Énergie primaire

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Une source d’énergie primaire est une forme d’énergie disponible dans la nature avant toute transformation. Si elle n’est pas utilisable directement, elle doit être transformée en une source d’énergie secondaire pour être utilisable et transportable facilement. Dans l'industrie de l'énergie, on distingue la production d'énergie primaire, de son stockage et son transport sous la forme de vecteurs d'énergie et de la consommation d'énergie finale.

Formes d’énergie primaire

L'énergie primaire est obtenue par des transformations de la matière :

  • transformations physiques dans un champ gravitationnel : travail mécanique associé au mouvement d'une masse de matière soumise à la pesanteur ; onde acoustique par déformation élastique d'un fluide ;
  • transformations par interactions électromagnétiques : déplacement de particules ionisées et orientation du moment magnétique de matériaux ; variation d'énergie cinétique moyenne d'agitation microscopique moléculaire et atomique ; enthalpie de changement d'état chimique ; transfert thermique par rayonnement électromagnétique associé à une réaction chimique de modification des liaisons entre les atomes formant des molécules, propagation de photons ;
  • transformations de la matière en physique des particules subatomiques par interactions nucléaires fortes ou faibles : désintégration radioactive, fission ou fusion nucléaire ; rayonnement électromagnétique associé à une modification de noyau atomique, rayonnement corpusculaire de particules subatomiques de haute énergie.

Énergie primaire et cycle de l'énergie

Article détaillé : Bilan énergétique (statistique).

L’énergie primaire permet de produire de l’énergie secondaire qui est elle-même transformée en énergie finale au stade de l’utilisation. Ainsi l’énergie mécanique d’une chute d’eau, transformée en énergie électrique (un vecteur énergétique), puis transportée sous cette forme peut produire chez l’utilisateur : froid, lumière, énergie mécanique (moteurs), chauffage, etc. Vues de l’utilisateur, les formes d’énergie primaire sont souvent substituables tant qu'elles lui permettent d'utiliser la forme d'énergie finale de son choix.

Cette série de transformations forme une chaîne énergétique, par exemple, la chaîne pétrolière : extraction, transport, raffinage, distribution, utilisation. Les transformations sont caractérisées par un rendement, toujours inférieur à 1, par suite des pertes inévitables au cours de la production et du transport.

Les statistiques les plus utilisées pour la comparaison de la production et de l’utilisation de l’énergie, celles de l'Agence internationale de l'énergie (AIE), considèrent par convention comme énergie primaire l’énergie brute pour les combustibles fossiles et la biomasse, et pour les autres sources d'énergie, celle qui résulte de la première transformation (ainsi la chaleur nucléaire, l'électricité éolienne, l'électricité photovoltaïque ou héliothermique, et l'électricité hydraulique sont-elles considérées comme énergie primaire) et comme énergie finale la forme sous laquelle elle arrive chez l’utilisateur final (ainsi l’électricité mesurée au compteur de l’abonné quelle qu’en soit l’utilisation finale : éclairage, chauffage, machines, etc.), parce que ce sont celles pour lesquelles on dispose de données chiffrées. Les statistiques d'énergie primaire de l'AIE mélangent donc des sources et formes d'énergie primaire (combustibles fossiles et biomasse) avec des formes secondaires d'énergie (électricité produite par l'hydraulique, l'éolien et le solaire), ce qui ne permet pas de comparaison pertinente entre ces deux catégories d'énergie ; les seules comparaisons correctes doivent se situer au niveau de l'énergie finale. Mais les statistiques d'énergie primaire de l'AIE conservent un intérêt certain pour comparer, par exemple, les formes d'énergie produites localement avec celles qui sont importées ou la consommation locale avec l'exportation.

Pour permettre les comparaisons, toutes les formes d’énergie sont exprimées à l’aide d’une unité commune permettant de mesurer la quantité d'énergie contenue, émise ou transférée ; elle peut être, selon le sujet principal, le gigajoule (GJ), le kilowatt-heure (kWh), ou la tonne d'équivalent pétrole (tep, toe en anglais). Comme les diverses sources de pétrole ou de houille peuvent avoir des caractéristiques énergétiques légèrement différentes, on s'appuie sur des conventions pour passer facilement d'une unité à l'autre. Par convention :

Catégories d'énergie primaire

Les sources et formes d'énergie sont multiples :

Statistiques mondiales

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) rassemble les données de l'ensemble des pays pour établir et publier des statistiques mondiales sur la production et la consommation d'énergie. Il convient de signaler que l'AIE a été créée par l'OCDE en 1961 et ne regroupe que 37 membres ; elle a été très critiquée en 2009 pour ses prévisions de production pétrolière jugées trop optimistes, pour le peu d'intérêt qu'elle accordait aux énergies renouvelables et pour son refus de prendre en compte le méthane dans ses statistiques d'émissions de gaz à effet de serre, ce qui avantage grandement le gaz naturel. Elle reste cependant le principal fournisseur de données statistiques sur l'énergie. Depuis 2009, l'évolution de la production pétrolière a donné raison à l'AIE, avec le boom du pétrole de schiste aux États-Unis ; les reproches concernant les énergies renouvelables ne sont plus justifiés du fait de la création des Programmes de collaboration technologiques (TCP)[3] qui publient des statistiques et des prévisions sur les diverses énergies renouvelables. Seul le reproche sur le méthane reste justifié.

Dans les statistiques de l'AIE et d'autres organismes internationaux, l'agrégat « Total des ressources en énergie primaire » (en anglais : Total primary energy supply (TPES)) inventorie l'ensemble des ressources énergétiques mobilisées par un pays, soit par production locale, soit par importation, diminuées des exportations et des soutes internationales (consommations des moyens de transport internationaux : avions et bateaux) et corrigées des variations de stocks, afin de ne conserver que les ressources destinées à la consommation intérieure.

Au niveau mondial, la répartition de ces ressources primaires (productions annuelles) a évolué comme suit :

Production mondiale d'énergie primaire[k 1]
en Mtep 1973 % 2015 %
Charbon+lignite 1474 23,7 3872 28,1
Pétrole 2938 47,3 4416 32,0
Gaz naturel 991 15,9 2976 21,6
Nucléaire 53 0,9 671 4,9
Hydroélectricité 110 1,8 334 2,4
Biomasse+déchets 641 10,3 1319 9,6
Autres* 6 0,1 202 1,5
TOTAL 6 214 100 13 790 100
* autres : géothermie, solaire, éolien, chaleur récupérée, etc.

Les trois dernières lignes regroupent les énergies renouvelables (EnR) ; au total, elles sont passées de 12,2 % des ressources mondiales en 1973 à 13,5 % en 2015. Les conventions utilisées par les statistiques de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et d'Eurostat, contrairement à celles de l'Energy Information Administration (EIA) américaine (une agence du département de l'Énergie des États-Unis), minorent la part des énergies renouvelables électriques. Avec des conventions conformes aux ratios réels de substitution entre énergies fossiles et électricité, telles que celles de l'EIA, on obtient environ 6,9 % pour l'hydroélectricité et 3,5 % pour les autres EnR, hors biomasse, ce qui porte la part des énergies renouvelables à 20,6 % en 2013.

Voici la répartition régionale et par grands pays des productions et consommations d'énergie primaire, ainsi que les consommations par habitant :

Productions et consommations brutes d'énergie primaire en 2015
Région/Pays Production
Mtep[k 2] 		% Consommation
Mtep[k 2] 		% Cons./hab.
tep[k 3]
Monde 13 790 100,0 13 647 100,0 1,86
OCDE 4 164 30,2 5 259 38,5 4,12
Moyen-Orient 1 884 13,7 729 5,3 3,21
Europe et Eurasie hors OCDE 1 833 13,3 1 106 8,1 3,24
Chine 2 496 18,1 2 987 21,9 2,17
Asie hors Chine & OCDE 1 479 10,7 1 769 13,0 0,73
Amériques hors OCDE 816 5,9 628 4,6 1,29
Afrique 1118 8,1 788 5,8 0,66
Quelques grands pays[k 4] :
Drapeau de la République populaire de Chine Chine 2 496 18,1 2 973 21,8 2,17
Drapeau des États-Unis États-Unis 2 018 14,6 2 188 16,0 6,80
Drapeau de l'Inde Inde 554 4,0 851 6,2 0,65
Drapeau de la Russie Russie 1 334 9,7 710 5,2 4,93
Drapeau du Japon Japon 30 0,2 430 3,2 3,38
Drapeau de l'Allemagne Allemagne 120 0,9 308 2,3 3,77
Drapeau du Brésil Brésil 279 2,0 298 2,2 1,43
Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud 51 0,4 273 2,0 5,39
Drapeau du Canada Canada 471 3,4 270 2,0 7,54
Drapeau de la France France 138 1,0 246 1,8 3,71
Drapeau de l'Iran Iran 324 2,3 237 1,7 2,99
Drapeau de l'Indonésie Indonésie 426 3,1 225 1,6 0,87
Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 649 4,7 222 1,6 7,03
Drapeau du Mexique Mexique 192 1,4 187 1,4 1,55
Drapeau du Royaume-Uni Royaume-Uni 119 0,9 181 1,3 2,78

Les conventions adoptées pour évaluer l'énergie primaire du nucléaire et des énergies non thermiques (hydroélectricité, éolien, solaire, énergies marines)[k 5] sont souvent critiquées :

  • pour le nucléaire, l'énergie primaire est calculée en supposant un rendement de conversion de 33 à 38 %, c'est-à-dire que l'on considère que l'énergie primaire est la chaleur produite dans le réacteur par la réaction de fission nucléaire, et que la conversion en électricité par le cycle thermodynamique, identique à celle des centrales thermiques classiques (charbon, fioul, gaz hors cycle combiné) a le même rendement : environ un tiers (soit un coefficient d'énergie primaire entre 2,63 et 3) ;
  • pour la géothermie, lorsque le rendement de conversion de la chaleur géothermique en électricité n'est pas connu, on suppose qu'il est de 10 % ;
  • pour les autres énergies non thermiques (hydraulique, éolien, solaire), l'AIE considère que l'énergie primaire est égale à la production électrique brute, avec un rendement de 100 % ; du point de vue de la physique, c'est contestable : on aurait très bien pu considérer que l'énergie primaire est celle des sources naturelles (énergie mécanique du vent, énergie des photons du rayonnement solaire, énergie gravitaire pour l'hydroélectricité, etc.) dont elle est tirée, ce qui aurait donné un poids beaucoup plus élevé aux énergies renouvelables dans la répartition des ressources primaires, car les rendements de conversion sont souvent très bas. Un compromis raisonnable, adopté par l'Energy Information Administration américaine, consiste à choisir un rendement de conversion de 33 % pour ces formes d'énergie.

Ces débats sur les conventions utilisées pour mesurer l'énergie primaire montrent que ce concept est très théorique et imprécis, et qu'il est plus intéressant de considérer l'énergie au stade de sa consommation finale.

Notes et références

  1. ↑ p. 46
  2. ↑ a et b p. 60
  3. ↑ p. 61
  4. ↑ p. 62-69
  5. ↑ p. 73
  • Autres références
  1. ↑ [PDF] Les combustibles minéraux solides : charbon, lignite, sur le site du Bureau de recherches géologiques et minières.
  2. ↑ Convention collective nationale du négoce et de distribution de combustibles solides, liquides, gazeux, produits pétroliers du 20 décembre 1985. Étendue par arrêté du 23 juillet 1990 JORF 8 août 1990. sur cnccorg.com
  3. ↑ IEA Technology Collaboration Programmes (TCPs), Agence internationale de l'énergie.

Voir aussi

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