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Énergie et émissions de gaz à effet de serre dans le monde : cas de la production d’électricité

Dans quelle mesure le nucléaire et les renouvelables contribuent-ils respectivement à éviter l’émission de gaz à effet de serre ? L’analyse du bilan énergétique mondial, avec une attention particulière aux spécificités de la production et de la consommation d’électricité, permet de donner des éléments de réponse chiffrés et argumentés :
• Le bilan énergétique mondial 2013 montre que les renouvelables contribuent à hauteur de 16% à la satisfaction de nos besoins en énergie, derrière les combustibles fossiles (produits pétroliers 41%, charbon et lignite 20%, gaz naturel 18%), mais très loin devant le nucléaire (2%).
• Les émissions de gaz à effet de serre évitées en 2013 par la production d’électricité et de chaleur d’origine renouvelable représentent 21,4% des émissions de ce secteur (contre 9,6% pour le nucléaire) et 6,7% du total des émissions mondiales (contre 2,7% pour le nucléaire).


Page publiée en ligne le 27 juillet 2015
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08/08/2015 : chapeau et version “plein texte”

Sur cette page :
Énergie et émissions de gaz à effet de serre dans le monde : cas de la production d’électricité (Bernard Laponche, Petit aide mémoire, 23 juin 2015)
À voir également sur le site de Global Chance (Dossiers et documents)

ÉNERGIE ET ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE DANS LE MONDE :
CAS DE LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ

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SOMMAIRE

1. Énergie et électricité
1.1 Consommation mondiale d’énergie primaire en 2013
1.2 Production mondiale d’électricité en 2013
1.3 Consommation mondiale d’énergie finale en 2013

2. Les émissions de gaz a effet de serre
2.1 Les émissions de GES par gaz et par secteur en 2010
2.2 La contribution des différentes filières de production d’électricité et de chaleur aux émissions de GES pour l’année 2013
2.3 Évaluation des émissions évitées de GES par les productions d’électricité et de chaleur par les sources nucléaire ou renouvelables

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Énergie et émissions de gaz à effet de serre dans le monde : cas de la production d’électricité [fichier pdf, 900 Ko]
Bernard Laponche, Petit aide mémoire, mercredi 23 juin 2015, 7 pages

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ÉNERGIE ET ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE DANS LE MONDE :
CAS DE LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ

Bernard Laponche, Petit aide mémoire [ 1 ], mercredi 23 juin 2015

1. Énergie et électricité

1.1 Consommation mondiale d’énergie primaire en 2013

Figure 1 :


N.B. : la consommation de chaleur primaire (solaire et géothermie) représente 0,3%.
HESG : production d’électricité d’origine hydraulique, éolien, solaire, géothermie (voir le détail en figure 2).

Figure 2 :

L’ensemble des énergies de stock (pétrole, charbon et lignite, gaz naturel fossile et uranium (matière première de la production d’électricité d’origine nucléaire) représentent 87% de la consommation d’énergie primaire et les combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz), 82%. De façon conventionnelle, la consommation primaire de pétrole comprend à la fois le pétrole brut et les produits pétroliers, le raffinage n’étant pas considéré comme une transformation du produit (à l’inverse de l’électricité et de la chaleur non primaire [ 2 ]).

Les sources d’énergie renouvelables représentent 13%, dont 10% pour la biomasse (figure 1). Pour les combustibles fossiles et la biomasse, les valeurs en tep représentent l’énergie dégagée par leur combustion (1 tep correspond à la combustion d’une tonne de pétrole). Pour l’énergie nucléaire, la valeur en tep correspond à la chaleur produite dans les réacteurs des centrales nucléaires. Les centrales électriques à combustibles fossiles, biomasse ou uranium produisent de la chaleur qui est transformée en électricité avec un rendement [ 3 ] qui varie de 28% pour la biomasse à 33% pour le nucléaire et 55-60% pour les centrales à gaz à cycle combiné.

Pour la production d’électricité d’origine hydraulique, éolien et solaire (HES), la valeur en tep représente directement la production d’électricité (1 TWh = 0,086 Mtep [ 4 ]). Pour l’électricité produite par la géothermie, 1 TWh est compté 0,86 Mtep du fait du très faible rendement. Par convention, dans les bilans énergétiques, la consommation primaire de la géothermie à haute température est comptée aves les productions HES, d’où le regroupement HESG.

La figure 2 indique la répartition de l’utilisation de l’énergie primaire :
• Une première part (36%), est la consommation d’énergie primaire pour la production d’électricité et de chaleur (par cogénération) [ 5 ].
• Une seconde part (11%) est la consommation du « secteur de l’énergie » et la consommation des raffineries (1%) ainsi que l’autoconsommation des industries de l’énergie (mines, centrales électriques, industries du combustible nucléaire) et les pertes (dont les pertes de transport et distribution pour le gaz et l’électricité).
• Enfin, la part la plus importante (53%) est la consommation énergétique finale « directe » qui englobe la consommation des produits énergétiques sous leur forme primaire, sans transformation (charbon, produits pétroliers, gaz naturel, bois, électricité HES, chaleur primaire).

60% de la consommation primaire totale de charbon sont consacrés à la production d’électricité. Cette part est plus faible pour le gaz (37%), la biomasse (10%) et le pétrole (6,5%).

1.2 Production mondiale d’électricité en 2013

Figure 3 :

En 2013, la production mondiale d’électricité est de 23 288 milliards de kWh (TWh).

La production à partir du charbon et lignite arrive de loin en tête (43%), suivie par les sources renouvelables (23% au total) et le gaz naturel (21%). La production d’origine nucléaire (11%) se situe à un peu moins de la moitié de celle des renouvelables tandis que la production à partir du pétrole est très faible (4%). La part de la production de la géothermie haute température, de 0% sur le graphique, est de 0,3%.

Le tableau 2 compare les consommations primaires consacrées à la production d’électricité (déduites du tableau 1 [ 6 ]) et les valeurs correspondantes de la production d’électricité, en TWh et en Mtep. La valeur en Mtep de la production d’électricité s’obtient en multipliant par 0,086 sa valeur en TWh.

La dernière ligne fait bien apparaître les rendements des différentes techniques de production.

Ce tableau montre que, à production d’électricité égale, les consommations primaires en entrée – correctes du point de vue physique - donnent une image déformée des contributions réelles des différentes sources aux besoins finals d’électricité. Ainsi, HES dont la production d’électricité est de 400 Mtep et se situe donc à 20% de la production totale d’électricité, ne “vaut” que 8% en consommation primaire. Inversement, la production d’origine nucléaire qui “vaut” 14% en entrée primaire, ne représente que 11% en production d’électricité. Le cas de la géothermie haute température est spectaculaire : la valeur en tep en énergie primaire est environ dix fois plus élevée que la valeur en tep de la production d’électricité.

1.3 Consommation mondiale d’énergie finale en 2013

Figure 4


N.B. : la chaleur est ici la somme de la chaleur primaire (eau chaude solaire et géothermie) et de la chaleur délivrée par les réseaux de chaleur.

La part de l’électricité dans la consommation finale d’énergie étant de 18% et la part des renouvelables dans la production d’électricité étant de 23%, il en résulte que la contribution des sources renouvelables dans la consommation énergétique finale est la somme de la part de la consommation finale de la biomasse (12%) plus les 4% de la production d’électricité, soit 16% (la contribution de la chaleur primaire est très faible et nous ne prenons pas en compte la part de la biomasse et des déchets dans la production de la chaleur de réseau).

La contribution du nucléaire à la consommation énergétique finale est le produit des 18% d’électricité par les 11% de part du nucléaire dans la production d’électricité, soit 2%.
La contribution du charbon est : 13% + (18 x 0,43)% = 20%.
La contribution du gaz naturel est : 14% + (18 x 0,21)% = 18%.
La contribution des produits pétroliers est : 40% + (18 x 0,04)% = 41%.
Les 3% restants de la chaleur de réseau sont multi-combustibles, avec une dominante charbon et une partie déchets.

2. Les émissions de gaz à effet de serre

2.1 Les émissions de GES par gaz et par secteur en 2010

Figure 5 [ 7 ] :


.

En 2010 [ 8 ], les émissions mondiales totales de GES ont été de 49 milliards de tonne équivalent CO2 (49 Gt CO2eq [ 9 ]), dont 76% de CO2 (37,2 Gt [ 10 ]), 16% de CH4 (méthane), 6% de N2O (protoxyde d’azote) et 2% de divers autres gaz.

Le graphique montre également la répartition de ces émissions totales par secteurs d’activité. Le secteur de la production de chaleur et d’électricité représente 25% des émissions totales, soit 12,25 Gt, et celles-ci sont réparties à leur tour entre les différents secteurs d’activités.

Dans ce graphique, les émissions attribuées à chaque secteur final (industrie, transports, résidentiel et tertiaire, agriculture et autres) dans le secteur relatif à la production d’électricité et de chaleur sont des émissions indirectes correspondant aux émissions de la production de l’électricité et de la chaleur qu’ils consomment.

2.2 La contribution des différentes filières de production d’électricité et de chaleur aux émissions de GES pour l’année 2013

Le tableau 3 indique les émissions de gaz à effet de serre (GES) pour l’année 2013. Ces valeurs sont obtenues en multipliant les valeurs des productions d’électricité (la chaleur étant un sous-produit) par les émissions par kWh. Celles-ci, qui figurent dans le tableau 3, sont, pour chaque source d’énergie les moyennes des valeurs présentées [ 11 ] dans l’ouvrage de B. Dessus référencé en note de bas de page n°1.

On constate bien la différence très importante du niveau des émissions par unité de production d’électricité entre les sources fossiles et les sources non fossiles. Mais cette différence est également importante entre les trois sources fossiles elles-mêmes : les émissions à partir de la source gaz naturel sont la moitié de celles de la source charbon.

Les émissions totales ainsi calculées sont de 13,24 milliards de tonnes (Gt). Cette valeur est bien en ligne avec les 12,25 Gt pour l’année 2010 (à elles seules, les émissions de CO2 de ce secteur ont augmenté de 0,9 Gt entre 2010 et 2013).

Le total des émissions mondiales de GES qui valaient 49 Gt CO2 eq en 2010 sont prises égales à 50 Gt pour l’année 2013.

2.3 Évaluation des émissions évitées de GES par les productions d’électricité et de chaleur par les sources nucléaire ou renouvelables

Afin d’évaluer les émissions de GES évitées par la production d’électricité et de chaleur [ 12 ] d’origine nucléaire ou de l’ensemble des sources renouvelables, on calcule quelles seraient les émissions pour deux parcs électriques virtuels produisant la même quantité d’électricité mais composés uniquement de centrales « thermiques fossiles + renouvelables » dans un cas ou « thermiques fossiles + nucléaire » dans l’autre cas.

Les émissions évitées pour chacune des sources non fossiles sont alors égales à la différence entre les émissions de chaque parc virtuel résultant de ce calcul et les émissions réelles présentées dans le tableau 3. Le tableau 4 indique les résultats de ce calcul.

En 2013, les émissions évitées de GES par la production d’origine renouvelables représentent 21,4% des émissions du secteur de la production d’électricité et de chaleur (GS1) et 6,7% du total des émissions mondiales de GES (GS2) et les émissions évitées par la production d’origine nucléaire représentent respectivement 9,6% de GS1 et 2,7% de GS2.

On peut enfin ajouter que des économies sur la consommation d’électricité par la sobriété et l’efficacité auraient un effet en termes d’émissions évitées directement proportionnel – pour un parc de production donné – à la réduction de la consommation d’électricité qui en résulterait.

Bernard Laponche - 23 juin 2015

(haut de page)

Notes

[ 1 ] Pour (beaucoup) plus de détails et d’explications, consulter « Déchiffrer l’énergie », Benjamin Dessus, éditions Belin, 2014. Un ouvrage indispensable.

[ 2 ] Au niveau mondial, à une petite valeur d’ajustement près, la consommation primaire de pétrole est du pétrole brut.

[ 3 ] Rendement : rapport de la production d’électricité exprimée en tep (et éventuellement de chaleur par cogénération) à la quantité d’énergie primaire en entrée de la centrale thermique (fossile, nucléaire, à biomasse ou géothermie).

[ 4 ] Mtep : million de tep (tonne équivalent pétrole).

[ 5 ] Les productions d’électricité et de chaleur (réseaux de chaleur) sont respectivement de 2003 Mtep pour l’électricité et 156 Mtep pour la chaleur.

[ 6 ] Les entrées en énergie primaire pour les combustibles fossiles et la biomasse sont calculées en pondérant chaque valeur par la part de la production d’électricité dans l’ensemble « production d’électricité et de chaleur », soit 2003/(2003+156) = 0,928. Les autres sources ne produisant que de l’électricité, soit directement (HES), soit par le biais de la production de chaleur (nucléaire, géothermie) dont les pertes ne sont pas utilisées.

[ 7 ] Source : CITEPA, « C’est dans l’air », n° 179 (mai 2014).

[ 8 ] 2010 : année la plus récente pour les publications du GIEC.

[ 9 ] Les tonnes équivalent CO2 (t CO2eq) pour les gaz autres que le CO2 sont calculées en utilisant le Potentiel de réchauffement global (PRG) à 100 ans (par exemple, valeur 21 prise par le GIEC pour calculer cette équivalence pour le méthane). On notera que la valeur du PRG du méthane a augmenté nettement dans les derniers rapports du GIEC et qu’une valeur horizon plus proche que 100 ans augmenterait de façon très importante la valeur « équivalente » des émissions de méthane. [Voir notre dossier Effet de serre, n’oublions pas le méthane - note de la rédaction de Global-Chance.org]

[ 10 ] GT : gigatonne ou milliard de tonnes.

[ 11 ] En page 237.

[ 12 ] Il s’agit bien de la production de chaleur liée à la production d’électricité (cogénération).

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