A propos de bilan énergétique (1) : énergie primaire et énergie finale

L’unité du système international pour mesurer l’énergie est le joule (J), mais certaines activités utilisent d’autres unités comme le kWh (1 kWh = 3.6 MJ), la calorie (1 cal = 4.18 J) ou la tonne équivalent pétrole (1 tep = 41,855 GJ). La prépondérance du pétrole dans l’économie a conduit les économistes à utiliser la « tep » pour comparer les énergies entre elles. C’est donc cette unité qui est utilisée dans les bilans énergétiques. Afin que tous puissent parler la même langue des équivalences énergétiques ont été adoptées.

Cette grande différence entre les énergies nécessite une explication : c’est une question de définitions et de conventions prises au niveau international pour transformer toutes les énergies en tonnes équivalent pétrole (tep). Le présent article a pour objet d’apporter un peu de clarté.

Définitions
 Energie primaire : le principe retenu par l’AIE (Agence Internationale de l’Energie organisme créé lors des chocs pétroliers des années 70 pour coordonner les actions des pays occidentaux dans leurs réponses à l’OPEP, et toujours fortement marquée par ses origines) est que la forme d’énergie à prendre en compte doit être la première forme rencontrée à savoir : la chaleur pour les énergies fossiles, l’électricité d’origine nucléaire, la géothermie et le solaire thermique et l’électricité pour l’hydraulique, l’éolien et le solaire photovoltaïque.
 Energie finale : c’est la quantité d’énergie disponible pour l’utilisateur final. Ce sont donc les kWh électriques nucléaires, éoliens, hydrauliques ou photovoltaïques mais aussi les tonnes de fioul ou les m3 de gaz .

Conventions
 Pétrole : en partant d‘une tonne de pétrole, qui constitue la ressource primaire, on obtient une utilisation finale qui correspond naturellement à une tonne de pétrole et donc énergie primaire et énergie finale sont égales dans ce cas 1 tep = 11 628 kWh Cette stricte égalité ne tenant pas compte des pertes, il faut les déduire dans le bilan global.
 Charbon : avec 1 tonne on ne récupère que 26 GJ(PCI=Pouvoir Calorifique Inférieur) donc 1 tonne de charbon correspond à 26/42 = 0,62 tep et par convention dans ce cas également énergie primaire et énergie finale sont égales.
 Gaz : la question commence à se corser. En effet, son énergie est comptabilisée en Mégawattheure (MWh)/PCS. Comme 1 Joule = 1 Watt/seconde, 1 Wh = 3600 J et donc 1 MWh/PCS = 3,6 GJ. Le PCS (pouvoir calorifique supérieur) correspond à une combustion où la chaleur de condensation de la vapeur d’eau est récupérée, soit environ 10% de la chaleur totale. En conséquence, 1 MWh(PCI) = 0,9 MWh(PCS) = 3,24 GJ = 3,24/42 = 0,077 tep. Comme pour le charbon, énergie primaire et énergie finale sont égales par convention.

Dans le bilan global des énergies fossiles il faut déduire les pertes, les usages internes et l’utilisation dans les centrales thermiques pour obtenir l’énergie finale consommée.
 Electricité : il faut distinguer 3 cas

• 1. l’électricité produite par une centrale nucléaire est comptabilisée selon la méthode de l’équivalent primaire à la production, avec un rendement théorique de conversion des installations égal à 33% ; le coefficient de substitution est donc 0,086/0,33 = 0,260606 tep/MWh
• 2. l’électricité produite par une centrale à géothermie est aussi comptabilisée selon la méthode de l’équivalent primaire à la production, mais avec un rendement théorique de conversion des installations égal à 10% ; le coefficient de substitution est donc 0,086/0,10 = 0,86 tep/MWh.
• 3. toutes les autres formes d’électricité (production par une centrale thermique, hydraulique, éolienne, marémotrice, photovoltaïque, etc.) sont comptabilisées selon la méthode du contenu énergétique à la consommation, avec le coefficient 0,086tep/MWh.

Cette méthode en vigueur depuis 2002 déséquilibre le bilan énergétique et rend la comparaison difficile entre des pays dont le mix énergétique est très différent.

Pour mémoire, l’ancienne méthode utilisait strictement "l’équivalent primaire à la production" : quel que soit l’emploi ou l’origine de l’énergie électrique, un coefficient unique était utilisé, égal à 0,222 tep/MWh depuis 1972 (auparavant, il était de 0,4 tec/MWh, soit 0,27 tep/MWh). Autrement dit, l’électricité était comptabilisée dans les bilans de l’Observatoire de l’Énergie, à tous les niveaux (production, échanges avec l’étranger, consommation), avec l’équivalence 0,222 tep/MWh, c’est-à-dire comme la quantité de pétrole qui serait nécessaire pour produire cette énergie électrique dans une centrale thermique classique théorique de rendement égal à 0,086/0,222 = 38,7% (contre 31,9% avant 1972).

Dans le cas des échanges d’électricité avec l’étranger, énergie primaire et énergie finale sont ici aussi identiques avec l’équivalence 1 MWh = 0,086 tep. On ne s’intéresse pas à l’origine des MWh produits.

Le bilan énergétique complet pour 2007 établi par l’Observatoire de l’Energie de la DGEMP est donné ci-dessous.

Conclusion
Les bilans énergétiques présentent donc un certain caractère artificiel. Mélanger électricité et énergie thermique tient un peu du mariage "de la carpe et du lapin" !

C’est pourtant ce qui est fait dans la loi du Grenelle 1.

Dans l’article 2 il est indiqué que « la part des énergies renouvelables sera d’au moins 23% de la consommation d’énergie finale en 2020 » Cet objectif global n’est pas clair car l’électricité sera utilisée avec un rendement de 90% et la chaleur avec un rendement de 40% pour la majorité du bois énergie des ménages. La loi de programme n°2005-781 pour le développement des énergies renouvelables distinguait chaleur (+50% de production en 2010) et électricité (21% de la consommation intérieure de renouvelable en 2010).

L’article 4 en fixant une consommation d’énergie primaire de 50kWh/m²/an dans les bâtiments mélange consommation et production. L’énergie primaire est par convention internationale comptée en tep. Que viennent faire ces kWh ? Pour l’électricité, un nouveau coefficient français de transformation de l’énergie finale en énergie primaire a été « adopté » : 1 kWh final= 2.58kWh primaire.

Bilan énergéique France 2007

Cet article est aussi disponible dans la Flash n°11