Energie primaire, énergie finale, puissance

samedi 07 avril 2012 Écrit par  Yves Heuillard

tours de refroidissement

Dans les débats entre industriels, défenseurs de l'environnement, journalistes, acteurs de la vie publique, les notions de puissance et d'énergie sont parfois utilisées de façon imprécise, erronée ou trompeuse. Voici de quoi vous y retrouver.

Lorsque vous consommez 1 kWh d'électricité en provenance d’une centrale nucléaire, celle-ci a dépensé 3 fois plus d’énergie (ordre de grandeur) pour le produire, soit 3kWh. Les 2 kWh "perdus" réchauffent l'eau d'un fleuve ou de la mer, ou l'atmosphère. Pour une centrale thermique à flamme (gaz, fuel ou charbon), c'est à peu près la même chose, les plus modernes d'entre-elles parvenant toutefois à ne dépenser que 2 fois plus d'énergie que ce qu'elles délivrent sur le réseau (ordre de grandeur toujours). 

Votre consommation de 1 KWh d'électricité est dite consommation finale, alors que l'énergie qu'il a fallu produire ou "brûler" dans une centrale thermique pour vous la délivrer (3kWh ) est dite énergie primaire.

La comptabilité nationale de l'énergie raisonne en énergie primaire, c'est à dire en ressources énergétiques importées ou produites localement (charbon, gaz, pétrole, bois, énergie de la fission nucléaire, principalement) et prête à être transformée en énergie secondaire (essence pour voitures ou électricité par exemple).

Cette énergie primaire est exprimée en millions de tonnes équivalent pétrole, en abrégé Mtep. En France, c'est un peu plus de 250 Mtep par an (chiffre 2009) .

schéma représentant la consommation d'énergie primaire en France
Consommation d'énergie primaire en France. Source : Commissariat général au développement durable. Le même schéma exprimé en énergie finale, c'est à dire en énergie réellement consommée par les ménages et les activités, exprimerait une part de l'électricité 2 fois moindre. La consommation d'électricité finale non renouvelable (nucléaire et thermique à flamme, serait 3 fois moindre (le schéma ajoute toute les sources d'électricité, non-renouvelables et renouvelables).
 

3 chiffres faciles pour tout comprendre

Les chiffres suivants ne sont pas des chiffres exacts mais des ordres de grandeur faciles à retenir.

Puissance d’un réacteur nucléaire 1000 MW (1 000 000 de KW)

Production électrique française 500 terawattheures (500 milliards de kilowattheures).

Consommation française d’énergie finale par jour : 500 000 tep (tonne équivalent pétrole) dont 22% sous la forme d’électricité.

Pour la production d'électricité à partir de l'uranium ou des combustibles fossiles, on a vu que les 2/3 de l'énergie primaire sont perdus ; mais lorsque vous brulez du gaz, il n'a pas fallu dépenser beaucoup d'énergie pour le livrer jusqu'à votre compteur, et votre consommation finale d'energie, dite énergie finale, peut être considérée, équivalente à l'énergie primaire. Pour les produits pétroliers les pertes énergétiques (dont raffinage et transports) entre ce que nous importons et ce que nous consommons reste limitées (de l'ordre de 5%), et par simplification il est courant de dire que l'énergie finale est équivalente à l'énergie primaire.

Précisons que la comptabilité nationale ne raisonne que depuis la centrale électrique ou le terminal pétrolier et que n'est pas considérée l'énergie dépensée pour extraire et transporter les combustibles jusqu'à nos frontières qu'il sagisse par exemple de pétrole, ou d'uranium. Une comptabilité différente, dite "analyse de cycle de vie" raisonne depuis l'extraction de la ressource énergétique jusqu'au traitement des déchets (le cas échéant), en passant par toute l'énergie dépensée pour transporter la ressource, construire les usines, les démanteler etc. 

Pour simplifier, l'énergie finale est celle que mesure votre compteur électrique, votre compteur à gaz, ou le volucompteur de votre station service. L'énergie primaire est l'énergie importée ou produite pour acheminer cette énergie finale jusqu'à vous.

Il faut noter que le raisonnement en énergie primaire, plutôt qu'en consommation finale, grossit d’un facteur 3 la part du nucléaire dans les statistiques de l’énergie.

L'énergie utile

PCI et PCS

Le PCS (pouvoir calorifique supérieur) donne la production maximale théorique d'énergie pendant la combustion, y compris la chaleur "stockée" dans la vapeur d’eau produite pendant cette combustion. Le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) n’inclut pas cette chaleur latente de vapeur d'eau. La différence  de l’ordre de 5 % pour le charbon et le pétrole, et de 10 % pour le gaz. D'où l'intérêt des chaudières dites "à condensation" qui récupèrent la chaleur de la vapeur d'eau en la condensant.

Reste que l’énergie que vous payez, l’énergie finale donc, n’est pas toujours l’énergie réellement utile in fine. Ainsi si votre chaudière a un rendement de 85%, 15% de l’énergie finale que vous consommez sert à chauffer les petits oiseaux et 85 % représentent l’énergie vraiment utile à votre chauffage.

Et quand vous roulez en voiture, c'est 80 % de l'énergie achetée à la station-service qui part en chaleur, majoritairement dans le radiateur et le pot d'échappement, Seuls 20 % (ordre de grandeur) servent à faire avancer la voiture.

Puissance et intermittence

Rien ne s’arrange avec les puissances. D'abord on confond souvent la puissance, exprimée généralement en kilowatts, et l'énergie exprimée égnéralement en kilowatt-heures. La puissance exprime la capacité d'un appareil à consommer ou à produire de l'énergie par unité de temps. Un séche cheveux de 1kW, si vous le laissez en marche pendant une heure consomme un kilowatt-heure. Un générateur diesel de foire de 100 kW, s'il fonctionne à plein regime pendant une heure, fournit 100 kWh. Il est plus juste de parler de puissance nominale, la puissance de l'appareil en fonctionnement normal.

Une éolienne de 5 MW (mégawatts ou millions de watts) développe une puissance de 5 MW quand il y a suffisamment de vent. 200 éoliennes de 5 MW ne peuvent donc pas se comparer avec les 1000 MW d’un réacteur nucléaire qui fonctionne 80% du temps. 80% représente le facteur de charge.

Pour les éoliennes le facteur de charge est de 25 à 40%. De quoi rien y comprendre quand écologistes et partisans du nucléaire s’affrontent. Le raisonnement en puissance installée grossit par 2 ou 3 la part apparente de l’éolien dans le parc de production électrqiue comme le raisonnement en energie primaire multiplie par 3 l'importance du nucléaire dans la dépense totale d'énergie (toutes énergies confondues).

Les chiffres de l'énergie

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Vous êtes armé maintenant pour décoder les statistiques officielles, et faire la part des choses dans les débats sur l'énergie. Enfin presque, parce que la question de l'énergie réside essentiellement dans son coût avec de fortes divergences dans la définition du "coût". Ce n'est pas l'objet de cet article, mais nous terminerons par un citation de Norbert Röttgen, le ministre de l'environnement allemand : "plus les gens vont consommer de pétrole et de charbon, plus les prix vont grimper ; mais plus les gens vont consommer d'énergies renouvelables, plus les prix vont baisser" (voir notre article "L'Allemagne championne inattendue d'un passage radical vers l'énergie verte").

Chiffres clés de l'énergie en France (2011), document publié par le Commissariat général au développement durable. Ici la version 2010.

Le World Energy Outlook (WEO), document de référence sur l'énergie dans le monde, publié par l'Agence Internationale de l'énergie. Ici notre article "énergie et CO2 : les prévisions mondiales" tiré du dernier WEO.

Futuribles, centre indépendant d'étude et de réflexion prospective sur le monde contemporain, édite régulièrement des études et des ouvrages sur le sujet de l'énergie. Citons en particulier le n° juillet-août 2011 de la revue d'analyse et de prospective Futuribles titré "Quelles énergies pour demain".

L'Insee, Institut national de la statistique et des études économiques publie un chapitre sur l'énergie dans ses "Tableaux de l'économie française", ici la version 2012 basée sur les chiffres 2010.

L'énergie en France sur Wikipedia

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