A propos de bilan énergétique (2) : énergie utile, agrocarburant et photovoltaïque

Les bilans énergétiques font apparaître deux catégories d’énergie : énergie primaire et énergie finale (voir Flash 11) Par ex le bilan énergétique de la France en 2007 publié par la DGEMP est de 278.43 Mtep d’énergie primaire (-15,42 Mtep non énergétique) et 177.91 Mtep d’énergie finale.

Il faut ajouter un autre décompte avec l’énergie utile qui tient compte des rendements des systèmes (par exemple : chaudière, moteur thermique,…)

Il n’existe pas de données officielles mais l’on estime l’énergie utile à 120 Mtep. C’est une notion qui présente un intérêt pour changer d’énergie.

Les comparaisons entre pétrole, charbon et gaz sont faciles car l’on passe par l’intermédiaire de la chaleur. Il n’en est pas de même lorsque l’on veut comparer la chaleur, ou l’énergie mécanique associée, et l’électricité. Par exemple dans les transports au sol comment comparer la consommation de pétrole et celle d’électricité. Si le rendement dans une chaudière ou une turbine à gaz avec cogénération est élevé, dans les véhicules automobiles il n’est en moyenne que de 20% et encore moins en ville.

Comparons un véhicule à essence et un véhicule électrique :
 1000 litres d’essence automobile (=0.74 tep d’énergie finale) vont produire 200 litres utiles soit 200 x 31698 KJoule = 634 000 KJoule soit (en divisant par 3.6 kJ) 1761 kWh utiles
 le véhicule électrique, compte tenu du rendement des batteries et du moteur et des besoins des auxiliaires, aura un rendement d’environ 50% soit un besoin en énergie finale de 1761/0.5=3522 kWh finaux. Cette énergie finale aura suivant son origine un équivalent primaire différent. En provenance d’une centrale thermique (nucléaire, charbon, pétrole) l’on obtient, suivant la méthode de l’équivalent primaire à la production avec un rendement de 38.7%, une énergie primaire de 0,782 tep (3522 kWh x 0,222). Pour l’éolien ou le photovoltaïque l’équivalent théorique d’énergie primaire est de 0.303tep (3522 MWh x 0,086). La source d’énergie primaire est importante pour déclarer qu’un véhicule électrique est polluant ou non en GES.

Le réchauffement climatique mais également des facteurs économiques et géopolitiques ont conduit à encourager la production d’agro-carburants essentiellement pour les transports. Les combustibles fossiles ont une densité énergétique importante mais faut-il pour autant continuer à les utiliser pour les transports terrestres et maritimes ? Et faut-il développer les agro-carburants en complément ou en substitution ?

Un hectare de culture énergétique produit environ 100 000 Mj d’agrocarburant [1] soit l’équivalent de 27 777 kWh/an. L’énergie utile de ce carburant dans un véhicule terrestre sera seulement de 27777 x 0.2 = 5555 kWh.

Sur un hectare, on peut installer 500kWc de panneaux solaires polycristallins qui produiront en moyenne en France 1000 kWh finaux par kWc soit 500 000kWh/an. L’énergie utile sera donc de 500000 x 0.5 = 250 000kWh

En conséquence, le photovoltaïque produira pour une utilisation dans un véhicule terrestre environ 45 fois plus d’énergie pour la même surface. Par ailleurs le photovoltaïque pourra être installé sur des terrains impropres à la culture.

Faut-il donc continuer à encourager cette filière qui même avec la seconde génération de cultures énergétiques ne pourra que multiplier que par 2 ou 3 son rendement énergétique ?

Oui il faut l’encourager mais pour des applications spécifiques qui ont besoin de cette densité énergétique comme l’aviation.

Dans le même temps, les panneaux photovoltaïques auront doublé leur rendement et on pourra facilement recharger les batteries de sa voiture avec les panneaux installés sur sa maison. Une voiture fait en moyenne 15 000 km par an. L’énergie électrique finale nécessaire est environ 0.25 kWh/km donc 3750kWh par an soit avec les panneaux actuels environ 4kWc (env. 30m²) et probablement la moitié dans le futur. Il reste encore le coût de cette solution et notamment celui des batteries mais la recherche fait des progrès importants.

Vous pouvez retrouver cet article dans le Flash N°13

Notes

[1] « Bilans énergétiques et gaz à effet de serre des filières de production des biocarburants » Rapport technique ADEME, DIREM, PwC novembre 2002