en raison d'une température trop basse ou d'un décalage temporel entre la disponibilité de l'énergie et son utilisation. Outre l'augmentation de la température de l'énergie thermique renouvelable disponible, les pompes à chaleur présentent l'avantage supplémentaire de produire de l'énergie électrique (ou, dans certains cas, de l'énergie mécanique ou thermique) en l'utilisant pour extraire de l'énergie supplémentaire d'une source de faible qualité (comme l'eau de mer, l'eau d'un lac, le sol, l'air ou la chaleur résiduelle d'un procédé industriel).
Les technologies de stockage thermique permettent de conserver la chaleur ou le froid pendant des durées allant de quelques heures à une nuit, voire plusieurs saisons . Elles peuvent impliquer le stockage d' énergie sensible (par exemple, en modifiant la température d'un fluide) ou d'énergie latente (par exemple, par changement de phase d'un fluide, comme entre l'eau et la neige fondue ou la glace). Le stockage thermique à court terme peut servir à lisser les pics de consommation dans les réseaux de chauffage urbain ou de distribution d'électricité. Parmi les sources d'énergie renouvelables ou alternatives exploitables, on peut citer l'énergie naturelle (par exemple, captée par des capteurs solaires thermiques ou des tours de refroidissement sèches utilisées pour récupérer le froid hivernal), l'énergie résiduelle (par exemple, issue des équipements de chauffage, ventilation et climatisation, des procédés industriels ou des centrales électriques) ou l'énergie excédentaire (par exemple, produite de façon saisonnière par des centrales hydroélectriques ou intermittente par des parcs éoliens). La communauté solaire de Drake Landing (Alberta, Canada) en est un exemple. Le stockage d'énergie thermique par forage permet à cette communauté de tirer 97 % de sa chaleur annuelle des capteurs solaires installés sur les toits des garages, la majeure partie de la chaleur étant captée en été. Les systèmes de stockage d'énergie sensible comprennent des réservoirs isolés, des réseaux de forages dans divers substrats (du gravier à la roche-mère), des aquifères profonds ou des fosses peu profondes revêtues et isolées en surface. Certains systèmes permettent de stocker la chaleur ou le froid entre deux saisons (surtout s'ils sont de grande capacité), et certaines applications nécessitent l'intégration d'une pompe à chaleur . La chaleur latente est généralement stockée dans des réservoirs de glace ou dans des matériaux à changement de phase (MCP).
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