L'ELECTRICITE EN FRANCE

(Nucléaire et Energies renouvelables
voir aussi la fiche pétrole
)

ELECTRICITE NUCLEAIRE
 

Historique

Le 5 mars 1974 Pierre Messmer alors premier ministre de Georges Pompidou annonce un vaste programme de construction de centrales nucléaires, "13 tranches de 900 Mégawatts seront construites dans les prochaines années".

1982 5 tranches
1983-84 7 tranches
1985-86 10 tranches
1987 6 tranches
etc  

En 1997 le parc nucléaire comportait 58 réacteurs qui ont produit 376 TWh* soit 78,2% de l'électricité en France pour une puissance installée de 61,5 GW
En 2005 EDF précise que les origines de l'électricité sont: 84,3% nucléaire, 8,1% renouvelables dont 7,6% hydraulique (447 centrales installées sur 220 barrages dont l'unité plus importante  est d'une puissance de 1 800 MW), 3,8% gaz, 3,1% charbon, 1,3% fioul, 0,3% autres
La puissance nucléaire installée en France est de 63,1 GW , puissance à laquelle il convient d'ajouter l'énergie hydraulique 20,4 GW et l'énergie thermique 14,5 GW soit une puissance installée de 98 GW. Ceci  signifie que , en principe, EDF peut fournir 98 GW en permanence. Mais il faut tenir compte des opérations de maintenance qui nécessitent l'arrêt de centrales . EDF a mis en place une politique tarifaire qui incite aux économies d'énergie durant les périodes de forte consommation.

Le problème des pointes de consommation
       En hiver 2004 la consommation électrique en France a atteint 86 024 Mw
       Le 19 décembre 2007 à 19 heures nouveau record de consommation 88 960 Mw (88,96 Gw)
       Le 7 janvier 2009 l'hiver est rigoureux -9° à Paris nouveau record de consommation 92,5 GW

*TWh = Téra watt heure, le préfixe Téra signifie 10 puissance 12 (1012), c'est à dire million de millions ou millier de milliards.  Un Watt heure est l'énergie dépensée par un appareil consommant un watt pendant une heure.
Si en 1997 l' EDF a fourni 376 TWh, cela correspond pratiquement à 1 TWh par jour ,  chaque heure 41,6 GWh sont fournis par EDF.

Consommation des Français:
Le 9 janvier 2009 la pointe de consommation s'est élevée à 92,5 MW, la puissance installée en France a-t-elle été suffisante? C'est peu probable. Il est vraisemblable qu'EDF a du recourir à l'achat d'énergie chez l'un de nos voisins, énergie fabriquée comment? Et nos voisins qui étaient dans la même situation climatique que nous avaient-ils de l'énergie à vendre?

La pointe de consommation record (nov 2013) a été constatée le 8 février 2012 avec 102 100 MW alors qu'en février 2011 la consommation avait été de 48 423MW

Lorsque l'alimentation électrique est sur la corde raide comme à l'hiver 2009 et maintenant 2012,  la disjonction d'une centrale peut être catastrophique. Le maillage du réseau de fourniture de l'électricité permet à une région géographique alimentée par une centrale d'être alimentée par une autre en cas de défaillance de la première. Cela signifie que , en cas de surcharge d'une centrale, si une disjonction se produit, la seconde centrale va être sollicitée elle risque alors de disjoncter à son tour. Si la gestion du réseau n'est pas parfaite c'est tout le réseau qui peut s'écrouler. La remise en service d'un tel réseau est complexe et longue.
Il est indispensable pour l'EDF, dans le cas de la surcharge d'une centrale, si les autres sont déjà fortement chargées de procéder à des délestages.
Il faut ajouter que la situation de l'industrie en France, de nombreuses usines utilisatrices tournant loin de leur maximum, la puissance installée peut paraître  suffisante, mais si l'économie redémarre, la construction d'une centrale demande du temps .

Consommation électrique en France:


( chiffres INSEE )

Gérer le réseau
Afin d'assurer une alimentation sans faute, RTE (société issue de EDF qui assure l'acheminement et la distribution de l'électricité) dispose d'une salle de commande sécurisée qui n'est évidemment pas ouverte à tous et cette salle est doublée par une seconde toujours prête à remplacer la première à la moindre alerte.
Le 4 novembre 2006, EOn compagnie allemande avait prévenue quelle devait interrompre la ligne à haute tension qui franchit l'Ems mais celle-ci l'interrompit un peu plutôt que prévu , le réseau européen faillit s'effondrer , ce jour là 15 millions de foyers dont 5 en France durent se passer d'électricité pendant une heure.

Le problème des énergies intermittentes

Des problèmes se profilent à l'horizon.

En effet, la réduction de l'activité économique et l'arrivée de l'éolien et du photovoltaïque invitent GDF qui possède des centrales thermiques au gaz à fermer ses centrales devenues non rentables. Elles représentent 14 GW et la France n'est pas la seule touchée, en Europe cela représente 51 GW .
Pourtant ces centrales sont devenues indispensables du fait de l'intermittence de l'éolien et du photovoltaïque, les centrales thermiques au fioul ou au gaz  peuvent être mises en service rapidement lorsque l'éolien ou le photovoltaïque font défaut.
Pour palier ces problèmes qui ne peuvent pas être pris en considération par les compagnies privées, la rentabilité de systèmes ne fonctionnant qu'en cas de coup dur est loin d'être assurée, les décisions et le financement ne peuvent être que du ressort de l'administration et donc des Etats ou de l'Europe. On évalue ce besoin financier à 140 milliards d'euros qui seront difficiles à trouver. (novembre 2013)
 

courbes empruntées au site http://myrte.univ-corse.fr/La-plateforme_a4.html

Economies, économies

une révolution discrète
La tendance actuelle est aux économies d'énergie, électroménager étudié pour être moins gourmand, isolation des bâtiments et éclairage basse consommation.
Pour ce dernier, un évènement passé presque inaperçu est l'attribution du prix Nobel de physique à trois chercheurs japonais : Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, et Shuji Nakamura pour l'invention de la led bleue en 1990. La led (light emitting diode ou diode électroluminescente) existait déjà, mais la led rouge or le rouge est un rayonnement de longueur d'onde d'environ 0,65 μm alors que le bleu 0,47
μm, l'énegie contenu dans un photon est donné par la formule E=hc/λ ou h est la constante de Plank et c la vitesse de la lumière et  λ la longueur d'onde du photon . On voit que plus la longueur d'onde est petite plus l'énergie est grande donc utilisable.

Shuji Nakamura ne s'est pas arrêté là en ajoutant des fluorescents qui excités par la lumière émise par la led vont convertir une partie des radiations à 0,47 μm en diverses fréquences jusqu'a obtenir une lumière blanche. La led blanche est commercialisée depuis 1996. Le rendement de cet éclairage est de loin supérieur à tous les autres et va occasionner des économies d'énergie considérables. L'absence d'échauffement du fait du rendement excellent, va bousculer la fabrication des luminaires et accroître la durée de vie des sources lumineuses. On estime qu'en 2020 75% de l'éclairage sera réalisé avec cette technologie.

 Shuji Nakamura dont l'employeur japonais n'a pas eu la reconnaissance qu'il était en droit d'attendre a émigré aux Etats Unis.

La LED blanche actuellement a un rendement de 4 à 10% et fournit 26 à 70 lm/W on prévoit d'obtenir un rendement de 22% et jusqu'à 150 lm/W. Début 2015 on trouve dans le commerce des lampes fournissant 450 Lumens et consomment 5 Watts. Les formes de ces lampes se diversifient et notamment apparaissent des luminaires associant une multitude de Leds blanches. Il n'est pas exagéré de dire que l'éclairage par Led va se généraliser et que la consommation électrique pour les éclairages privés et publics va se trouver divisée par 10 et qu'il s'agit là d'une invention d'une portée extraordinaire
 

Production d'électricité en France

La fourniture d'électricité en France:


La production nette est la production de la centrale moins la consommation propre de la centrale

Les centres producteurs de l'électricité
La France possède le 2ème parc hydroélectrique d'Europe derrière la Norvège.

  Sites Unités de
production
Puissance
installée
Fourni en
2007
  Fourni en
2008
       
Nucléaire 19 58 63,1GW 418TWH 86,6% 417,6 86,3%      
Hydraulique 220 447 20,4 42,6 8,8% 45,9 9,4%      
Thermique 14 14 14,5 22,3 4,6% 19,8 4,1%      
Total       482,9   483,3        

Implantation des centrales nucléaires en France:

carte extraite du Monde du 04 janvier 2012

Le nucléaire dans le monde

En 2002 le parc nucléaire mondial se décomposait comme suit: (Source EDF)

Pays Energie fournie en TWh Puissance
installée
en MW
Nombres
d'unités
portion mondiale
en %
portion nationale
en %
Tarif 2009
€/Mwh
Etats Unis 805 100 582 104 30,3 20  
France 437 63 260 59 16,4 78 122,5
Japon 295 47 587 55 11,1 27  
Allemagne 165 20 470 17 6,2 29 229,4
Russie 142 21 743 31 5,3 16  
Corée du sud 119     4,5 36  
Royaume Uni 88     3,3 23 140,7
Ukraine 78     2,9 45  
Canada 76     2,9 13  
Suède 68     2,6 46  
Espagne           168,4
Italie           199,7
Belgique           188,2

Le générateur du futur

Le réacteur à eau pressurisée:
Actuellement (2010) plusieurs générateurs sont en construction. L'un en France à Flamanville, un autre en Finlande et deux en Chine. d'une puissance de  1 650 MW d'un coût de 4 milliards d'Euros ces réacteurs ont des coûts très élevés mais sont beaucoup plus sécurisés que les anciens. Cependant les évènements de Fukushima, un tremblement de terre au large a provoqué un tsunami inondant plusieurs réacteurs nucléaires et détériorant les installations de refroidissement notamment  ont encore accru les besoins de sécurité. Les coûts vont encore progresser, les chantiers ont pris du retard. Il faut dire évidemment que pour des chantiers aussi gigantesques, aucun prototype ne peut être réalisé, et donc les ennuis se découvrent au fur et à mesure de la construction des premiers réacteurs.
D'autres réacteurs devaient être construits aux Etats Unis, en Angleterre, en Italie, mais la crise risque de retarder les prises de décision. Quant à elle,
l'Allemagne a choisi de prolonger la vie de  ses centrales, le coût du prolongement de durée de vie de 10 ans d'un réacteur de 900MW est de 400 millions €


La matière première l' Uranium

Principaux pays producteurs d'uranium, production annuelle en 1998 et 2006 -
 production en tonnes

ETAT 1998 2006
Canada 10 924 9 862
Australie 4 885 7 593
Kazakhstan 1 074 5 279
Niger 3 731 3 434
Russie 2 000 3 400
Namibie 2 762 3 077
Ouzbékistan 2 000 2 270
Etats Unis 1 872 1 692
Ukraine 500 800
Chine 500 750
Afrique du Sud 962 534

Source : FAO - le monde du 09/10/2007

Source : le monde du 11/01/2009

AUTRES SOURCES D'ELECTRICITE

En millions de tonnes d'équivalent pétrole

Nature 2002 2008 2009
Nucléaire 113,8 114,5 106,8
Thermique (déchets - renouvelables) 11,0 14,8 15,6
Hydraulique, Eolien, Photovoltaïque 5,7 6,4 6,0
Pétrole 1,6 1,1 1,0
Gaz naturel 1,4 0,8 0,8
Charbon 1,2 0,1 0,06

Le solaire:

Il consiste à disposer des cellules photovoltaïques (voir la photo) qui produisent un courant électrique continu par temps ensoleillé. Un onduleur  transforme ce courant continu en courant alternatif de tension adéquat qui permet de se connecter au réseau EDF. L'électricité produite est racheté un bon prix au producteur pour inciter à l'investissement.
L'objectif de l'Etat était de 4800 MW en 2020 mais devant l'aspect intéressant de l'investissement la file d'attente pour obtenir l'autorisation d'installation atteignait déjà ce montant en 2010. L'Etat fut donc contraint de ralentir les connections en raison de la limitation du budget. Pour compenser le frein mis à la construction de nouvelles installation, en octobre 2012 l'Etat augmente le tarif de rachat pour les petites installations de 36kW à 100kW le rachat passe de 17,5 à 18,4 centimes de façon à éviter l'effondrement de la filière et la liquidation des entreprises. Sur un autre plan , un règlement européen limite à 30% la production d'électricité d'origine solaire et éolienne du fait des problèmes posés par l'intermittence de cette énergie.

La Chine qui avait misé sur la construction de capteurs solaires se trouve en surcapacité. Du fait de la crise mondiale qui sévit chaque état se replie derrière son industrie afin de ne pas accroître le chômage. Elle est parvenue à réaliser des capteurs d'un rendement de 19,2% pour un coût de 1,5$ par Watt

Le solaire, comme l'éolien est une source d'énergie intermittente. Elle suppose de disposer d'installations capables de suppléer à leurs défaillances dans des délais courts. Pour cela des centrales au gaz notamment ont été construites mais leur rentabilité est loin d'être assurée aussi , actuellement , en 2013, les constructeurs envisagent de fermer ces centrales. Le coût de ces fournitures d'énergie, solaire et éolienne associées aux usines thermiques polluantes devient problématique. (voir ci dessus)

Exemple de centrale solaire classique Crucey (Eure et Loir)
 
La centrale solaire de Crucey occupe un emplacement de 244 ha dont 130 pour les panneaux solaires. Prévue pour fournir une puissance crête de 60Mw produite par 741150 modules de type "couches minces".

Elle est installé sur un terrain pollué d'une ancienne piste aérienne. Elle a été inaugurée le 28 septembre 2012

 

Les essais de centrales à stockage d'énergie:
La centrale MYRTE. Située près d'Ajaccio en Corse, cette centrale solaire expérimentale  de 3700 m2 de panneaux photovoltaïques est associée à une unité d'électrolyse de l'eau qui produit pendant les périodes de fonctionnement de l'oxygène et de l'hydrogène qui sont stockés dans des cuves sous pression (35bars) . Lorsque les panneaux ne produisent plus d'électricité, ces gaz sont recombinés à l'aide d'une pile à combustible qui produit de l'électricité et de la chaleur (chaleur également intermittente ) .
Le champ photovoltaïque peut produire au mieux 560 kW (kW crête) en plein Soleil.  La capacité de stockage de l’hydrogène est de 1,75 MWh. La pile à combustible peut fournir de l’électricité pendant quelques heures à pleine puissance (entre 3 et 4 heures pour un rendement de pile égal à 50%).

Une autre technique utilisable dans certains sites consiste à réaliser deux bassins pouvant contenir de grandes quantités d'eau l'un à un niveau bas l'autre en altitude . pendant la période de production d'électricité une pompe élève l'eau contenue dans le bassin "bas" vers le bassin haut. Lorsque la production d'électricité s'interrompt on laisse redescendre l'eau qui fait tourner un générateur


Eolien

En janvier 2012 le gouvernement décide de progresser dans le domaine de l'Eolien et notamment l'éolien en mer. Le 12 janvier "le monde" publie la carte ci-dessous.
 

Gaz de schiste:

Aux Etats Unis l'exploitation des gaz et pétroles de schiste est autorisé dans plusieurs Etats. Ce gaz et pétrole est inclus dans la roche , il est nécessaire, pour les libérer de briser la roche, c'est la fracturation. Pour cela les exploitants injectent dans le sol des grandes quantités d'eau contenant des additifs sous haute pression. Il découle de cette technique, des probabilités importantes de pollution des mappes phréatiques. De l'absence de règlementation , découle une anarchie dans l'exploitation de ces gaz mais aussi une chute des prix de l'énergie aux US  donne un coup de fouet sur les couts industriels qui risque de bouleverser le commerce international. Actuellement (début 2013) les forages sont interdits même pour la recherche et l'évaluation des gisements.
 

Image extraite du Monde du 19 avril 2012
 

Les gaz de houille:
Une autre voie semble se présenter pour la France , l'exploitation des gaz de houille. Compte tenu de la structure de la houille il semblerait possible d'exploiter ces gisements sans fracturation hydraulique. Pour le moment , début 2013, la possibilité d'exploitation de ces gaz vient d'être évoquée. (à suivre)

 

Un projet d'envergure : La fusion nucléaire(illustration de droite)

L'énergie nucléaire actuelle utilise la fission de l'atome. Elle consiste à casser le noyau de l'atome (uranium ou plutonium) en le bombardant de neutrons. Lorsque le noyau de l'uranium ou du plutonium absorbe un neutron il va dans la plus part des cas se briser en libérant de l'énergie et un neutron qui va à son tour participer au bombardement.

La fusion nucléaire consiste à porter des gaz de faible poids atomique (Deutérium et Tritium) à une température extrêmement élevée, 150 millions de degrés. A ces températures les gaz sont entièrement ionisés, c'est à dire que les atomes sont entièrement dissociés, protons, neutrons, électrons sont devenus indépendants. Soumis à un champ magnétique intense, les particules chargées électriquement sont réorientées pour se combiner en hélium alors que les neutrons vont céder leur énergie. L'énergie libérée est telle que les matériaux qui sont contenus dans la batterie de nos ordinateur serait susceptible de fournir l'équivalent de 40 tonnes de charbon.

Pour réaliser cette fusion aucun matériau ne peut supporter une telle température aussi , le plasma ainsi obtenu doit-il être maintenu en lévitation à l'aide de bobines magnétiques qui seront parcourues par des courants électriques très intenses. Pour ce faire elles sont réalisées en matériaux supraconducteurs refroidis par le l'Hélium liquide (-269°c). Il est évident que pour obtenir ces températures et de l'hélium liquide, beaucoup d'énergie doit être dépensée.

Le projet ITER
Le terme de Tokamak est un acronyme de termes russes. Inventé par les savants russes Igor Tamm et Andeï Sakharov, le premier a été construit à Moscou à l'Institut Kurchatov.
Il existe actuellement plusieurs dispositifs capables de mettre en application un tel procédé. Le plus important est en Angleterre le JET (Joint European Torus) c'est une installation de recherche qui a produit 16MW de puissance de fusion mais elle produit moins d'énergie qu'elle en consomme. Le Tokamak en cours de construction, à Cadarache dans le sud de la France, a pour ambition de produire 10 fois plus d'énergie qu'il en absorbe, 500 MW pour 50 absorbés.
 A travers les chiffres :
- 7  participants au projet Chine, Corée, Etats Unis, Europe, Indes, Japon, Russie (35 pays) chaque pays réalise une fraction d'ITER
- 10 000 km de câble supraconducteur (niobium-étain) 6 pays se charge de sa réalisation soit 400 tonnes de Nb3Sn alors que la production était de 15 tonnes par an.
- 18 bobines supra conductrices, chacune d'elles pèsera 360 tonnes d'une hauteur de 14m et de 9m de large elles seront acheminées par bateau puis par convoi
- 23 000 tonnes poids du tokamak ( la tour Eiffel pèse 7 300 tonnes)
- le volume de plasma sera de 840 m3 le JET anglais à un volume de plasma de 100 m3
- au plus fort de l'activité 5 000 personnes travailleront sur le site
- 77 000 personnes ont déjà visité le site en construction
 

L'objectif est de montrer qu'il est possible de produire de l'énergie pendant un temps long. Il devrait entrer en fonction en  2030 et permettre la réalisation d'une unité préindustrielle en 2050

Les informations ont été puisées sur les deux sites ci dessous
http://www.paristechreview.com/2015/02/23/fusion-nucleaire-iter/
http://www.iter.org/fr/factsfigures

Il existe aussi une fiche sur le pétrole

Fiche revue le 31/03/2015

Document N° 076