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Efficacité énergétique : les secteurs clés

Le 14/10/2010

Production et distribution d’électricité, industrie, transports… Tous les domaines d’activité sont concernés par l’amélioration de l’efficacité énergétique. Depuis plusieurs décennies, on emploie mieux l’énergie et on en consomme moins. Ces évolutions se sont accélérées depuis les années 1990. Elles ont été rendues possibles par des technologies industrielles novatrices et par des démarches telles que l’éco-conception.

Le site de Taweelah A1 comprend une centrale électrique et une usine de dessalement d'eau de mer, et fonctionne en cogénération : il produit de l'électricité et de l'énergie thermique, cette dernière étant utilisée pour alimenter l'usine de dessalement (Émirats arabes unis, octobre 2003). © Total / Labelle Michel

Électricité :
une production
et une distribution optimisées

Les compagnies d’électricité doivent satisfaire la demande en énergie des consommateurs (secteurs industriel et tertiaire, particuliers) tout en limitant le gaspillage. Pour ce faire, elles améliorent l’efficacité énergétique dans la production et le transport
de l’électricité.

Il est facile de stocker un peu d’électricité pour la réutiliser plus tard selon ses besoins,
par exemple, dans les batteries des téléphones portables. En revanche, il n’est pas possible de conserver de grandes quantités d’énergie électrique pour un usage ultérieur : l’électricité produite par les centrales est injectée dans le réseau pour répondre à des besoins immédiats.

Les compagnies d’électricité recourent à diverses techniques pour mettre à profit les surplus d’énergie inutilisés.

C’est pourquoi les compagnies du secteur de l’énergie anticipent la demande afin d’adapter
la production. Malgré ces précautions, il peut toujours rester un surplus d’énergie inutilisé
ou, au contraire, en manquer lors des pics de consommation, ce qui peut entraîner des coupures de courant. Pour prévenir ces situations, les compagnies d’électricité ont recours
à diverses techniques :

• les réseaux intelligents (en anglais, smart grid) permettent de mieux gérer
la consommation d’électricité et de la réduire de 5 à 10 %.¹ Ils comportent des compteurs dotés de technologies avancées, capables de communiquer des informations aux consommateurs en fonction de la situation du réseau. Par exemple, quand la demande globale
en électricité diminue, les particuliers reçoivent un message leur suggérant de lancer un cycle
de lave-vaisselle. Ainsi, l’énergie excédentaire peut être employée en temps réel ;

• les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) sont des centrales hydroélectriques qui utilisent les surplus d’électricité du réseau. Elles comprennent
deux bassins qui retiennent l’eau à des altitudes différentes. Pendant les heures de forte consommation électrique, l’eau accumulée dans le bassin supérieur passe dans le bassin inférieur en se déversant au travers de turbines. Celles-ci se mettent à tourner pour produire de l’électricité. Durant les heures de basse consommation électrique, l’eau est remontée dans le bassin supérieur à l’aide de pompes électriques actionnées grâce à l’énergie excédentaire
du réseau ;

• ce système de pompage-turbinage est aussi employé lors de fortes pluies ou de la fonte des glaces. Durant ces périodes, les barrages ne peuvent retenir toute l’eau qui gonfle
les rivières : on les laisse ouverts pour évacuer cette eau. Les turbines tournent alors à plein régime et la production électrique augmente. Si l’électricité supplémentaire n’est pas demandée par les consommateurs, elle fait fonctionner des pompes qui transportent l’eau en amont du barrage.

Par ailleurs, les distributeurs d’électricité cherchent à réduire les pertes d’énergie constatées durant le transport du courant électrique. Ces pertes sont liées à l’effet Joule : lorsqu’on fait passer du courant dans un câble conducteur, ce courant circule en se frayant un chemin parmi les atomes des matériaux qui composent les fils électriques et heurte ces atomes. Sous l’effet de tels chocs, une partie de l’énergie électrique se transforme en énergie calorifique et les fils s’échauffent. L’énergie électrique ainsi perdue représente en moyenne 2,5 % de l’électricité acheminée.

Pour limiter ce phénomène, on optimise en permanence la structure et l’exploitation des réseaux et on fabrique des câbles électriques en cuivre ou en aluminium. Ces matériaux, très conducteurs, fluidifient la circulation de l’électricité dans les fils, d’où une limitation des pertes dues à l’effet Joule.

Le secteur industriel, un modèle à suivre

Consommer moins…

Suite au choc pétrolier de 1973, le secteur industriel a réduit sa consommation d’énergie pour pouvoir maintenir son développement. De manière quasiment continue, dans un contexte
de raréfaction et de surenchérissement des énergies fossiles, ces efforts ont été soutenus par
les pouvoirs publics. En France est créée, dès 1974, l’Agence pour les économies d’énergie (AEE), organisme précurseur de l’ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie, née en 1990).

Ainsi, en quelques décennies, l’industrie s’est montrée exemplaire en matière d’économies d’énergie :

   •    à l’échelle mondiale, ce secteur a divisé par deux sa consommation de pétrole entre 1973 et 2007² ;

   •    dans l’Union européenne à 27, entre 1997 et 2007, le secteur industriel a économisé chaque année 1,8 % d’énergie finale³, c’est-à-dire d’énergie livrée prête à consommer. Ainsi, la part d’énergie finale consommée par ce secteur d’activité est passée de 45 % en 1971 à 28 % en 2007.

Pour obtenir ces résultats, le secteur industriel a misé sur des équipements et des procédés applicables à l’échelle de ses activités. En effet, certaines innovations techniques permettent d’économiser de grandes quantités d’énergie dans un cadre industriel, tandis que d’autres sont réservées à un usage individuel. Ainsi, l’industrie a massivement investi dans :

   •   des équipements à haut rendement, moins énergivores, couplés à une meilleure isolation des bâtiments industriels,

   •   l’amélioration de la gestion et de la conception des installations industrielles,

   •   l’installation de centrales thermiques à cogénération, encouragée en particulier, depuis 2004, par une directive européenne (en 1997, la France avait promulgué une réglementation très favorable à la cogénération ; les conditions d’application sont devenues beaucoup plus défavorables). Comme des centrales thermiques classiques, ces installations fonctionnent grâce à la combustion de gaz naturel. On y fait chauffer de l’eau jusqu’à ce qu’elle se transforme en vapeur pour faire tourner des turbines électriques. Toutefois, dans le cas des centrales à cogénération, on minimise la production d’électricité afin de pouvoir employer la chaleur résiduelle localement, au sein de l’installation industrielle.

… Consommer mieux

Pour améliorer encore davantage ses performances énergétiques, l’industrie explore
de nouvelles pistes :

   •    l’intégration thermique consiste à concevoir des chaînes de production où l’on peut transférer l’énergie calorifique d’un point de la chaîne où elle est inutile, vers un autre point où elle est réemployée. Par exemple, on peut récupérer la chaleur d’eaux usées pour chauffer un autre liquide. Ainsi, on valorise les calories présentes dans ces eaux ;

   •    la production de chaleur décentralisée consiste, pour les installations industrielles,
à ce qu'elles produisent, elles-mêmes, une partie de l’énergie calorifique dont elles ont besoin.
Ce mode de production contribue à l’efficacité énergétique : moins on transporte l’énergie,
moins on subit de pertes énergétiques liées à son transport.

Prendre en compte tout le cycle de vie d'un produit

Parallèlement, les acteurs de l’industrie ont adopté des procédés d’éco-conception. Cette démarche consiste à prendre en compte les enjeux environnementaux à toutes les étapes de la vie d’un produit ou d’un service (fabrication, distribution, utilisation, valorisation finale notamment par le recyclage). En Europe, le secteur des plastiques a été le premier à généraliser l’éco-conception dès les années 1990.

La réduction de la consommation d’énergie et l’utilisation optimale de l’énergie occupent une place essentielle dans l’éco-conception avec, pour objectif final, un impact moindre sur l’environnement. Par exemple, le groupe Total a développé, depuis 2009, un programme intitulé "Total Ecosolutions", en proposant 13 produits conçus dans un souci d’efficacité énergétique. Il s’agit de plastiques innovants, mais aussi de colles et de lubrifiants dont les procédés de fabrication et l’utilisation permettent d’économiser l’énergie. En 2010, Total a estimé que l’usage de ces 13 produits avait déjà permis d’éviter l’émission d’importantes quantités de gaz à effet de serre (GES), équivalant aux émissions annuelles de 160 000 véhicules !

À travers l’éco-conception, on cherche non seulement à réduire l’énergie employée pour fabriquer le produit, mais aussi celle mobilisée pour le transporter. Par exemple, si l’on charge
dans un camion des yaourts emballés dans des pots en verre, le produit lui-même n’occupe
que 64 % du volume disponible dans le camion et le packaging 36 %. En revanche,
si les yaourts sont conditionnés dans des pots en plastique, on peut en transporter beaucoup plus dans le même véhicule : 97 % du volume du camion est alors dédié au transport du produit, tandis que le packaging en plastique n’occupe que 3 % de ce volume.⁴ On consomme ainsi beaucoup moins d’énergie pour acheminer les marchandises vers les consommateurs :
chaque année en Europe, le conditionnement plastique permet d’économiser 10 millions de tonnes de carburant.⁵

Si les industriels remplaçaient les emballages plastiques par d’autres types d’emballages, ils économiseraient beaucoup d’énergie.

Faux. Si les packagings en plastique étaient supprimés au profit d’autres types d'emballages, on dépenserait deux fois plus d’énergie pour les fabriquer !⁶

Secteurs des transports et des produits pétroliers :
des améliorations importantes

Des véhicules innovants

Trains et avions bénéficient aussi de nouvelles technologies qui réduisent leur consommation énergétique :

   •    depuis 2007, les TGV conçus par Alstom consomment 10 % d’électricité en moins.⁷ Ils sont équipés d’un système qui, à chaque freinage du train, récupère son énergie cinétique, c’est-à-dire l’énergie que le TGV possède lorsqu’il roule. Au lieu d’être dispersée sous forme de chaleur lors du freinage comme sur un train standard, cette énergie cinétique est convertie en électricité utilisée pour alimenter la locomotive et les voitures ;

   •    les constructeurs aéronautiques Airbus et Boeing intègrent dans leurs avions
jusqu’à 50 % de matériaux composites à base de fibre de carbone plastifiée. Plus légers que des appareils standard, ces avions consomment 20 % de kérosène en moins⁸ ;

   •    depuis les années 1990, Michelin produit des pneus qui ont permis d’économiser
1,4 million de tonnes de carburant.⁹ Comme tous les pneumatiques, ils se dilatent au contact des aspérités du sol lorsque le véhicule roule. Pour retrouver leur forme initiale, ils utilisent une partie de l’énergie mécanique fournie par la combustion du carburant. Cependant, comme ils sont composés de silice, ils se déforment beaucoup moins que des pneus standard et contribuent aux économies de carburant : on dit qu’ils opposent une faible résistance au roulement.

Les véhicules économes en énergie
ont des performances réduites par rapport
aux appareils standard.

Faux. Les machines ou les véhicules qui fonctionnent avec moins d’énergie
sont conçus de telle sorte qu'ils conservent toutes leurs performances

initiales : on a simplement augmenté leur efficacité énergétique.

Des carburants et des moteurs plus efficaces…

Dans le secteur pétrolier, on travaille à améliorer les performances des moteurs et des carburants qui leur permettent de fonctionner. Des chercheurs parviennent à rendre les molécules d’essence plus détonantes, c’est-à-dire qu’elles explosent plus facilement. Il en résulte une combustion plus complète et une diminution de la consommation de carburant pour les automobilistes. De même, on ajoute à l’essence des substances qui atténuent l’encrassement des moteurs, phénomène pouvant empêcher la bonne combustion des carburants.

… Produits dans un souci d’économie d’énergie

Pour extraire, transporter et raffiner le pétrole brut, les industriels du secteur pétrolier consomment de grandes quantités d’énergie. L’amélioration de l’efficacité énergétique représente donc un objectif primordial dans ce secteur. Elle passe par la généralisation de démarches et de techniques visant à minimiser la consommation d’énergie et à optimiser l’utilisation de l’énergie consommée :

   •   réalisation de bilans énergétiques pour identifier les sites et les procédés dont l’efficacité énergétique peut être accrue ;

   •   modernisation des équipements existants ;

   •   choix de nouveaux équipements moins énergivores (par exemple, fours industriels dont on préchauffe l’air pour qu’ils présentent un meilleur rendement) ;

   •   installation de systèmes de récupération de chaleur (équipements permettant de récolter l’énergie calorifique disponible dans les fluides chauds afin de la réemployer sur le site en autoconsommation) ;

   •   investissement dans des programmes de recherche dédiés à l’efficacité énergétique ;

   •   formation des professionnels aux techniques favorisant l’efficacité énergétique.

Le groupe pétrolier Total a été précurseur en matière d’efficacité énergétique.
Dès les années 1970, il a adopté des procédés ou équipements novateurs dans ses raffineries
de pétrole :

   •    l’échangeur de chaleur Packinox est un équipement qui permet de transférer de l’énergie thermique entre deux fluides sans les mélanger. Composé de plaques, il transmet la chaleur plus efficacement que les échangeurs classiques tubulaires, d’où des économies d’énergie ;

•    les procédés de distillation spécifiques employés dans ces raffineries permettent également d’économiser de l’énergie ;

   •    le séchage des boues industrielles grâce à l’énergie solaire capturée par des serres, combinée à l’énergie produite par un système de récupération de chaleur, est en cours de développement à la raffinerie de Donges. Ce mode de séchage est moins énergivore et onéreux qu’un dispositif classique de destruction des boues par incinération.

En cumulant ces améliorations, on économise beaucoup d’énergie.