Énergie

6

C

Carbone

1

H

Hydrogène

14

Si

Silicium

92

U

Uranium

Afin de pouvoir comparer les différentes énergies entre elles, il est d’usage d’utiliser comme référence le pétrole. Pour chacune des énergies on définit une règle d’équivalence simplifiant les comparaisons, cette règle permet d’établir une unité correspondant à l’énergie contenu dans une tonne de pétrole. On parle alors de ces énergies en tonne équivalent pétrole (tep). Le tableau ci-après présente la règle qui est appliquée pour les principales sources d’énergie.

On peut aussi utiliser le Joule ou plutôt ses multiples, l’exajoule qui correspond à 10¹⁸ joules ou 277,8 TWh ou 23,884 Mtep ou encore le pétajoule soit 10¹⁵ joules.

Des données plus détaillées, par sources d’énergie ou vecteurs d’énergie, sont développées dans les chapitres suivants : dihydrogène, gaz naturel, charbon, pétrole, silicium (photovoltaïque), uranium (électricité d’origine nucléaire).

Production d’énergie primaire

Répartition

	Charbon	Pétrole	Gaz	Énergie nucléaire	Hydro­électricité	Autres renouvelables	Biomasse, déchets
Monde (2022)	26,7 %	31,6 %	23,5 %	6,7 %	4,0 %	7,5 %
Union européenne (2019)	16,2 %	3,2 %	8,5 %	32,0 %	4,5 %	35,6 %	21,3 %
France (2023)	0	0,7 %	0	72,2 %	3,9 %	5,3 %	17,8 %

Sources : Agence Internationale de l’énergie, Eurostat et Datalab essentiel, Ministère de la transition écologique et solidaire

Par pays, en 2018 : en millions de tep. Monde : 14 421 millions de tep, Union européenne : 751 millions de tep.

Réserves prouvées de combustibles fossiles : en 2020.

Consommation d’énergie primaire

En 2023, la consommation d’énergie primaire des principaux pays consommateurs est indiquée ci-après.

Évolution de la consommation d’énergie primaire : en millions de tep, dans le monde et ( ) en France.

Électricité

Production brute en 2023, dont ( ) production d’origine nucléaire. Monde : 29 925 milliards de kWh (2 738 milliards de kWh), Union européenne : 2 737 milliards de kWh (619 milliards de kWh).

Dans le monde, 1,5 milliard de personnes ne disposent pas d’électricité.

Consommation d’électricité, par habitant, en 2021 ou 2022. Monde : 3,4 MWh, Union européenne : 6,0 MWh.

En France : 6,6 MWh/ha, en 2022, au Japon : 7,7 MWh/ha, en 2022, en Russie : 7,3 MWh/ha, en 2021, en Allemagne : 6,4 MWh/ha, en 2022, en Chine : 5,9 MWh/ha, en 2021, en Inde : 1,0 MWh/ha, en 2021.

Part des diverses sources d’énergie dans la production d’électricité.

Dans le monde, la production d’électricité absorbe les 2/3 de la production de charbon.

Déchets : bilan lors de la production de 1 MWh d’électricité.

Énergies renouvelables

En 2017, 81,0 % de la production mondiale d’énergie est assurée par des combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) qui sont épuisés 100 000 fois plus vite qu’ils ne se sont formés. Les 14,0 % qui sont assurés par les énergies renouvelables proviennent principalement, à 70,1 % du bois et des déchets, 18,1 % de l’hydroélectricité, 4,1 % des biocarburants, 3,8 % de la géothermie, 3,3 % de l’éolien, 2,5 % du solaire, 1,6 % du biogaz. Dans l’Union européenne, en 2018, la part des énergies renouvelables est de 30,6 %, 19,6 %, en France.

Production d’électricité à partir d’énergie renouvelable.

L’énergie solaire peut être récupérée pour fournir de l’électricité à l’aide de panneaux photovoltaïques ou dans des centrales solaires thermiques à concentration (CSP) dans lesquelles l’énergie est produite par concentration des rayons solaires sur des tubes capteurs ou au sommet d’une tour contenant un fluide thermique. Elle peut également être récupérée par des panneaux thermiques chauffant de l’eau (voir également la partie photovoltaïque dans le chapitre silicium).

Installations photovoltaïques et à concentration, puissance installée, fin 2023 et ( ) fourniture d’électricité, en 2023. Monde : 1 418 969 MWc (1 641,6 TWh), Union européenne : 200 541 MWc (247,2 TWh).

Le Watt crête Wc caractérise la puissance d’un panneau photovoltaïque. En moyenne, un Watt crête correspond à la puissance d’une cellule monocristalline d’une surface d’un décimètre carré. La puissance crête représente la puissance délivrée par le panneau au point de puissance maximale (dans le diagramme intensité/tension) et pour une irradiation solaire de 1 000 W/m² (avec un spectre standard) avec une cellule à 25°C.

L’installation photovoltaïque de Moura, au Portugal, a une puissance de 64 MW avec 268 000 panneaux solaires occupant une surface de 250 hectares.

Installations solaires à concentration (CSP) : fin 2019, la puissance installée est de 6,055 GW dont 2 323 MW dans L’Union européenne avec 2 304 MW en Espagne et 1 758 MW en Amérique du Nord, principalement aux États-Unis. La centrale la plus puissante est celle de Ivanpah, dans le désert de Mojave, en Californie, aux États-Unis avec 392 MW fournis par 173 500 miroirs focalisant l’énergie solaire sur 3 tours de 140 m de hauteur. Dans le cas de la centrale de 20 MW de Séville, en Espagne, 1 255 miroirs mobiles (héliostats) de 120 m² chacun, concentrent les rayons solaires au sommet d’une tour de 160 m. Aux États Unis, le fluide thermique utilisé est de l’oxyde de diphényle chauffé à 400°C dans le cas des 9 centrales californiennes de Kramer Junction d’une puissance totale de 354 MW à l’aide de concentrateurs cylindro-paraboliques qui permet de produire de la vapeur puis de l’électricité.
En Espagne, en 2019, avec 50 centrales, la production d’électricité injectée dans le réseau a été de 5 116 GWh. En France, en mai 2019, a débuté la production d’une centrale à Llo (66) d’une puissance de 9 MW, située à 1600 m d’altitude et utilisant de l’eau comme fluide caloporteur qui transformée en vapeur peut être stockée pendant quelques heures. Exploitée par la société Suncnim, elle occupe une superficie de 36 hectares avec 95 200 miroirs de Fresnel de 153 000 m².

Installations cumulée de solaire thermique, dans l’Union européenne, fin 2022. Total : 58,8 millions de m² soit une puissance équivalente de 41 174 MWth.

En Allemagne, Autriche et dans de nombreux pays méditerranéens, le solaire thermique est massivement employé dans la production d’eau chaude.

Dans le monde, la puissance totale en opération de solaire thermique est, fin 2020, de 501 000 MWth dont 364 000 MWth en Chine, 20 015 MWth en Inde, 18 400 MWth en Turquie, 18 220 MWth au Brésil, 18 000 MWth aux États-Unis.

La géothermie

La géothermie est utilisée pour produire de la chaleur et de l’électricité à partir de la chaleur stockée dans le sol. On distingue :

• La géothermie très basse énergie : en tout point de la planète, y compris dans les zones de socle cristallin, il est possible de capter et de transformer la chaleur emmagasinée dans les couches superficielles du sous-sol à quelques mètres de profondeur pour le chauffage des habitations au moyen de pompes à chaleur géothermiques.
• La géothermie basse énergie : des forages exploitent des aquifères situés à quelques milliers de mètres de profondeur en récupérant de l’eau à une température de 50 à 90°C. Cette énergie est destinée à un usage thermique (chauffage de piscines, serres, habitations collectives…).
• La géothermie moyenne énergie (90 à 150°C) provenant de zones volcaniques est principalement utilisée pour produire de l’électricité à l’aide de centrales à fluide binaire.
• La géothermie haute énergie : utilise la chaleur (de 150 à 350°C) présente dans des régions dans lesquelles le gradient thermique est important (8 à 10°C par 100 m au lieu de 3°C habituellement). Ces ressources sont présentes dans les régions volcaniques situées à proximité des frontières des plaques lithosphériques : « ceinture de feu » du Pacifique, arc des petites Antilles, arc méditerranéen, grand rift africain. La chaleur est utilisée pour produire de l’électricité à l’aide de turbines.

Puissance électrique d’origine géothermique, installée, fin 2020. Monde : 14 075 MWe, Union européenne : 1 157 MWe.

en MWe

États-Unis	2 587		Mexique	906
Indonésie	2 131		Kenya	824
Philippines	1 928		Italie	797
Turquie	1 613		Islande	756
Nouvelle Zélande	984		Japon	525

En 2018, dans l’Union européenne, la production d’électricité d’origine géothermique est de 6 658 GWh dont 6 105 GWh en Italie.
Une production française est réalisée à Bouillante, en Guadeloupe, avec une puissance installée de 25 MWe et une production, en 2015, de 92 GWh.

Utilisation directe de la chaleur géothermique, hors pompes à chaleur, dans l’Union européenne, en 2020. Total : 2 186 MWth de puissance installée.

en puissance installée en MWth

France	658		Autriche	105
Allemagne	344		Roumanie	88
Pays Bas	298		Pologne	62
Hongrie	256		Suède	44
Italie	173		Danemark	33

Pompes à chaleur, dans l’Union européenne, fin 2020. Total : 41,931 millions d’unités dont 40,146 millions d’unités de pompes aérothermiques.

en milliers d’unités

	Total	Pompes aérothermiques	Pompes géothermiques
Italie	17 966	17 950	16
France	8 653	8 445	208
Espagne	4 562	4 558	3
Suède	2 003	1 442	561
Portugal	1 939	1 938	1
Allemagne	1 290	879	411

La biomasse

La biomasse solide (bois, déchets agricoles…) peut être valorisée sous forme d’énergie. Dans le monde, au total, on estime qu’elle représente 72 milliards de tep/an.

Production brute de chaleur, à partir de biomasse solide, en 2021, dans l’Union européenne. Total : 13 156 millions de tep.

en millions de tep

Suède	2,747		Allemagne	0,662
Finlande	2,080		Lituanie	0,562
Danemark	1,717		Pologne	0,457
France DOM compris	1,295		Pays Bas	0,386
Autriche	1,116		Italie	0,385

Production brute d’électricité, à partir de biomasse solide, en 2021, dans l’Union européenne. Total : 93,0 TWh.

en TWh

Finlande	12,7		Pologne	6,4
Suède	11,2		Espagne	5,1
Allemagne	10,9		Italie	4,5
Pays Bas	7,9		France DOM compris	4,3
Danemark	7,1		Autriche	3,9

Au total, la biomasse (solide et déchets ménagers) a produit, en 2008, dans le monde : 223,5 TWh d’électricité dont 59,4 TWh aux États Unis, 19,9 TWh au Brésil, 16,0 TWh au Japon, 9,0 TWh au Canada.

Biocarburants

(voir le focus : pétrole) :

Production mondiale : en 2023. Monde : 4 627,6 pétajoules, Union européenne : 658,4 pétajoules.

en pétajoules

États-Unis	1 795,1		Inde	109,0
Brésil	1 015,6		Thaïlande	88,0
Indonésie	433,0		Pays Bas	83,0
Chine	174,6		France	76,1
Allemagne	159,9		Espagne	62,5

Consommation destinée aux transports, en 2021, dans l’Union européenne.

en ktep

	Total	Bioéthanol	Biodiesel	Biogaz
Union européenne	17 136	3 010	13 699	427
Allemagne	2 984	735	2 167	83
France	2 898	710	2 186	2
Italie	1 552	27	1 388	136
Espagne	1 551	141	1 410	0
Suède	1 452	117	1 222	113
Pologne	1 120	208	912	0
Belgique	725	119	607	0

Biogaz

L’énergie est produite par combustion du méthane issu de la décomposition de déchets organiques. Le méthane est soit capté directement dans les décharges ou produit à l’aide de méthaniseurs. Le gaz produit par les décharges est principalement utilisé pour produire de l’électricité. Dans le cas des stations d’épuration, la cogénération (production conjointe d’électricité et de chaleur) est le plus souvent employée. Voir le focus : gaz naturel.

Production d’énergie primaire à partir de biogaz, en 2021, dans l’Union européenne. Total : 14 929 ktep.

en ktep

Allemagne	7 518		Pays Bas	428
Italie	2 078		Espagne	326
France	1 404		Pologne	319
Danemark	626		Belgique	246
République tchèque	591		Suède	195

En 2015, la production est destinée à 62 % à la production d’électricité, 27 % à celle de chaleur, 11 % à celle de biométhane injecté dans les réseaux de gaz naturel et au transport. Ce dernier a représenté 0,13 Mtep à comparer aux 14 Mtep fournies par les biocarburants.

Production brute d’électricité à partir de biogaz, en 2021, dans l’Union européenne. Total : 52 603 GWh dont 11 686 GWh dans des centrales électrique seules et 40 918 GWh par des centrales fonctionnant en cogénération.

en GWh

Allemagne	29 995		Espagne	979
Italie	8 124		Belgique	976
France	3 154		Pays Bas	815
République tchèque	2 593		Danemark	613
Pologne	1 307		Autriche	602

L’éolien

L’éolien est une énergie simple à récupérer et l’est depuis longtemps, mais reste assez capricieux, trop de vent oblige de stopper la production au risque d’endommager les installation, pas assez de vent ne permet pas la rotation des pales et l’entrainement des turbines qui produisent l’électricité.

Puissance installée, fin 2023 et ( ) fourniture d’électricité, en 2023. Monde : 1 017 199 MW (2 325,3 TWh), Union européenne : 205 008 MW (480,5 TWh).

en MW et ( ) en TWh

Chine	441 895 MW (885,9 TWh)		Royaume Uni	30 215 MW (82,0 TWh)
États-Unis	148 020 MW (429,5 TWh)		Brésil	29 135 MW (95,5 TWh)
Allemagne	69 459 MW (142,1 TWh)		France	22 196 MW (52,3 TWh)
Inde	44 736 MW (82,1 TWh)		Canada	16 989 MW (38,9 TWh)
Espagne	31 028 MW (64,2 TWh)		Suède	16 252 MW (34,3 TWh)

Au Danemark, en 2018, l’éolien est à l’origine de 45,6 % de l’électricité produite.

Évolution de la puissance éolienne cumulée dans le monde depuis 1996 :

en MW

Année	1996	2000	2005	2007	2009	2011	2013	2016	2020
Puissance éolienne mondiale	6 115	17 684	59 235	94 091	160 084	238 967	319 907	468 989	733 276

Source : Energy Institute Statistical Review of World Energy

SITUATION FRANÇAISE

Production d’énergie primaire : en 2023.

en TWh

Charbon	Pétrole	Gaz naturel	Électricité renouvelables	Électricité nucléaire	Énergie thermique et déchets renouvelables	Total
0	10	0	132	1 025	253	1420

Source : Bilan énergétique de la France en 2023, Ministère de la transition écologique et solidaire

Consommation d’énergie primaire : en 2022.

en TWh

Charbon	Pétrole	Gaz naturel	Électricité hydraulique, éolienne et photovoltaïque	Électricité nucléaire	ENRt* et déchets	Total
72	752	384	104	908	241	2482

Source : Chiffres clés de l’énergie 2023, Ministère de la transition écologique et solidaire

*: ENRt : énergie renouvelable thermique.

Commerce extérieur : pour les divers combustibles ou sources d’énergie, en 2023.

Taux d’indépendance énergétique : 56,3 %, en 2023.

Consommation énergétique par secteur, sur un total de 1 621,9 TWh, en 2023 :

en TWh

Branche énergie	901,2
Résidentiel, tertiaire	660,2
Transport	504,3
Industrie	279,0
Agriculture, pêche	52,6
Usage non énergétique (chimie)	125,7

Source : Datalab essentiel, Ministère de la transition écologique et solidaire

Électricité

En 2022.

Production : 445,7 TWh (TéraWh = 10¹² Wh), dans des :

• Centrales thermiques nucléaires : 279 TWh.
• Autres centrales thermiques : 49,3 TWh.
• Centrales hydrauliques : 49,6 TWh (voir le chapitre eau).
• Éolien : 38,7 TWh.
• Solaire : 18,6 TWh.
• Bioénergies : 10,1 TWh
• Marées : 0,5 TWh.
• Géothermie : 0,004 TWh.

Consommation finale : 426,8 TWh.

Commerce extérieur : en 2023.

• Exportations : 75,8 TWh.
• Importations : 25,5 TWh.

Échanges transfrontaliers d’électricité, en 2022.

en TWh

	Exportations	Importations
Espagne	4,5	13,4
Royaume Uni	3,8	12,3
Italie	14,4	0,6
Suisse	8,6	4,6
Allemagne	3,7	9,2
Belgique	2,0	11,8

Source : Commission de Régulation de l’Énergie

La puissance appelée maximale a été de 102,1 GWe, le 8 février 2012, à 19 heures.

Énergies renouvelables

Production primaire

D’énergie renouvelable, sur un total de 326,329 TWh, en 2022.

en TWh

Bois	115,553		Biogaz	18,921
Hydraulique, hors pompage	45,541		Déchets renouvelables	14,628
Pompes à chaleur	42,681		Géothermie	5,400
Éolien	38,064		Solaire thermique	2,444
Biocarburants	22,000		Énergie marémotrice	0,490
Solaire photovoltaïque	20,607

Source : Bilan énergétique, données provisoires, Ministère de la transition écologique et solidaire

Bois : utilisée à 91 % en chaleur et 9 % en électricité.

Hydraulique : voir ci-dessus.

Biocarburants : le taux d’incorporation dans les carburants a été de 7,0 % pour le biodiesel et de 5,7 % pour le bioéthanol. Le biodiesel est à 94 % sous forme d’esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV).

Éolien : la production a été, en 2021, de 37,0 TWh, avec une puissance installée, fin septembre 2022, de 20,0 GW.

Déchets : utilisés à 49 % en chaleur et 51 % en électricité. Dans l’Île de la Réunion et en Guadeloupe, la bagasse (tiges broyées de canne à sucre), est brûlée pour produire de l’électricité dans des centrales qui fonctionnent avec du charbon en dehors des périodes (de 3 à 4 mois) de récolte de la canne à sucre. À la Réunion, en 2012, les centrales de Bois-Rouge de 100 MW de puissance et du Gol de 110 MW ont produit 267 GWh. En Guadeloupe, la centrale du Moule, de 64 MW de puissance, a produit 370 GWh en 2011.

Biogaz : fin septembre 2022, 982 installations fonctionnent avec une puissance de 576 MW. En 2021, injecté dans le réseau de gaz naturel pour 36 %, utilisé à 37 % en chaleur et 27 % en électricité.

Solaire : le solaire thermique couvre 2,82 millions de m². Pour le photovoltaïque, fin septembre 2022, la puissance installée est de 15 847 MW, avec une production, en 2021, de 15,092 TWh.

Géothermie : voir le site géothermie-perspectives créé par le BRGM et l’ADEME.

• Géothermie très basse énergie : l’exploitation des ressources très basse température a commencé très tôt en France, dès 1963, à la Maison de la Radio à Paris, avec la mise en œuvre d’un système de chauffage et de climatisation qui puise l’eau de l’aquifère de l’Albien à 600 m de profondeur à une température de 27°C. L’eau cède 20°C au dispositif énergétique avant d’être rejetée à 7°C. En hiver, cette énergie géothermique est utilisée en appoint d’un chauffage original : un système complexe de pompes à chaleur récupère la chaleur dégagée par les activités des studios. En été, le système est inversé pour le rafraîchissement et la climatisation. De l’autre côté de la Seine, la tour Mirabeau, où se trouve le siège du BRGM, est également chauffée par un forage à l’Albien situé devant l’immeuble.
• Géothermie basse énergie : dans le Bassin Parisien, 95 % des forages exploitent l’aquifère calcaire du Dogger situé entre 1 600 et 2 000 m. Il s’étend sur plus de 15 000 km² avec des températures variant de 56 à 85°C. Un site géothermique assure, en moyenne, 75 % des besoins énergétiques de 3 500 logements à l’aide de 250 m³/h de fluide géothermal extrait à 70°C et réinjecté à 40°C. Le fluide géothermal du Dogger présente l’inconvénient d’être fortement chargé en sels et gaz dissous (H₂S, CO₂) ce qui entraîne une corrosion importante de l’acier (0,4 mm/an) des tubes équipant les puits et des dépôts importants de sulfure de fer (5 mm/an). À Chevilly la Rue et L’Haÿ les Roses, le forage offre une température en tête de puits de 72,6°C avec un débit de 560 m³/h.
• Géothermie haute énergie : une installation, exploitée par la société Géothermie Bouillante (59,73 % Ormat Technologies, 20,36 % BRGM et 19,91 % Caisse des Dépôts et Consignations), alimentant une centrale électrique de 15,5 MW fonctionne à Bouillante, en Guadeloupe : elle pompe l’eau, à 250°C, à 300 m. En 2017, la production d’électricité a été de 112 GWh.

Marées : avec l’usine de la Rance mise en service en 1966. Le barrage abrite 24 turbines de 5,3 m de diamètre et de 10 MW/chacun de puissance.

Consommations

Quelques consommations, en 2020 :

• Consommation d’électricité renouvelable : 10 056 ktep.
• Consommation d’énergie thermique renouvelable : 14 230 ktep.
• Consommation de biocarburants : 2 903 ktep, par origine, en 2018 :
  • Biodiesel : 2 348 ktep.
  • Bioéthanol : 555 ktep.

Carte d’implantation des centrales thermiques non nucléaires et hydrauliques
(d’après un document EDF, que nous remercions)

Pour une mise à jour des centrales d’EDF voir selon ce lien.

Les centrales nucléaires en France : situation en 2021
(en 2020, les 2 réacteurs de la centrale de Fessenheim ont été arrêtés)

Bibliographie

Archives

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Energie 1996

Energie 1993