Traduit par Céline Pugieux
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Pourquoi l’énergie est-elle si importante? Où la puisons nous et combien en consommons nous? Gieljan de Vries du FOM-Institut de Physique des Plasmas de Rijnhuizenw1 (Pays-Bas), enquête. Oubliez le dollar, l’euro et le yen. C’est de l’énergie que vous devez dépenser pour obtenir ce que vous voulez. Pour faire rouler une voiture, faire fonctionner un ordinateur ou créer un bien de consommation dans une usine, c’est de l’énergie dont vous avez besoin. Alors qu’est-ce que l’énergie et quelle est son impact sur notre monde? |
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Les physiciens définissent l’énergie comme la capacité à travailler. C’est une définition plutôt abstraite car le concept de l’énergie s’applique à des situations et matériaux tres divers. Prenez une tâche et calculez la quantité totale d’énergie en joules (j) nécessaire à sa réalisation, ou la puissance (énergie par seconde) qu’un procédé consomme en watts (w, équivalent à J/s). Il s’avère que chaque aspect de nos vies à un coût énergétique à payer. Les humains utilisent de l’énergie continuellement. Rien qu’en étant assis, votre corps a besoin d’une puissance d’environ 100 W. L’énergie fait fonctionner les muscles tels que votre cœur et permet les réactions biochimiques dans vos organes. Bien évidemment, les gens font plus que de s’asseoir. En montant les escaliers ou en soulevant des cartons, nous pouvons produire environ 100 W de force utile pendant des heures. Cependant, pour cela, nos muscles vont consommer 300 à 400 W, soit trois à quatre fois l’énergie qu’ils produisent. Un foyer européen de trois à quatre personnes consomme de manière continue une moyenne d’environ 400 W en se chauffant, en utilisant des appareils électriques etc. Cela équivaut à une force de douze personnes travaillant dans un moulin (4 personnes par équipe faisant les trois-huit). |
 Utilisation d’énergie par foyer. Utilisation moyenne d’un foyer anglais. Le chauffage du logement et de l’eau utilise la majorité de l’énergie. L’éclairage représente seulement 3% de l’énergie consommée, alors l’utilisation d’ampoules basse consommation a un impacte limité. La prévention des déperditions de chaleur, en développant une meilleure isolation des bâtiments, permet d’économiser beaucoup plus d’énergie. Source de l’information: Ministère du Commerce et de l’Industrie, Angleterre. Cliquer pour agrandir l'image Image reproduite avec l’aimable autorisation de Gieljan de Vries |
Vingt mille heures de travail
Par chance, nous n’avons pas besoin de recourir au travail d’esclaves pour générer de l’énergie. Au contraire, environ 81% de nos besoins en énergie viennent de l’énergie chimique contenue dans les combustibles fossiles: le pétrole, le gaz et le charbon. Ces énergies proviennent de l’énergie solaire absorbée par les plantes en croissance il y a des millions d’années. Après leur mort, les plantes se retrouvent enfuies sous des couches de terre qui s’accumulent, le sous-sol se réchauffe et la pression transforme les cellules mortes en de longues molécules riches en énergie.
 Utilisation globale d’énergie en 2006. Quasi 81% de l’énergie que nous avons consommée était d’origine fossile. La proportion de biomasse n’est pas vraiment renouvelable : elle consiste principalement en la coupe des forêts tropicales et le brûlage des arbres. Sans végétation et racines des arbres, les pluies lessivent les sols, en éliminant leur surface fertile. Par conséquent aucun nouvel arbre ne peut se développer. Remarquez aussi la proportion minime que les énergies renouvelables, telles que les éoliennes et les panneaux solaires (‘renouvelables’), jouent aujourd’hui. Ces sources d’énergie commencent seulement à trouver leur place sur la scène des énergies. Source des données: Agence Internationale de l’Energie, Statistiques clés des énergies mondiales en 2008. Cliquer pour agrandir l'image Image reproduite avec l’aimable autorisation de Gieljan de Vries |
Le charbon, le pétrole et le gaz sont utilisés approximativement en quantités égales pour fournir l’énergie mondiale, mais le pétrole a peut-être l’utilisation la plus connue des trois car tout type de transport est dépendant des carburants issus du pétrole. Brûler un baril de pétrole, c’est-à-dire 159 litres, va libérer environ 6100 MJ (million joule) d’énergie. Non seulement cela représente beaucoup d’énergie, mais c’est également extrêmement bon marché. Même si le prix du baril a fluctué entre €30 et €150 ces dernières années, un homme devrait fournir 22 000 heures de travail pour produire la quantité d’énergie contenue dans un baril. Cela représente 11 années à travailler dans un moulin, tous les jours ouvrables de 9h à 17h. Personne ne voudrait travailler si dur et si longtemps pour cette somme d’argent! Mais revenons à notre consommation énergétique moyenne : nous avons besoin d’un minimum de 100 W par personne ou 400 W par foyer pour maintenir notre mode de vie, car il ne faut pas oublier de calculer l’énergie utilisée pour produire et transporter les équipements de la maison. Les besoins domestiques sont ainsi responsables d’un quart de la consommation de l’énergie produite, les transports et l’industrie sont chacun responsables d’un tiers. Le commerce, les infrastructures et l’agriculture complètent la liste des consommateurs d’énergie. |
Un lac de pétrole
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Regardons les choses en face: en 2006, l’Union européenne a utilisé 49.2 TJ (terajoule) d’énergie. En d’autres termes 49 millions de millions de joules, une quantité gigantesque. Même répartie sur les 500 millions d’européens, notre consommation annuelle est énorme : 95 800 MJ par habitant (soit environ 16 barils de pétrole). Pour toute l’Europe, on aurait brûlé l’équivalent de 1176 millions de tonnes de pétrole non raffiné pour produire autant d’énergie, ce qui équivaut à un lac de 20 mètres de profondeur et de 20 à 30 km de long. Et ceci, seulement pour satisfaire la demande annuelle européenne en énergie. La même année, les Etats-Unis ont utilisé un équivalent de 2340 millions de tonnes de pétrole et la Chine en a brûlé 1717 millions de tonnes. La consommation en énergie de la Chine a augmenté de manière spectaculaire depuis le début de son rapide développement économique. Mais rapporté à son nombre d’habitant, la Chine n’est toujours pas un consommateur gaspilleur : chaque citoyen chinois utilise en moyenne l’équivalent de 1,3 tonnes de pétrole par an, contre 7,4 tonnes par an pour un citoyen américain et 3,7 tonnes par an pour un européen. Chaque année, une flotte de 3500 navires pétroliers, dont certains atteignent 400 mètres de long, transportent 2000 millions de tonnes de pétrole brut à travers le globe. Et ce n’est pas tout le pétrole que nous utilisons, car les pipelines transportent le reste. En 2006, la planète a utilisé 3481 millions de tonnes de pétrole, fournissant 43% de la demande en énergie. |
 Un besoin grandissant d’énergie. L’agence internationale de l’énergie (AIE), qui participe à la coordination des politiques énergétiques internationales, modélise l’utilisation future de l’énergie. Dans son rapport ‘Perspective des énergies mondiales en 2008”, elle a estimé la quantité des différentes énergies produites de 2015 et 2030. La colonne des pourcentages (à droite) montre l’estimation de l’augmentation de chaque source d’énergie de 2006 à 2030. Le charbon devient plus important et les sources d’énergie renouvelables montrent le taux de croissance le plus fort, mais ont encore beaucoup de chemin à parcourir. Source des données: L’agence internationale de l’énergie (AIE) – Perspectives des énergies mondiales. Cliquer pour agrandir l'image Image avec l’aimable autorisation de Gieljan de Vries |
Ces chiffres sont énormes et ne sont pas en baisse. Selon des estimations, le monde aura besoin, en 2100, de quatre fois plus d’énergie qu’aujourd’hui. Au cours de ce siècle, la Chine, l’Inde et d’autres pays en voie de développement vont voir une augmentation de leur nombre d’habitants ainsi qu’une croissance de la consommation d’énergie par habitant égale à celle des européens. Ce qui signifie que 4 milliards d’habitants vont avoir le même besoin en énergie par personne que chaque européen aujourd’hui. Et personne ne peut les blâmer.
Le niveau de vie est lié à l’énergie
Pour le plus grand nombre, l’énergie n’est pas quelque chose que l’on veut moins utiliser, mais c’est, au contraire, quelque chose de très désirable pour satisfaire nos besoins quotidiens. Un accès facile à l’électricité et l’eau potable est une réalité pour la majorité d’entre nous. Pour les deux-tiers de l’humanité c’est un luxe précieux et inabordable. Sans lumière électrique, seule une quantité limitée de travail peut être réalisée en une journée. Sans l’énergie nécessaire à la purification et au transport de l’eau, les populations des pays en voie de développement doivent parcourir des kilomètres pour atteindre un puits d’eau claire. Et le plus souvent, en marchant, car les voies de circulation et les moyens de transport sont inexistants ou inadéquates.
On ne peut améliorer son niveau de vie que si l’on a de l’énergie à dépenser. La lumière électrique permet l’allongement de la durée de travail, le diesel fournit l’énergie aux engins pour la construction de routes et de bâtiments, mais aussi pour l’agriculture. Avec suffisamment d’énergie, les industries peuvent produire des biens de consommation, et les camions, en consommant de l’énergie fossile, peuvent les transporter. L’énergie rend la vie plus facile.
Il suffit de regarder les pays les plus pauvres pour réaliser que notre style de vie dépend totalement de la disponibilité d’énergie. Nous avons besoin d’énergie pour gérer notre approvisionnement en eau, mais également pour permettre l’irrigation et la production d’engrais chimiques, afin de nourrir la population. L’énergie nous permet de chauffer ou climatiser nos maisons et facilite nos déplacements. Elle permet aussi aux usines et aux villes de fonctionner, fournissant des emplois à des millions de personnes. Quand il y a une pénurie d’énergie, ce qui nous paraissait comme allant de soi devient cher, devenant l’avantage des riches. L’opposé est également vrai: un pays pouvant fournir plus d’énergie à sa population peut améliorer son niveau de vie. Bien sur, l’énergie n’est pas un remède miracle pour les problèmes en Afrique, mais ne pas avoir de ressources énergétiques les rend bien plus difficile à résoudre.
A la recherche de nouvelles sources d’énergie
 Cinq sources d’énergie renouvelable. Vous pouvez collecter de l’énergie, dans le monde entier, à partir du vent, de la lumière solaire et des plantes. Les centrales nucléaires sont bien plus compactes, mais produisent des déchets radioactifs. La fusion thermonucléaire est actuellement en développement pour la production d’énergie. Cette technologie devrait produire de l’énergie propre et quasiment illimitée en imitant la source puissante du soleil. Sa production en électricité est prévue pour 2050. Cliquer pour agrandir l'image Image du domaine publique: Source de l’image: Wikimedia Commons |
Le monde demande plus d’énergie. A court terme, cela signifie une augmentation de l’utilisation des énergies fossiles. Les exploitations polluantes de charbon, jusqu’alors non populaires, s’ouvrent maintenant au rythme d’une chaque semaine en Chine. La demande, rien qu’en pétrole, est prévue d’augmenter de 47% d’ici à 2030, et les compagnies prospectent désormais les environnements les plus hostiles, comme les mers profondes ou l’Arctique, a la recherche de gaz naturel pour alimenter l’industrie. Selon L’agence internationale de l’énergie, la proportion d’utilisation des énergies fossiles devrait rester à 81%, malgré ces investissements, car les besoins en énergie totale, et, par conséquence, la demande en énergie fossile, est prévue de presque doubler en 2030. Un jour, les réserves d’énergies fossiles s’épuiseront. Les mines de charbon peuvent durer encore environ 200 ans à leur niveau actuel d’exploitation. La production pétrolière, quant à elle, aurait déjà atteint son maximum. L’AIE indique que les plateformes pétrolières produisent déjà de moins en moins chaque année, et le nombre des nouveaux gisements est trop limité pour éviter le lent déclin de la production. Nous allons avoir besoin de sources renouvelables d’énergie si nous voulons éviter les conflits liés à la diminution des réserves. De plus, l’impact de l’utilisation des énergies fossiles sur le changement climatique est très inquiétant, et appelle au développement des énergies renouvelables. |
Heureusement, les technologies qui vont nous permettre de modifier notre manière de faire tourner le monde sont en marche. L’énergie collectée à partir des rayonnements solaires, du vent, de la force hydraulique, et même de la chaleur du sol, sont lentement additionnées aux énergies fossiles. Des sources d’énergie pleines de promesse sont à l’étude par les scientifiques (voir Warrick, 2006). Avons-nous commencé à développer ces ressources à temps? Ou allons-nous connaitre une famine d’énergie dans le futur? Science in School va publier une enquête sur les sources alternatives d’énergie dans les numéros à paraître prochainement. Lisez ces articles avec attention car ces technologies vont changer le monde. Pour tester des sources alternatives d’énergie dans votre classe, lisez l’article rédigé par Dudley Shallcross et ses collègues dans ce numéro (Shallcross et al., 2009).
Les grands nombres
Quand nous parlons de la consommation d’énergie, les nombres sont immenses. Vous trouverez ici une petite liste pour vous aider à vous y retrouver. De gauche à droite, vous trouverez un nombre, son nom, son écriture scientifique spécifiant le nombre de zéro après le 1, son préfixe et son abréviation.
| Nombres | Nom | Abréviations | Préfixe |
|---|---|---|---|
| 1 000 000 | un million | 106 | mega (M) |
| 1 000 000 000 | un milliard | 109 | giga (G) |
| 1 000 000 000 000 | un billion | 1012 | tera (T) |
| 1 000 000 000 000 000 | un billiard | 1015 | peta (P) |
| 1 000 000 000 000 000 000 | un trillion | 1018 | exa (E) |
Par exemple, en 2005, la consommation totale d’énergie était de 7 912 millions de tonnes de pétrole. Ce sont 6,5 milliards de personnes, ou 6.5 x 109, qui ont utilisé 331 259 616 terajoules (TJ), soit environ 331.26 x 1018 = 331.26 exajoules (EJ).
Références
Shallcross D, Harrison T, Henshaw S, Sellou L (2009) Fuelling interest: climate change experiments. Science in School 11: 38-43. www.scienceinschool.org/2009/issue11/climate
Warrick C (2006) Fusion: l'as de nos cartes énergie? Science in School 1: 52-55. www.scienceinschool.org/2006/issue1/fusion/french
Références Web
w1 – Site Internet de l’Institut Rijnhuizen de physique des plasmas (FOM) des Pays-Bas: www.rijnhuizen.nl
Ressources
Lecture thématique
L’article ‘Future Global Energy Prosperity: The Terawatt Challenge’, écrit par Richard E. Smalley de l’Université de Rice, peut être téléchargé à partir du site internet de l’Université de Rice (http://cohesion.rice.edu) ou ici: www.tinyurl.com/dg25b
Le rapport Hirsch (Apogée de la production mondiale de pétrole: impacts, atténuations, and management des risques), écrit à la demande du département américain de l’énergie et publié en février 2005, peut être téléchargé à partir du site internet du Conseil de l’Atlantique (www.acus.org) ou ici: www.tinyurl.com/8yebs
Statistiques sur l’énergie
L’agence internationale de l’énergie (AIE) publie des statistiques sur l’énergie et les populations. Sélectionnez un pays ou une région, puis cliquer sur ‘Indicators’: www.iea.org/Textbase/stats/index.asp
Les statistiques clés de l’énergie mondiale, publiées par l’IEA, peuvent être téléchargées ici: www.iea.org/Textbase/publications/free_new_Desc.asp?PUBS_ID=1199
BP a fournit une synthèse statistique sur l’énergie mondiale en 2008:www.bp.com/productlanding.do?categoryId=6929&contentId=7044622
Le rapport, accessible en cliquant sur le lien ci-dessous, résume les subventions énergétiques de l’Union européenne en 2004:www.eea.europa.eu/publications/technical_report_2004_1
Gieljan de Vries (né en 1978) a étudié les sciences physiques à l’Université d’Utrecht (Pays-Bas), et a découvert que sa grande passion était la communication de la science avec le public. Il a commencé comme journaliste spécialiste en science. En devenant ensuite agent de l’information publique de Rijnhuizenw1 (centre national hollandais de recherche sur l’énergie de fusion), Gieljan a découvert le monde de l’énergie et notre dépendance à l’énergie facilement accessible.
Point de vue
Les experts en science de l’éducation insistent sur le fait que l’énergie est un sujet difficile. De plus, il n’est pas facile pour les élèves de comprendre l’importance de l’énergie dans leurs vies. Leur intérêt peut être attiré quand ils réalisent que sans électricité ou pétrole, ils ne pourraient pas avoir de lecteurs MP3, d’ordinateur, de télé ou Internet, pas plus qu’ils n’auraient le confort de base qu’ils prennent souvent pour une évidence tels que la lumière, le chauffage ou la voiture. En plus, il est important pour les citoyens de demain de comprendre le rôle vital de l’énergie, les problèmes environmentaux liés à l’augmentation de la consommation de pétrole et le besoin urgent d’énergies renouvelables.
Dans cet article, Gieljan de Vries présente l’importance de l’énergie, en fournissant des informations intéressantes et motivantes, ainsi que des chiffres sur les besoins courant et future des quantités énormes en énergies. Cet article reunit des données environnementales, scientifiques et économiques: l’énergie, en tant que telle, touche à de nombreux domaines et fournit une opportunité d’apprentissage à travers le programme d’étude.
Vangelis Koltsakis, Grèce
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