Journal de Saclay n°20 - CEA Saclay

A VRIL 2003 > N°20
Centre CEA de Saclay
LE JOURNAL
DOSSIER SPÉCIAL
QUELLES ÉNERGIES POUR DEMAIN ?
Énergies fossiles, renouvelables, nucléaire, hydrogène ;
Le centre CEA de Saclay au cœur de la recherche ;
Énergies, effet de serre, climat.

Éditorial
Éditeur
CEA (Commissariat
à l’énergie atomique)
Centre de Saclay
91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Directeur
Jean-Pierre Pervès
Directeur de la publication
Yves Bourlat
Rédacteur en chef
Christophe Perrin
Rédactrice en chef adjointe
Sophie Astorg
Ont également participé
à ce numéro
Fanny Bazile,
Jean-Marc Borgard,
Jean-Marc Capdevilla,
Anne-Marie Gendre Peter,
Luciano Giancarli,
Nathalie Le Bars,
Patrick Mauchien,
Isabelle Maudez,
Didier Moulin,
Jean Poitou,
Jean-Louis Seran,
Marc Serre
Iconographie
Chantal Fuseau
Conception graphique
Mazarine
2, square Villaret de Joyeuse
75017 Paris
Tél. : 01 58 05 49 25
Crédits photos
ADEME
Astorg Sophie
Charbonnages de France
CEA
CEA-Fuseau
CEA-Gonin
CNRS photothèque,
Laurence Médard
ESA
COGEMA
COGEMA/Ph. Lesage
Gendre-Peter Anne-Marie
©Médiathèque
Gaz de France : Blond Yves;
Hautemanière Noël
©Médiathèque
Gaz de France /
MPA Corporate / Charriau D.
Médiathèque EDF
TotalFinaElf
Commission paritaire
N° ISSN 1276-2776
Centre CEA de Saclay
Droits de reproduction,
texte et illustrations
réservés pour tous pays
Sommaire n° 20
Éditorial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . page 2
La politique énergétique française . . . . page 4
L’électricité en France . . . . . . . . . . . . . . page 6
Bouquet d’énergies à la française . . . . page 7
Les énergies fossiles . . . . . . . . . . . page 7
L’énergie nucléaire . . . . . . . . . . . . page 12
Les énergies renouvelables . . . . . page 18
L’hydrogène . . . . . . . . . . . . . . . . . page 22
Effet de serre - climat . . . . . . . . . . . . . page 24
Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . page 30
Les
Français
ayant souhaité
une meilleure information
sur la politique
de l’énergie de
notre pays et ses
enjeux et une plus
1
grande transparence
des choix avec la possibilité d’y participer,
le Premier Ministre a annoncé l’organisation
d’un grand débat sur les
énergies.
Son objectif est triple : répondre aux
questions des Français, recueillir leurs
avis et propositions, les sensibiliser à
l’importance de leurs propres comportements,
en tant que premiers acteurs
de la demande énergétique.
Ce débat, qui a débuté en mars et va se
prolonger jusqu’en juin 2003 dans tout
le pays, doit éclairer et nourrir le projet
de loi d’orientation sur les énergies que
le Gouvernement présentera au
Parlement au second semestre.
Référence mondiale dans le domaine
de l’énergie, en particulier la recherche
électronucléaire, le CEA consacre également
un important effort visant à rendre
compétitives de nouvelles solutions
énergétiques : programme hydrogène,
programme photovoltaïque, domaine
des économies d’énergie et de l’amélioration
des rendements des systèmes
de production d’énergie, etc.
Il nous a semblé important de présenter
aux lecteurs du « Journal du centre
CEA de Saclay » des informations factuelles
et synthétiques sur la situation
de la France dans l’espace énergétique
mondial, afin que chacun puisse se forger
une opinion sur ce sujet complexe
avec le recul nécessaire, assorties de
précisions sur les travaux menés dans
notre centre.
Une inégalité
qui ne peut perdurer
Économies d’énergies, gisements d’énergie
seront au cœur du débat mais il
me semble important de rappeler en
préambule trois points essentiels :
Deux milliards et demi d’hommes peuplaient
la planète en 1950. Nous sommes
six milliards aujourd’hui et serons
très probablement huit milliards à
l’horizon de 2025.
Notre civilisation a bâti sa puissance sur
la consommation d’énergie, mais un
Africain consomme trente cinq fois
moins d’énergie qu’un Américain du
Nord, un Indien 20, un Chinois dix.
Cette inégalité ne peut perdurer et les
besoins des uns seront bien plus élevés
que les économies que pourront réaliser
les autres sans mettre leurs économies
en péril.
Les prévisions les plus réalistes évaluent
à 50 % l’augmentation de la
2
3

consommation mondiale d’énergie
dans le prochain quart de siècle : c’est
relativement peu quand on se souvient
qu’il y aura deux milliards d’habitants en
plus et tant de besoins insatisfaits.
Un enjeu géopolitique
Un autre angle de vue révèle la fragilité
du marché de l’énergie. Les réserves en
combustibles fossiles commodément
exploitables sont relativement peu
abondantes : une génération et demi
pour le pétrole, deux pour le gaz et huit
et demi pour le charbon. On imagine
aisément que les tensions sur ces marchés
devraient devenir très fortes dès
les prochaines décennies car seuls resteront
grands exportateurs de gaz et
pétrole, à ce terme, le Moyen Orient et
la Sibérie. La contribution de ces combustibles
au marché de l’énergie, 87 %
aujourd’hui, va fatalement diminuer,
mais leurs qualités intrinsèques sont si
élevées que leur commerce restera un
enjeu géopolitique majeur.
Faire feu de tout bois
En dernier lieu, le dérèglement climatique
annoncé par les spécialistes de la
climatologie vient rendre encore plus
complexe une situation potentiellement
explosive à moyen terme. La quantité de
gaz carbonique dans l’atmosphère a
augmenté de plus de 20 % depuis un
siècle, et elle dépasse largement les plus
hauts niveaux des 400000 dernières
années. Il est inéluctable qu’elle aura
doublé avant la fin du siècle, avec des
conséquences difficiles à évaluer sur les
climats locaux et le niveau des mers.
Face aux besoins et à ces risques, des
efforts massifs seront nécessaires en
matière d’efficacité énergétique, mais ils
devront être conduits avec sagesse
pour ne pas ruiner nos économies et
nos pays. Ils nécessiteront des investissements
colossaux, tant dans le domaine
des transports que dans ceux de
l’habitat et de l’industrie. Il faudra donner
du temps au temps et faire feu de
tout bois.
Jean-Pierre Pervès
Directeur du centre CEA de Saclay
Consommation mondiale
d’énergies primaires* - 2001
* voir page 5
nucléaire : 6,6 %
charbon : 24,7 %
hydraulique : 6,5 %
(source « BP statistical review »)
Le monde est dominé par les énergies
fossiles, or leur répartition est inégale
sur la planète, les prix sont variables,
les ressources bon marché sont appelées
à se raréfier.
pétrole : 38,5 %
gaz naturel : 23,7 %
Consommation mondiale
d’énergie par habitant - 1999
tep (tonne équivalent pétrole)
9
8
8,2
Ordre de grandeur de la durée des réserves
mondiales connues (sur la base des consommations de 2001)
7
6
5
4
4,1
4,4
4,1
3,8
et après ?
3
2
1,6
charbon
8,5 générations
gaz naturel
2 générations
Les durées de vie des réserves d’énergies fossiles ainsi quantifiées s’entendent
dans les conditions actuelles des possibilités technologiques et des marchés.
La notion de réserve est liée à d’éventuels progrès technologiques et au prix que
veut bien mettre le consommateur pour avoir accès à la ressource. Lorsque le
prix d’achat augmente, certaines ressources qui n’étaient pas économiquement
rentables le deviennent, et les réserves augmentent d’autant.
(Génération : intervalle de temps estimé à 30 ans environ)
1 Jean-Pierre Pervès.
2 Un Américain du Nord consomme près
de soixante fois plus d’énergie
qu’un Bangladais.
pétrole
1,5 génération
3 Une telle inégalité face à la consommation
d’énergie ne peut perdurer.
1
0
0,14
0,24
0,48
0,87
Bangladesh
Congo
Inde
Chine
Monde
Japon
France
Allemagne
U. E.
U. S. A.
(source « Banque Mondiale »)
Si, pour les pays industrialisés, la demande
en énergie, après avoir fortement augmenté,
se stabilise et diminuera sans doute
légèrement grâce à une meilleure efficacité
énergétique, celle des pays en voie
de développement est en pleine croissance.
Deux milliards d’individus n’ont pas encore
accès à l’électricité.
3

La politique énergétique française
LA POLITIQUE ÉNERGÉTIQUE FRANÇAISE
TROIS EXIGENCES MAJEURES
Le projet de loi d’orientation sur les énergies que va
présenter le Gouvernement vise à apporter des
réponses appropriées aux trois exigences majeures
L
a politique énergétique française menée depuis les
années 1970 a eu pour objectif une meilleure maîtrise
des consommations et le développement de filières de
productions nationales, notamment les centrales électriques
nucléaires et hydrauliques, et dans une moindre
mesure, la géothermie et les biocarburants.
En devenant le premier producteur d’énergie nucléaire en
Europe, tout en étant le premier producteur d’énergies
renouvelables (essentiellement hydraulique) la France a
pu maîtriser son recours aux combustibles importés.
Indépendance énergétique
et diversification
Le taux de couverture global de nos besoins énergétiques
est ainsi passé de 26 % en 1973 à 50 %, et nos sources
d’approvisionnement ont été diversifiées. La sensibilité de
notre économie aux fluctuations des prix pétroliers est
donc moindre, mais elle a changé de nature : nos modes
de vie et notre économie dépendent davantage du secteur
des transports, lui-même devenu dépendant à plus
de 90 % du pétrole.
que sont : la protection de l’environnement, l’indépendance
énergétique, la compétitivité de notre économie
dans le cadre d’un développement durable.
Cette politique énergétique a également conduit à diversifier
nos sources d’approvisionnement en énergies fossiles:
en gaz avec quatre pays fournisseurs majeurs et en pétrole,
même si nous dépendons encore à 40 % des pays de
l’OPEP (Organisation des pays exportateurs de pétrole).
Concernant le charbon, la France a choisi de réduire
fortement sa production nationale et sa consommation,
particulièrement polluante.
Parallèlement, des entreprises françaises de stature internationale
se sont déployées dans les deux secteurs de
l’électricité et des produits pétroliers.
Une politique globale
de développement durable
La France doit aujourd’hui faire face à trois grands défis.
Le risque d’un dérèglement climatique majeur dont est
responsable la combustion des trois ressources fossiles,
le charbon, le gaz et le pétrole, encourage à en réduire
l’usage, alors même que la France est déjà l’un des pays
industrialisés les plus performants en la matière.
L’émergence d’un marché unique et ouvert de l’énergie au
niveau européen suppose d’adapter les moyens de régulation
dont dispose l’État, de développer fortement les interconnexions
transfrontalières et de veiller à ne pas se laisser
dominer par la recherche d’une rentabilité à court terme.
Enfin, la sécurité d’approvisionnement reste parfaitement
d’actualité pour faire face à une instabilité géopolitique
accrue et à la croissance prévisible et légitime de la
demande d’énergie, notamment fossile, en provenance
des pays en voie de développement, alors même que la
production d’hydrocarbures atteindra vraisemblablement
un plafond d’ici 30 ans.
1
1
Un développement durable passe par la maîtrise de la consommation et par
des économies d’énergie. D’importants programmes ont été mis en œuvre
pour créer des appareils et des véhicules « sobres », pour isoler les bâtiments,
etc. On se souvient notamment de la « chasse au gaspi ». L’industrie
fournit également de gros efforts pour diminuer sa facture énergétique.

Consommation française
d’énergies primaires - 1970 / 2001
Mtep (Millions de tonnes équivalent pétrole)
120
100
80
60
40
charbon
pétrole
gaz naturel
nucléaire
hydraulique
autres énergies
renouvelables
Reconnaître l’énergie
sous toutes ses formes
« Les diverses formes d’énergie peuvent – au
moins partiellement – se transformer les unes en
les autres. C’est cette possibilité qui a permis de
reconnaître, sous des phénomènes d’apparence
aussi différente que la chute d’eau, le vent, le
coup de poing dans la figure, le travail de la bête
de somme, la combustion de la houille ou de
l’essence, la présence d’une grandeur unique :
l’énergie ». (Le trésor, dictionnaire des sciences.
Sous la direction de Michel Serres et Nayla
Farouki. Flammarion, 1997)
20
0
1970 2001
(source DGEMP, Observatoire de l’Énergie)
La consommation est passée de 146 millions de tep en 1970 à 269 millions de tep
en 2001. Le volume de consommation de toutes les énergies a augmenté, sauf pour
le charbon. L’augmentation de consommation de pétrole a été jugulée grâce à l’apport
du nucléaire.
Repères
Une famille composée de 2 adultes et de 2 enfants
consomme en un an l’équivalent de 20000 litres
de pétrole, soit 55 litres par jour.
À l’échelle du pays, il faut 30 jours d’exportation
tous produits confondus par an pour payer les
importations d’énergie.
Énergie primaire
Une énergie primaire n’a subi aucune conversion
entre la production et la consommation :
c’est le cas, par exemple, du pétrole, du charbon,
du gaz naturel, de l’électricité d’origine nucléaire
ou hydraulique.
Consommation française d’énergies
primaires par secteur - 2000
Autres : 16,3 %
Transport : 20,9 %
Industrie : 22,5 %
Agriculture : 1,3 %
Résidentiel et tertiaire
commercial : 39 %
Unités et équivalences
Pour le physicien, l’énergie se mesure en Joules (J).
L’électricien préfère le Watt-heure, une énergie
de 1 J par seconde pendant une heure,
soit 1 Wh = 3600 J.
Pour comparer les énergies, il est d’usage de les
rapporter à l’énergie fournie par le pétrole brut,
la tonne équivalent pétrole (tep). Sa valeur est fixée
à 41,85 milliards de Joules.
Complexes, les facteurs permettant le passage
entre kiloWatt-heures et tep reposent sur des
conventions : celles-ci dépendent du rendement
de conversion d’une énergie en une autre et aussi
de l’angle de vue, celui de la production
d’énergies primaires ou bien de
la consommation finale.
DGEMP
De très nombreuses données citées dans ces pages
proviennent de la DGEMP (Direction Générale de
l’Énergie et des Matières Premières), qui dépend du
ministère de l’Économie.
(source DGEMP, Observatoire de l’énergie)
Les transports occupent une place de plus en plus importante. Ils font essentiellement
appel au pétrole. Les proportions sont sensiblement équivalentes dans tous les pays
industrialisés.
5

L’électricité en France
En France, la base de la production (les trois quarts
en moyenne sur l’année) est assurée par le parc
de centrales nucléaires, dédié entièrement à l’électricité,
auquel s’ajoutent les énergies non régulières
que sont l’éolien et le solaire photovoltaïque, quand
elles sont reliées au réseau. Aux heures de pointe de
consommation, il est nécessaire de recourir à des
moyens de production complémentaires, rapides
à mettre en œuvre : l’hydraulique joue ce rôle, ainsi
que les centrales thermiques au gaz et au charbon.
Dans les sites isolés, ou non reliés au réseau
national, l’éolien, le photovoltaïque et la géothermie
électrogène peuvent être utilisés économiquement
avec un secours assuré par les énergies
fossiles. Au plan national, la production d’électricité
à partir de pétrole est très marginale.
thermique
classique : 9 %
(charbon, gaz)
6
Une demande en hausse
L’électricité peut être facilement transportée sur de longues
distances, mais elle ne peut être stockée en grandes
quantités. Ce problème de stockage oblige à surdimensionner
les moyens de production pour pouvoir répondre
aux fluctuations importantes de la demande. Les investissements
nécessaires pour produire et distribuer l’électricité
en font une industrie très capitalistique.
La consommation mondiale d’électricité augmente plus
vite que celle de l’ensemble des énergies. En France,
l’industrie, qui consomme un tiers de l’électricité nationale,
et les secteurs résidentiel et tertiaire, pour l’électroménager,
le chauffage, l’eau chaude, en sont devenus les
principaux usagers.
Production égale consommation
En l’absence de stockage, la production et la consommation
doivent être équilibrées : c’est la tâche dévolue à l’entreprise
chargée d’acheminer l’électricité chez les clients
d’EDF à travers des réseaux complexes. Les pertes en
Origine de l’électricité
en France - 2001
nucléaire : 76 %
hydraulique : 15 %
(source RTE, gestionnaire du réseau de transport d’électricité)
lignes par échauffement atteignent 5 à 10 % de la production.
Pour limiter ce phénomène, le transport de l’électricité
s’effectue à la plus haute tension possible.
Une politique incitative pour les
énergies renouvelables
Les énergies renouvelables bénéficient d’un soutien financier
de l’État pour asseoir leur développement. Ainsi, par
exemple, EDF est-elle tenue d’acheter l’électricité produite
par les éoliennes 8,38 centimes d’euro le kWh les cinq
premières années de fonctionnement de l’installation.
Coûts comparés du kWh en centimes d’euro (hors taxe).
Source DGEMP
ÉNERGIES RENOUVELABLES :
Biomasse : . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 à 15
Éolien : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 à 13
Photovoltaïque : . . . . . . . . . . . . 25 à 125
Hydraulique : . . . . . . . . . . . . . . . 2 à 10
Géothermie : . . . . . . . . . . . . . . . . 2 à 10
Énergie marémotrice : . . . . . . . . . 8 à 15
ÉNERGIES NON RENOUVELABLES :
Nucléaire : . . . . . . . . . . . . . . . . 3,2 à 3,5
Charbon : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,7 à 4
Gaz (cycle combiné) : . . . . . . . 3,3 à 4,3
Le saviez-vous?
- À partir de 4 centimètres de givre dans votre réfrigérateur, celui-ci
consomme deux fois plus et s’use plus vite.
- Repasser pendant une heure coûte environ 7 centimes d’euro.
- Une douche à 35-40°C de 8 minutes coûte environ 20 centimes d’euro.
Un bain à la même température, 26 centimes d’euro.
- L’écoute d’un CD sur une chaîne Hi-fi pendant la journée coûte environ
2 centimes d’euro.
- L’utilisation d’un micro-ordinateur (durant 1h30) coûte environ
4 centimes d’euro.
- Le chargement d’un téléphone portable pour une journée (veille uniquement)
consomme trente-six Wh, soit environ 1 centime en heures pleines.
- Pour un radiateur électrique, chaque degré supplémentaire à une température
de 19°C coûte 7 % de plus.
- Si l’on regarde un téléviseur dont la puissance est de 80 W pendant trois
heures, on consomme 240 W. Si on le laisse en mode veille (15W par heure)
le reste de la journée, soit 21 heures, on consomme donc… 315W pour rien !

Bouquet d’énergies à la française
Nos modes de vie et notre consommation d’énergie sont largement interdépendants et chaque pays
a ses particularités, fruits de ses ressources, de son histoire, des comportements de ses habitants. En
France, nous disposons d’un « bouquet » d’énergies fossiles, nucléaire et renouvelables. Comment
est-il composé ? Comment peut-il évoluer ? De quelles marges de manœuvre disposons-nous ?
LES ÉNERGIES FOSSILES
Les énergies fossiles comprennent le pétrole, le gaz
et le charbon, dont la France est presque totalement
dépourvue et qu’elle est obligée d’importer en
quasi-totalité. Ces énergies constituent encore le
socle de notre consommation d’énergies primaires,
soit 54 % en 2001. Toutes trois émettent du gaz
carbonique. Bien que leurs réserves soient très limitées,
la consommation de gaz et de pétrole va continuer
à croître pendant encore au moins 20 ans, en
raison des besoins des pays émergents (la consommation
énergétique de la Chine augmente de près
de 8 % par an).
CHARBON
LA FIN DES MINES FRANÇAISES
Laminé par la concurrence du gaz, le charbon cède
du terrain dans les centrales thermiques mais reste
incontournable dans l’industrie sidérurgique.
En baisse constante depuis 1947, la production charbonnière
a été divisée par 13 en un peu plus de 50 ans. Le
« pacte charbonnier » prévoit ainsi l’arrêt complet de la
production nationale en 2005.
Les réserves de charbon
dans le monde - 2000
En Gt (1 Gigatonne = 10 9 tonnes).
1
1 Des techniques modernes permettent de limiter les impacts de la combustion
du charbon sur l’environnement, mais cette énergie reste très polluante. Le
coût de l’électricité produite à partir du charbon est élevé lorsqu’il faut l’importer,
ce qui est le cas de la France. (Photo : un parc de stockage en Provence).
256,5
230,2
122
61,6
292,3
21,6
(source BP statistical review)
Le charbon est l’énergie fossile la plus abondante et la mieux répartie au plan
mondial, et celle qui pose le moins de problèmes géopolitiques. C’est une
ressource vitale pour les nombreux pays qui en possèdent.

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE / LES ÉNERGIES
RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
Le charbon ne disparaît pas pour autant du paysage énergétique
français où il conserve une place dans l’industrie
sidérurgique et dans une moindre mesure, dans la production
d’électricité.
Le charbon concurrencé
par le gaz naturel
Avec une image ternie par la pollution atmosphérique et
les sinistres « coups de grisou », le secteur du charbon a
dû s’adapter à des normes environnementales toujours
renforcées. L’industrie charbonnière française a développé
à Gardanne une centrale high-tech, véritable fleuron du
« charbon propre ». Cette technologie, qui affiche un rendement
énergétique de 40 %, pourrait trouver des débouchés
à l’export vers l’Europe de l’Est ou les pays en voie
de développement, abondamment pourvus en charbon.
En France, le charbon, deux fois plus cher que le gaz naturel,
est remplacé progressivement par le gaz dans son rôle
d’appoint pour la production d’électricité.
France : importations
de charbon - 2000
Colombie : 7,9 %
Autres : 12,8 %
Venezuela : 3,6 %
Chine : 7,7 %
Australie : 20,6 %
Allemagne : 0,9 %
Pologne : 5,3 %
États-Unis : 15,6 %
Ex URSS :
2,3 %
Afrique du Sud : 23,2 %
(source: DGEMP)
Importations : 20,6 Mt (Millions de tonnes) / Production nationale : 4,1 Mt
La production nationale de charbon est en voie d’extinction et au cours des
trente dernières années, les origines des importations se sont considérablement
diversifiées, hors de l’Europe.
GAZ NATUREL
LE CHALLENGER DU NUCLÉAIRE
Les utilisations du gaz sont très diversifiées.
Pour le chauffage en particulier et la production
combinée de chaleur et d’électricité, il peut se
substituer avantageusement au pétrole et au
charbon. Son taux d’émission de gaz carbonique
reste élevé, même s’il est inférieur à celui du
pétrole et du charbon.
Une valeur à la hausse
Le gaz représente 14,5 % (source DGEMP) du bilan énergétique
national et cette part est susceptible de s’accroître.
D’une part son prix est plus stable que celui du pétrole,
même s’il suit, en les atténuant, ses variations, d’autre part
le gaz a bénéficié de progrès technologiques remarquables
sur les turbines. En brûlant le combustible à une température
beaucoup plus élevée que dans une centrale
thermique classique, il est possible de cumuler deux
« cycles » de production d’électricité en associant en série 1
8
1
Terminal méthanier de Montoir-de-Bretagne.

une turbine à combustion innovante et une turbine à
vapeur classique. Le rendement de ces cycles combinés
passe ainsi de 35 % à 50 % et atteint 85 % pour les centrales
de cogénération, qui fournissent à la fois de l’électricité
et de la vapeur à usage industriel. Le coût de l’électricité
produite par une centrale de ce type est très voisin
du coût de l’électricité issue du nucléaire.
Facile à extraire, le gaz est en revanche plus difficile à
transporter que le pétrole : il ne voyage que sous haute
pression dans un gazoduc ou bien sous forme liquide, à
très basse température, dans un méthanier !
France : importations
de gaz naturel - 2000
Russie : 29 %
Nigéria : 5 %
(et autres)
Mer du Nord : 29 %
(principalement Norvège)
Méthane
D’énormes quantités de méthane sont stockées sous formes
d’hydrates dans le permafrost (sol gelé en permanence)
ou à grande profondeur sous les mers. On ne sait pour
l’instant pas exploiter cette ressource. Sans doute pourrat-on
le faire un jour, mais cette exploitation présente des
dangers écologiques en raison d’un risque d’émission de
méthane, ce gaz ayant un impact élevé sur le climat.
Pays Bas : 12 %
Algérie : 25 %
(source DGEMP)
Importations: 471 TWh / Production nationale: 20 TWh.
(1Téra Wh = 10 12 Wh)
En 30 ans, nos importations de gaz ont considérablement augmenté,
à partir de sources aussi diversifiées que possible. Plus de
95% de la consommation française de gaz naturel est importée,
nos principaux fournisseurs étant l’Algérie, la Norvège, la Russie.
Les réserves de gaz dans le monde
En Tm 3 (1 Téra m 3 = 10 12 m 3 ).
56,7
7,3
5,2
52,5
10,3
6,9
11,2
(source BP statistical review 2000)
La plus grande partie des réserves de gaz se trouve en ex-URSS
(Russie: 32,1%) et en Iran (15,3 %).
Le saviez-vous?
De nouveaux usages du gaz sont apparus pour des véhicules utilitaires lourds
(autobus, bennes à ordures ménagères), pour la production combinée de chaleur
et d’électricité ou pour la climatisation. Fin 2002, on dénombrait, en
France, près de 5000 véhicules utilitaires légers, environ 1000 bus et une centaine
de véhicules de propreté urbaine fonctionnant au GNV (Gaz Naturel
Véhicules).

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE / LES ÉNERGIES
RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
PÉTROLE
À QUEL PRIX ?
Notre dépendance vis-à-vis de cette matière première,
difficile à réduire sans de profonds changements
de comportements et de choix de société,
risque fort de perdurer.
Une énergie stratégique
Le pétrole est une énergie encore bon marché. Commode
à transporter et à stocker, il convient à tous les usages,
mais il est polluant (effet de serre, naufrages de tankers).
Les réserves sont épuisables, situées dans des régions
peu nombreuses et sensibles. Le prix est orienté à la hausse
à moyen terme.
Le pétrole représente 38 % de l’énergie primaire consommée
en France en 2000.
Malgré une production d’hydrocarbures insignifiante, la
France est dotée d’industries pétrolières et parapétrolières
très dynamiques. Les raffineries implantées sur notre sol
fournissent 95 % de la demande nationale en produits
pétroliers. Ces industries réalisent l’essentiel de leur chiffre
d’affaires à l’étranger.
Pour renforcer notre sécurité d’approvisionnement, une loi
de 1992 prévoit des stocks de réserve qui équivalent à
environ trois mois de consommation.
1
Les réserves de pétrole dans le monde - 2000
En Gtep (1 Giga tep = 10 9 tep).
9
8,5
2,5
92,5
10
6
13,6
10
(source BP statistical review)
Le pétrole devra bientôt être importé en totalité hors
d’Europe et à terme, du seul Moyen-Orient. Cette carte
représente les réserves de pétrole faciles à exploiter,
connues avec certitude.
Le saviez-vous?
Que fait-on avec le pétrole? Des carburants automobiles (essence, gazole,
GPL), du carburéacteur pour les avions, des bitumes et du fioul, c’est
connu… mais aussi des lubrifiants, des matières plastiques, des produits
de beauté et des médicaments, pour la production desquels le pétrole est
actuellement irremplaçable.

Un inexorable déclin
Les réserves mondiales de pétrole facile à exploiter sont
aujourd’hui bien localisées.
Les experts estiment que la production mondiale de pétrole
devrait atteindre un maximum d’ici une vingtaine d’années,
avant d’amorcer un inexorable déclin qui aboutira à
une montée des prix.
À côté du pétrole brut, d’autres ressources fossiles dites
« non conventionnelles » pourraient prendre le relais
lorsque le pétrole facilement récupérable sera plus rare. Il
s’agit essentiellement des huiles lourdes et extra-lourdes,
des bitumes, des schistes bitumineux, des sables bitumineux
et asphaltiques. Leur coût d’extraction sera notablement
plus élevé.
Ainsi par exemple, les pétroles lourds, plus visqueux, doivent
être fluidifiés in situ avec de l’eau chaude, ce qui oblige
à brûler sur place une fraction significative de la production.
Cette opération présente l’inconvénient de dégager
d’importantes quantités de gaz carbonique.
Renchérissement du coût d’exploitation, tensions géopolitiques,
demande soutenue, éventuelle taxation écologique
: le baril de pétrole coûtera de plus en plus cher.
France : importations
de pétrole brut - 2000
Autres : 0,5 %
Proche Orient : 19,2 %
(hors Arabie Saoudite)
Mer du Nord : 37,3 %
2
Arabie Saoudite : 17,8 %
Afrique du Nord : 7,4 %
Ex URSS : 9,2 %
Afrique Noire : 8,8 %
1
Un mât de forage à San Diego, au Venezuela.
(source: DGEMP)
Importations: 85,6 Mt (Millions de tonnes)
Production nationale: 1,4 Mt.
Les origines des importations françaises sont aussi
diverses que possible, en privilégiant toutefois
les productions de la Mer du Nord et d’Afrique, dans le but de
sécuriser nos approvisionnements.
2
Une nappe de pétrole n’est pas un lac, mais une roche poreuse dont les
interstices microscopiques contiennent le pétrole. La dispersion des gouttelettes
fait que l’on ne peut en extraire l’intégralité. On en récupère habituellement
25 à 30%. Les évaluations des prospecteurs peuvent être revues à la
hausse si les techniques d’exploitation améliorent le taux de récupération du
pétrole en le portant à des valeurs proches de 50%.
11

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE / LES ÉNERGIES
RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE
Dédiée à la production d’électricité, l’énergie nucléaire
peut afficher en France un bilan très positif : un coût
compétitif et très stable de l’électricité, pas de production
de gaz à effet de serre, une exploitation industrielle
rigoureuse et respectueuse de l’environnement.
Comme toute activité humaine et industrielle, elle
génère son lot de nuisances et de déchets. Dans ce
domaine, la France a résolument choisi de gérer globalement
les résidus de la production d’électricité nucléaire
en optimisant l’utilisation de combustibles nucléaires
(récupération et recyclage de matières énergétiques),
en minimisant la quantité et la nocivité des déchets, en
développant un programme étendu de recherche pour
une maîtrise complète des risques de cette industrie.
Nos 58 réacteurs nucléaires (répartis dans 19 centrales)
sont encore jeunes, 24 ans pour les plus anciens et un
an pour le plus jeune. Leur durée de vie, initialement prévue
pour 30 ans, pourrait atteindre 40 à 50 ans ; leur
compétitivité s’affirme de plus en plus, les installations
s’amortissant en 20 ans. C’est ainsi que le coût de
l’électricité a régulièrement diminué en France depuis
une dizaine d’années et que la France est devenue un
exportateur important d’électricité vers des pays
comme l’Allemagne, l’Italie, l’Angleterre et l’Espagne.
Une industrie très surveillée
Tous les acteurs du nucléaire agissent sous le contrôle
d’une autorité indépendante, rattachée aux ministères
chargés de l’Industrie, de l’Environnement et de la Santé:
la DGSNR 1 , qui peut s’appuyer sur l’expertise de nombreux
instituts, l’IRSN 2 en particulier.
Le moindre incident est répertorié, et son analyse permet
d’améliorer de manière continue la sûreté des installations:
déclarations d’incidents, rapports d’inspection de
l’autorité de sûreté, tout est publié, et diffusé en temps réel
sur Internet (www.asn.gouv.fr)
Mais il faut penser au futur et assurer la pérennité de notre
industrie nucléaire, la première au monde. Première étape,
remplacer, dans quinze à vingt ans, les plus anciens réacteurs
de la deuxième génération (la première génération de
réacteurs a déjà été arrêtée en France), et confirmer l’importance
de notre industrie comme exportateur de biens
et services nucléaires. Une troisième génération de réacteurs
a été développée, qui comprend l’EPR (European
1 2

3
pressurized water reactor), un réacteur à eau pressurisée,
et le SWR 1000, un réacteur à eau bouillante. Ces deux
modèles ont été examinés et approuvés par les autorités
de sûreté et sont en voie de commercialisation. Un niveau
de sécurité encore renforcé, une production de déchets
minimisée, une durée de vie de 60 ans, une compétitivité
affirmée sont leurs atouts. Un nouveau réacteur pourrait
être construit prochainement en France et à l’exportation,
et ainsi démontrer ses qualités avant d’être sollicité pour
remplacer les premiers réacteurs du parc nucléaire actuel,
dans une quinzaine d’années.
À plus long terme, un programme de recherche international,
mobilisant tous les principaux acteurs mondiaux avec
la France (Etats-Unis, Japon, Angleterre, Corée…) se met
en place pour étudier une quatrième génération, très innovante,
privilégiant l’efficacité énergétique et le développement
durable, la polyvalence avec la production mixte
chaleur/électricité, les performances environnementales
avec la combustion des déchets les plus nocifs. Ces réacteurs
et les industries associées (combustibles, déchets)
pourraient être opérationnels dans une trentaine d’années
et remplacer progressivement les réacteurs actuels.
À plus long terme encore, la fusion thermonucléaire, qui
brûle les isotopes lourds de l’hydrogène (énergie du soleil)
pourrait donner à l’humanité une énergie abondante et
durable, elle-même sans influence sur le climat terrestre.
1 DGSNR : Direction générale de la sûreté nucléaire et de la
radioprotection
2 IRSN : Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire
1 La centrale nucléaire de Belleville-sur-Loire.
2 Au centre CEA de Saclay, le réacteur expérimental Osiris permet d’étudier la
résistance au vieillissement des matériaux soumis à une forte irradiation au
voisinage du cœur des centrales nucléaires. Il permet aussi de tester de nouveaux
matériaux destinés aux réacteurs du futur.
3 Dans les centrales nucléaires, les crayons de combustible sont constitués
d’un empilement de pastilles d’uranium métallique
13

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE / LES ÉNERGIES
RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
1
Pas de pénurie en vue !
Les réserves d’uranium connues à ce jour ne sont pas
inépuisables, mais :
- les recherches de gisements faciles à exploiter n’ont pas
été poursuivies, parce que les ressources actuelles sont
suffisantes;
- des ressources plus difficiles à atteindre pourraient également
être exploitées sans incidence financière significative,
car dans le coût global de l’électricité nucléaire,
celui de l’uranium ne représente qu’une faible part;
- certains types de réacteurs (à neutrons rapides) sont
susceptibles d’utiliser l’uranium non fissile, permettant
de démultiplier les ressources des dizaines de fois*;
- à plus long terme, de nouvelles filières pourraient utiliser
le thorium, encore plus abondant que l’uranium.
*Les réacteurs actuels ne brûlent qu’une faible proportion de
l’uranium naturel (isotope 235), mais les réacteurs « rapides »
sont capables de transmuter et consommer l’uranium 238, de
très loin le plus abondant (99 %). La France dispose aujourd’hui
d’un stock considérable d’uranium 238, une mine pour le futur.
14
Les déchets : une gestion
rigoureuse et méconnue
Comme toute activité industrielle, l’électronucléaire produit
des déchets, soit par Français et par an, un kilogramme
dont 10 grammes sont très radioactifs. À titre de
comparaison, chaque Français produit annuellement
800 kg de déchets industriels parmi lesquels 100 kg sont
toxiques et durables, et 2 200 kg de déchets ménagers.
La quantité de déchets radioactifs produits diminue
d’année en année. C’est ainsi qu’EDF a divisé par quatre,
en dix ans, sa production de déchets par réacteur et que la
COGEMA produit six fois moins de déchets technologiques
qu’initialement prévu à la Hague. Les déchets faiblement
radioactifs, 90 % du total, sont stockés définitivement
par l’ANDRA 1 après tri, dans son centre de stockage
de l’Aube, dans de grandes structures bétonnées. Les
déchets les plus nocifs bénéficient depuis plus de 20 ans
de techniques de réduction de volume (grâce au traitement
des combustibles usés) et de stabilisation très performantes
avant entreposage puis, plus tard, stockage définitif.
Les déchets de très haute activité sont transformés en
blocs de verre très résistant et durable, coulés dans des
conteneurs étanches en acier inoxydable, capables de
résister des dizaines de milliers d’années.
Les déchets à longue durée de vie, mais peu ou moyennement
radioactifs sont englobés dans un coulis de béton
ou de bitume, à l’intérieur de colis massifs en béton armé.
Des recherches très avancées ouvrent, de plus, de nouvelles
possibilités (transmutation en déchets à vie plus
courte, extraction sélective et conditionnements spécifiques)
parmi lesquelles le législateur pourra choisir, après
Une cinquième tranche nucléaire pour la Finlande
En mai 2002, le Parlement finlandais décide de doter le pays d’un cinquième
réacteur nucléaire pour affranchir son industrie des variations de prix de
l’électricité importée de Suède ou de Norvège. La Finlande conforte ainsi
son indépendance énergétique sans aggraver ses émissions de carbone.
Sortir du nucléaire en Belgique
En janvier 2003, le Parlement belge choisit de renoncer à la production
d’électricité d’origine nucléaire. La loi prévoit le démantèlement des sept
réacteurs du pays après quarante ans de fonctionnement, entre 2015 et
2025. La moitié de la production arrêtée devrait être assurée par de nouvelles
centrales au gaz, le reste par la cogénération et un peu de renouvelables.
« La maîtrise de la demande ne jouera qu’un rôle marginal jusqu’en
2025 », estime M. Deleuze, secrétaire d’état à l’énergie écologiste.
« Le CO 2 , c’est le problème », ajoute-t-il en notant que l’abandon du
nucléaire risque de poser à l’horizon 2020 des problèmes à Bruxelles pour
respecter les engagements en matière d’effet de serre.

QUE FAIRE DES DÉCHETS NUCLÉAIRES À VIE LONGUE ?
De nombreuses équipes du CEA instruisent jusque dans les moindres
détails deux des trois scénarios de gestion des déchets définis
par la loi du 30 décembre 1991 : réduction de leur toxicité et
entreposage. Le 3ème scénario, celui du stockage en profondeur,
est étudié par l’ANDRA, avec des collaborations du CEA, notamment
du centre CEA de Saclay.
Réduire la toxicité à la source
Pour réduire la toxicité des déchets, le traitement du combustible usé suivi du
recyclage du plutonium constitue une étape importante déjà pleinement opérationnelle
en France. Le recyclage multiple du plutonium, principal contributeur
à la radiotoxicité à long terme, pourrait bientôt être envisageable dans
des réacteurs à eau, notamment l’EPR (European pressurized water reactor),
qui offre des potentialités accrues dans ce domaine.
Une étape supplémentaire pourrait être franchie dans une vingtaine
d’années avec la séparation poussée des actinides mineurs (américium,
curium etc…) en vue de leur transmutation ultérieure. Elle conduirait finalement
à des déchets vitrifiés dont la radiotoxicité potentielle deviendrait,
au bout de quelques centaines d’années ou milliers d’années, comparable à
celle du minerai d’uranium naturel. Les actinides mineurs pourraient être
ensuite transmutés dans les réacteurs de nouvelle génération.
2
avis d’experts indépendants (voir ci-contre: « Que faire
des déchets nucléaires à vie longue »).
Pour le stockage définitif des déchets les plus nocifs,
aujourd’hui entreposés dans des puits et étroitement surveillés,
un consensus international se développe pour privilégier
un stockage à grande profondeur dans un milieu
géologique stable et protecteur. La France s’intéresse à
l’argile, mais le sel gemme et le granit sont également
envisageables et ont été retenus par d’autres pays, en
fonction de leur géologie (voir ci-contre: « Stocker en
profondeur ou entreposer?»).
Stocker en profondeur ou entreposer ?
Différents départements du centre CEA de Saclay contribuent activement
à l’étude pilotée par l’ANDRA : citons le Département de
physico-chimie, le Département des matériaux pour le nucléaire et
le Département de modélisation des systèmes et structures.
Les bases de l’entreposage de longue durée sont désormais jetées : de
nouveaux concepts de colis d’entreposage sont développés et la science du
comportement des matériaux à long terme (verres ou céramiques, bétons
et argiles) est bien comprise. Des premiers concepts d’entreposage sont
d’ores et déjà évalués jusque dans leurs dimensions socio-économiques.
Cette capacité d’entreposage sûr et robuste dans la durée permet d’envisager
des stratégies ouvertes et flexibles pour la gestion des déchets radioactifs.
L’ANDRA étudie également, avec l’appui du CEA, le stockage définitif des
déchets les plus nocifs et durables dans des formations géologiques
profondes. Un laboratoire souterrain est en cours de forage à Bure, dans la
Meuse. L’idée est d’enfouir les déchets, de manière réversible au départ,
dans un milieu géologique stable et étanche comme l’argile (ou le granit) à
grande profondeur. Les qualités de ces matériaux, leur abondance en surface,
le peu d’intérêt que les générations futures trouveraient à aller les exploiter
à grande profondeur garantiront leur isolement prolongé, jusqu’à ce que la
décroissance radioactive annihile leur dangerosité, dans une dizaine de
milliers d’années.
Contact : jean-marc.capdevila@cea.fr
1 Salle de conduite de l’atelier de désentreposage des verres,
à la Hague.
1 ANDRA : Agence nationale pour la gestion des déchets
radioactifs
2
Certains déchets sont vitrifiés, puis coulés dans des conteneurs
en acier inoxydable.
15

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE / LES ÉNERGIES
RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
1
2
RÉACTEURS DU FUTUR :
UNE GESTATION INTERNATIONALE
Une dizaine de pays choisissent de
partager le développement de la quatrième
génération de réacteurs de fission
nucléaire.
Forum Génération IV
En 2000, dix pays (Les Etats-Unis, le
Canada, le Royaume-Uni, la Suisse,
le Japon, la Corée du Sud, l’Afrique du Sud,
le Brésil, l’Argentine et la France) regroupés
au sein du « Forum International
Génération IV » décident de conjuguer leurs
efforts pour développer les réacteurs de
quatrième génération susceptibles d’être
exploités industriellement à l’horizon 2030.
Cinq critères fondamentaux résument les
objectifs visés : sûreté, compétitivité économique,
minimisation des déchets, réduction
du risque de prolifération*, préservation des
ressources naturelles. Six grands types de
réacteurs, dont quatre à neutrons rapides,
sont sélectionnés pour être étudiés. Les
résultats obtenus seront ensuite mis en
commun.
*Il s’agit de trouver des solutions techniques
pour éviter le dévoiement de l’utilisation
des centrales nucléaires à des fins militaires.
QUELS MATÉRIAUX POUR
LA QUATRIÈME GÉNÉRATION
DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES ?
De hautes températures
pour le nucléaire du futur.
Parmi les six concepts retenus par le Forum
Génération IV, le réacteur à haute température
refroidi au gaz ouvre de nouvelles
perspectives. Le fonctionnement à très
haute température est gage de très haut
rendement, tant pour la production d’électricité
que pour la fourniture de chaleur.
Parmi les objectifs visés, la production
massive d’hydrogène, celui-ci pouvant
devenir le combustible propre des voitures
du futur utilisant des piles à combustible
ou des moteurs à hydrogène. Les constructeurs
automobiles mondiaux ont déjà
engagé d’énormes efforts de recherche
dans cette direction.
Ce réacteur à haute température est susceptible
de répondre par étapes aux multiples
critères exigés pour le nucléaire du futur.
La tenue aux hautes températures,
de 900°C en fonctionnement à 1650°C
en conditions accidentelles, n’est pas le seul
défi à relever. Certains des matériaux de
structures, situés au cœur de ces réacteurs,
seront exposés à des flux de neutrons particulièrement
intenses. Peu de matériaux sont
capables de répondre à de telles exigences.
De quoi seront faits
ces réacteurs du futur?
Pour la cuve des réacteurs, les études
consistent à définir et qualifier un acier
réalisable et soudable en forte épaisseur.
Pour les structures de cœur des réacteurs
à neutrons rapides, il faut développer et
tester des matériaux réfractaires comme
les céramiques carbures et nitrures, de structure
classique ou nanostructurée, ou encore
des composites à matrice céramique. Une
solution alternative, susceptible de résister à
de fortes doses neutroniques, serait fournie
par des alliages à base de fer, renforcés par
dispersion de particules d’oxyde d’yttrium.
Certains procédés de fabrication envisagés
pour ces matériaux futuristes sont résolument
innovants. Ils font par exemple appel à
la « mécanosynthèse » par broyage réactif.
La tenue au flux neutronique devra être
éprouvée expérimentalement, avec des irradiations
équivalentes dans des accélérateurs
de particules puis en vraie grandeur dans un
réacteur expérimental comme Osiris à Saclay.
Contact : jean-louis.seran@cea.fr
16

3
LA LONGUE MARCHE VERS
LA FUSION NUCLÉAIRE CONTRÔLÉE
Une énergie fabuleuse
Mimer l’énergie du Soleil en recréant sur
Terre les conditions nécessaires à la fusion
d’atomes, c’est le défi titanesque qui mobilise
des chercheurs du monde entier. La fusion
envisagée par l’homme à partir d’atomes
« lourds » d’hydrogène (deutérium et tritium)
est même, à vrai dire, encore plus
puissante que la fusion de noyaux d’hydrogène
« ordinaire » au sein de notre étoile !
Des couvertures chauffantes
vraiment spéciales…
La méthode la plus performante consiste à
confiner la matière, sous forme d’un plasma,
dans une boîte magnétique de forme torique
(tokamak), à une température supérieure à
cent millions de degrés. Dans ce gaz extrême
(plasma), la réaction de fusion des noyaux
atomiques produit des neutrons et libère de
l’énergie. Ce plasma est entouré de matériaux
absorbant les neutrons, appelés couvertures,
où s’accumule la chaleur à convertir en
électricité et où le tritium peut être produit
à partir de lithium bombardé par les neutrons.
Deutérium et lithium sont donc en
réalité les combustibles de base. Ils peuvent
être extraits de l’eau de mer : les ressources
sont donc très abondantes.
Un rendez-vous en 2005
Aujourd’hui, plusieurs tokamaks fonctionnent
à travers le monde, mais il s’agit
de réacteurs de recherche. Parmi eux,
Tore Supra au centre CEA de Cadarache
et le JET 1 , machine européenne située
en Angleterre, préparent la voie à ITER 2 ,
qui sera construit dans le cadre d’une collaboration
internationale à partir de 2005,
peut-être à Cadarache. ITER devrait démontrer
la faisabilité de la fusion en tant que
source d’énergie. Il devrait être suivi par
un réacteur de démonstration producteur
d’électricité (DEMO) au-delà de 2030.
Leur industrialisation n’est pas envisagée
avant la deuxième moitié du XXIème siècle.
1 JET : Joint european torus
2 ITER : International thermonuclear
experimental reactor
Saclay calcule des couvertures
Dans ce projet complexe, la conception
des couvertures constitue un vaste sujet
de recherche. Des équipes du Département
de modélisation des systèmes et structures
analysent les performances des couvertures
grâce à des codes de calcul thermomécanique,
neutronique et thermohydraulique.
Le concept proposé par le centre CEA de
Saclay, à base de lithium et de plomb, sera
testé dans ITER. Des chercheurs du
Département des matériaux pour le nucléaire
développent un acier original, moins sensible
à l’activation par les neutrons, baptisé
« eurofer », pour les structures des couvertures,
d’autres, au Département d’élaboration
et de contrôle de structures, une céramique
très performante incorporant du lithium.
Dans ces domaines, le CEA peut s’appuyer
sur des compétences acquises pour les réacteurs
à fission et directement applicables à la
fusion.
Contact : luciano.giancarli@cea.fr
4
1 Le Service d’étude des matériaux irradiés, au centre
CEA de Saclay, effectue des essais de caractérisation
mécanique et métallurgique de matériaux irradiés.
2 Les moyens d’essais mécaniques ont été regroupés
au sein d’une extension du Laboratoire d’étude des
combustibles irradiés. Les nouvelles installations
entreront en service début 2004.
3 Tore supra, au centre CEA de Cadarache, permet de
poser les premiers jalons pour étudier la fusion
nucléaire contrôlée.
4 Le projet de réacteur expérimental de fusion
nucléaire contrôlée ITER doit permettre de démontrer
la faisabilité scientifique et technique de la production
d’énergie à partir du processus de fusion.
17

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE /
LES ÉNERGIES RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
LES ÉNERGIES RENOUVELABLES
On les appelle parfois « énergies nouvelles », alors
que le vent, l’eau, le bois et le soleil ont fourni de
l’énergie aux hommes bien avant l’ère industrielle.
Les énergies renouvelables restent la principale
La France, qui dispose de nombreux atouts, est aujourd’hui
premier producteur européen d’énergies renouvelables,
devant la Suède et l’Italie, avec plus de 20 % de la production
européenne. Mais cette performance cache une
situation contrastée, avec un équipement hydraulique très
important, une filière bois en croissance, un développement
très limité des énergies éoliennes et solaires et des
sites géothermiques relativement peu favorables, sauf
dans des îles volcaniques comme la Guadeloupe.
Trois voies sont ouvertes pour donner aux énergies renouvelables
un élan décisif :
- encourager le recours à celles-ci quand elles sont rentables,
par exemple l’électrification de sites isolés, l’utilisation
de chauffe-eau solaires dans les climats ensoleillés et
le chauffage individuel au bois dans les zones boisées;
- soutenir les filières pré-compétitives pour atteindre une
vraie rentabilité économique : grand éolien raccordé au
réseau, chauffage collectif au bois;
- encourager la recherche sur les technologies prometteuses
dont la rentabilité est espérée à plus long terme :
photovoltaïque raccordé au réseau, biocarburants…
ressource énergétique dans bien des parties du
monde. Elles s’inscrivent dans un concept de développement
durable, sont inépuisables et gratuites.
Utilisation des énergies
renouvelables en France
en Mtep (1 megatep = 10 6 tep)
Électricité
17,2 Mtep
62 %
Chaleur :
10,3 Mtep
38 %
La production d’électricité issue des énergies renouvelables est
dominée par la grande hydraulique et la production de chaleur
par le bois (source DGEMP)
Une directive européenne en faveur des énergies renouvelables
La Commission européenne a adopté en 2000 une directive visant à doubler
en 2010 la part des énergies renouvelables dans son bilan de
consommation. Cet objectif se décline pour chaque Etat membre. Ainsi la
France doit-elle porter la fraction d’électricité d’origine renouvelable à
21 % (15 % en 1997). En pratique, sans compter les gros barrages hydroélectriques
dont le potentiel est épuisé, elle doit porter cette part à 8,9%
en 2010 (2,2% en 1997).
L’HYDRAULIQUE
CHUTES D’EAU D’ANTAN,
ÉNERGIE HYDRAULIQUE
D’AUJOURD’HUI
Avec 15 % de la production d’électricité, la grande
hydraulique des barrages domine les énergies
renouvelables.
La grande hydraulique, avec ses grands barrages et ses
grandes hauteurs de chutes, a été énergiquement développée,
au prix d’investissements considérables, dans les
années 30 et 50. Compte tenu de la possibilité de stocker
de l’eau, de pouvoir la faire remonter par pompage avec
18
1

une très bonne efficacité, ces grands barrages jouent un
rôle particulièrement important pour assurer l’équilibre saisonnier
et instantané de la production d’électricité : c’est
ce qu’on appelle le suivi de charge. Ils contribuent également
à l’irrigation des vallées. Mais les sites les plus intéressants
sont désormais équipés et la petite hydraulique
au fil de l’eau des rivières et sans barrages importants,
moins performante et économique, peine à se développer
et souffre d’oppositions locales fortes en raison de son
impact sur son environnement.
1
État d’urgence énergétique en Suède
Après une année de sécheresse qui a vidé les réserves en eau des centrales
hydroélectriques (assurant la moitié de la production électrique), le prix du
kWh s’est envolé en cet hiver 2002-2003. La possibilité d’un rationnement
de l’électricité en cas de froid prolongé a même été évoquée par l’organisation
professionnelle de l’énergie. Malgré la décision prise par référendum
il y a une vingtaine d’années d’arrêter ses centrales nucléaires, alors
qu’elles produisent près de la moitié de son électricité, la Suède vient de
décider de prolonger leur exploitation au-delà de 2020 et 2030. Elle n’a su,
en effet, bâtir une industrie de remplacement et la qualité de l’exploitation
de ses centrales est aujourd’hui reconnue par la population.
Dans une centrale marémotrice, l’énergie des marées montantes et descendantes
est récupérée par un barrage percé de conduits contenant une turbine.
L’usine de la Rance (photo) est la plus grosse usine marémotrice du monde. Sa
production est relativement faible car une telle installation fonctionne trois fois
moins longtemps dans l’année qu’une centrale hydraulique classique. Le prix
de revient du kWh est élevé, entre 5 et 11 centimes d’euro. L’équipement de la
baie du Mont Saint-Michel n’est pas envisagé car il détruirait un site touristique
exceptionnel.
L’ÉNERGIE DU VENT
Bateaux à voile, moulins à vent… l’énergie
éolienne a été très utilisée avant d’être délaissée
car peu rentable. Aujourd’hui, la technologie des
aérogénérateurs, parvenue à maturité, lui redonne
une deuxième jeunesse.
Cent dix mètres de haut, soit un immeuble de
quarante étages, une hélice de soixante-dix mètres
de diamètre, le temps des éoliennes géantes
(2,5 MW) est venu. Cette course au gigantisme est
une course à la compétitivité. La technologie est
désormais mature, mais son coût, encore élevé,
nécessite qu’elle soit subventionnée. Le coût d’achat
de l’électricité éolienne, imposé à EDF, est plus du
double de celui des autres énergies.
Énergie réellement renouvelable, l’énergie éolienne
souffre de son irrégularité – elle ne produit que de 25
à 40 % du temps – de ses faibles performances par
vent faible et elle ne peut se développer qu’associée
à une autre énergie, un autre investissement, qui la
relaie les deux tiers du temps.
Technologie sûre et fortement soutenue par l’État,
elle devrait se développer dans quelques régions
2
Les grandes éoliennes sont installées dans des endroits où
le vent est fort et régulier. Un arrêté d’application de la loi
sur l’électricité, signé très récemment, prévoit l’installation
de 2000 à 6000 MW d’éolien supplémentaires dont 500 à
1500 MW en mer.
2

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE /
LES ÉNERGIES RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
ventées de France, le Languedoc, la Bretagne par
exemple. Mais son acceptabilité reste fragile dans
des régions habitées et touristiques, soucieuses de
leur cadre et des nuisances apportées, sonores et
visuelles. Les pays les plus engagés, le Danemark et
l’Allemagne, envisagent désormais des éoliennes
offshore, le long de côtes peu touristiques.
Le Danemark, à la fois bon et mauvais élève
Exemplaire par son déploiement d’éoliennes, le Danemark reste dépendant
du charbon pour compenser le déficit de production des périodes
sans vent. Il fait donc partie des quelques pays européens qui auront
vraisemblablement des difficultés à tenir leurs engagements pris à Kyoto
de manière purement nationale. C’est pourquoi il cherche, d’ores et déjà,
à nouer des contacts en vue d’exporter des technologies réduisant les
émissions de gaz à effet de serre… chez les autres.
RAYONS DE SOLEIL
L’énergie solaire, thermique ou photovoltaïque,
est la plus évidente, la plus sympathique, celle
qui séduit. Très à la mode dans les années 70, elle
n’a pas encore trouvé sa place dans
le concert énergétique mondial. Très diluée,
demandant des surfaces importantes, elle est
encore trop chère (le photovoltaïque) ou trop
négligée (la production de chaleur pour l’eau
chaude et le chauffage). Cette dernière application
devrait cependant être fortement encouragée.
1
L’utilisation la plus simple de l’énergie solaire consiste à
chauffer un fluide caloporteur pour produire chauffage ou
eau chaude. C’est aujourd’hui la voie la plus économique
empruntée par le solaire thermique, trop ignoré en France.
L’utilisation passive de l’énergie solaire (architecture,
matériaux de construction et vitrages adaptés) permet
aussi de gérer intelligemment l’apport calorifique.
Certaines utilisations du solaire photovoltaïque sont bien
connues par le grand public : qui n’a pas vu de montres et
de calculettes à énergie solaire !
Il est également intéressant dans des régions à fort
ensoleillement pour des productions relativement faibles.
Les cellules photovoltaïques dans lesquelles l’énergie
lumineuse est transformée directement en électricité n’a
pas encore répondu aux espoirs qu’elles avaient suscités.
Elles font encore appel à des cellules faites de silicium
mono-cristallin, et à des batteries lourdes et
encombrantes pour stocker l’électricité. L’énergie
délivrée est environ dix fois plus chère que celle qui
est disponible dans les centrales électriques modernes,
ce qui explique son utilisation dans des zones
isolées, ou peu accessibles au réseau électrique.
20
Mais son abondance, sa présence universelle sont
telles que de nombreuses recherches sont poursuivies.
Pour autant, « l’idée », la rupture technologique
n’a pas été découverte.
Une vitrine des énergies
renouvelables à la Guadeloupe
Un ambitieux programme co-piloté par la Région et
l’ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de
l’énergie) prévoit de satisfaire en 2006 un quart des besoins
de l’île en électricité à partir de ressources renouvelables.
Les ingrédients du cocktail énergétique local s’appellent
biomasse, géothermie, mini-hydraulique, éolien et solaires
photovoltaïque ou thermique. En brûlant un résidu de
1 Maison individuelle avec, en toiture, des capteurs solaires
thermiques qui produisent l’eau chaude sanitaire.
Les cellules photovoltaïques classiques
Elles sont en silicium cristallin dopé par des atomes métalliques.
Ce matériau semi-conducteur a la particularité de mettre en mouvement
ses électrons entre une première couche, porteuse de charges négatives
(les électrons) et une deuxième couche, porteuse de charges positives
(les trous). Lorsque des photons, ces grains de lumière, frappent la cellule,
les électrons sautent d’une couche à l’autre pour combler les « trous ».
Une différence de potentiel s’établit entre les deux semi-conducteurs
avant d’être transformée en courant électrique par une résistance.

canne à sucre avec du charbon, une centrale de cogénération
fournit de la vapeur à la sucrerie voisine en même
temps qu’elle produit de l’électricité. Soleil antillais oblige :
environ 2 000 installations photovoltaïques alimentent des
foyers ou des petites exploitations isolées du réseau électrique
et près de 20000 chauffe-eau solaires ont été installés
dans l’archipel !
2
2
En Guadeloupe, développement et soutien à la filière
canne s’harmonisent avec bonheur
LA PROMESSE DU TOUT PLASTIQUE
La recherche sur les cellules photovoltaïques plastiques s’appuie sur des technologies
innovantes pour fabriquer des composants électroniques « tout plastique
». Avec des cellules solaires souples et à bas coût, cette nouvelle filière
complète l’offre de la filière silicium. A Saclay, le Laboratoire des composants
organiques fonctionnels a démontré la possibilité d’améliorer le rendement de
conversion photovoltaïque par une technique d’orientation moléculaire au sein
de la couche active. Il cherche également des solutions de protection contre le
vieillissement des matériaux organiques actifs. Les meilleures efficacités obtenues
aujourd’hui sont de 3,6 % sous éclairement solaire, à comparer avec le
rendement de 15 % des cellules au silicium. Pour satisfaire le marché du jetable
et de produits de grande consommation, l’objectif d’un rendement de 5 %
est visé pour 2005. Il faudra patienter jusqu’en 2010 pour un développement
industriel dans le domaine de la production d’énergie.
Contact : nathalie.lebars@cea.fr
3
3
Les cellules photovoltaïques plastiques, en cours de développement
au centre CEA de Saclay, sont destinées à des applications
qui demandent un matériau souple et à bas coût.
PAILLE, BLÉ
BETTERAVE ET COLZA
Les terres en jachère produisent déjà des carburants
pour nos automobiles
Essence et gazole
Substituts écologiques aux hydrocarbures, deux filières de
biocarburants se partagent le marché.
Les premiers, l’éthanol et ses dérivés, proviennent de la
fermentation de substances cellulosiques, amylacées (blé)
ou sucrières : ils peuvent être additionnés simplement à
l’essence sous une forme stable au contact de l’eau.
Les seconds, constitués d’esters issus des huiles végétales,
sont proches du gazole : ainsi l’ajout, jusqu’à 5 %,
d’ester méthylique de colza dans le gazole est-il autorisé
en France sans obligation de mention.
D’ici à 2010, la part des biocarburants devrait être portée
de 1 % en 2001 à 7 %: la majeure partie (70 %) pourra
être produite sur des terres en jachère imposée par la
réforme de la Politique agricole commune en 1992.
4
Biomasse et piles
De manière plus prospective, le CEA étudie la gazéification
des résidus de l’exploitation forestière, bois et pailles,
comme une source alternative d’hydrogène ou de
biocarburant.
Par ailleurs, certains produits issus de la biomasse pourraient
remplacer l’hydrogène dans une pile à combustible
d’un nouveau genre.
4 La biomasse dite traditionnelle (bois, charbon de bois, déchets végétaux…)
représente une part non négligeable de la consommation énergétique mondiale,
surtout dans les pays en voie de développement. Elle est également
exploitée en France, notre pays bénéficiant de surfaces forestières importantes.
Elle trouve tout son intérêt avec une exploitation rationnelle des forêts,
en utilisant des terres peu fertiles. Elle n’est écologique que si ses résidus
sont recyclés, et non abandonnés sur place, condamnés à une fermentation
génératrice de gaz à effet de serre (le méthane en particulier).

Bouquet d’énergies à la française
LES ÉNERGIES FOSSILES / L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE /
LES ÉNERGIES RENOUVELABLES / L’HYDROGÈNE
HYDROGÈNE
ET PILE À COMBUSTIBLE
L’hydrogène est déjà utilisé dans le domaine pétrolier,
et pour propulser les fusées. Les chercheurs
espèrent maintenant en faire un combustible, un
vecteur énergétique répondant à de multiples usages.
Mais sa production nécessite actuellement une énergie
supérieure à celle délivrée.
Pour les utilisations recherchées, notamment le transport
routier, il ne s’agit pas de faire réagir l’hydrogène de
manière explosive en le mettant directement en contact
avec de l’oxygène, comme dans les fusées. Une combustion
à haute température avec l’oxygène de l’air relâcherait
trop de gaz polluants dans l’atmosphère.
L’opération consiste, dans des piles à combustible, à obtenir
une réaction de combustion lente grâce à un catalyseur.
Lors de cette réaction chimique, on récupère de l’électricité,
de la chaleur et on rejette de l’eau, en bénéficiant d’un
excellent rendement de conversion énergétique.
Extraire l’hydrogène
Mais l’hydrogène n’existe pas dans la nature, bien que
l’atome d’hydrogène y soit extrêmement abondant. Il faut
donc commencer par l’extraire.
Les principaux procédés industriels utilisent du gaz naturel
(reformage) ou du charbon (gazéification). Pour de nouvelles
utilisations, il s’agit de le produire à bas coût, sans
émission de gaz à effet de serre, c’est-à-dire à partir de
l’eau. On utilise soit l’électrolyse, soit des réactions
chimiques à haute température.
d’hydrocarbures. D’autres proposent de recombiner
chimiquement l’hydrogène à du carbone de manière à
obtenir un carburant synthétique !
Impératifs techniques
et économiques
L’hydrogène doit ensuite être injecté dans une pile à
combustible, appareil qui a fait ses preuves dans les engins
spatiaux, mais les impératifs techniques et économiques
sont tout autres pour éclairer et chauffer nos maisons ou
remplacer à court terme le moteur à explosion de nos
voitures. C’est une technologie encore balbutiante, mais sur
laquelle de grands espoirs sont fondés pour réduire la pollution
dans les villes. Quant à l’énergie pour produire
l’hydrogène, il faudrait qu’elle provienne de sources non
polluantes et ne générant pas d’effets de serre.
Un challenge que le nucléaire et les énergies renouvelables
pourraient relever.
Stockage
Par ailleurs, il faut le stocker : comment confiner ce gaz aux
molécules si petites dans un récipient étanche? Comment
prévenir tout risque d’explosion en cas de fuite?
Des recherches visent à stocker l’hydrogène dans des
composés métalliques (hydrures), sous très haute pression
(700 atmosphères), dans des récipients résistant à
toute épreuve, ou à très basse température (-253°C).
Devant la difficulté, certains imaginent une production
d’hydrogène embarquée, à partir de biocarburants ou
22
1

PRODUIRE DE L’HYDROGÈNE SANS
ÉMISSION DE CARBONE, À BAS COÛT
Les procédés actuels ne sont pas satisfaisants
à long terme.
Pour ses besoins propres, l’industrie pétrolière
dispose aujourd’hui d’une capacité de production
à partir de gaz naturel, compétitive
mais disqualifiée comme solution d’avenir
par ses émissions de carbone. Plus propre, la
dissociation de l’eau par l’électricité (ou
électrolyse), qui pourrait être d’origine
renouvelable ou nucléaire, est, quant à elle,
handicapée par un piètre rendement (25 à
30 %). Il faut donc rechercher un procédé
alternatif, dont le coût pourrait se situer à un
niveau intermédiaire.
Une voie d’avenir, les cycles
thermochimiques Iode-Soufre
À Saclay, au sein du département de physico-chimie,
les chercheurs explorent la
décomposition thermochimique de l’eau
comme la voie la plus prometteuse.
Elle consiste en une succession de réactions
chimiques, appelées cycles, équivalant à la
dissociation de la molécule d’eau.
Ces transformations, qui mettent en jeu
de l’iode et du soufre, se produisent à une
température plus raisonnable que celle
exigée par la décomposition directe de
l’eau. Le procédé peut ainsi s’accommoder
d’une source de chaleur inférieure
à 1000°C. Les produits intermédiaires tels
que le dioxyde de soufre, l’iode ou l’acide
sulfurique sont recyclés et restent confinés
dans le processus de fabrication.
Le Service de corrosion et du comportement
des matériaux dans leur environnement
est chargé de définir les matériaux
aptes à supporter l’agression de tels produits
tandis que les physico-chimistes
optimisent le procédé, arguments thermodynamiques
à l’appui. Le rendement de
cette décomposition pourrait dépasser
50 % : un véritable atout économique !
Sur ce thème, le CEA collabore avec le
DOE américain (Department Of Energy),
General Atomics et Sandia National Labs,
avec un objectif commun : la construction
en 2006 d’une boucle de démonstration.
D’autres équipes du CEA, à Saclay et
Cadarache, étudient des réacteurs d’un
nouveau type, à très haute température,
susceptibles de fournir la chaleur nécessaire
à la réaction chimique.
Contact : patrick.mauchien@cea.fr
PILES À COMBUSTIBLE
HAUTE TEMPÉRATURE
Des laboratoires de Saclay explorent
une technologie d’avenir pour des minicentrales
à l’échelle d’un immeuble.
La filière des piles à combustible à haute
température, ou cellules à électrolyte solide
(SOFC, Solid oxyde fuel cell), se prête bien à
la cogénération chaleur-électricité et autorise
dans son principe le reformage sur place de
l’hydrogène à partir du gaz naturel. Revers de
la médaille, les températures élevées, supérieures
à 800°C, contraignent fortement les
matériaux de la pile. A Saclay, le Service d’élaboration
et mise en forme des matériaux
optimise la géométrie et les microstructures
des éléments de la pile (électrodes et électrolyte)
pour un rendement maximal, tout en
conservant des procédés de fabrication classiques
et à bas coût. De nouveaux matériaux
d’anode sont étudiés pour décomposer le
méthane en hydrogène in situ. Parallèlement,
le service étudie le stockage de l’hydrogène
dans les hydrures.
Contact : nathalie.lebars@cea.fr
2
1
2
3
Représentation d’une voiture fonctionnant
avec une pile à combustible.
Préparation de monocellules par « pistolettage ».
Monocellules préparées par « pistolettage ».
Il s’agit de la cellule de base d’une SOFC,
qui permet de produire de l’électricité à partir
de la combinaison d’hydrogène et d’oxygène.
L’Islande, un laboratoire
de l’« économie hydrogène »
En 2030 au plus tard, les bus, le parc automobile
privé et l’imposante flotte de pêche seront tous priés
de carburer à l‘hydrogène et à la pile à
combustible. L’expérience, défendue par trois gros
industriels et un consortium local, débutera l’été
prochain avec 3 bus à hydrogène financés par le
projet européen Clean Urban Transport in Europe.
L’énergie consommée dans l’île est déjà à 65 % d’o-
3
rigine renouvelable (hydraulique et géothermique). 23

Qu’est-ce que l’effet de serre dont nous parlons tout au long de ce journal ? Comment l’analysent les
scientifiques et plus largement, comment étudient-ils le climat ? Quel est le travail du Laboratoire
des sciences du climat et de l’environnement de Saclay ?
L’atmosphère, même chargée de nuages est
transparente pour la lumière du soleil : près de 60 %
de l’énergie lumineuse atteint la surface du globe qui
en réfléchit une faible partie. La moitié de l’énergie
venant du soleil est absorbée par les continents et
les océans qu’elle échauffe. Cette chaleur est restituée
partiellement sous forme de rayonnement infrarouge.
Des gaz présents en faible quantité dans l’atmosphère,
comme la vapeur d’eau, le gaz carbonique
(CO 2 ) ou le méthane, absorbent le rayonnement
infrarouge, dont seulement 10 % s’échappe
directement vers l’espace. Agissant comme le vitrage
d’une serre, ces gaz favorisent donc un accrois-
Effet de serre | Climat
Qu’est-ce que l’effet de serre ?
sement de la température de l’atmosphère.
Un effet naturel bénéfique
n’aurait pas pu s’y développer.
La part des différents gaz de l’atmosphère
dans l’effet de serre
CFC
CO
Nuages
H 2 O
2
O 3
N 2 O
CO CH 2 4
LA TERRE SOUS SERRE
Les gaz présents naturellement dans l’atmosphère
sont responsables d’un réchauffement global de
33 °C : sans cet effet de serre, la température
moyenne sur terre ne serait que de –18°C et la vie
▲ Part des différents gaz de l’atmosphère
dans l’effet de serre naturel
▲ Part des différents gaz dans l’effet
de serre additionnel dû à l’homme
Outre le dioxyde de carbone, d’autres gaz émis par les activités humaines
contribuent à l’augmentation de l’effet de serre.
O 3 : ozone / CFC: composés fluoro-carbonés / N 2 O : oxyde d’azote /
CH 4 : méthane / CO 2 : dioxyde de carbone (gaz carbonique) / H 2 O: eau.
Une proposition étonnante
Découvert dès 1824, l’effet de serre est attribué à la
vapeur d’eau et au dioxyde de carbone dans les
années 1860 et reçoit sa description actuelle en
1896. Son auteur, le Suédois Arrhénius, suggère
même de brûler des combustibles fossiles pour augmenter
la concentration de dioxyde de carbone dans
l’atmosphère. Les bénéfices attendus sont un climat
de la Terre plus égal, une croissance stimulée des
plantes et donc une production accrue de nourriture
pour une population plus nombreuse. Cet optimisme
pouvait être de mise à une époque où l’on n’avait
qu’une compréhension très sommaire du fonctionnement
de la machine climatique.
Les activités humaines
se pèsent en carbone
Depuis le début de l’ère industrielle, l’homme a réinjecté
dans l’atmosphère sous forme de CO 2 300 milliards de
tonnes de carbone que la nature avait mis des millions
d’années à enfouir dans le sous-sol sous forme de charbon,
de pétrole et de gaz. Si la moitié de ce dioxyde de
carbone a été reprise par la végétation, les sols et les
océans,150 milliards de tonnes restent dans l’atmosphère,
accroissant l’effet de serre.
Une prise de conscience
internationale
Evoquée devant le grand public dès les années 1970, la
question d’une modification potentielle du climat par
l’homme devient une préoccupation mondiale des gouvernements
à la fin des années 1980. En 1988, le Groupe
intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat
(GIEC) est mis en place à la demande du G7.
24

L’amorce d’un
changement climatique ?
Les mesures effectuées directement
dans l’atmosphère mettent clairement
en évidence l’accumulation
des gaz à effet de serre. Par ailleurs,
des modifications du climat et de
l’environnement ont pu être observées
au cours du XXème siècle :
• l’écart thermique entre le jour et la
nuit a diminué ; la température
moyenne a augmenté de 0,6°C ;
• le niveau de la mer est monté
de 12 cm ;
• la surface de la banquise de l’océan
Arctique a régressé de 30 % ; son
épaisseur a diminué de 40 % au
cours des 30 dernières années.
S’il est très difficile de prouver que
ces évolutions sont une conséquence
de l’augmentation de l’effet de serre,
elles correspondent en tout cas à ce
qu’on attend de cette augmentation.
Évolution de la concentration
atmosphérique
du CO 2 depuis 1958
(à partir de mesures effectuées à Hawaï)
Les oscillations reflètent le rôle de la
végétation, dont l’activité photosynthétique
suit l’alternance des saisons.
1ppm = 1 partie par million dans l’air,
soit 0,0001%.
380
370
360
350
340
330
320
CO 2 ppm
310
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
année
PRODUCTION D’ÉNERGIE ET EFFET DE SERRE
Toute activité industrielle est étant très positif, et que les suivants,
aujourd’hui peu ou prou émettrice
parce que les énergies
de gaz à effet de serre, soit directement
concernées sont très diluées,
(la combustion), soit parce requièrent des infrastructures
qu’elle utilise des matériaux tels importantes.
que le béton, l’acier, le silicium et
les matériaux composites qui ont
demandé de l’énergie pour leur
fabrication. Brûler du gaz, du charbon,
du pétrole ou du bois en produit
beaucoup.
Cinq moyens de production d’énergie
ne brûlent pas de combustibles carbonés
et ne génèrent pas de risque d’échauffement
climatique : le nucléaire, la
grande hydraulique, la géothermie, l’éolien
et le solaire.
Précisons que les deux premiers
demandent beaucoup de matériaux
pour les bâtir, mais délivrent d’énormes
quantités d’énergie, le solde
De fait, contrairement à une idée
communément répandue, le nucléaire
a les meilleures performances du
point de vue de l’effet de serre.
La situation de la biomasse (combustion
de bois ou production du
méthane par décomposition de la
végétation) est moins claire car la
plante consomme le gaz carbonique
pendant son développement
et en produit ensuite. La qualité
d’exploitation de la végétation est
très importante. Par exemple, si on
ne récupère que le tronc de l’arbre
et si on laisse les branches pourrir,
l’équilibre se dégrade rapidement.
Émissions en équivalent CO 2
de la chaîne énergétique
complète des moyens de
production d’électricité
(en g de carbone/kWh).
300
250
200
150
charbon
charbon - gaz cycle combiné
pétrole
gaz naturel liquéfié
gaz nat. liquéfié cycle combiné
solaire thermique
usine marémotrice
photovoltaïque
éolien
géothermique
nucléaire
hydraulique
100
50
0
24 246
17 172
12 175
40 138
32 107
Fonctionnement
Construction,
transport, etc.
(source : AIE)
Relatives à la production d’électricité, ces données
montrent à quel point le différentiel d’émission de
C0 2 est considérable suivant les énergies.
58
35
34
34
6
6
5

Effet de serre | Climat
LES GLACES DE L’ANTARCTIQUE
DÉVOILENT LES SOUBRESAUTS CLIMATIQUES DU PASSÉ
A quoi bon revenir sur le passé ?
Pourquoi veut-on comprendre les climats du passé ? Et
pourquoi s’intéresser à des périodes plus froides alors que
nous prévoyons pour les décennies à venir un réchauffement
global ? Nous devons comprendre comment le climat
varie. Cela veut dire comprendre les mécanismes qui
influencent le climat et les inclure dans nos modélisations.
Nous devons aussi faire en sorte que nos modèles puissent
reproduire non seulement le climat actuel, mais aussi
des climats très différents, puisque le climat à venir pourrait
être très perturbé.
Des chercheurs sur le terrain
Au CEA, les études sur le climat se font au Laboratoire des
sciences du climat et de l’environnement (LSCE), sur le
site de l’Orme des Merisiers et sur le campus du CNRS à
Gif-sur-Yvette. Mais ce n’est pas en restant dans son laboratoire
ou devant son ordinateur qu’on peut découvrir
l’histoire chahutée du climat de la Terre et en appréhender
les mécanismes. Les chercheurs doivent aller sur le terrain
débusquer les indices du climat passé que dame Nature a
bien voulu y enregistrer.
Microscopiques animalcules, les foraminifères vivent et meurent
dans les eaux océaniques. On retrouve leurs coquilles dans
les sédiments des fonds sous-marins (photo à gauche).
Lors des refroidissements brutaux, qui ont ponctué les phases
de réchauffement, les conditions de température et de salinité
font disparaître complètement les foraminifères. À leur place,
les sédiments contiennent des débris rocheux (photo à droite),
arrachés aux continents par les glaciers.
C’est la chute dans l’océan de gigantesques morceaux de ces
glaciers qui, par l’apport massif d’eau douce qu’elle entraîne,
modifie la circulation océanique et provoque le refroidissement.
Sédiments marins et calottes glaciaires
sont des conservatoires naturels
Pour qu’on puisse retrouver des indices, il faut qu’ils aient été
préservés dans des couches géologiques. On va donc naturellement
se tourner vers les couches de sédiments marins,
empilés au cours des millénaires et les grandes calottes de
glace des hautes latitudes nord (Groenland) et sud
(Antarctique), qui n’ont jamais fondu depuis leur formation.
Des indices dans l’eau et dans l’air
Que trouvons-nous dans ces glaces? Il n’y a pas que de
l’eau gelée dans la glace. Il y a aussi tout ce qui s’est déposé
sur la neige et tout ce que la neige a pu emprisonner. Ce
qui s’y dépose, ce sont les poussières contenues dans l’atmosphère.
Les vents qui les apportent ne sont pas les
mêmes en été et en hiver. Les dépôts reflètent donc l’alternance
des saisons. Ils servent notamment à compter les
années écoulées, au moins pour une glace pas trop âgée.
Mais la neige contient également de l’air. Au fur et à mesure
que la neige se transforme en glace, l’air est emprisonné.
Les bulles de gaz contenues dans la glace ont donc la composition
de l’air qui recouvrait la calotte à cette époque.
Température et composition
atmosphérique
Les mesures effectuées par Jean Jouzel, Directeur de
recherches au CEA et Directeur de l’Institut Pierre Simon
Laplace, et Claude Lorius, Directeur de recherches émérite
au Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de
l’Environnement CNRS de Grenoble, ont montré qu’au
cours des 400000 dernières années, la concentration en
dioxyde de carbone et en méthane de l’atmosphère variait
comme la température sur l’Antarctique. Pour ces travaux,
le CNRS leur a décerné sa médaille d’or en 2002.
Mécanismes de variations brusques
du climat
Les carottes de glace prélevées au Groenland et les sédiments
marins du nord de l’Atlantique ont révélé que le climat
a été sujet à des soubresauts dans ces régions.
26

Il nous faut comprendre pourquoi et
comment sont survenus ces événements,
des épisodes analogues
pouvant se produire dans le futur.
On a pu montrer que ces variations
rapides provenaient de débâcles de formidables
icebergs qui ont déversé
d’énormes quantités d’eau douce dans
l’Atlantique Nord, perturbant gravement
la circulation océanique.
Vers un refroidissement
en Europe occidentale ?
Des événements similaires pourraient se
produire dans l’avenir si le réchauffement
global s’accompagnait de précipitations
très importantes et si les glaces
des pôles fondaient rapidement: il n’est
pas exclu que cela perturbe suffisamment
la circulation océanique pour
déplacer vers le sud la limite nord du gulf
stream et provoquer ainsi un refroidissement
notable de l’Europe de l’Ouest.
Contact: jean.poitou@cea.fr
Les carottes de glace de Vostok en Antarctique livrent leurs secrets
Mesures effectuées à Vostok (Antarctique),
dans les carottes de glace qui nous ont permis
de remonter 400000 ans en arrière. En abscisse,
l’âge de ce qui est mesuré, en milliers
d’années. La période actuelle est à gauche.
les 5 courbes, de haut en bas, représentent:
1 - la concentration en méthane dans l’air
inclus dans la glace, en parties par
milliard en volume (ou ppbv; 1 partie
par milliard = 1/1000 millimètre cube
par mètre cube d’air)
2 - la concentration en dioxyde de carbone
dans le même air, en parties par million
en volume (ou ppmv ; 1 ppmv =
1000 ppbv = 1 millimètre cube par
mètre cube d’air)
3 - l’écart relatif, en pourmille, de la concentration
en deutérium de la glace à Vostok
par rapport à de l’eau “standard”
(composition moyenne sur terre).
4 - l’énergie lumineuse solaire reçue en
moyenne par mètre carré et par seconde
(d’où l’unité Watts par mètre carré)
au mois de juin (au solstice) à 65°
de latitude Nord.
5 - l’écart (en mètres) entre le niveau de la
mer à la date considérée et le niveau en
1950. Les zones en rouge sont au niveau
actuel.
La teneur en deutérium est représentative de
D ‰ ppbV
700
600
500
400
- 420
- 440
- 460
- 480
0
m - 60
- 120
Vostok - méthane
Vostok - CO 2
Vostok - deutérium
Insolation 65°N, juin
Niveau marin
0 100 200 300 400
AGE (en milliers d’années)
280
240
200
520
480
440
la température de l’atmosphère. Ses variations
sont très comparables à celles des
concentrations atmosphériques de méthane
et de dioxyde de carbone.
Le moteur de ces changements climatiques
est la variation d’insolation, due aux variations
de l’orbite de la terre autour du soleil.
Les différences de comportement entre
climat et insolation sont dues aux “rétroactions”,
c’est-à-dire tous les processus
biogéochimiques qui amplifient ou au
contraire inhibent les variations du climat.
ppmV W/m 2
LA QUALITÉ DE L’AIR EN QUESTION
Les combustions à haute température,
dans les centrales thermiques et dans les
moteurs des voitures, produisent des
oxydes d’azote, par réaction directe de
l’azote de l’air avec l’oxygène de l’air. Par
ailleurs, à la différence d’une centrale bien
réglée, la combustion dans un moteur à
explosion est incomplète et libère du
monoxyde de carbone, des hydrocarbures
imbrûlés et du carbone sous forme de
particules de suie. Sous l’effet de l’éclairement
solaire, ces gaz induisent des
réactions photochimiques qui produisent
de l’ozone et exercent un effet polluant
sur quelques centaines de kilomètres,
sous le vent de la région d’origine. Les
particules carbonées se mélangent à l’atmosphère
sous forme d’aérosols qui peuvent
être transportés à grande distance
par les vents. Ces aérosols seraient
responsables de perturbations du système
des moussons en Asie du Sud-Est.
1
1
Les transports : une source de pollution majeure.

Effet de serre | Climat
CALCULER LE CLIMAT
Représentation schématique de la machine climatique
Représentation schématique de
la machine climatique
(D’après Sylvie Joussaume,
Climat d’hier à demain.
Editions du CNRS, Paris,1993).
L’équateur est du côté droit, le
pôle du côté gauche.
Atmosphère, hydrosphère,
biosphère et cryosphère interagissent
sans cesse. Mais les
phénomènes dont ils sont le
siège ont des temps d’évolution
très différents comme indiqué
sur la figure.
Une machine climatique
La Terre se présente comme une boule solide en rotation,
entourée de gaz, recouverte aux deux tiers d’eau qui reçoit
la quasi-totalité de son énergie du soleil. Une forte disparité
existe entre les régions équatoriales où les rayons du
soleil frappent presque perpendiculairement la surface à
midi et les régions polaires où l’éclairage rasant n’apporte
qu’une faible énergie par unité de surface. La machine
climatique s’emploie à transporter vers les hautes latitudes
la chaleur que le soleil dépose aux basses latitudes.
Des horloges différentes
Pour étudier le climat, il faut décrire les phénomènes en jeu:
- la dynamique des deux fluides que sont l’eau des océans
(hydrosphère) et l’atmosphère,
- les processus physico-chimiques des composés qu’ils
renferment, leurs interactions avec la végétation continentale
et les micro-organismes des eaux de surface
océaniques (biosphère),
- la formation, la fonte et le comportement de la glace
(cryosphère), qu’elle soit marine (banquise) ou continentale
(en particulier les grandes calottes du Groenland et
de l’Antarctique).
28
Les diverses composantes du système interagissent
constamment et réagissent à des perturbations à des
échelles de temps très diversifiées. Ainsi la météorologie
peut-elle se contenter d’étudier l’évolution de l’atmosphère,
le reste étant considéré comme fixe sur la durée des
prévisions. Au contraire, la climatologie ne peut négliger
aucune des composantes du système et demande des
calculs d’une extrême complexité s’appuyant sur une description
précise de la terre et de sa « machine climatique».
Un thermomètre isotopique
L’odyssée d’une molécule de pluie
La molécule d’eau est un assemblage chimique d’un atome d’oxygène et de
deux atomes d’hydrogène. Or, tous les atomes d’un même élément n’ont pas
la même masse; les différentes masses sont caractéristiques des différents
isotopes de l’élément. A chaque fois que la vapeur d’eau atmosphérique subit
un coup de froid, les molécules comportant un isotope « lourd » répondent
un peu plus vite à l’appel pour condenser. Ainsi, plus la température est basse
aux pôles, plus les précipitations qui s’y produisent sont appauvries en oxygène
lourd tandis que les eaux océaniques en sont enrichies.
Enquête sur les climats passés
L’analyse isotopique des glaces polaires fournit la température, tandis que
celle des sédiments marins fournit la composition isotopique de l’eau de
mer à la même époque. Ces résultats combinés permettent d’évaluer la
quantité d’eau manquant à la mer, et donc, le volume total des glaces.

MIEUX CONNAÎTRE
LES MÉCANISMES AMPLIFICATEURS
OU INHIBITEURS DES VARIATIONS CLIMATIQUES
Un exemple clair : la neige
Un réchauffement du climat dans une
zone enneigée conduit à diminuer la
surface enneigée ou à raccourcir la saison
pendant laquelle le sol est recouvert
de neige. Or la neige est un excellent
réflecteur de la lumière solaire. S’il y a
moins de neige, la chaleur solaire sera
davantage absorbée par le sol. Ce qui
amplifie le réchauffement initial.
Mais à quoi
jouent les nuages ?
Si la température augmente, l’atmosphère
se charge en vapeur d’eau, qui
augmente l’effet de serre, renforçant du
coup le réchauffement. Sauf que la
vapeur d’eau peut se condenser. Et là,
c’est beaucoup plus compliqué car,
selon leur hauteur, les nuages font
écran à la lumière solaire et refroidissent
le globe, ou au contraire, ils ajoutent à
l’effet de serre et augmentent la température.
Par les rétroactions qu’elle
induit, la physique des nuages est capitale
pour l’évolution du climat.
Biomasse et effet de serre
Dernier exemple : l’augmentation du
dioxyde de carbone dans l’atmosphère
est un fertilisant pour la végétation. La
biomasse se comporte en piège de
dioxyde de carbone. Mais si la température
augmente trop, le carbone stocké
dans les sols retourne dans
l’atmosphère par un mécanisme de
décomposition. La végétation n’agit
plus comme un piège mais comme un
émetteur de dioxyde de carbone et renforce
l’effet de serre.
1
1
Un réflecteur de la lumière solaire.
SÉQUESTRER LE GAZ CARBONIQUE
Capturer à la source le gaz carbonique
et le séquestrer en lieu sûr : cette solution
radicale ne s’applique évidemment
qu’aux installations émettrices de grandes
quantités de CO 2 , comme les centrales
thermiques (centrales dans lesquelles
on produit de l’électricité à partir
d’énergies fossiles) et les installations
industrielles de grande puissance, qui
représentent environ la moitié des émissions
totales de CO 2 . Les gisements
pétroliers et gaziers sont aussi des sources
massives de CO 2 , mais leur contribution
au niveau mondial est plus faible.
Dans l’état actuel des technologies,
l’opération de séparation du gaz carbonique
des autres constituants gazeux
est très coûteuse. Le gaz carbonique
capturé doit ensuite être comprimé puis
transporté. Différents sites de stockage
sont envisageables : océans, aquifères,
gisements épuisés de pétrole, de gaz
naturel et de charbon. De tels sites doivent
évidemment être sûrs, c’est-à-dire
garantir une absence de fuites.
L’injection de CO 2 dans les aquifères
est effective en Mer du Nord. Depuis
1996, la compagnie norvégienne Statoil
a démarré l’exploitation d’un gisement
de gaz et a choisi de réinjecter le gaz
carbonique présent dans le gisement
dans un réservoir d’eau salée à 1000
mètres de profondeur sous le plancher
océanique. Ce site doit fournir aussi à
des chercheurs européens de précieuses
données sur le devenir dans le
temps de tels stockages.
Shell prévoit qu’à l’échéance de 2050,
20 % des émissions de CO 2 liées à la
production et à l’utilisation des énergies
seront séquestrées.
2
2 Les exploitants s’efforcent de limiter
les rejets de CO 2 dans l’atmosphère.

Pour conclure
NOUS AVONS 50 ANS
POUR BÂTIR UN MONDE ADAPTÉ
AUX NOUVELLES DONNES ÉNERGÉTIQUES
Après avoir épuisé en moins de deux siècles ses rares
réserves, la France est un des pays les plus pauvres
du monde en charbon, pétrole et gaz naturel (les combustibles
fossiles). Elle garde cependant aujourd’hui une certaine
indépendance d’action grâce à de réels efforts en
matière d’économies d’énergie, à des politiques volontaristes
de construction de barrages dans les années 1930 à
1970, et à la création d’une industrie électronucléaire puissante
et complète dans les trente dernières années.
Puissance technologique
de premier plan,
notre pays a également
une responsabilité qui
dépasse largement ses
frontières. Il doit penser
son futur énergétique
de manière dynamique,
avec la volonté
de maintenir une prospérité
durable et un
environnement préservé,
mais également
solidaire face aux
immenses besoins
d’une grande partie de
la population mondiale.
Notre programme
nucléaire nous met,
certes, dans une situation favorable, avec une électricité
compétitive et dont le coût est stable. Ses performances
environnementales peuvent être soulignées. D’une part ses
rejets radioactifs sont très bien maîtrisés et d’autre part nos
rejets de gaz carbonique (principal responsable du dérèglement
climatique qui nous menace), seraient près de deux
fois plus élevés en France si, comme certains de nos
voisins, nous avions persisté dans un recours massif aux
combustibles fossiles.
Un programme nucléaire
élaboré et complet
Dans les débats sur l’énergie, les interrogations sur le
devenir des déchets radioactifs et la durabilité des ressources
en uranium reviennent fréquemment. Sur ces
deux thèmes, notre
pays a mis en place le
programme nucléaire
le plus élaboré et le
plus complet. Les études
sur le devenir des
déchets sont aussi
anciennes que notre
technologie et notre
pays dispose de solutions
éprouvées telles
que la vitrification des
déchets les plus
nocifs, mais également
d’un ensemble
de nouvelles techniques
de tri, séparation,
destruction et
stockage qui seront
examinées dans les
trois prochaines
années par le Parlement, celui-ci ayant décidé de se saisir
complètement du sujet. Le programme nucléaire français
est également remarquable par son souci de préservation
des ressources naturelles en uranium, le traitement
des combustibles usés à La Hague présentant le
double avantage de recycler les matières énergétiques
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(le plutonium en particulier) et de conserver l’uranium
résiduel, très abondant et qui servira de combustible
pour les réacteurs du futur.
Chaque énergie
doit être prise en compte
Plus globalement, face à la pénurie prévisible de combustibles
fossiles et aux dangers de dérèglement climatique,
le temps n’est plus aux oppositions ou aux sectarismes.
Les qualités et les défauts de chaque énergie doivent être
pris en compte pour établir un juste équilibre entre elles et
les intégrer dans une réflexion globale sur nos besoins
réels : associer des énergies dont la production est
programmable (nucléaire, biomasse) ou fonction de conditions
météorologiques sur lesquelles nous n’avons pas
prise (éolien, solaire, hydraulique), favoriser à un niveau économiquement
supportable les énergies renouvelables,
s’attacher à réduire fortement et durablement la contribution
des transports à l’émission de gaz à effet de serre, développer
des industries, des équipements et des logements
sobres.
Pensons aux générations futures
Cet équilibre ne sera pas le même pour tous les pays et il
faudra se garder de positions tranchées, globales, d’une
mondialisation des antagonismes. Les énergies renouvelables
ont de grandes qualités, mais étant diluées et inéga-
lement efficaces selon les régions, elles devront être ajustées
en fonction des géographies locales : disponibilité
d’espace, densité de population, préservation des espaces
agricoles et touristiques, efficacité. Les technologies
lourdes, comme le nucléaire, ne pourront être déployées
que progressivement, accompagnant le développement
technologique de chaque pays. Il faudrait privilégier l’accès
au pétrole et au gaz, d’usages si simples, aux pays les
moins riches et leur apporter des moyens fiables de production
d’énergies renouvelables ou non. C’est à chacun
de définir son optimum en gardant un esprit de solidarité.
Nous avons cinquante ans devant nous pour bâtir un
monde adapté aux nouvelles donnes énergétiques, et
durable pour les générations futures. L’énergie nucléaire
en fera partie car elle est respectueuse de l’environnement,
compétitive et capable d’évoluer, de satisfaire
de nouveaux besoins au-delà d’une électricité qui est
devenue un élément essentiel de notre civilisation.
La stratégie élaborée en France depuis quarante ans
par tous les gouvernements successifs nous met
aujourd’hui dans une position favorable, qu’il faudra
préserver et consolider par un appel raisonné à tous
les moyens de production d’énergie nationaux et par
un effort soutenu d’économie d’énergie.
Jean-Pierre Pervès
Directeur du centre CEA de Saclay
Sites Internet
CEA, Commissariat à l’Énergie Atomique
Des dossiers thématiques et un panorama du nucléaire
dans le monde.
www.cea.fr
Débat sur les énergies
Le site officiel du débat national sur les énergies lancé par le
gouvernement. Enjeux, fiches techniques, forum de discussion.
www.debat-energie.gouv.fr/site/
Ademe, Agence de l’environnement
et de la maîtrise de l’énergie
De nombreuses fiches pratiques pour apprendre
à économiser l’énergie.
www.ademe.fr
World Energy Council, Conseil Mondial de l’Énergie
Un moteur de recherche puissant permet de trouver des
informations par pays ou par énergie. En anglais.
www.worldenergy.org/wec-geis/
IEA, International Energy Agency,
Agence Internationale de l’Énergie
Une base de données très complète sur l’énergie dans le monde.
En anglais.
www.iea.org
DGEMP, Direction générale de l’énergie
et des matières premières
La DGEMP, qui dépend du ministère de l’Économie, propose,
sur son site, de nombreuses données sur les sources d’énergies
en France et dans le monde.
www.industrie.gouv.fr/energie/sommaire.htm
Énergie, transports, climat
Une synthèse très complète réalisée par le ministère de
l’Environnement à l’occasion du sommet de Johannesburg
sur le développement durable, en 2002.
www.environnement.gouv.fr/international/johannesburg
2002/fich20.htm
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