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Les sources d'énergie

L'énorme consommation énergétique des humains ne fait aucun doute lorsque les astronautes de la Station spatiale internationale observent la Terre durant la nuit.

L'énorme consommation énergétique des humains ne fait aucun doute lorsque les astronautes de la Station spatiale internationale observent la Terre durant la nuit.

Photo : NASA

Radio-Canada

Notre énorme besoin quotidien d'énergie à l'échelle mondiale est essentiellement fourni grâce aux sources traditionnelles que sont le pétrole, le charbon et le gaz naturel.

Pourcentage de la consommation énergétique fossile dans le mondeAgrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Pourcentage de la consommation énergétique fossile dans le monde

Photo : Découverte

Les sources d'énergies renouvelables, malgré leur récente popularité, sont encore très loin derrière : l'hydroélectricité fournit environ 7 % de nos besoins énergétiques, alors que le solaire, l'éolien et l'énergie géothermique peinent encore à s'imposer.

L'influence de la Chine et de l'Inde est aujourd'hui non négligeable : près de 90 % de la hausse de la demande mondiale en 2012 provient de ces deux pays. Les besoins en charbon de la Chine sont presque aussi grands que ceux de tous les autres pays du monde réunis.

En somme, les besoins énergétiques de la planète ont crû de 1,8 % en 2012, mais la croissance annuelle des émissions de gaz à effet de serre provenant de ce secteur est moins forte que durant les années 2000. Une tendance? Seul l'avenir nous le dira.

RENOUVELABLES

L'ÉNERGIE SOLAIRE

Le potentiel de cette énergie est énorme : en une heure, la quantité d'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre équivaut à la consommation de la population mondiale pendant un an! Toutefois, ce type d'énergie reste largement inexploité.

 


De grandes centrales existent tout de même. La plus grande est celle d'Agua Caliente, en Arizona, qui peut alimenter 100 000 foyers. Celle de Sarnia, en Ontario, est la plus grande au Canada. Elle peut répondre aux besoins annuels d'environ 10 000 personnes.

Mécanismes de production

Les panneaux thermodynamiques convertissent directement la lumière du soleil pour faire chauffer de l'eau. Ils sont généralement utilisés dans des installations domestiques, mais certains pays, comme l'Algérie, comptent bientôt utiliser cette technologie à une échelle industrielle.

Les panneaux solaires photovoltaïques, eux, peuvent convertir la lumière du soleil directement en électricité et sont généralement conçus à partir de silicium rigide. Toutefois, depuis quelques années, des panneaux flexibles peuvent maintenant recouvrir des surfaces courbes comme les autobus. Des ingénieurs ont même développé des panneaux imprimables sur du plastique.

Consommation actuelle

L'énergie solaire représente moins de 0,3 % de la production mondiale d'électricité, suffisamment pour alimenter 29 millions de foyers. Il s'agit toutefois d'une forme d'énergie en pleine croissance (+58 % en 2012).

La majorité de l'énergie solaire installée dans le monde se trouve en Allemagne (33  % du total mondial), en Italie (16 %), au Japon (7 %) et aux États-Unis (6 %). La Chine est toutefois depuis 2008 le plus grand producteur de cellules photovoltaïques utilisées pour les panneaux.

Avantages et inconvénients

Les panneaux photovoltaïques ne requièrent pas la construction d'importantes infrastructures. Ces panneaux, une fois construits, n'émettent pas non plus de gaz à effet de serre. L'énergie solaire est aussi, en théorie, inépuisable.

Ce marché est toutefois freiné par la pénurie de certains métaux entrant dans la composition de ces panneaux : silicium et certaines terres rares (ensemble de 17 métaux aux propriétés physiques et chimiques proches, utilisés de plus en plus dans l'industrie de pointe).

Cette énergie est encore relativement chère par rapport aux sources d'énergie traditionnelles.

 

L'ÉNERGIE ÉOLIENNE

L'énergie éolienne est en théorie exploitable partout sur Terre, mais il existe de grandes variations en matière de force et de régularité des vents.

Le potentiel de cette énergie serait toutefois loin d'être atteint, selon le Global Wind Energy Council : couvrir un espace équivalent à une fois et demie la superficie de l'Inde suffirait à répondre aux besoins mondiaux d'électricité.

Mécanisme de production

La puissance d'une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par ses pales. L'énergie recueillie sert à faire tourner un rotor : cette rotation permet la création d'électricité.

Toutefois, la vitesse du vent est déterminante pour le bon fonctionnement de ces appareils. Pour pouvoir actionner le rotor, un apport minimal de vent est nécessaire, de l'ordre de 10 km/h à 15 km/h. Cela explique la hauteur des éoliennes : les vents en altitude sont généralement plus puissants que ceux au niveau du sol.

Consommation actuelle

Cette technologie est relativement nouvelle. Le premier champ d'éoliennes connu est celui de Cowley Ridge, aux États-Unis, mis en service en 1993. Bien qu'il s'agisse d'une technologie en pleine expansion (+18,9 % en 2012), l'énergie éolienne représente environ 2 % de la production mondiale d'énergie.

Les principaux pays producteurs d'énergie éolienne sont la Chine et les États-Unis, suivis de l'Allemagne et de l'Espagne. Au Danemark, environ 35 % de la production totale d'électricité provient de cette source. À l'inverse, malgré son énorme potentiel, le continent africain ne produit même pas 1 % de l'énergie éolienne mondiale.

Avantages et inconvénients

L'énergie éolienne est une énergie renouvelable qui émet très peu de gaz à effet de serre. Les émissions se limitent à la conception des pièces, à leur transport et à la déforestation nécessaire pour leur installation.

Toutefois, cette technologie a des impacts sur le paysage : une éolienne moyenne fait 80 mètres de haut. De plus, ces machines émettent un bruit aussi fort qu'un chant d'oiseau sur une distance de 300 mètres. Également, elles peuvent entraîner la mort de certaines espèces d'oiseaux et de chauves-souris.

 

L'ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE

L'énergie géothermique utilise la chaleur provenant des entrailles de la Terre. En raison de la pression et du fait qu'à certains endroits le manteau de la Terre se rapproche de la surface terrestre, on observe une hausse d'environ 3 °C tous les 100 mètres. Assez pour chauffer une maison l'hiver!

Mécanisme de production

L'énergie géothermique est surtout utilisée à des fins résidentielles. Un puits est alors creusé dans le sol à environ 100 mètres de profondeur et, au moyen d'une pompe, la chaleur contenue est récupérée et directement utilisée.

Certaines centrales à grande échelle existent aussi. On injecte alors de l'eau froide dans un puits central jusqu'à une profondeur de 5000 mètres. L'eau circule dans les fractures de la roche, se réchauffe, puis est extraite par d'autres puits. La vapeur résultante alimente une turbine qui produit de l'électricité.

Il est également possible de s'approvisionner directement à des sources chaudes et de capter leur chaleur sans transformation pour alimenter les systèmes de chauffage. La région de Reykjavik, en Islande, est majoritairement chauffée grâce à cette technique.

Consommation actuelle

L'énergie géothermique est encore très négligeable. Elle représente environ 0,3 % de la production mondiale.

La majorité de l'énergie géothermique est produite en Asie du Sud-Est et en Amérique du Nord, avec comme chefs de file les États-Unis (environ 30 % du total mondial), les Philippines (18 %), l'Indonésie (11 %) et le Mexique (7 %). L'Islande est toutefois le seul pays du monde à dépendre principalement de cette ressource : environ 70 % de son énergie est géothermique.

Avantages et inconvénients

L'énergie géothermique est en théorie inépuisable et ne dégage pas de gaz à effet de serre, si on exclut les travaux entourant le forage du puits et l'énergie servant à alimenter la pompe. Elle ne dépend pas non plus des conditions climatiques; l'apport d'énergie est continu.

Toutefois, l'installation de cette technologie est encore chère (plus de 15 000 $ par habitation au Québec) et ne peut pas se faire partout.

Seules les régions géologiquement actives (comme les Rocheuses canadiennes ou les zones volcaniques) peuvent produire de l'électricité de manière vraiment rentable, ce qui diminue le potentiel d'expansion de cette source d'énergie.

 

Le barrage à Bracebridge lundiAgrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Le barrage à Bracebridge lundi

Photo : Radio-Canada/Élyse Allard


L'HYDROÉLECTRICITÉ

L'hydroélectricité est omniprésente au Québec, où on utilise la force de nos nombreux cours d'eau.

Le potentiel d'expansion de cette énergie est toutefois presque atteint dans les pays développés : environ 90 % des rivières à grand potentiel sont déjà utilisées à cette fin.
L'énergie hydraulique émerge toutefois en Asie depuis quelques années.

Mécanismes de production

Il existe deux types de centrales hydroélectriques. Le premier type est au fil de l'eau, ce qui signifie qu'aucun réservoir n'est créé. La turbine est simplement installée au niveau d'un segment de rivière. Dans cette optique, c'est le courant naturel de l'eau qui fait tourner la turbine.

Le deuxième type de centrale inclut la création d'un réservoir. L'eau contenue dans celui-ci peut donc être régulée, tout comme la production.

Consommation actuelle

L'hydroélectricité correspond à environ 7 % de la production mondiale d'électricité, ce qui en fait (de très loin) l'énergie dite renouvelable la plus utilisée. Sa consommation est dominée par la Chine (environ 20 % du total mondial), suivi du Brésil (environ 15 %) et du Canada (environ 10 %).

L'hydroélectricité fournit aussi 99 % de l'électricité en Norvège. Au Québec, ce pourcentage atteint plus de 95%.

Avantages et inconvénients

L'hydroélectricité est une énergie renouvelable, mais pas pour autant 100 % verte. Le barrage d'un cours d'eau provoque en effet l'inondation d'étendues de terres, obligeant parfois le déplacement des populations locales.

Pour la construction du barrage des Trois-Gorges, le plus gros barrage du monde situé en Chine, plus d'un million de personnes ont ainsi dû être déplacées.

Cette submersion des terres entraîne également le dégagement de grandes quantités de CO2 et de mercure par la décomposition des zones forestières inondées.

Ces installations coupent également les cours d'eau en deux, rendant difficile le déplacement des espèces aquatiques. Elles entravent aussi parfois de grands corridors de migration.

TRADITIONNELLES


LE CHARBON

Le charbon est un vestige de plantes fossilisées puis compressées. Il en existe trois principales catégories exploitables :

  • le lignite, de moindre qualité, utilisé pour le chauffage et la production d'électricité
  • l'anthracite, de meilleure qualité, utilisé principalement pour alimenter les centrales thermiques
  • la houille, de qualité intermédiaire, utilisée tant dans les centrales thermiques que pour le chauffage.

Mécanisme de production

L'extraction du charbon est réalisée dans des mines souterraines ou à ciel ouvert. Après l'extraction, il faut parfois nettoyer le charbon. On l'immerge dans un liquide composé d'eau et de particules magnétisées. Le charbon flotte, alors que les éléments minéraux migrent vers le fond.

Le charbon peut ensuite être brûlé pour le chauffage ou pour alimenter une turbine qui produira de l'électricité, au sein de centrales thermiques.

Consommation actuelle

Le charbon est une des ressources naturelles les plus exploitées. Il répond à près du tiers de la demande énergétique mondiale. Il représente 44% des émissions de gaz carbonique dans le secteur de l'énergie. Sa consommation est toujours en expansion, surtout dans les pays en développement. Au point où sa part dans la production d'électricité dépassera probablement le pétrole d'ici 2017.



Les plus importantes réserves connues se trouvent aux États-Unis, en Russie, en Chine et en Inde. Le plus grand producteur et consommateur mondial de cette ressource est toutefois la Chine. À lui seul, ce pays — qui produit 80 % de son électricité grâce au charbon — consommera l'an prochain plus de charbon que tous les autres pays réunis.

Avantages et inconvénients

Le charbon est une ressource relativement facile à exploiter et à transporter. Il nécessite également peu ou pas de transformation. Il s'agit de l'énergie la moins chère connue par unité de chaleur produite.

Cette ressource génère cependant énormément de gaz à effet de serre et peut causer de graves problèmes respiratoires à long terme. Elle produit aussi un gaz explosif, responsable des fameux coups de grisou. Ces explosions minières feraient environ 6000 morts par an en Chine, selon les chiffres officiels gouvernementaux.



Les centrales nucléaires au CanadaAgrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Les centrales nucléaires au Canada

Photo : Luc Lavigne

LE NUCLÉAIRE

Utiliser le nucléaire, c'est faire exploser une bombe de manière contrôlée. Cela comporte certains risques, comme l'a démontré l'histoire, mais le contrôle de cette ressource offre de grandes possibilités. Un seul gramme d'uranium — l'élément le plus utilisé dans les centrales actuelles — peut fournir autant de chaleur que trois tonnes de charbon ou deux tonnes de pétrole! L'explosion d'un kilogramme de cet élément a tout de même déjà détruit Hiroshima en 1945.

Mécanisme de production

Les centrales nucléaires utilisent la chaleur libérée par l'uranium afin de faire chauffer de l'eau et d'obtenir de la vapeur. Cette vapeur, sous pression, permet ensuite de faire tourner une turbine et de produire de l'électricité. Le principe général est donc le même que pour les centrales thermiques au charbon, au pétrole ou au gaz.

Des centrales au thorium, un autre élément radioactif, sont aussi à l'étude. Ses réserves mondiales sont plus importantes et les déchets rejetés par ce type de centrales seraient beaucoup plus faciles à traiter.

Consommation actuelle

L'énergie nucléaire fournit environ 5 % de la demande mondiale. En janvier 2013, 437 réacteurs fonctionnaient dans 31 pays. Les principaux pays producteurs d'uranium sous sa forme brute sont le Canada, le Kazakhstan et l'Australie. Pour la production d'électricité, les États-Unis sont cependant en première place, suivis de la France. Cette dernière dépend du nucléaire pour assurer environ les trois quarts de sa consommation d'énergie.

Le nucléaire connaît cependant un déclin important. Il atteint aujourd'hui sa plus petite part dans la production mondiale d'électricité depuis 1984. Ce déclin peut être expliqué en grande partie par la décision du gouvernement japonais, ancien grand producteur, de renoncer progressivement au nucléaire, dans la foulée de la catastrophe de Fukushima en mars 2011. Plusieurs pays d'Europe ont aussi récemment renoncé à la ressource nucléaire (Italie, Allemagne, Belgique et Suisse).

Avantages et inconvénients

Les centrales nucléaires n'émettent pas de grandes quantités de gaz à effet de serre. La fumée que l'on voit sortir de leurs cheminées n'est que de la vapeur d'eau.

De grandes quantités d'énergie sont cependant nécessaires pour extraire l'uranium, le transporter et l'enrichir ainsi que pour construire une centrale, ce qui peut prendre près de 20 ans.

L'exploitation de cette ressource comporte également des risques environnementaux importants : nous n'avons qu'à penser aux dégâts causés par l'explosion de la centrale de Tchernobyl en 1986.

La gestion des déchets nucléaires est également épineuse : ces derniers demeurent dangereux pendant des milliers d'années et doivent être isolés tout ce temps!

 

Équipement pétrolier près de Calgary.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Équipement pétrolier près de Calgary

Photo : La Presse canadienne / PC/Jeff McIntosh


LE PÉTROLE

Le pétrole provient de la décomposition de la matière organique à travers les temps géologiques. Il peut être séparé en deux types, selon les conditions entourant sa formation :

  • le pétrole conventionnel, liquide et directement extractible, comme celui trouvé au Texas
  • le pétrole non conventionnel, plus difficile à exploiter, comme le pétrole de schiste et des sables bitumineux.

Mécanismes de production

Le pétrole conventionnel est normalement pompé grâce à des puits. Il est ensuite acheminé par tuyaux jusqu'à son lieu d'entreposage.

L'extraction du pétrole des sables bitumineux se fait par dilution à l'eau chaude. Il doit ensuite être transformé en pétrole conventionnel, soit en le mélangeant avec des hydrocarbures plus légers, comme du gaz naturel, ou en le transformant chimiquement.

Pour le pétrole de schiste, un puits est creusé jusqu'à la couche géologique jugée intéressante. Celle-ci est ensuite fracturée. Puis on y injecte de petites billes de porcelaine, afin de garder ses fractures ouvertes. Le pétrole peut donc s'échapper et être puisé.

Quantité et distribution géographique du pétrole non conventionnel dans le monde.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Distribution géographique du pétrôle non conventionnel dans le monde

Photo : Découverte

Consommation actuelle

Les différentes formes de pétrole représentent la plus grande part de la demande mondiale d'énergie, soit plus de 33 %. Sa consommation est aujourd'hui en pleine expansion dans les pays en voie de développement, mais en léger déclin dans les pays de l'OCDE (-1,3 % en 2012).

Les réserves connues de pétrole conventionnel représentent 173 millions de millions de tonnes. Ce chiffre peut paraître énorme, mais au rythme actuel, ces réserves seront épuisées d'ici 50 ans.

Toutefois, on assiste actuellement à une explosion du pétrole non conventionnel, principalement en Amérique du Nord (les sables bitumineux de l'Alberta et le pétrole de schiste du centre-nord des États-Unis). Cette production accélérée pourrait avoir un impact majeur sur l'avenir de la ressource pétrolière.

Avantages et inconvénients

La combustion du pétrole libère du gaz carbonique, mais aussi un certain nombre de contaminants comme le dioxyde de soufre, responsable des pluies acides et du smog, le plomb, certains hydrocarbures pouvant avoir un impact sur le réchauffement plus grand que le CO2 et plusieurs particules complexes cancérigènes. L'extraction du pétrole non conventionnel demande aussi de grandes quantités d'énergie et environ cinq litres d'eau par litre de pétrole.

Le pétrole conventionnel est cependant relativement facile à extraire, à transporter et à stocker. Il peut aussi être transformé en divers composés tels que le plastique. Ses réseaux de distribution sont également bien établis à l'échelle mondiale, ce qui n'est pas encore le cas des énergies renouvelables.



Les tuyaux du système de refroidissement d’une compagnie de gaz naturel.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Photo : Rich Pedroncelli

GAZ NATUREL

Le gaz naturel est un combustible présent naturellement dans certaines roches poreuses et est issu de la dégradation d'anciens organismes vivants. Il en existe plusieurs formes, mais la plupart du temps, il est composé d'environ 95 % de méthane, un puissant gaz à effet de serre.

Mécanisme de production

Le gaz naturel et le pétrole brut sont souvent associés et extraits simultanément. Lors de l'exploitation du pétrole conventionnel à l'aide de puits, une fraction pompée, pouvant atteindre 20 %, est composée d'hydrocarbures gazeux, dont le gaz naturel. Ce gaz est souvent liquéfié par la suite pour en faciliter le transport.

Le gaz de schiste, lui, est extrait à même les fractures de la roche. De la même manière que pour le pétrole de schiste, un puits est creusé jusqu'à la formation géologique où se trouve la ressource. Ces formations sont ensuite fracturées grâce à l'injection d'eau sous pression, puis des petites billes y sont insérées afin de garder ses fractures ouvertes. Le gaz peut donc s'échapper et être puisé.

Le gaz ainsi recueilli peut ensuite être utilisé directement pour le chauffage. Il peut, comme pour le charbon ou le pétrole, servir à alimenter des centrales thermiques.


Consommation actuelle

Le gaz naturel représentait 23,9 % de l'énergie consommée en 2012. Il s'agit de la troisième source d'énergie la plus utilisée dans le monde après le pétrole et le charbon.
On en trouve dans plus de 100 pays. Les principales réserves connues sont en Russie et en Iran. Le plus grand producteur mondial de cette ressource est cependant les États-Unis, avec environ 25 % du marché mondial. Le Canada, lui, possède 1 % des réserves planétaires; assez pour combler ses besoins énergétiques pendant environ 80 ans.

Comme il est difficile de transporter le gaz naturel, les principaux producteurs de cette énergie en sont souvent aussi de grands consommateurs. Les États-Unis, la Russie et l'Iran consommaient 40 % de la production mondiale en 2012. Le Canada se place au 6e rang, avec environ 2 %.

Avantages et inconvénients

Le gaz naturel est le combustible fossile dont la combustion est la plus propre. Il produit 30 % moins de gaz à effet de serre que le pétrole et 60 % moins que le charbon.

En plus d'être peu coûteux à exploiter, le gaz naturel a un rendement énergétique (quantité d'énergie produite par kilogramme) supérieur à ceux du pétrole et du charbon.

Toutefois, son exploitation peut être très polluante. Les fuites lors de l'exploitation du gaz de schiste peuvent représenter jusqu'à 4 % de la production du gisement. Le résultat? Un type d'exploitation émettant autant de gaz à effet de serre que la combustion du charbon. Cette technique demande également d'énormes quantités d'eau, lesquelles peuvent ensuite contaminer les nappes phréatiques.

Répartition des gaz de schiste sur la planète.Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Répartition des gaz de schiste sur la planète.

Photo : Découverte