Pour de grandes valeurs, on emploie des notations simplifiées pour parler de milliers, millions, milliards et million de millions.

Notations et abréviations

Notations des grandeurs.

k (kilo) milliers. Exemple kW: kilowatt.

M (Mega) millions. Exemple MWh : Mégawatheures

G (Giga) milliards. Exemple G€: un milliard d'euros. (Multiplié par dix à la puissance 9). 

T (Téra) trillion (ou mille milliards). Multiplié par dix à la puissance 12. Exemple : La consommation belge annuelle d'électricité était de 82 TWh (Térawattheures). Les revenus de l'électricité belge étaient alors de 14,7 G€ par an (à 180 €/MWh, prix payé par le client), soit 6% du produit national belge. 

Peta : (Multiplié par dix à la puissance 15.)

Exa (Exajoules). Multiplié par dix à la puissance 18. La consommation mondiale d'énergie est de 700 exajoules.

Notations électriques.

V : Volt : Voltage ou Potentiel électrique. Exemple : Une ligne de pylônes à haute tension de 765 kV.

W : Watt : unité de puissance. Exemple : une turbine éolienne de 3 MW.

Puissances et énergies

Wh : Wattheure : Unité d'énergie. Exemple : Une centrale nucléaire de 1 GW produit 8 TWh par an (utilisation à 91 %) . Les publicités éoliennes incitent les lecteurs à confondre la puissance et l'énergie. Une éolienne (aérogénérateur de 2 MW) produit 3 GWh/an sur les 1533 heures (coefficient de charge de 17,5% ) où elle tourne en Ardenne. Une petite centrale à gaz de 300 MW génère 2,36 TWh (90% d'utilisation). Un Wh = 3600 Joules (ou Watt seconde). Un travail (une énergie) de un Newton appliqué sur un mètre est égal à un joule ou watt seconde ou approximativement 10 kg m. (constante de gravitation de 9,81 m/s2). 1 N (Newton) = 0,1 kg. 1 W = N m = 0,1 kg m.

       Par grand vent, une éolienne de 2 MW est capable de soulever un poids de 200 T (tonnes) sur 1 m ou 2 T sur son mat de 100 m en 1 seconde, effort équivalent à celui de 26 voiture de 75 kW (100 CV) à pleine puissance (chaque voiture de 2 tonnes montant de 4 m/s (14 km/h) en hauteur, soit à 140 km/h sur une pente de 10%,la résistance au vent et au roulement étant supposée nulle).

         L'aérogénérateur peut délivrer cette puissance pendant des périodes de vents variables équivalent à 1533 heures par an (17,5 %) en Ardennes mais une éolienne offshore pourrait le faire pendant 2628  heures (30 %). Il faudrait 8000 éoliennes de 2 MW en Wallonie pour fournir l'énergie de la centrale nucléaire de Tihange (24 TWh). L'intermittence du vent, son irrégularité, l'impossibilité pratique de stocker cette énergie et l'impact sur le cadre de vie des riverains ont de tels inconvénients qu'ils rendent l'éolien ardennais non compétitif par rapport à celui offshore où il suffirait de 1500 éoliennes de 6 MW, soit 5 fois moins, et d'un backup deux fois moins polluant  (La Wallonie a droit à 40 % de l'offshore en Mer du Nord car les Wallons déboursent leur part pour les subsides versés aux promoteurs offshore).

      Les CV offshore coûtent plus cher qu'en inshore mais on perd moins en dépensant pour une production positive qu'en dépensant pour une production négative, quel que soit le prix unitaire.

Énergies des carburants

Calcul de l'énergie par molécule 

(d'après [168])

• Graphite : C + O2 -> CO2 + 4,08 eV/12 g. (Les charbons - de la tourbe à l'anthracite - contiennent une proportion variable de graphite)
• Méthane : CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + 8,37 eV/16 g. L'eau formée est sous forme vapeur.

Calcul de l'énergie par poids

• Gaz naturel : 8,37/16 =0,523
• Graphite : 4,08/12 =0,340
• Calorie/poids (gaz/charbon) = 0,523/0,340 = 154 %

Rapports gaz/charbon

     Le gaz naturel produit 1,54 fois plus de calories par unité de poids que le charbon (anthracite). Les montants officiels de CO2 sont des équivalents de CO2 pour l'effet de serre produit. Le gaz et le pétrole produisent moins de CO2 par calorie ou kWh que le charbon.

• CO2/poids : 12/16 = 75 %
• Rapport CO2/calorie : 0,75/1,54 = 48 %

kWh produits par unité de poids

     Les centrales à charbon actuelles ont un rendement de 40 % et les TGV ont un rendement de 55 %. La formule des comparaisons par poids de carburant est : Calorie/poids x rendement centrale = kWh .

• Rendement des centrales : Charbon : 40% ; Gaz : 55%
• kWh gaz/graphite : 1,54 x 55/40 = 2,118 (Les valeurs pour le charbon sont plus basses suivant le type).
• kWh/kilo de gaz ou de diesel ou d'essence= 0,525 x 

 CO2 produit par kWh

    Les montants officiels de CO2 sont des équivalents de CO2 pour l'effet de serre produit. Le gaz et le pétrole produisent moins de CO2 par calorie ou kWh que le charbon. Les statistiques s'accordent peu. Les chiffres du gaz comparé au graphite sont :

• Rapport gaz/charbon: 2,118 /0,48 = 2,86 fois moins de CO2/kWh (de 3 à 10 ?).

Production de CO2 par kg de charbon et m³ de gaz naturel

       « Pour ceux qui veulent la preuve que les physiciens sont humains, cette preuve se trouve dans l’idiotie des unités différentes qu’ils utilisent pour mesurer l’énergie ». The Character of Physical Law (1967) R.P. Feynman.

        La combustion d’un kilo de carbone (anthracite) produit 3,66 kg de CO2, puisque cela ajoute à une molécule de carbone (poids atomique de 12), deux molécules d’oxygène  (2 x 16 = 32) pour un total de (12+ 32 = 44), soit 3,66 fois plus lourd.

        Par rapport au carbone, le méthane produit moins de CO2 pour la même production de chaleur mais produit en plus de la vapeur d’eau provenant de la combustion de l’hydrogène dans le méthane : CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O produit 13,9 kWh par kilogramme de combustible.

      Le gaz naturel est normalement mesuré en m³ et non en kg. Le gaz naturel extrait contient des produits qui sont récupérés pour la chimie avant de le vendre (butane, propane). Le gaz naturel vendu aux particuliers contient aussi du CO2 et de l’air et quelques polluants (dont certains se transformeront en acide sulfurique).

       La densité du méthane n’est que de 0,66 mais le gaz naturel commercial contient aussi du CO2 (densité 2) et de l’air (densité 1,2) et a une densité variant de 0,7 à 0,9. Sa capacité de produire de la chaleur est donc plus faible que celle du méthane. La chaleur de combustion d’un m³ de gaz naturel est au minimum de 10,8 kWh. Le CO2 émis par un m³ de méthane est de 535 g x 44/12 = 1964 g.

      Par kWhc, (de 10,8 à 13,9 kWhc/m3) on trouve entre 1964 x 13,9= 272 g/kWh et 1964 x 10,8= 212 g/kWhc. Le chiffre officiel choisi est 251 g/kWh.

       Avec un rendement officiel des générateurs à gaz TGV de 55%, on trouve des émissions de 456 g.éq-CO2/kWhe.

      Un m³ de gaz naturel est approximativement égal à un litre d’essence et pèse environ un kilo. Un TGV produit 456 kg de CO2 pour un MWh électrique. Un m3 de gaz naturel produit 12,7 kWhc. 1000 m³ produisent 12,7 MWh caloriques ou 7,03 MWh électrique. Cela génère 3,2 ton-éq CO2. Une ton-éq CO2 est générée par 312 m³ de gaz naturel.

Émissions de CO2

Pétrole : Une voiture légère et moderne qui consomme 4 litres de carburant au 100 km (conduite économique) émet 150 grammes/100 km. (statistiques officielles)

Gaz naturel : Une centrale TGV émet 456 grammes de CO2/kWhe. (456 tonnes de CO2/GWh, chiffres utilisés dans les statistiques officielles).

     L'effet de serre du méthane est 23 fois plus fort que celui du CO2 (de 20 à 50 fois suivant les hypothèses sur la durée de vie du méthane dans l'atmosphère). L'effet de serre de fuites de gaz, supposées de 5 %, principalement à l'extraction, serait de 23 x 5 % = 115 % et la somme des effets de GES du gaz naturel serait de 1+115 % = 215 %,  ce qui doublerait les GES. Comme personne ne peut mesurer les fuites de méthane à la production, ce rapport est discuté à juste titre et le point de vue des gaziers a prévalu : le gaz produit 2 fois moins de gaz à effet de serre que le charbon. La production de NO2 par les engrais agricoles a une effet important dans le bilan climatique des agro-carburants.

       Le nucléaire et l'éolien ne produisent pas de quantités notables de CO2, cependant les centrales de backup de l'éolien émettent par leurs centrales TGV (de 70 % à 85% du temps). Le fonctionnement irrégulier des centrales de backup ne permet pas d'optimiser les performances et de minimiser le pourcentage de CO2 produit par kWh.

Autres notations

Baril : Un baril de pétrole brut (159 litres ou 136 kg) représente 0,136 Tep. (1 Mb ou 1 MBD : un million de barils).

Gaz naturel versus essence ou diesel: Pour des calculs de première approximation, un m3 de gaz naturel a la même énergie calorifique qu'un litre de pétrole. Le diesel est plus lourd que l'essence mais a à peu près la même capacité calorifique par poids.

Tep : Tonne équivalent pétrole. Quantité de calories équivalente à la combustion d'une tonne de pétrole. La TEP exprimée en kWh sert à des manipulations suivant qu'on prend la quantité de pétrole pour produire des kWh dans une centrale (rendement 30 à 50%) ou qu'on prend les calories générées dans une résistance (rendement 100%). Un Tep = 11,63 MWhc en équivalent caloriques pour produire l'électricité ou environ 3,84 MWhe (pour un rendement de 33%) ou 5,81 MWhe pour un rendement de 50%, observé en pratique dans les TGV).

CO2 : Dioxyde de carbone. Le symbole est parfois utilisé comme représentant de tous les gaz à effet de serre. Pour désigner l'équivalence des GES en CO2 dans les combustions, on parle d'équivalent en grammes de CO2/kWh.

EU : Communautés européennes. Organisation qui s'implique activement mais pas toujours scientifiquement dans les problèmes d'environnement.

GES : gaz a effet de serre, principalement le CO2 et le gaz naturel (méthane).

Ewea, Ademe, Apere : Lobbies éoliens européen, français et belge.

kWhc, kWhe : Le kWhc  est l'équivalent des calories nécessaires pour produire un kWh (rendement de 33 %). L'énergie de l'électricité produite (kWhe) est indiquée par des kilowatts électriques quand il y a risque de confusion entre les unités. On convertit les kWhc en kWhe en multipliant par 0,33. On divise par 0,33 pour passer des kWhe au kWhc (ou on multiplei par 3).

MWhc (chaleur) et MWhe (électricité): Du carburant peut produire de la chaleur (des calories) avec un rendement de 100% dans une chaudière fermée. Pour produire de l'électricité, il faut tenir compte du rendement du générateur (de 25 à 60%.)

Médias : Télévision, presse journalière et périodique, sites internet. Des films ont été financés pour exacerber la peur du nucléaire mais pas la crainte des industries chimiques  (pesticides et solvants), indutrielles (poussières de charbon et du pétrole lourd) ou métalliques (pollution au mercure et au plomb), bien plus dangereuses. La source de financement des médias est rarement la vente de l'information mais le support des gouvernements, des fondations et des entreprises, support monétaire souvent transformé par les lobbies (par exemple en finançant des messages élogieux dans les médias). 

ONG : Organisation non gouvernementale. Elles sont souvent financées par des budgets publics, y compris par la Banque mondiale, l'ONU et l'EU. Quelques ONG se sentent investies de la mission de diffuser les messages que les religieux émettaient avant eux. L'accès des ONG aux médias est un facteur important de la propagande moderne, aidé par des moyens (souvent cachés) de financement. L'écrasante majorité des membres d'ONG cherchent à réaliser honnêtement leur idéal, ce dont profite quelques rares affairistes. Comme les religieux, les bénévoles des ONG comprennent mal les nécessités économiques et sont ainsi facilement manipulables par ceux qui manient l'aspect émotionnel des problèmes.

ONU : Organisation des Nations Unies. L'organisation se propose pour coordonner la lutte contre le réchauffement climatique et les autres problèmes globaux d'environnement qui demandent la coopération de tous les pays. L'ONU, des lobbies et des fondations ont financé depuis 1992 des ONG pour qu'elles portent leurs messages dans les grandes conférences internationales.

Données économiques

      Pour avoir une vue d’ensemble de l’économie et du rôle de l’énergie dans celle-ci, il est utile, à titre de vérification et pour se représenter mieux la part de chaque domaine, de calculer ce qu’impliquent chacun des nombres cités dans l’étude.

Population et revenus par personne

       Le revenu mondial (PIB ou GDP) des 6 milliards de terriens (6 Gp) est estimé à 66 T$ (50 T€).

       Par exemple, ces revenus proviennent de Terriens catégorisées ici en 3 groupes dont le revenu moyen est 40 k$/an (1 Gp), 10 k$/ans (2 Gp) ou 2 k$/an (3 GP). Plus précisément ces revenus sont ceux de familles contenant 3 personnes et ayant un revenu moyen correspondant au triple de ces revenus.

      Si les possessions du monde entier sont l’équivalent de 6 ans de revenus bruts (en additionnant la valeur de tous les biens privés et publics négociables), la valeur du capital mondial est de 400 T$ mais la valorisation réalisable de ce montant peut varier de la moitié au double pendant les crises et les bulles. La plupart des biens publics ne sont pas à vendre et ce capital est difficile à estimer.

   Si les biens privés capitalisés (50 % du total) sont divisés en 3 groupes égaux : immobilier, valeur des entreprises, obligations, le total de tous les capitaux boursiers serait de 66 T$ hors des crises et donc égal à un an de revenus bruts. 

Données sur l’énergie

     La production mondiale de pétrole est de 90 millions de barils (159 l) par jour (90 Mb/j) ou 12,27 million de tonnes équivalent pétrole par jour (12,3 M Tep/j) ou 4,5 G Tep/an.

     14310 Ml d'essence/jour dans le monde. 14 Gl donnent 1817 TWhc/j.

      La production annuelle est de 90 * 365 jours = 33 Gb/j. Le prix d’exportation de cette énergie primaire est : [33 x 40 $/b =] 1,3 T€/an, soit 2 % du PIB mondial.

      Le gaz, le nucléaire, l’hydraulique, le charbon, le bois et les autres renouvelables ont un pouvoir énergétique équivalent mais leur total est couramment 2 fois moins cher. L’énergie primaire représenterait ainsi grosso-modo 3 % du PIB ou 2 T$/an.

Électricité

      La consommation mondiale a été de 18 235 TWhe en 2005, soit un montant de 547 G$ en valorisant l’électricité primaire à 30 $/MWhe. L’énergie pour produire l’électricité est déjà inclue dans ce prix (Soit 11 % de l’énergie). Le nucléaire mondial a une puissance de 368 GW produisant 2768 TWh (à 86 % d’utilisation), soit 15 % de l’énergie électrique.

     La conversion des kWhe en kWhc donne lieu à des manipulations.

Conversion vers des MWh (caloriques) ou des MWhe (électriques).

• 1 Baril = 0,614 MWhe = 159 l (136,4 kg) de pétrole brut.
• 1 litre d'essence = 0,614/159 = 3,8 kWhe = 11,58 kWhc.
• 1 Tep = 7,33 barils = 4,5 MWhe = 13,5 MWhc.
• 1 MWhe est produit par 0,630 baril ou 0,222 Tep ou par 100 litres d'essence. (Rendement des générateurs de secours à essence ou au diesel de 26%).
• Une relation facile à retenir est : 10 kWhe est produit par 1 litre d'essence ou de diesel. (Cela n'est vrai qu'avec un rendement de 33%, alors que le diesel optimisé a un rendement de 48% et les TGV ont un rendement de 55%, le m³ de gaz naturel remplaçant le litre d'hydrocarbure).
• 1 litre d'essence produit 10 kWhc ou 3,3 kWhe (générateur de 33% de rendement).
• Le rendement de moteurs diesel optimisés est de 48%.
• Le prix du gaz naturel (à la sortie des gazoducs) pour produire cette électricité (1 m³ pour un kilo de pétrole) est normalement choisi pour rester compétitif.
• 1 MWhe vaut environ 30 € au prix de l’électricité à la sortie des centrales nucléaires et à charbon. (2010)
• Ces conversions sont rendues encore plus confuses quand les lobbies parlent de véhicules électriques.

Intensité énergétique en Belgique

     La Belgique a un PIB de 220 G€. Elle produit 82 TWhe. La correspondance entre le PIB et l’électricité produite se traduit par [220/82=] 2,68 € de PIB pour chaque kWhe produit. La part du PIB dans chaque kWh (MWhe à 30 €) est de 0,03 €.

      Ainsi un euro de PIB est associé à 0,373 kWhe, soit 0,011 €. La production de cet euro implique la dépense  de cet électricité et du CO2 qui lui est associé, par exemple par les travailleurs produisant ce CO2 par leurs consommations personnelles résultant de cet euro gagné et injecté dans l'économie. Le total de ces sommes représente 1,1 % du PIB.

       En supposant que l’électricité coûte 1/3 de l’ensemble des énergies primaires, celles-ci interviennent pour 3,3 % du PIB. Il y a d’autres façons de faire ce calcul.

     L’énergie utilisée est estimée à 3 fois le prix de l’énergie primaire, mais ce supplément provient de dépenses internes au pays. L’énergie représente ainsi 10 % du PIB.

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