Copenhague : Shut up and calculate* 16


Little Professor par draggin sur flickr

Soyons fous : à Copenhague, adoptons la « société à 2ooo watts« . Divisons la consommation d’énergie de l’Europe par 3, persuadons Obama de réduire celle des USA d’un facteur 6 et la Chine de stopper la croissance de la sienne pour que le monde entier se retrouve à la moyenne actuelle de sa consommation d’énergie, mais propre.

Un petit calcul sur la Suisse pour commencer :

  • 7.5 millions d’habitants à 2000 W, ça donne une puissance de 15 Gigawatt à produire en continu.
  • 15 GW x 8766 heures donnent 141.5 Terawattheure (TWh) d’énergie à produire annuellement.
  • Nos barrages produisent 42.3 TWh
  • Les plans les plus optimistes pour le solaire+éolien prévoient 10 TWh en 2050. Dans le meilleur des cas, les énergies renouvelables couvriront donc  30% de nos besoins réduits d’un facteur 3 …
  • Heureusement, la société à 2000W nous permet tout de même 25% d’énergies fossiles, soit 36 TWh au maximum.
  • Les centrales nucléaires existantes fourniront 25.3 TWh jusqu’à ce qu’elles rouillent.
  • Restent 28 TWh à produire. Comment ???

Passons au calcul mondial :

  • 7 milliards d’habitants (en 2012) x 2000 watts x 8766 heures = 116’580 Terawattheures
  • 25% de pétrole, gaz, charbon : 29’145 TWh soit 2.5 milliards de tonnes équivalent pétrole, le quart de la consommation actuelle de charbon+pétrole+gaz , soit celle des années 1950:

    Evolution de la consommation mondiale d’énergie. Source : J.-M. Jancovici (Manicore)

  • 14’000 TWh de biomasse (=bois), biocarburants et biogaz
  • la production actuelle d’électricité est de 19’000 TWh , dont :
    • 3000 TWh hydrauliques
    • 242 TWh éoliens
    • 509 TWh de géothermie
    • 5 TWh photovoltaïque… Allez, ajoutons les 45.3 TWh de solaire thermique pour les encourager …
    • marémotrice et hydroliennes : autant que le photovoltaïque : 5 TWh
    • et 2587 TWh nuclaires
    • le reste, soit 12’607 TWh est actuellement produit par des centrales thermiques au charbon, gaz et pétrole. Normalement on devrait inclure ceci dans les 25% de pétrole, mais admettons qu’on équipe toutes ces centrales de systèmes de capture et de stockage du CO2, ok ?

    Admettons qu’on arrive encore à doubler la production hydroélectrique et multiplier par 10 la production des autres renouvelables pour atteindre 14’513 TWh. Vous pouvez multiplier par 100 le photovoltaïque si vous voulez, ça ne change rien. Arrondissons la production future d’électricité totale à 30’000 TWh

  • Total de la production : 73’145 TWh, soit seulement 60% de la consommation d’une humanité à 2000 watts.
    Comment produira-t-on les 43’600 TWh manquants ???

Je rappelle que ce scénario est basé sur des propositions environnementalistes actuelles qui impliquent une réduction d’un facteur 3 de la consommation d’énergie de l’Européen moyen…. Une utopie, passe encore, mais si le total ne joue pas, je m’inquiète…

*Note : Le titre de l’article « shut up and calculate » est la devise attribuée à « l’école de Copenhague« , active en mécanique quantique. Elle consiste à dire qu’à un certain niveau, il faut arrêter de s’interroger sur le sens philosophique ou métaphysique des choses, et se fier uniquement aux résultats des calculs…

  • vpo

    Et sans réduction de conso des gros consommateurs d’énergie plus la conso accrue des pays en pleine expansion, que devient le calcul?

    Si on gardec 6000 Watts par Europeen et 12000 par Américain.
    avec environ 500 millions d’europééns et 300 millions pour les USA, cela fait presque la moitié de la conso mondiale sur la base des 2000 Watts.
    Il faut rajouter les 1,4 milliards de chinois, et j’ai trouvé sur internet (http://parolecitoyenne.org/la-population-de-la-classe-moyenne-chinoise-a-augmente-de-46-en-5-ans?dossier_nid=21722 aucune idée du sérieux du site), que 57% de la population sera dans la classe moyenne en 2010. Sur Wikipedia, il est dit que c’est le deuxième consommateur derrière les USA. Mais de combien?

    Et il faut aussi rajouter l’Inde et la Russie, etc…

    Donc, question que je me pose. A l’allure actuelle, dans combien de temps serons nous dans le mur, si avec une conso utopique de 2000 Watts, ca relève de la mission impossible (certes avec seulement 25% d’énergie fossile)?

    Et en admettant que l’on crame tout? Je veux dire le Charbon, le pétrole et les schistes bitumeux du Canada, tout l’uranium (140 ans de réserve sur la base de 8% de nucléaire dans la production actuelle mondiale d’énergie).

    Et sans parler des impacts climatiques ni des tensions géopolitiques qui vont aller avec…

  • Nevereven

    Attribuer « shut up and calculate » aux physiciens sponsorisés par la Carlsberg est une erreur. Au contraire, ils essayaient d’INTERPRETER la MQ !
    Article très convaincant à ce propos :
    http://scitation.aip.org/journals/doc/PHTOAD-ft/vol_57/iss_5/10_1.shtml
    C’est un peu long mais cet extrait résume bien l’article :

    In short, I suspect that it is only Feynman’s habitual irreverence that has linked him in the minds of many to the phrase « shut up and calculate. » Who else among the high and mighty—and Merton has taught us that it is only among the high and mighty that people tend to look—could have said it? Albert Einstein? Don’t be silly. Erwin Schrödinger? Of course not. Niels Bohr? Don’t make me laugh. None of them besides Feynman could have said it. Does that mean that Feynman said it? No!

    A part ça les 2000 w sont un objectif, il ne s’agit pas de les tenir dès 2010

    • http://drgoulu.com Dr. Goulu

      Pour « shut up and calculate » je me suis basé sur cet article de la Wikipedia qui renvoie à l’article que tu cites, mais que je n’avais pas lu en détail. Reste que si l »interprétation de Copenhague est un courant de pensée qui présente la mécanique quantique comme un simple instrument de prédiction, et pour qui la prise en compte de ses implications comme telles n’a pas de sens », c’est exactement ce que je voulais dire.

      Je sais bien que les 2kW sont un objectif. Il est inatteignable. Il faut établir un objectif raisonnable. Je prétends que 6kW nucléaires et une réduction planifiée de la population mondiale (disons d’un facteur 3 sur un siècle) est un objectif atteignable.

      • Nevereven

        Je voulais dire au contraire que l’interprétation de Copenhague emmenée par Bohr est justement tout sauf « shut up and calculate » (c’est vrai que wiki version fr n’est pas au point la dessus) sinon c’est toute la physique qui n’est qu’un instrument de prédiction. Mais on est un peu hors sujet là… d’ailleurs je pense que le titre colle très bien au calcul qui met en cause les 2 KW
        Pour le laser, il me semble que le rendement des cellules à une longueur d’onde donnée peut atteindre les 90% (suffit de trouver le semiconducteurs ayant le bon gap). Le record de 37% (qui parait minable) est surtout du au fait qu’il est calculé à partir du spectre solaire qui est très large (d’où les triples jonctions AsGa…)
        En GEO il y a encore beaucoup de place, il y a un cube de secu entre 2 sats mais il y a encore des places à prendre
        Ce satcom peut déployer une superbe antenne de 10 m de diametre
        http://telecom.esa.int/telecom/media/img/hiresimage/Alphasat_hi-res.jpg

        Sinon on peut imaginer une constellation LEO heliosynchrone (100 min) qui balance la puissancedès sa sortie d’éclipse (avec un emetteur agile et 3 ou 4 station de réception sur la trace ça semble tout aussi loufoque mais pourquoi pas ; ça fait chuter le rendement intégré par 2 mais who cares ???
        Je pense que moins d’un siècle on ne sourira plus en évoquant cette solution…

        • http://drgoulu.com Dr. Goulu

          merci pour les précisions. Moi je souris pas du tout, c’est exactement le genre de solutions dont je rêve. S’il le faut, on ira peut-être chercher de l’Helium-3 sur la Lune. L’essentiel est de chercher des solutions plutôt que de se résigner à entasser 12 milliards d’habitants rationnés sur une planète épuisée.

          Reste qu’il ne suffit pas qu’une solution (pourquoi) soit techniquement réalisable (comment), il faut aussi qu’elle soit économique (combien). Et ça va être dur de faire moins cher que les hydrocarbures tant qu’il y en aura. A court terme, je ne vois que le nucléaire.

          • Nevereven

            Tout à fait. D’ailleurs je ne comprends pas comment on peut être écolo et antinucléaire… Le plus grotesque c’est les australiens qui polluent énormément mais restent antinucléaires tout en exportant de l’uranium à fond les ballons (ça fait pacifiste/fabricant d’armes)

  • Sébastien

    Finalement, le Doc nous démontre avec brio que le seul paramètre sur lequel on puisse jouer efficacement et durablement est bien de tendre vers la diminution de la population du globe et de ses besoins… et là, le résultat du calcul n’est pas discutable.

  • Nevereven

    Des cellules photoVolt en orbite…
    http://www.telegraph.co.uk/earth/energy/solarpower/6536752/Japan-plans-solar-power-station-in-space.html
    Il faut juste que les avions évitent de croiser le faisceau MW ou Laser qui descend sur Terre

    • http://drgoulu.com Dr. Goulu

      Le laser me parait peu probable vu qu’à la réception on retrouve soit le rendement des cellules, soit celui d’un four thermique.

      Apparemment les microondes permettraient un rendement de transmission de l’ordre de 90% (voir wikipedia)

      Reste qu’une station solaire en orbite devrait rester toujours au dessus de sa station de réception, donc être sur l’orbite géostationnaire qui est unique, éloignée et déjà bien encombrée…

  • DvP

    Article tout aussi intéressant et instructif que d’habitude, bravo.

    PS: Faute de frappe première ligne après « Passons au calcul mondial » : teRawattheures

  • http://drgoulu.com Dr. Goulu

    trouvé ce bilan intermédiaire révélateur:

    Les résultats sont décevants: aucun des 3339 ménages de remplissait toutes les conditions de la société à 2000 watts et 1 tonne de CO2. La théorie économique selon laquelle la charge exercée sur l’environnement augmente tout d’abord avec l’accroissement du revenu pour ensuite toutefois diminuer ne s’est pas trouvée confirmée.

    La Suisse devrait tirer 80 pour-cent de son énergie totale de sources à faible teneur en carbone. Avec l’arrêt des centrales nucléaires, cela signifie des énergies renouvelables – et cela non seulement pour ce qui jusqu’ici fonctionnait à l’électricité mais aussi pour le chauffage et la mobilité. Ceci exige des progrès techniques importants et un changement des habitudes de vie.

  • surunitairedream

    Oui,parlant en des Suisses!

    Non contents de détourner chez eux « nos fonds »(Français),de retenir séquestrer chez eux nos riches et nos célébrités,en plus ils envisagent,en très « vrais faux » écolos qu’ils sont, doublés de spoliateurs par de discutables droits de territoire…..ils envisagent de nous piquer l’énorme réserve de gaz de notre lac Léman et de le polluer au passage !

    Mais que fait la police ?

    • JPL

      C’est probablement un déterrage de post, mais je ne connaissais pas ce blog à l’époque.

      Quelques années avant Copenhague, la part belle était données a la limitation de la consommation pour 2 raisons :

      1 / la plus évoquée était le réchauffement, mais il faut se rendre à l’évidence que dans une société basée sur la croissance, cette raison est plus utilisée comme justification que comme véritable moteur

      2 / le pic-oil s’annonçait proche, et donc la première ressource énergétique allait commencer à décroître doucement.

      Or, quelques temps avant ce grand « colloque » une nouvelle technologie, qui n’est pas encore à ce jour, en phase de production réelle, à été découverte. Est elle la raison de ce que les écologistes ont considéré comme une débâcle ?

      La production d’ huiles à partir des cyanobactéries, dite carburant de 3eme génération.
      Ces bactéries marines, dans une solution saline, et par photosynthèse, absorbe le carbone environnemental et produisent des sucres. L’accent sera mis sur l’absorption du CO2, et on oubliera surement de dire, que lorsqu’il sera brûlé, il sera rejeté. Mais au moins, le circuit sera compensé, au moins partiellement.
      Cerise sur le gâteau, ces bactéries peuvent transformer l’eau saline en eau douce pour au moins un tiers.

      Naturellement, cette industrie sera développée par l’industrie pétrolière actuelle, ce qui maintiendra le status quo économique.

      Le sahara pourrait donc devenir un nouvel enjeu économique pour l’implantation de ces industries.

      Dr Goulu, bien que votre attirance soit plus dans la physique que la chimie, peut être auriez vous l’irrésistible envie de faire un papier sur la technologie ses enjeux.

      • http://drgoulu.com/ Dr. Goulu

        Pour produire de l’énergie il existe une trifouillée d’idées, beaucoup de choses qui marchent en laboratoire, quelques technologies industrialisées, et exactement une poignée (5) sources d’énergie assez compétitives commercialement pour faire un trait visible dans le graphique de Jancovici. Et chacune a nécessité au moins 50 ans de très gros investissements pour y parvenir.

        Les cyanobactéries sont une piste parmi d’autres de photosynthèse artificielle (lire http://www.drgoulu.com/2011/04/03/sun-catalytics/ ) . La source d’énergie est le Soleil, donc cette voie entre en concurrence avec le solaire photovoltaïque, les cellules à colorant ( http://drgoulu.com/2009/09/15/de-graetzel-aux-great-cells/ ) et le solaire à concentration qui est, rappelons-le la technologie la meilleur marché pour de grosses installations solaire car la surface ne doit être recouverte que de miroirs qui peuvent être de simples feuilles de plastique métallisé.

        Donc oui, c’est très intéressant d’un point de vue scientifique, mais du point de vue économique je ne vois pas bien comment de grands aquariums à cyanobactéries pourraient produire le kWh meilleur marché que d’autres technologies solaires, mais surtout meilleur marché que le charbon, parce que le challenge est là.

        Et pourquoi donc tout le monde veut saloper le magnifique Sahara avec de gigantesques installations solaires, alors qu’on sait très bien comment produire des Gigawatts par km2 juste à côté des endroits où on en a besoin ?

        • JPL

          Tout simplement parce que ce carburant est liquide. Et les enjeux de ce type d’énergie sont assez considérable.
          Alors invoquera que le sous produit de cette fabrication qui est l’eau douce sera utile sur place.

          Tout ne fonctionne pas à l’électricité.

          • http://drgoulu.com/ Dr. Goulu

            Oui mais. L’électricité est « noble », elle a une haute exergie (http://fr.wikipedia.org/wiki/Exergie), ce qui fait qu’on peut la convertir en une autre forme d’énergie avec un haut rendement. On peut faire de l’hydrogène bien sur, mais aussi du gas ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Power_to_gas ). Pour un liquide j’avoue que je ne connais pas trop les possibilités, j’ai juste entendu parler de l’acide formique ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_m%C3%A9thano%C3%AFque#Stockage_de_l.27hydrog.C3.A8ne ) mais je pense qu’il y en a d’autres. Et puis il y a les solides : en fait chaque fois qu’on charge une batterie, on stocke de l’électricité sous forme chimique avec un assez bon rendement.

            De l’autre coté, la bactérie utilise une partie de l’énergie captée pour sa propre vie, sa reproduction etc, donc d’une part le rendement soleil->liquide est probablement plus faible qu’une technologie electro-solaire, mais surtout, si on brûle cette huile dans un moteur à combustion on ne va en récupérer que 30% en énergie mécanique, contre 80-90% pour une moteur électrique…

            Je suis un grand fan des liquides pour le stockage d’énergie (voir http://www.drgoulu.com/2012/10/07/comment-stocker-lenergie/ ), mais je vais attendre encore un peu avant de m’enthousiasmer pour les cyanobactéries.

            Par contre j’ai depuis longtemps un projet d’article sur les rendement totaux, particulièrement ce que les anglo-saxons appellent « well to wheels » ( http://en.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_assessment#Well-to-wheel ), donc si je m’y mets j’essaierai de trouver des chiffres pour les carburants artificiels.

            En tout cas merci pour votre intérêt et votre suggestion, encore une fois ce domaine est certainement passionnant du point de vue scientifique, et technique, et peut-être un jour (dans longtemps…) économique.

            Pourquoi, Comment et Combien : il faut répondre aux trois… (http://www.drgoulu.com/2009/03/07/pourquoi-comment-combien/ )