Diapositive 1

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Climat et Energie
Depuis environ un siècle, on constate que la
température moyenne du globe terrestre augmente.
La suite essaie d'expliquer les raisons et donne
un avis sur la gestion de l'énergie utilisée dans
les activités humaines et des modifications
raisonnables de cette gestion.
Températures mondiales moyennes réelles estimées
(C)
Anomalies par rapport à la moyenne 1961-1990
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Bilan radiatif terrestre
Le soleil envoie en moyenne, sur la sphère
terrestre 342 W/m2 (1368 W/m2 sur une section
perpendiculaire aux rayons) c'est la source
principale de l'énergie sur Terre. Une partie
est réfléchie vers l'espace, une partie est
absorbée par la surface et l'atmosphère. La
surface de la terre est chauffée et réémet du
rayonnement infrarouge qui est renvoyé par
l'atmosphère. La vapeur d'eau, le CO2, le méthane
et d'autres gaz absorbent le rayonnement
infrarouge émis par la surface de la terre et
gardent cette énergie c'est l'effet de serre.
Sans lui, température moyenne de la terre serait
de l'ordre de -18C.
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Le rayonnement solaire varie au cours des
millenaires
Il y a plusieurs effets astronomiques qui font
varier l'intensité du rayonnement reçu par la
Terre. L'axe de rotation de la Terre est inclinée
par rapport à l'axe perpendiculaire à son orbite
d'un angle (I) qui change et tourne autour de
cet axe (précession P). La forme de l'orbite
terrestre (l'excentricité E) change aussi
Ces effets sont bien connus et s'appellent les
"cycles de Milankovic"
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Le rayonnement solaire varie au cours des
millenaires suite
On peut reconstruire, par la connaissance de ces
cycles, l'intensité du rayonnement solaire sur
des milliers d'années (kiloyears Before Present)
- la variation a pu atteindre plus de 100 W/m2.
Ces variations très fortes ont causé les
glaciations. On peut aussi calculer avec
précision l'évolution future (kiloyears After
Present), en ce qui concerne l'énergie rayonnée
vers la Terre. Pendant les prochains millenaires,
la tendance est à l'augmentation de l'intensité
entrante. Même en gardant l'effet de serre
constant, le bilan d'énergie changera et il est
très probable que la température moyenne de la
Terre augmentera.
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Principe de l'équilibre rompu
Équilibre Masses égales des deux côtés Ou
Autant d'énergie gagnée (par rayonnement
solaire entrant et absorbé par effet de serre)
que perdue (rayonnée vers l'espace)
Déséquilibre Une faible masse en moins d'un
côté fait pencher la balance Ou Un peu moins
d'énergie perdue vers l'espace, par absorption
dans les gaz à effet de serre, et la température
augmente.
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Rôle du dioxyde carbone ou gaz carbonique, CO2
Le CO2 est le gaz à effet de serre le plus fort,
par son abondance, après la vapeur d'eau.
D'autres gaz comme le méthane (CH4) ont un
pouvoir d'effet de serre plus important mais sont
présents en plus faible quantité. Plusieurs
facteurs interviennent sur la teneur en CO2 dans
l'atmosphère le volcanisme émet du CO2, les
océans et les sols l'absorbent. L'activité
humaine a contribué à l'augmentation de la
teneur en CO2, essentiellement par combustion de
combustibles fossiles. Beaucoup de mesures ont
été faites à différents endroits de la Terre. Le
diagramme montre l' évolution de la teneur en CO2
de 1973 à 2001, à 4 latitudes différentes (71N,
19N, 13S et 90S), avec les variations
saisonnières.
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Facteurs connus influençant le bilan thermique de
la Terre
Ces gaz ont des puissances d'absorption de
rayonnement infrarouge très variés, leur durée de
vie dans l'atmosphère est très différente et ils
sont absorbés et émis par des mécanismes très
différents. L'océan absorbe une grande quantité
de CO2, davantage si l'eau est plus froide. Le
rôle des volcans et de l'activité humaine a déjà
été mentionné. Du méthane est piégé au fond de
l'océan, (par des clathrates) ainsi que dans les
sols gelés des régions arctiques (pergélisol),
et peut être réémis en cas de fusion du
pergélisol ou de lâchage par les clathrates. Des
bactéries digèrent la matière organique et
lâchent du méthane, aussi bien dans les sols,
dans les décharges d'ordures que dans les
estomacs des ruminants. Les engrais se
décomposent dans les sols et produisent de
l'oxyde nitreux N2O, un autre gaz à effet de
serre puissant. Le pouvoir de réflexion des sols
("albedo") varie en fonction de leur nature. La
neige pure renvoie plus de rayonnement que la
terre, les champs, la forêt ou les routes. Les
nuages réflechissent également le rayonnement
solaire mais renvoient du rayonnement infrarouge
vers la Terre. Des poussières et aérosols dans
l'atmosphère renvoient les rayonnements, soit
vers la Terre, soit vers l'espace. L'interaction
de tous ces facteurs est extrêmement complexe et
leur importance n'est pas toujours connue avec
précision. Les scientifiques recueillent autant
de données que possible, dans des stations de
mesure terrestres et par satellite. Ces mesures
ont des imprécisions et doivent être comparées
entre elles. Les climatologues utilisent ces
données et des équations couplées pour bâtir des
modèles, de plus en plus complexes. Le Groupe
dexperts intergouvernemental sur lévolution du
climat (GIEC), organisme créé par l'ONU et
lOrganisation météorologique mondiale, rassemble
périodiquement les données et les modéles publiés
dans des revues scientifiques et en tire des
conclusions, provisoires et parfois
controversées. Les rapports dont le dernier est
sorti en 2007 sont édités en accord avec des
délégués des gouvernements participants. Le
prochain rapport est prévu en 2014.
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Vue sur les facteurs influençant le climat
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Evolution des modèles climatiques et facteurs
pris en compte
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Vérification de modèles par des températures du
passé connues
Le modèle est appliqué sur les années 1900 à 2005
où les températures globales sont bien connues.
Les éruptions volcaniques majeures influencent
la température de la Terre par l'effet écran des
poussières et aérosols émis. Si on tient compte
des effets de serre dus à l'activité humaine,
le modèle correspond assez bien aux données
observées. Si on les ignore, on voit bien que
les effets naturels seuls ne peuvent pas
expliquer la montée de la température globale
par rapport à la moyenne des températures
entre 1901-1950.
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Conclusions (provisoires) du GIEC
Les scientifiques du GIEC et de nombreux autres
climatologues sont majoritairement d'accord que
le rechauffement terrestre est dû en partie
significative aux activités humaines et que la
poursuite de ces activités "comme d'habitude"
peut conduire à des évolutions auxquelles nos
civilisations ne pourront pas résister. Ces
conséquences probables sont des manifestations
météorologiques extrêmes plus fréquentes et plus
graves (inondations, sécheresses) la fonte
des masses glaciaires (Groenland, Antarctique...)
et l'expansion thermique de l'eau conduiront à
une élevation du niveau des océans avec des
disparitions de régions côtières habitées. Les
modèles pris en compte dans le rapport de 2007
prévoient des valeurs du réchauffement terrestre
selon différents cas d'émissions de gaz à effet
de serre, avec des incertitudes importantes (mais
ces modèles reproduisent bien les températures
moyennes du passé).
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Que faut-il faire maintenant ?
Même avec les incertitudes connues et sans tenir
compte de polémiques, il est évident que
l'humanité ne peut pas continuer à influencer le
climat comme c'est le cas actuellement. Les
conséquences seront très difficiles à supporter
dans quelques dizaines d'années. Pour réduire
l'émission des gaz à effet de serre, en
particulier du CO2, la première chose à faire est
la réduction des gaspillages d'énergie. En même
temps, ceci réduit les dépenses inutiles et
permet de réduire la dépendance de vecteurs
d'énergie comme le pétrole ou le gaz. L'effet des
autres gaz à effet de serre peut être réduit pas
d'autres moyens (modification des techniques
agricoles par exemple) qui ne seront pas
développés dans la suite. Notre civilisation
occidentale, a besoin d'énergie pour vivre d'une
manière acceptable pour nous.Elle est de plus en
plus imitée dans son comportement d'utilisation
d'énergie par les autres civilisations, en
particulier en Asie et en Amérique Latine, Il
faut donc utiliser des énergies qui influencent
le moins possible le climat.
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Sources d'énergie disponibles à l'homme
La source principale de toute énergie utilisée
par l'homme est le soleil, en majorité par voie
indirecte et historique. L'énergie solaire
permet le développement des plantes et animaux
qui forment la biomasse et sont, en se
décomposant, l'origine des combustibles fossiles
- gaz naturel, pétrole, tourbe, lignite et
charbon qui deviennent des vecteurs d'énergie.
L'évaporation de l'eau et sa reprécipitaiton
permet l'utilisation de l'énergie hydraulique, le
deséquilibre de l'atmosphère et des océans du au
chauffage solaire crée des circulations comme le
vent, les vagues et les courants marins.
Finalement, le rayonnement solaire peut chauffer
directement des objets (en particulier des lieux
d'habitation et la nourriture), chauffer un
caloporteur comme les chauffe-eaux solaires et
produire de l'électricité par effet
photovoltaïque. D'autres sources d'énergie sont
les marées, dues à l'effet gravitationnel
essentiellement de la lune, la géothermie (due à
des processus radioactifs dans les profondeurs de
la Terre), la fission et la fusion
nucléaires. Pour réduire l'effet de serre dû aux
émissions de CO2, il convient d'analyser en
détail l'impact de chaque vecteur d'énergie.
Brûler des combustibles fossiles produit
immédiatement du CO2 (et aussi de la vapeur d'eau
qui rentre dans le cycle atmosphérique de l'eau,
et souvent des polluants comme du soufre, du
mercure...). On désigne par énergies
renouvelables les vecteurs d'énergie dont le
bilan en CO2 (et autres matières entrantes) est,
en première approximation, nul. Toutefois, il
faudrait établir des cycles de vie complets pour
établir exactement l'impact en gaz à effet de
serre dû à l'utilisation d'un vecteur d'énergie
particulier. Par exemple l'utilisation de béton
pour construire les installations doit être prise
en compte (la fabrication de ciment émet des
quantités importantes de CO2), ainsi que le
transport de matériel de construction. Et,
évidemment, le facteur de coût joue un rôle
important dans les décisions à prendre.
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Analyse du cycle de vie pour diverses énergies
kg équ C émis par tep
Cas de la production d'électricité émissions de
CO2 en g/ kWh charbon 800 à
1050 suivant technologie cycle combiné à gaz
430 nucléaire
6 hydraulique 4 biomasse bois
1500 sans replantation Photovoltaïque
60 à 150 () éolien
3 à 22 () Source Jean-Pierre
BOURDIER, La Jaune et La Rouge de Mai 2000 ()
le CO2 provient surtout de la fabrication des
cellules des panneaux, mais aussi de la batterie
qui stocke l'électricité la nuit. Suivant que
ces panneaux sont fabriqués au Danemark
(électricité très majoritairement au charbon) ou
en Suisse (électricité quasi totalement nucléaire
et hydraulique), le contenu en CO2 est très
différent. L'amortissement se fait en 20 à 30 ans
suivant les variantes. Toutefois en "cycle
fermé",c'est à dire en utilisant tout le long du
cycle (fabrication, transport, etc) le plus
possible d'énergies à "zéro émission
intermédiaire", et avec des technologies "sobres"
pour la fabrication (de type couches minces) on
arriverait probablement à bien moins. ()
suivant lieu de fabrication, idem ci-dessus.
http//www.manicore.com/documentation/serre/sans
CO2.html
(1 tonne équivalent pétrole 11.600 kWh 42
milliards de Joules). Pour les moyens purement
électriques (hydroélectricité, éolien, nucléaire)
les valeurs indiquées sont pour 11.600 kWh
électriques.
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Quelques faits sur l'éolien
L'énergie électrique fournie par une éolienne est
fortement variable au cours du temps. Une
éolienne ne délivre sa puissance maximale (ou
nominale) que dans une fourchette de vitesses de
vent assez restreinte. Une éolienne ne produit
pas de l'électricité tout le temps, et pas
toujours au taux maximum. Pays
puissance installée production Equivalent
heures en MW (2002)
(GWh) à pleine puissance Allemagne
12001 19400
1869 Espagne 4830
7660 1875 Danemark
2889 5920
2231 Italie 785
1470 1983 Total Union Eur.
23059 39770 1973 Par
surface, une éolienne produit en moyenne 20
GWh/an/km2 (avec 10 MW/km2 ) Courbe de puissance
délivrée en fonction de la vitesse du vent pour
une éolienne Jeumont 750 kW
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Consommation d'énergie en France 276 Mtep 2007
17
Consommation d'électricité en France 486 TWh en
2008
http//www.edf.com/html/panorama/conso/consommatio
n.html
Si toute cette énergie électrique devrait être
produite par l'éolien, il faudrait environ 25000
km2, soit environ 5 de la superficie de la
France métropolitaine...
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(No Transcript)
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Production totale nette d'électricité en France
GWh
solaire photovoltaïque (relié au réseau 5 GWh
en 2007)
éolien
petite hydraulique
500 000
hydraulique incl. pompage
nucléaire
2007
1999
1990
20
Un exemple du mix énergétique pendant une
semaine-type en France en hiver
Consommation momentanée
le nucléaire permet une modulation - assez rapide
- entre 50 et 55 GW de puissance délivrée pour
l'ensemble du parc (malgré sa réputation de
fourniture d'une puissance constante, ), le
thermique à flamme (charbon, fioul, gaz) sert
surtout à la modulation à l'échelle de la semaine
ou de la journée, et assez peu de l'heure, les
barrages permettent d'assurer "l'hyper pointe",
c'est-à-dire la variation à l'échelle de l'heure
ou moins, c'est l'hydraulique modulable. Source
EDF
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Evolution de la radioactivité de déchets
nucléaires (en provenance du combustible
nucléaire civil
Activité GBq (Giga- Becquerel)
En comparaison, l'activité d'un être humain est
de l'ordre de 10.000 becquerels ( 10-5
GBq) L'essentiel de la radioactivité du
combustible usé (des produits de fission, dont de
l'iode), repasse en moins de 1.000 ans sous
celle du combustible initial. Les centrales
nucléaires françaises produisent environ 200
tonnes de déchets de haute activité par an. Le
plutonium est le responsable essentiel de la
caractéristique "longue durée de vie", mais après
retraitement il disparait des résidus, et peut
servir de combustible dans les filières Mox, ou
celles communément appelées "surgénérateurs"
(dont Phénix et Superphénix sont des prototypes).
Dans les déchets industriels spéciaux, qui
mobilisent d'ordinaire moins l'attention, il y a
des composés chimiques dont la "durée de vie" est
aussi très importante (les polluants organiques
persistants, par exemple), voire infinie. Nous
dispersons dans le même temps 100.000 tonnes de
pesticides de synthèse dans la nature, dont la
toxicité aiguë est parfois proche de celle des
déchets nucléaires.
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Fourniture totale en énergie primaire
Union Européenne des 27
2000
Chine
Mtep
0
1990
2007
1990
2007
charbon pétrole gaz nucléaire
hydraulique renouvelable/déchets
géothermie/solaire/éolien tourbe
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Consommation finale d'énergie par utilisateurs et
sources
Industrie Transport
résidentiel, commerce,agriculture,

administrations,divers
charbon pétrole gaz
électricité renouvelable/déchets
géothermie/solaire thermique/ tourbe


cogénération
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Sources d'informations supplémentaires
http//www.statistiques.developpement-durable.gouv
.fr
http//www.ipcc.ch/home_languages_main_french.htm
http//www.manicore.com/CV/index.html
http//sauvonsleclimat.org/
http//webarchive.nationalarchives.gov.uk//http/
/www.hm-treasury.gov.uk/independent_reviews/stern_
review_economics_climate_change/stern_review_repor
t.cfm