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Les énergies fossiles

mardi 24 avril 2012 par Jean-François

 

Résumé de l’article

Le charbon, le pétrole et le gaz proviennent de la lente accumulation (pendant des millions d’années) de débris végétaux et du plancton, piégés et transformés dans l’écorce terrestre.

Les énergies fossiles présentent une concentration d’énergie pratiquement sans égale aujourd’hui. Avec un co »t encore très faible.
Mais 4 problèmes majeurs :
- Les stocks s’épuisent.
- Production de CO² et effet de serre catastrophique.
- Accidents dans les mines et atteintes graves  la santé (pour le charbon).
- Forts risques de pollution de l’environnement.

Le potentiel de développement des fossiles (non conventionnels) est encore important (10600 Mtep), mais les co »ts vont nécessairement augmenter.
Potentiel de développement total (y compris non-conventionnel : 12000 Mtep

1. Les origines

Remontons le temps de quelques centaines de millions d’années…

Le charbon

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La terre est semblable  une vaste serre, recouverte de marécages et d’une végétation luxuriante. Certains terrains s’affaissent, les débris végétaux s’y accumulent, fermentent et sont enfouis sous des sédiments.
Ce processus donne naissance au charbon.
Il ne nous reste plus qu’ creuser pour le récupérer.

Le pétrole et le gaz

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En mer, les restes des végétaux et du plancton se déposent au fond des océans. Ils se mélangent  la boue et au limon, pour former des couches de sédiments, le "kérogène".
Sous l’effet de la pression, la température s’élève, le kérogène se transforme en hydrocarbures (gaz naturel ou pétrole). Ceux-ci remontent petit  petit, jusqu’ être piégés par une couche imperméable.
Il ne reste plus qu’ faire un trou pour les récupérer.

2. Les avantages des énergies fossiles

On ne peut nier les avantages présentés par les énergies fossiles :
- Remarquable capacité  répondre  différents besoins :
- Chaleur pour l’industrie (fabrication de l’acier...), chauffage domestique, cuisson.
- Production d’électricité.
- Elaboration de produits chimiques et de matières plastiques (pour lesquels il n’y a pratiquement pas de substituts).
- Concentration de l’énergie dans un volume restreint, facilitant le stockage et permettant de fabriquer des carburants bien adaptés aux transports.
- Surface au sol relativement limitée pour les sites d’extraction.

Les autres avantages sont différents selon le type d’énergie

Pour le charbon :
- Importance des réserves (voir ci-dessous en 4 "Potentiel de développement").
- Disponibilité dans les principaux continents utilisateurs (Amérique du Nord, Chine, Europe).

Pour le pétrole :
- Usages particulièrement diversifiés : gaz, carburants, lubrifiants, matières plastiques…
- Transport facile et peu onéreux (soue réserve de nouveaux risques, voir en 3 ci-après).
- Densité énergétique remarquable le rendant actuellement incontournable pour les transports maritimes, terrestres, aériens.

Pour le gaz naturel :
- Extraction facile nécessitant peu d’énergie.
- Combustible fossile le moins polluant et émettant le moins de CO².
- Filière de production d’électricité la mieux adaptée pour répondre aux pointes de consommation.

3. Les risques

Les problèmes présentés par les énergies fossiles sont extrêmement préoccupants :

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Dans une mine de charbon...

- 3.1 Pour le charbon :
- Accidents dans les mines : on estime  plus de 7 000 le nombre de morts par an, notamment dans les mines chinoises (80% des décès) où des normes minimales de sécurité sont rarement appliquées.
- Atteintes graves  la santé dues  la silicose et  la pollution de l’air (micro-particules). La Chine fait état de 24 000 morts par an. Au niveau mondial on estime de 50 000  200 000 par an le nombre de morts prématurées dues  la pollution par le charbon (source OMS).
- Déforestation due aux pluies acides résultant des émissions du di-oxyde de soufre contenu dans certains charbons.

S’agissant de risques lointains (accidents en Chine) ou insidieux (silicose et pollution atmosphérique), la sensibilité sociale aux risques du charbon est faible, mais le charbon est probablement la source d’énergie la plus dangereuse au niveau mondial.

3.2 Pour le pétrole
- ‰puisement des ressources  relativement court terme et augmentation des co »ts énergétiques.
- Tensions et risques de conflits en cas de rupture d’approvisionnement.
Un approvisionnement régulier en pétrole est devenu "vital" pour les pays développés. Or l’essentiel de la production est localisée dans des régions politiquement instables (Moyen Orient, Libye...), ou transite par des détroits sous la menace de piraterie (Indonésie) ou d’actes de guerre (détroit d’Ormuz contrôlé par l’Iran, ...).
- Risques de naufrages ou d’accidents de plate-formes entraînant des dégâts environnementaux considérables.

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Naufrages de pétroliers en Europe
Source Wikipedia

3.3 Globalement pour toutes les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz)
- Emissions de gaz a effet de serre (CO²), alors qu’il faudrait les limiter de façon drastique si on veut éviter une évolution catastrophique du climat d’ici la fin du siècle.

Compte tenu de l’importance toute particulière de ce problème
Si vous voulez en savoir plus sur l’effet de serre, cliquez ici

4. Le potentiel de développement

S’agissant d’énergies fossiles et donc de stocks non-renouvelables, l’interrogation est simple :
Quelle quantité d’énergie pouvons nous espérer chaque année et pendant combien de temps ?
Mais la réponse n’est pas si simple, car deux questions préalables se posent immédiatement (du moins pour le pétrole et le gaz) :
- De quels stocks parlons-nous ?
- A quels co »ts d’extraction ?

Quels stocks ?
Il y a en fait deux types de stocks :
- Les stocks "conventionnels", ceux que l’on a exploité tout au long du XXème siècle.
- Les stocks dits "non conventionnels" découverts récemment et comprenant : les pétroles lourds, les pétroles  grande profondeur (sous la mer et sous la banquise), les gaz de schistes.
Il sont dits "non conventionnels" par euphémisme, on devrait plutôt dire : "présentant des risques nouveaux" : pollution en Alaska pour les pétroles profonds, pollution des nappes phréatiques pour les gaz de schistes !

A quels co »ts ?
Les co »ts d’extraction dépendent notamment de deux facteurs :
- La quantité restante du stock : au début, pas de problème. A la fin, extraire les "dernières gouttes" co »te très cher.
- La difficulté technique d’exploitation du stock, et  cet égard les stocks non conventionnels sont beaucoup plus co »teux.

La réponse aux questions ci-dessus passe par l’analyse des "courbes de production", schématisant les productions attendues chaque année jusqu’ la fin (inévitable) des stocks pris en compte.

Sans entrer dans les détails méthodologiques (d’ailleurs plein d’incertitudes), une courbe de production a toujours l’allure suivante :

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Courbe de production type
Concerne l’extraction depuis un stock fini

- D’abord croissante, passant par un "pic de production", puis décroissante vers zéro (stock ultime épuisé)
- ‰ventuellement déformée vers la droite (extraction pendant plus longtemps) si l’on inclut les stocks non conventionnels en acceptant des co »ts d’extraction plus élevés.

Munis de ces outils, voyons ce que ça donne pour chacune des énergies fossiles.

4.1 Potentiel de production du charbon

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Production de charbon (historique en rouge), en milliards de tonnes équivalent pétrole

Source : Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Germany 2007

La production semble assurée jusqu’en 2100 ou plus.
Potentiel estimé en 2050 : 5 Gtep de charbon.

4.2 Potentiel de production de pétrole

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Simulation de la production mondiale de pétrole en milliards de barils par an


Source : Australian Government, Department of Infrastructure, Transport, Regional Development and Local Government (Australie) 2009.
- Le pic de production du pétrole conventionnel est sans doute déj passé.
- Il pourrait être repoussé vers 2020 avec les pétroles non conventionnels et en acceptant une forte augmentation des co »ts d’extraction.

Potentiel estimé de pétrole en 2050 : 1600 Mtep en conventionnel, 2000 Mtep au total avec le non-conventionnel

4.3 Potentiel de production de gaz

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Simulation de la production mondiale de gaz en milliards de barils équivalent pétrole par an.

Source : idem ci-dessus

En incluant les gaz de schistes, le maximum serait atteint vers 2060
Potentiel estimé en 2050 : 4000 Mtep de gaz conventionnel
5000 Mtep au total en incluant les gaz de schistes

Il faut noter que l’utilisation du gaz y compris les gaz de schistes présenterait plusieurs avantages :
- Indépendance énergétique, compte tenu de sa bonne répartition dans le monde, en Europe et peut-être en France.
- Moindres émissions de CO² et de pollution que les autres énergies fossiles.
- Bonne adaptation  la production d’électricité.
Mais aussi de graves inconvénients
- Beaucoup de CO² (même si c’est moins que le charbon et le pétrole...)
- Forte pollution des nappes phréatiques, en l’état actuel des techniques (l’extraction par fracturation des roches nécessite d’injecter beaucoup d’eau et des produits chimiques polluants).

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Gaz de schistes en France
Carte des permis d’exploration

Dans ces conditions, vous savez que le débat fait rage en France concernant la recherche de gaz de schistes :
- Trois permis de recherche accordés en 2010
- Moratoire décidé le 4 février 2011

Si vous voulez en savoir plus sur les gaz de schistes, je vous conseille cet article réalisé par l’ENS de Lyon, Laboratoire de géologie. Il m’a semblé assez objectif, Cliquez ici pour y accéder.

TOTAL des énergies fossiles en 2050 : 12 Gtep (ça ne veut pas dire qu’il faut les utilser !)

5. Evolution des co »ts et des prix

Ne comptez pas sur moi pour lire dans le marc de café. On peut quand même esquisser quelques tendances :

Charbon
Le marché du charbon est un marché libre, régulé uniquement par les lois de l’offre et de la demande.

En 2004-2005, les prix ont augmenté fortement, suite  la demande exponentielle de la Chine, jusqu’ atteindre un pic historique en 2008. Ils ont ensuite rechuté avec la crise.
On peut donc s’attendre  une évolution en yoyo (pour faire plus chic, on dit "volatilité des prix") selon une suite de séquences :
Forte demande -> hausse des prix -> crise et baisse de la demande -> baisse des prix ->reprise de l’activité et de la demande, etc.

L’équilibre offre/demande  long terme serait le suivant :
- Offre suffisante, compte tenu de l’importance des réserves.
- Demande se reportant partiellement sur le gaz, moins polluant et mieux adapté aux centrales électriques thermiques.

Donc un prix relativement stable, sur lequel viendrait se greffer l’effet de yoyo.

Pétrole
Le marché du pétrole, comme celui du charbon, est un marché libre. Le prix dépend donc également de l’offre et de la demande, avec en outre un effet spéculatif important.
Pour le pétrole, on aurait une volatilité de même nature que celle du charbon, avec par contre un équilibre offre/demande très différent :
- Offre insuffisante et des co »ts d’extraction en hausse.
- Demande croissante dans les secteurs de la chimie et des transports, l où le pétrole n’a pratiquement pas de concurrents.

Ceci devrait entraîner une augmentation régulière des prix avec effet de yoyo, ainsi que le suggère le schéma ci-dessous :

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Evolution du prix du pétrole
Source : rapport Patrick Artus

Gaz
Actuellement, le prix du gaz n’est pas fixé par le marché, mais par des contrats  long terme entre les pays importateurs et les pays producteurs (par exemple entre la France et la Russie plus l’Algérie).
La tendance est  l’ouverture d’un marché libre du gaz, pouvant entraîner une baisse temporaire des prix.

A plus long terme, la demande de gaz devrait concerner essentiellement la production d’électricité, avec une convergence croissante entre les prix de gros du gaz et ceux de l’électricité. On assisterait  une ré-augmentation des prix, qui resteraient toutefois inférieurs  ceux du pétrole.
(Source : l’Usine Nouvelle, 2009)

Galerie

  • Les réserves de gaz de schistes dans le monde
  • Répartiion des ressources en gaz de schistes

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