Fiche de révision : Énergie, environnement et climat

📋 Plan du Cours

1. Objectifs et enjeux du cours
2. Blocages de la transition énergétique
3. Notions et ordres de grandeur énergétiques
4. Ressources et coûts de l’énergie
5. Évolution historique de l’énergie
6. Consommations mondiales et françaises
7. Usages de l’énergie et société
8. Énergie, climat et réglementation
9. Réserves et dépendances fossiles

📅 Repères chronologiques

1. 1760 à 1850La première révolution industrielle, fondée sur le couple charbon-vapeur, se déroule approximativement pendant cette période.
2. 1762La machine à vapeur de Watt permet un mouvement rotatif et contribue au développement des trains, bateaux et métiers à tisser.
3. octobre 1973L’OPEP réduit ses exportations vers les États-Unis et les pays soutenant Israël pendant la guerre du Kippour.
4. 18 août 2015La loi de transition énergétique pour la croissance verte a été publiée au Journal officiel.

📖 1. Objectifs et enjeux du cours

🔑 Notions clés & Définitions

• Rôle de l’ingénieur : Action de poser, étudier et résoudre de manière performante et innovante des problèmes complexes de création, de conception, de réalisation, de mise en œuvre et de contrôle de produits, de systèmes ou de services.

📝 Points essentiels

📌 Une technologie qui réduit les impacts environnementaux pendant son utilisation mais les augmente lors de sa fabrication n’est pas forcément une réponse convenable.

• La LTECV vise notamment à lutter contre le dérèglement climatique, préserver l’environnement, renforcer l’indépendance énergétique et garantir un accès à l’énergie à un coût compétitif.

💡 Astuce mémo

Vision globale → décisions techniques plus pertinentes

📖 2. Blocages de la transition énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet-rebond : Augmentation de la consommation provoquée par l’amélioration de l’efficacité énergétique.

★ À maîtriser

• La transition énergétique mobilise plusieurs domaines:

  • économie
  • écologie
  • énergétique
  • politique
  • géopolitique
  • sociologie
  • psychologie
  • ingénierie
  • physique-chimie

• Les 10 % les plus riches consomment environ 39 % de l’énergie finale totale, tandis que les 10 % les plus pauvres n’en consomment que 2 %. — Nature Energy, 2020

Compléments

• Selon Anne Lappé, chaque dépense constitue un vote pour le monde de demain.

💡 Astuce mémo

Efficacité accrue ≠ consommation réduite : effet-rebond

📖 3. Notions et ordres de grandeur énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie primaire : Énergie contenue dans les ressources naturelles avant toute éventuelle transformation.
• Énergie finale : Énergie consommée par l’occupant d’un logement, comptabilisée aux compteurs et servant de base à la facturation.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Une puissance de 1 watt correspond à une énergie de 1 joule fournie par seconde : $1\,\mathrm{W}=1\,\mathrm{J/s}$.

📐 Formule — Un kilowatt-heure vaut $1\,\mathrm{kWh}=3{,}6\,\mathrm{MJ}$ et une tonne équivalent pétrole vaut $1\,\mathrm{tep}=42\,\mathrm{GJ}\approx 11\,600\,\mathrm{kWh}$.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → finale → utile

📖 4. Ressources et coûts de l’énergie

🔑 Notions clés & Définitions

• Taux de retour énergétique : Rapport entre l’énergie obtenue et l’énergie nécessaire pour extraire, transformer et acheminer cette énergie.

📝 Points essentiels

📌 Une ressource énergétique est une source disponible dans l’environnement, tandis que l’électricité et l’hydrogène sont des vecteurs énergétiques produits à partir d’autres ressources.

• Les quatre ressources énergétiques de base sont:
  • le rayonnement solaire
  • l’énergie nucléaire
  • l’attraction gravitationnelle
  • la chaleur interne de la Terre

📌 Plus une énergie est diffuse et non pilotable, plus son exploitation nécessite des infrastructures de concentration ou de stockage et peut coûter cher.

💡 Astuce mémo

Diffuse et intermittente ≠ concentrée et pilotable

📖 5. Évolution historique de l’énergie

📝 Points essentiels

• La seconde révolution industrielle, de 1820 à 1914, repose notamment sur le couple pétrole-électricité et entraîne l’électrification des villes entre 1880 et 1920.

• 🔄 La succession historique dominante est:

  1. les ressources renouvelables préindustrielles
  2. le charbon-vapeur
  3. le pétrole-électricité

💡 Astuce mémo

Bois et force humaine → charbon-vapeur → pétrole-électricité

📖 6. Consommations mondiales et françaises

★ À maîtriser

• En 2018, la consommation mondiale d’énergie primaire atteint 14,3 Gtep.

• En 2015, la consommation d’énergie primaire par habitant est de 7 tep aux États-Unis, 3,8 tep en France, 2,2 tep en Chine, 0,6 tep en Inde et 1,85 tep en moyenne mondiale.

• En 2019, la consommation énergétique finale française se répartit ainsi:

  • résidentiel-tertiaire : 46 %
  • transports : 32 %
  • industrie : 19 %
  • agriculture : 3 %

Compléments

• En France, la puissance nucléaire installée est d’environ 60 GW, tandis que la puissance mondiale des centrales à charbon atteint environ 2000 GW.

📖 7. Usages de l’énergie et société

★ À maîtriser

• En 2018, les ordinateurs, centres de données et réseaux représentent 6 à 10 % de la consommation mondiale d’électricité, avec 30 % pour les terminaux, 30 % pour les centres de données et 40 % pour les réseaux.

Compléments

• En France, les transports représentent 18 % des dépenses des ménages, après l’alimentation à 25 % et le logement à 19 %.

• En 2019, le parc automobile mondial atteint environ 1,2 milliard de voitures, contre 38 millions de voitures en France en 2013.

• En 2019, un aller-retour Paris-New York représente environ 600 litres de carburant par passager, tandis qu’un aller-retour Paris-Sydney représente environ 1700 litres par passager.

📖 8. Énergie, climat et réglementation

🔑 Notions clés & Définitions

• Haut Conseil pour le climat : Instance consultative française indépendante placée auprès du Premier ministre, composée d’au plus treize experts nommés pour cinq ans renouvelables une fois.

📝 Points essentiels

📌 Aucune ressource utilisée à grande échelle n’est anodine pour l’environnement, en particulier lorsqu’elle nécessite la création d’infrastructures.

• La combustion d’un kilogramme de méthane produit 2,75 kilogrammes de dioxyde de carbone, selon la réaction $\mathrm{CH_4+2O_2\rightarrow 2H_2O+CO_2}$.

• En un peu plus de 200 ans, les sociétés humaines auront rejeté dans l’atmosphère le carbone que la nature avait mis environ 600 millions d’années à piéger.

💡 Astuce mémo

Combustion carbonée → émissions de GES → dérèglement climatique

📖 9. Réserves et dépendances fossiles

★ À maîtriser

• Les réserves fossiles estimées au rythme de consommation de 2018 correspondent à environ 130 ans pour le charbon, 50 ans pour le pétrole et 50 ans pour le gaz naturel. — BP, 2021

• En France, 5,6 millions de ménages sont en précarité énergétique, c’est-à-dire qu’ils rencontrent des difficultés à disposer de l’énergie nécessaire à leurs besoins élémentaires en raison de ressources ou de conditions d’habitat inadaptées.

Compléments

• Les ressources mondiales d’uranium 235 correspondent à environ 40 à 100 ans de consommation, tandis que l’utilisation de l’uranium 238 dans des surgénérateurs pourrait atteindre environ 600 ans ou davantage.

📊 Tableaux de synthèse

Chaîne de transformation énergétique

Répartition de l’énergie finale française