Sous la direction d’Éric Scotto, président et cofondateur d’Akuo, et d’Arnaud Leroy, P.-D.G. de l’Ademe

Les Énergies renouvelables

Les Énergies renouvelables pour les Nuls

« Pour les Nuls » est une marque déposée de Wiley Publishing, Inc.

« For Dummies » est une marque déposée de Wiley Publishing, Inc.

© Éditions First, un département d’Édi8, Paris, 2021. Publié en accord avec Wiley Publishing, Inc.

ISBN : 9782412064610

Dépôt légal : avril 2021

Mise en page : Fabrice Del Rio Ruiz

Schémas et illustrations : Fabrice Del Rio Ruiz, Jérôme Chosson et Jean-Michel Jean-Marie

Illustrations ouvertures de parties : Stéphane Martinez

Correction : Nord Correction

Rédaction : Nathalie Reyss et un collectif sous la direction d’Éric Scotto et Arnaud Leroy

Index : Muriel Mekies

Cette œuvre est protégée par le droit d’auteur et strictement réservée à l’usage privé du client. Toute reproduction ou diffusion au profit de tiers, à titre gratuit ou onéreux, de tout ou partie de cette oeuvre est strictement interdite et constitue une contrefaçon prévue par les articles L 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle. L’éditeur se réserve le droit de poursuivre toute atteinte à ses droits de propriété intellectuelle devant les juridictions civiles ou pénales.

Éditions First, un département d’Édi8

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Fax : 01 44 16 09 01

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Site Internet : www.editionsfirst.fr

Ce livre numérique a été converti initialement au format EPUB par Isako www.isako.com à partir de l'édition papier du même ouvrage.

À propos des auteurs

Né le 23 avril 1976 à Lille, Arnaud Leroy est diplômé en droit maritime, droit international de la mer et protection de l’environnement marin.

Il commence sa carrière au Parlement européen comme assistant parlementaire, puis il est nommé en 2001 Secrétaire général de la délégation des Verts français. En 2004, il est nommé à l’Agence européenne de sécurité maritime (EMSA), mise en place suite à la catastrophe écologique du pétrolier Prestige dans les eaux espagnoles, où il est en charge de la protection de l’environnement marin et des questions liées aux changements climatiques (poste basé à Lisbonne depuis 2006). En 2005, il rejoint le Parti socialiste et la Fédération des français de l’étranger.

Élu député de la cinquième circonscription des Français établis hors de France en 2012, il siège pendant 5 ans à la Commission du développement durable et de l’aménagement du territoire et à la Commission des affaires européennes de l’Assemblée Nationale, où il suit particulièrement les textes liés à la transition écologique et énergétique.

Il est l’auteur et le rapporteur d’une proposition de loi, appelée « loi Leroy », sur l’économie bleue, adoptée en 2016, qui comporte des mesures pour simplifier et faciliter la relance et le développement de l’économie maritime. Il a également présidé le groupe d’études sur les changements climatiques à l’Assemblée nationale et co-présidé, avec le Député Bertrand Pancher, l’Association Bilan Carbone qui propose des solutions aux organisations en matière de comptabilité carbone. Il est par ailleurs membre du Bureau exécutif de la République en Marche, en charge des questions internationales.

Arnaud Leroy a été nommé Président du Conseil d’administration de l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe) par décret du 14 mars 2018.

Éric Scotto est également né un 23 avril ! Il a co-dirigé ce livre parce qu’il connaît la puissance des livres : un livre a changé sa vie. En effet, après 10 ans dans les start-ups de l’internet, deux ans dans la finance et un premier succès dans la création d’entreprise, il lit Éco-économie : une autre croissance est possible, écologique et durable de Lester R. Brown (paru au Seuil en 2003). Il se donne alors pour mission de faire advenir une économie écologique et durable et devient un chef d’entreprise engagé, alliant ses talents d’investisseur à ses préoccupations liées au climat.

Il donne donc une nouvelle impulsion à sa carrière en construisant une première ferme éolienne en collaboration avec General Electric. Il crée Perfect Wind, en 2003, qui devient l’un des pionniers et leaders de l’éolien en France et donne ainsi une nouvelle impulsion à sa carrière. Pour se diversifier, Éric Scotto et son associé Patrice Lucas co-fondent Akuo Energy après avoir vendu Perfect Wind au numéro un mondial de l’éolien, Iberdrola.

Akuo Energy devient rapidement un acteur indépendant majeur de la production d’énergie renouvelable. Le groupe inaugure sa première ferme Agrinergie® en 2010, sur l’île de la Réunion. Aujourd’hui le groupe mène des projets dans une trentaine de pays, sur tous les continents, et sur toute la chaine de valeur : développement, financement, construction et exploitation. Son ambition est de proposer des bouquets énergétiques adaptés aux ressources de chaque territoire (eau, vent, soleil), tout en apportant des bénéfices sociétaux supplémentaires en faveur des populations des territoires sur lesquels ils sont implantés. Akuo Energy est devenu un producteur d’énergie, un développeur de territoires et un promoteur de l’écologie, soit un artisan de la révolution énergétique pour tous.

Éric Scotto est un homme engagé : en 2011, il participe à la création de la fondation Akuo, qui apporte une réponse écologique et sociale aux besoins de communautés défavorisées et forme les jeunes aux enjeux liés au développement durable.

Remerciements

Nous tenons à remercier pour leur mobilisation et leur investissement dans la rédaction de cet ouvrage :

Les grands témoins Steve Arcelin, Sandrine Dixson-Decleve, Ambroise Fayolle, François Gemenne, Elisabeth Laville, Jean-Luc Perez, Bertrand Piccard, Guillaume Planchot, Philippe Zaouati ;

Tous les collaborateurs de l’Ademe et plus particulièrement Caroline Marek ;

Tous les collaborateurs d’Akuo et plus particulièrement Annaig Benard, Anne-Lise Bragel, Jérôme Chosson, Faustine Gaymard, Jean-Michel Jean-Marie, Soizic Le Fur, Noémie Le Toullec, Nicolas Maccioni, Klara Orlowska, Alexandra Sombsthay, Tiphaine de Toldi ;

Arnaud Berger et Bertrand Sabathier pour le chapitre sur Le Financement des énergies renouvelables ;

Christophe Bourgois-Costantini qui a provoqué la rencontre d’où est venue l’idée de ce livre ;

Fabrice del Rio Ruiz, Abigaïl Friard, Nathalie Reyss.

Avant-propos

La transition énergétique, qui revient à nous affranchir de notre dépendance aux énergies fossiles, est un maillon essentiel de la transition écologique. Elle est aussi aujourd’hui un objectif largement partagé et intégré dans l’agenda international et les agendas nationaux.

Le chemin pour y parvenir fait en revanche encore l’objet de nombreux débats. L’Agence de la transition écologique (Ademe) a montré, par plusieurs travaux de prospective associant un large panel d’experts scientifiques, qu’efficacité énergétique et énergies renouvelables sont deux piliers sur lesquels nous appuyer pour atteindre nos objectifs en matière de climat, de neutralité carbone et d’indépendance énergétique.

Il est ainsi possible, techniquement, d’augmenter significativement la part des énergies renouvelables dans notre mix énergétique, avec un impact très positif pour les territoires, l’emploi et le pouvoir d’achat des Français ! Pourtant, le rythme de croissance des énergies renouvelables n’augmente pas assez rapidement, et beaucoup d’incompréhension et d’idées reçues circulent encore sur l’intérêt de miser plus fortement sur les énergies renouvelables pour notre avenir énergétique.

Les citoyens, qui placent la question environnementale en tête de leurs préoccupations, sont en majorité très favorables aux énergies renouvelables. Sur le terrain, néanmoins, les projets rencontrent encore de fortes oppositions, malheureusement trop souvent alimentées par des groupes d’opinion pratiquant abondamment la désinformation. C’est pourquoi il est urgent de prendre le temps d’expliquer, d’informer, mais aussi de former.

Le livre Les Énergies renouvelables pour les Nuls souhaite y apporter sa modeste contribution. Nous avons tenté ici de sortir du débat d’experts, en donnant des clés de compréhension et de lecture des enjeux associés au développement des énergies renouvelables. Cet ouvrage aborde toutes les questions relatives à ces filières énergétiques.

La transition énergétique est une question trop essentielle pour rester dans le cercle des initiés ! Elle est porteuse d’un véritable projet de société. Il est, dès lors, indispensable que nous partagions une conscience commune des défis à relever et des solutions à développer.

Je vous souhaite une bonne lecture !

Arnaud Leroy

Président-directeur général de l’Ademe

Lors du premier semestre 2020, pour la première fois en Europe, les énergies renouvelables sont devenues la première source d’électricité.

Sur l’ensemble des 27 pays de l’Union européenne, les énergies renouvelables ont en effet généré 40 % de l’électricité, contre 34 % pour les combustibles fossiles – charbon, pétrole et gaz naturel.

Certes c’est l’effet combiné de ressources solaires et éoliennes importantes et d’un recul global de la demande qui a permis une diminution de 23 % des émissions de CO₂ du secteur de l’électricité. Mais c’est aussi une tendance engagée il y a déjà plus de vingt ans qui s’affirme inexorablement et confirme le changement de modèle énergétique en cours.

Ce nouveau modèle énergétique décentralisé et durable est en passe de devenir la norme, pour reprendre une expression chère à notre ancien ministre de la Transition écologique et solidaire, Nicolas Hulot. Une norme pas seulement au niveau européen, continent leader et moteur dans le mouvement que l’on appelle communément « transition énergétique », mais quasiment partout dans le monde.

Le choix des énergies renouvelables est avant tout un choix de société, où les consommateurs deviennent aussi des producteurs. Une société où les territoires contribuent collectivement à l’autonomie énergétique des États. Cette nouvelle mission leur permet par ailleurs d’accentuer leur attractivité et leur résilience.

Ce changement de paradigme participe aussi à un bouleversement géopolitique majeur. La voiture électrique, qui roule grâce au généreux soleil de Garéoult, dans le Var, ou au vent qui souffle sur le plateau d’Ally, aux confins de la Haute-Loire et du Cantal, permet à une nation de retrouver une certaine forme de souveraineté.

Alors comment en est-on arrivé là en à peine 20 ans ? Quel chemin reste-t-il à parcourir pour potentiellement bénéficier d’un mix énergétique composé à 100 % d’énergies renouvelables ? Est-ce réellement possible (et pour quand) ou n’est-ce qu’une utopie ? Quel rôle joueront le digital et le stockage dans l’accélération de ce processus de transition ? Voilà quelques questions auxquelles cet ouvrage tente de répondre.

Depuis la COP 21 et la signature de l’accord de Paris, l’ensemble de la communauté financière a pris conscience de sa responsabilité dans la lutte contre le changement climatique.

Le choix de financer les énergies du futur versus celles du passé est la clé dans l’accompagnement du processus en cours. Cet arbitrage est bel et bien amorcé par le monde de la finance. L’heure du choix est venue pour une banque ou un investisseur de financer les énergies renouvelables et, ainsi, d’accélérer la transition. C’est aussi l’heure du choix pour le citoyen qui, à travers la sélection de son fournisseur d’énergie, peut peut enfin bénéficier d’un accès aux énergies renouvelables locales, celles qui permettent de créer des emplois non délocalisables.

Depuis quelques années, la possibilité de mobiliser l’investissement participatif pour financer de nouvelles capacités de production au cœur des territoires a permis d’impliquer les citoyens dans le changement de modèle énergétique en cours.

Contribuer au financement d’un parc solaire sur sa commune, c’est donner du sens à son épargne, tout en accélérant le mouvement vers une énergie décarbonée ne nécessitant aucun combustible importé, mais uniquement des ressources naturelles généreusement offertes par nos régions.

Les énergies renouvelables étant maintenant au cœur des préoccupations, les technologies pour les produire progressent et deviennent de plus en plus compétitives, au point, dans certaines régions du globe, à certaines heures de la journée, de tendre vers un coût marginal de production proche de zéro, étant donné l’abondance de la ressource.

L’avènement de l’ère moderne des énergies renouvelables est proche et je suis convaincu que cet ouvrage vous permettra de comprendre pourquoi c’est ici et maintenant, et grâce à chacun.

À propos de ce livre

Alors que le nouveau siècle commence, le soleil se couche sur l’ère du combustible fossile. Les dernières décennies ont montré un passage régulier du charbon, le combustible fossile le plus polluant et le plus perturbateur du climat, au pétrole, qui est un peu moins perturbateur pour l’environnement, puis au gaz naturel, le plus propre et le moins nuisible au climat des trois.

“C’est ce désir d’une énergie propre qui ne nuise pas au climat et non pas l’épuisement des combustibles fossiles qui commande la transition globale vers l’âge du solaire et de l’hydrogène.”

Lester Brown, Eco-Economy, Building an Economy for the Earth, 2001.

Les énergies renouvelables sont une des solutions dans la lutte contre le dérèglement climatique. L’objet de cet ouvrage est de montrer qu’elles peuvent être simples à mettre en œuvre.

Au moment où j’écris ces lignes, un des plus vieux journaux français publie la tribune d’une association mettant en garde le gouvernement contre sa récente publication de loi de programmation pluriannuelle de l’énergie, à son goût trop favorable à l’éolien et au photovoltaïque. Cette association, regroupant probablement des nostalgiques du statu quo et d’un mix énergétique certes sobre en CO₂, mais dépendant d’importations étrangères, souhaite engager un débat citoyen sur la question de l’éolien.

L’implantation de parcs éoliens sur le territoire national, selon elle, n’est pas nécessaire, elle est inefficace et dévaste nos paysages. Elle affirme que déjà 8000 pylônes ont défiguré nos territoires, et met en garde contre son doublement.

C’est pour cela qu’il était nécessaire d’écrire cet ouvrage, simplement pour remettre l’église au milieu du village. Laissons les citoyens décider du mix énergétique français, mais en étant objectifs sur ce point. Il n’est pas question de porter un jugement ou d’imposer une vision.

On peut trouver belle et harmonieuse, voire majestueuse, une éolienne dans la campagne ou simplement détester cette idée. Là n’est pas le sujet. Cette question est sans doute générationnelle. Je fais partie de ceux qui sont nés dans une France peuplée de 14500 châteaux d’eau et de 230000 pylônes à haute tension, pour justement garantir notre sécurité énergétique dans un modèle centralisé de production et de distribution d’électricité.

L’objet de ce livre est d’exposer aux citoyens les éléments du modèle énergétique en cours de mutation. De leur expliquer comment fonctionnent les solutions technologiques qui, à partir de ressources naturelles, pourraient continuer de leur permettre de jouir de cette magnifique invention qu’est l’électricité et de continuer à avoir chaud l’hiver.

Technologie digitale et bon sens vont aussi nous permettre de tendre vers une plus grande sobriété énergétique dans l’intérêt de tous et dans le but d’atteindre rapidement une décarbonation totale de notre production d’énergie, et ceci pour le bien des générations futures et de la planète qui nous héberge.

Ces grands changements de modèle passent essentiellement par l’éducation, l’information, et c’est bien là l’objet qui nous occupe ici : apporter notre modeste contribution à cet objectif commun qu’est une transition énergétique accessible à tous et bénéfique à chacun.

À qui s’adresse ce livre

À tous, car nous sommes tous concernés par le changement climatique. Nous sommes tous concernés par la dégradation de la qualité de l’eau et de l’air, souvent due à la surconsommation, depuis plus d’un siècle, de nos ressources fossiles.

Ce livre s’adresse à ceux qui ne souhaitent pas se contenter de réponses telles que « ce n’est pas possible » et « cela ne fonctionne pas ».

C’est à chaque citoyen de se faire sa propre idée sur un sujet qui nous concerne tous au plus haut point. Comment produit-on de l’énergie pour nos usages quotidiens domestiques et pour assurer notre mobilité sans continuer à dégrader dangereusement notre planète, notre santé et, par conséquent, notre bien-être ?

Ce livre s’adresse aussi à ceux qui doutent parfois : certains de nos élus locaux ou nationaux, dirigeants de sociétés, fonctionnaires instruisant des dossiers et des permis pour installer de nouvelles centrales de production d’énergie.

Tous concernés, tous acteurs. L’heure est au choix, alors, faisons en sorte qu’il soit éclairé.

Les énergies renouvelables sont devenues le moyen le moins onéreux de production d’énergie, en moins de 20 ans. Alors, n’attendons pas une minute de plus pour le faire savoir et en bénéficier si, à l’issue de la lecture de ce livre, vous le décidez.

Éric Scotto

Président et cofondateur d’Akuo

Introduction

Comment ce livre est organisé

Première partie : c’est quoi l’énergie ?

D’où vient l’énergie ? Quels sont les différents types d’énergie ? Comment les distingue-t-on ? Comment les mesure-t-on ? En quoi les énergies sont-elles un enjeu pour nos sociétés ? Telles sont les questions auxquelles répond la première partie de cet ouvrage.

Deuxième partie : l’énergie et l’humanité, une longue histoire

Que sont ces énergies ? L’homme en réalité les utilise depuis la nuit des temps. Il a appris à les domestiquer, de la traction animale au réacteur nucléaire, en passant par les énergies fossiles. Mais le choc pétrolier des années 1970 lui a aussi appris que ces dernières n’étaient pas inépuisables. Il était grand temps de changer de paradigme et de revenir aux fondamentaux : aux énergies pérennes, non polluantes… renouvelables, en somme.

Troisième partie : panorama des différentes technologies

Revue de détail des énergies renouvelables. Quelles sont-elles ? Comment les maîtriser, les utiliser, les stocker ? Solaire, éolien, hydroélectricité, biogaz, bois énergie, géothermie, énergies marines… Dans cette partie, découvrez leurs avantages, leurs atouts, mais aussi leurs défauts… et leur avenir.

Quatrième partie : l’intégration des énergies renouvelables

Cette partie s’attache à l’intégration des énergies renouvelables. Que ce soit dans l’agriculture, dans les transports (route, chemin de fer, navigation, aviation), dans l’industrie, le BTP, les data centers… des secteurs à la fois producteurs et grands consommateurs, pour lesquels se tourner vers les solutions vertes est un enjeu majeur.

Cinquième partie : le marché des énergies renouvelables, comment ça marche ?

Premier défi, assurer la transition énergétique. Divers organismes s’attellent à développer ce secteur, notamment au niveau politique, de la recherche, du financement. Ces projets sont encadrés par des textes réglementaires qui ont inscrit dans le marbre les ambitions en matière de protection de l’environnement. Qu’il s’agisse de construire un parc éolien ou un barrage hydroélectrique, des hommes de tous horizons mettent sur pied les projets : ingénieurs, chercheurs, investisseurs, fabricants et exploitants. Et si la filière a besoin de bras et de têtes, elle a aussi besoin de financements, de crowdfunding, mais aussi d’aides publiques.

Sixième partie : les grands enjeux techniques, financiers, politiques et sociétaux

Et justement, la partie 6 se penche sur ces grands enjeux de la filière. Quels sont les défis techniques et technologiques à relever ? Quelles sont les perspectives d’avenir ? Tout n’est pas rose – ou plutôt vert – dans les énergies renouvelables. Comment répondre aux conflits d’usage ? Les énergies renouvelables sont-elles LA solution partout ?

Septième partie : et moi, je fais quoi pour changer le monde ?

Il n’y a pas que les gouvernements, les grands groupes producteurs, les acteurs institutionnels. Chacun d’entre nous peut agir en faveur de l’environnement, au quotidien, chez soi, dans son quartier, dans sa collectivité : s’alimenter, se chauffer, se déplacer grâce aux énergies renouvelables. Cette partie liste les solutions qui s’offrent à nous pour que nous devenions écoresponsables.

Huitième partie : la partie des Dix

Dans cette dernière partie, incontournable de la collection, trois chapitres pour déconstruire dix idées reçues sur le sujet, pour resituer dix dates clés de l’histoire mouvementée de la filière, et, enfin, dix chiffres significatifs pour tout savoir définitivement sur les énergies renouvelables.

Les icônes utilisées dans ce livre

Cette icône signale un point qu’il est important de connaître et de mémoriser afin de mieux comprendre le fonctionnement des énergies renouvelables.

Instructifs, étonnants ou didactiques, des chiffres, des données qui éclairent un passage de l’ouvrage.

Cette icône signale les points originaux ou méconnus qui méritent pourtant que l’on s’y arrête.

Cette icône attire l’attention sur une information particulièrement utile pour la bonne compréhension des énergies renouvelables.

Cette icône donne une définition ou explique un principe demandant un peu plus d’attention pour être assimilé, même si ce livre, comme la collection « Pour les Nuls », se veut accessible à tous.

Partie 1 C’est quoi l’énergie ?

Dans cette partie…

Cette première partie pose les principes fondamentaux de l’énergie. Le premier chapitre s’attache ainsi à la définition de l’énergie, à ses déclinaisons et à son vocabulaire. Le deuxième chapitre démontre en quoi la production et la consommation d’énergie sont un facteur déterminant de la croissance économique des pays, à l’exemple de la France.

DANS CE CHAPITRE

Une définition aux réalités plurielles

•

L’énergie utilisable par l’homme, ou « énergie libre »

•

Le vocabulaire de l’énergie

Chapitre 1 L’énergie : de quoi parle-t-on ?

Une définition aux réalités plurielles

Le mot « énergie » vient du grec energeia, qui veut dire « force en action ». Cette idée de « force en action » associe l’énergie à la puissance et la capacité à vaincre l’inertie, c’est-à-dire la « propriété de la matière qui fait que les corps ne peuvent d’eux-mêmes modifier leur état de mouvement » (Larousse). Avec la révolution industrielle, le concept se dessine et recouvre des réalités nombreuses : mettre en mouvement, chauffer, comprimer, éclairer, sonoriser, transmettre une information – on distingue ainsi plusieurs formes d’énergie, par exemple l’énergie cinétique ou l’énergie thermique.

L’énergie voit alors sa définition se préciser : c’est la capacité d’un système à modifier son état, à produire des transformations – par exemple, à produire du mouvement, de la chaleur, ou de la lumière.

L’énergie est quantifiable, mais elle reste abstraite.

L’énergie utilisable par l’homme, ou « énergie libre »

Toute énergie n’est pas utilisable par l’homme. Dans le langage courant, le terme est employé en substitution d’« énergie utilisable par l’homme », aussi appelée « énergie libre », à distinguer de la notion définie en thermodynamique.

Il existe différents types d’énergie libre :

• L’énergie de gravitation. Un objet soumis à l’attraction terrestre possède une énergie potentielle qui, lorsqu’il « tombe », se transforme en énergie cinétique. Capter cette énergie grâce à une turbine permet ainsi de générer de l’électricité. Exemple : l’énergie hydraulique. L’eau qui s’écoule dans les canalisations met en mouvement les turbines.

• L’énergie cinétique. Un corps en mouvement possède une énergie de mouvement : l’énergie cinétique. Elle est présente partout. Exemple : le vent, les cours d’eau, les vagues…

• L’énergie rayonnante ou radiative. Cette énergie repose sur le principe du rayonnement électromagnétique qui se réalise par déplacement de particules ou d’ondulations. La lumière visible, les rayons X, les ondes infrarouges, les ondes ultraviolettes ou les ondes radio, par exemple, sont différents types de rayonnements électromagnétiques. On utilise quotidiennement cette énergie pour allumer une ampoule électrique ou un appareil de chauffage… Mais c’est aussi l’énergie produite par le Soleil.

• L’énergie thermique. C’est la manifestation de l’énergie sous forme de chaleur. Plus la température d’un objet est élevée, plus l’énergie thermique de l’objet est importante. Elle est fournie par la combustion ou par le rayonnement solaire, par exemple. Selon les cas, elle peut permettre de cuire des aliments, d’accélérer des réactions chimiques, mais aussi de générer des mouvements. Exemple : la géothermie, la biomasse, le solaire thermique…

• L’énergie chimique. Elle est produite par un mélange de produits chimiques : une réaction chimique. L’énergie associée à la liaison des atomes dans les molécules se traduit souvent par une source de chaleur. La combustion des énergies fossiles ainsi que les piles ou batteries (assemblage de piles) sont des exemples de production d’énergie chimique.

• L’énergie nucléaire. Elle est fournie par la chaleur dégagée par la fission d’un minerai combustible : l’uranium. Le principe est que l’énergie nécessaire pour casser le noyau d’un atome est très inférieure à celle dégagée par l’émission de neutrons. Dans le cas d’une centrale nucléaire, la chaleur produite par les réactions en chaîne produites au sein du réacteur est utilisée pour transformer de l’eau en vapeur qui permet de mettre en mouvement une turbine génératrice d’électricité.

• L’énergie électrique. Il s’agit de l’énergie liée aux phénomènes électriques tels que la circulation du courant électrique. Elle est associée au déplacement des électrons à travers un matériau conducteur. L’électricité se manifeste de manière naturelle dans la foudre, les influx nerveux de certains organismes ou sous forme d’électricité statistique créée par le frottement ou la mise en contact de matériaux différents. Elle peut également être créée en utilisant une source d’énergie.

• L’énergie magnétique. Les aimants permanents émettent des champs magnétiques, tout comme les bobines dans lesquelles circulent des courants électriques ; ce phénomène permet par exemple de faire tourner un moteur.

Le vocabulaire de l’énergie

Il ne faut pas confondre unité de puissance et unité d’énergie. La première sera utilisée pour quantifier la capacité d’un moyen de production à délivrer une quantité d’énergie en un temps donné, alors que la seconde sera utilisée pour quantifier l’énergie effectivement délivrée par ce moyen de production.

Ainsi, deux installations d’une puissance équivalente ne produisent pas nécessairement la même quantité d’énergie sur une période donnée en raison des différences de temps de production qui peuvent varier, selon la quantité de vent ou de soleil par exemple.

Les unités de mesure

L’énergie : le joule et le mégawattheur (MWh)

L’unité de base de mesure de l’énergie dans le système international est le joule, du nom du physicien anglais James Prescott Joule (1818-1889). Un joule (J) correspond à l’énergie (travail et chaleur) produite par une force de 1 newton (N) dont le point d’application se déplace d’un mètre dans la direction de la force. Un newton correspond à la force pour transmettre à un corps ayant une masse d’un kilogramme une accélération d’un mètre par seconde.

Le joule étant une très petite quantité d’énergie, on utilise plutôt le kilowattheure (kWh) pour mesurer l’énergie électrique et thermique. Le kilowattheure (kWh) désigne l’énergie produite par un appareil d’une puissance de 1000 watts pendant une durée d’une heure. Le mégawattheure (MWh), souvent utilisé dans le secteur de la production d’électricité, est égal à 1000 kWh, et le gigawattheure, à 1 million de kWh, ou 1000 MWh.

Dans le secteur de la production d’énergie, on parle également souvent de tonne équivalent pétrole (tep), désignant la quantité d’énergie contenue dans 1 tonne de pétrole brut.

Selon l’Agence internationale de l’énergie, 1 tep représente :

• 41868 gigajoules (GJ), soit environ 10 gigacalories (Gcal) ;

• 11630 kWh ;

• 1,43 tonne équivalent charbon.

La puissance : watt, mégawatt (MW)

Le watt, unité de puissance, fait aussi partie du système international. La puissance désigne la quantité d’énergie fournie pendant une unité de temps. Ainsi, 1 watt équivaut à la puissance d’un système où une énergie de 1 joule est transférée pendant une seconde.

La différence entre énergie primaire et énergie finale

On appelle énergie :

• l’énergie primaire, soit l’ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés. Cela concerne principalement le pétrole brut, le gaz naturel, les schistes bitumineux, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, la biomasse, le rayonnement solaire, la géothermie, l’énergie issue de la fission de l’uranium, etc. ;

• l’énergie finale, soit l’énergie obtenue à partir de la transformation d’une énergie primaire et utilisée par le consommateur. L’électricité est un exemple d’énergie finale ;

• l’énergie utile, soit l’énergie effectivement utilisée par le consommateur après les rendements des appareils qui ont utilisé l’énergie finale. Par exemple, pour une ampoule halogène avec un faible rendement, l’énergie utile (la lumière) est très faible par rapport aux déperditions (sous forme de chaleur).

À l’échelle d’un territoire, l’énergie finale consommée est toujours inférieure à la consommation d’énergie primaire. Cette différence s’explique logiquement par l’énergie nécessaire pour transporter et transformer l’énergie primaire. Par exemple, pour l’électricité, il y a des pertes de chaleur lors de la conversion de l’énergie primaire, ainsi que des pertes inhérentes au niveau du réseau électrique. Ce sont des pertes naturelles de chaleur qui s’opèrent lorsqu’un courant électrique parcourt un matériau. La distance parcourue par l’électricité et la tension jouent également un rôle dans le niveau de déperdition.

Efficacité énergétique et intensité énergétique

En physique, l’efficacité énergétique désigne le rapport entre l’énergie produite par un système et l’énergie consommée nécessaire à son fonctionnement. On parle également de rendement énergétique. Par exemple, le rendement énergétique d’une centrale biomasse produisant une quantité d’électricité de 30 kWh, mais nécessitant une quantité d’énergie primaire de 100 kWh, équivaut à 30 %. S’il s’agit d’une centrale de cogénération (centrale produisant de l’électricité et de la chaleur) et que l’on récupère, en plus des 30 kWh d’électricité, 60 kWh de chaleur pour une quantité d’énergie primaire de 100 kWh, alors le rendement énergétique atteint 90 %.

Les économistes emploient, quant à eux, les termes d’efficacité énergétique pour désigner le fait de minimiser la quantité d’énergie nécessaire pour un service rendu équivalent. Dans le secteur du bâtiment par exemple, une meilleure isolation permet d’améliorer l’efficacité énergétique dans la mesure où cela permet de consommer moins d’énergie pour atteindre un niveau de confort équivalent.

L’intensité énergétique est une mesure de l’efficacité énergétique d’une économie et correspond à la consommation d’énergie par rapport au niveau de produit intérieur brut (PIB). D’une manière générale, les pays ont été en mesure de réduire leur intensité énergétique au cours des 20 dernières années (amélioration de plus de 35 % au niveau mondial depuis 1990 selon l’International Energy Agency [IEA]). Il existe également de fortes disparités d’intensité énergétique entre les pays ; la Russie, par exemple, ayant une intensité énergétique 2 fois et demie supérieure à celle de la France.

Différences entre énergies renouvelables, énergies fossiles et énergie nucléaire

Selon le Parlement européen, une « énergie produite à partir de sources renouvelables (ou énergie renouvelable) est une énergie produite à partir de sources non fossiles renouvelables, à savoir :

• l’énergie éolienne ;

• l’énergie solaire ;

• l’énergie géothermique (énergie emmagasinée sous forme de chaleur sous la surface de la terre solide) ;

• l’énergie ambiante (énergie thermique naturellement présente, accumulée dans un environnement fermé, qui peut être emmagasinée dans l’air ambiant, hors air extrait, dans les eaux de surface ou dans les eaux usées) ;

• l’énergie marémotrice (résultant du mouvement des marées), houlomotrice (provenant de la houle) et d’autres énergies marines (les courants par exemple) ;

• l’énergie hydroélectrique (énergie de l’eau convertie en électricité dans des centrales hydrauliques) ;

• la biomasse (ensemble de la matière organique végétale ou animale issue de la forêt, de l’agriculture, de la pêche et de l’aquaculture, ainsi que des industries connexes, et la fraction biodégradable des déchets industriels ou ménagers) ;

• les gaz de décharge, les gaz des stations d’épuration d’eaux usées et le biogaz ».

Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC ; créé en 1988 en vue de fournir des évaluations détaillées de l’état des connaissances scientifiques, techniques et socio-économiques sur les changements climatiques, leurs causes, leurs répercussions potentielles et les stratégies de parade) apporte quant à lui la notion d’émission de carbone dans la définition des énergies renouvelables. Selon l’organisation, une énergie renouvelable correspond à « toute forme d’énergie d’origine solaire, géophysique ou biologique qui se reconstitue par des processus naturels à un rythme égal ou supérieur à son taux d’utilisation. L’énergie renouvelable est obtenue à partir des flux d’énergie continus ou répétitifs qui se produisent dans le milieu naturel et comprend des technologies à faible émission de carbone, comme l’énergie solaire, hydroélectrique, éolienne, marémotrice, houlomotrice et géothermique, ainsi que des combustibles renouvelables, tels que la biomasse ».

Le périmètre des énergies renouvelables est parfois étendu à celui des énergies renouvelables et de récupération : les énergies de récupération incluent l’énergie thermique issue de l’incinération des déchets, ou encore la récupération de chaleur fatale sur un procédé industriel.

Les énergies fossiles désignent les énergies issues de la combustion de matière organique fossilisée et contenue dans le sous-sol terrestre. Les principales sources d’énergies fossiles sont le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Elles sont présentes en quantité limitée et ne sont pas renouvelables à l’échelle de temps humaine.

L’énergie nucléaire correspond à l’énergie produite résultant du processus dit de « fission nucléaire », qui implique la division du noyau d’atomes d’uranium et de plutonium pour libérer de l’énergie. Cette énergie n’est ni une énergie fossile (l’uranium n’est pas une énergie fossile) ni une énergie renouvelable (l’uranium est une ressource limitée) mais elle est peu émettrice de CO₂.

DANS CE CHAPITRE

Une source énergétique limitée : le travail humain

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La consommation d’énergie : un facteur déterminant de la croissance

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Comment découpler la demande d’énergie de la croissance économique ?

Chapitre 2 La production d’énergie, un enjeu au cœur de nos sociétés

Une source énergétique limitée : le travail humain

Jusqu’au XVIIIe siècle, le développement de l’économie était essentiellement lié à l’énergie fournie par la force musculaire des hommes et celle des animaux domestiques, ainsi que l’énergie fournie par les moulins à eau ou à vent, ou la biomasse. La croissance économique était ainsi directement liée à l’augmentation de la population. Puis, face aux évolutions industrielles de la société, symbolisées par l’avènement des machines, nous sommes devenus de plus en plus fortement dépendants d’autres sources d’énergie. En effet, l’homme produirait 100 kWh d’énergie mécanique par an, soit 600 fois moins que les énergies fossiles et renouvelables utilisées pour l’industrie, les transports et les bâtiments.

Graphique réalisé à partir des données de A. Maddison

Figure 2-1 Évolution du PIB dans le monde

La consommation d’énergie : un facteur déterminant de la croissance

Très vite, l’homme a pris conscience que la croissance économique était directement liée à la consommation d’énergie, et ce, sur la base de trois indicateurs :

• la corrélation entre croissance économique et consommation d’énergie ;

• la corrélation entre la création de valeur et l’utilisation des ressources ;

• le lien entre l’électrification et le niveau de développement.

La corrélation entre croissance économique et consommation d’énergie

Le lien entre consommation d’énergie et croissance économique n’est pas une surprise, dans la mesure où le produit intérieur brut – PIB (mesure de croissance économique) – correspond à la somme des valeurs ajoutées des biens et des services produits au sein d’un pays. En effet, nous utilisons de l’énergie pour faire fonctionner les machines nécessaires à la production, pour chauffer les bâtiments ou, au contraire, les refroidir, pour transporter les marchandises et les personnes, pour éclairer les bâtiments, les villes et les routes, pour conserver les aliments, pour alimenter les ordinateurs et les outils de communication… L’énergie est à la base de toute production.

Source : données provenant de : Banque mondiale, BP

Figure 2-2 La relation entre consommation d’énergie et croissance

Le graphique ci-dessous montre le lien entre la consommation d’énergie et le PIB. La corrélation est assez linéaire. Ainsi, la croissance du PIB ces dernières années a nécessité une augmentation de la consommation d’énergie.

Données provenant de Banque mondiale, BP

Figure 2-3 La relation entre consommation d’énergie et croissance

Plus on crée de la valeur, plus on brûle d’énergie

La demande d’énergie suivant la croissance économique, l’utilisation des ressources naturelles n’a cessé d’augmenter. À tel point que, depuis deux siècles, les quantités d’énergie dont les économies ont besoin pour tourner ont accru pratiquement au même rythme que les quantités de richesses créées. Or, la création de richesses dépend de la capacité d’une société à produire de l’énergie.