Définitions et unités

On peut exprimer la consommation d'énergie en diverses unités, et il faut bien dire qu’il faut nous rappeler nos cours de conversion à l’école pour comprendre leurs équivalences, et avoir une calculatrice à portée de la main ou un site internet spécialisé.

• Un physicien aura tendance à utiliser des joules, unité d'énergie que l'on peut convertir en calories à raison d'un joule 1J pour 0,239 calorie (quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1° Celsius 1g d'eau à la pression atmosphérique normale), soit 1kJ pour 0,239kcal (pour mémoire l'apport alimentaire recommandé est d'environ 2000kcal pour une femme et 2500kcal pour un homme). Inversement 1 kcal vaut 4 187 J.
• Un industriel (électricité, gaz) aura tendance à utiliser des watts, unité de puissance, la conversion est simple puisque 1 watt pendant 1 seconde vaut 1 joule. 1 kWh (kilo-watts-heure), unité d’énergie que l'on utilise au quotidien, vaut donc 3600 joules. Les quantités d’énergie produites à l’échelle d’un pays étant très élevées, on utilise des unités « plus grandes » :
  • Le kWh est utilisé pour les consommateurs « individuels » d’énergie.
  • Le mégawatheure ou « MWh », correspond à 1 000 kWh, il est utilisé notamment par les producteurs d’énergie.
  • De plus en plus grand. On parle aussi de Gigawattheure ou « GWh », qui correspond à 1 000 MWh, et d’1 térawatt heure « TWh » qui est égal à 1000 GWh. En 2021, la production d’électricité (stricto sensu) en France s’est élevée à 523 TWh. Rappelons que, lorsque l’on parle de bilan énergétique, il n’y a pas que la production d’électricité. Il y a aussi le transport et le chauffage qui, même en France, pays du nucléaire, nécessitent des quantités importantes d’énergie fossiles.
• Un écologiste pourra aussi vouloir se référer aux énergies fossiles et utiliser des tonnes d'équivalent pétrole ou « TEP », 1 TEP vaut 11 628 kWh, ou bien 41 868 MJ. Pour mémoire 1 baril contient 159 litres, mais le pétrole standard étant plus léger que l'eau 1 tonne vaut 6,84 barils, de sorte que la production de 1 baril par jour (ou 365 par an) est équivalente à 53 tonnes par an (sans oublier que le pétrole ne sert pas que sous forme énergétique, il est utilisé en bitume, plastiques et de nombreux produits chimiques).
• Pour des quantités importantes comme la consommation mondiale d'énergie, l'AIE (agence internationale de l'énergie) utilise un multiple du joule comme l'exajoule, noté EJ, soit 10¹⁸ joules (milliard de milliard). Donc la production mondiale d'énergie estimée à 624 EJ sur l'année 2021 est équivalente à 14,9 milliards de tonnes de pétrole.

Consommation d’énergie primaire dans le monde par énergie

Pour suivre la quantité d’énergie primaire (i.e. l'ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés) par type énergie, on peut utiliser le TWh. En 2019, le monde a produit plus de 160 000 TWh d’énergie primaire. Le charbon, l’énergie de très loin la plus carbonée, représentait toujours près du quart de ce chiffre. De manière générale, l’énergie primaire demeure massivement fossile.

Une idée importante quand on lit un bilan énergétique : s’assurer de comprendre de quoi on parle, le périmètre, les unités, avant de conclure trop vite.

La transition des énergies : l’efficience

Parmi les unités, la TEP, tonne d’équivalent pétrole, restitue donc en chaleur 11,6 MWh d’énergie et sa combustion produit 3,4 tonnes de CO₂. A titre de comparaison, une maison de 120 m² occupée par une famille de 4 personnes et disposant du chauffage, de l'eau chaude sanitaire et de la cuisson électrique consomme en moyenne 18,8 MWh par an.

Pour les autres fossiles, la même énergie est produite par?: 

La déperdition d’énergie pour produire (pertes de chaleur) et distribuer de l’électricité est telle que de 11,6 MWh d’énergie primaire, on passe à 4,5 MWh d’électricité au compteur.

La technologie des pompes à chaleur (PAC), en progrès régulier, en captant la chaleur de l’air ou de l’eau, permet de produire 4 MWh d’énergie à partir de 1MWh d’électricité, c’est le COP (Coefficient de Performance Energétique). Ainsi, le passage du chauffage fossile direct (fuel, gaz, charbon) à la PAC réduit déjà considérablement la demande d’énergie primaire?: 11,6 MWh en chauffage direct au fioul, peuvent être arbitrés contre 4,5 MWh d’énergie électrique au compteur, qui deviennent 4 x 4,5 MWh = 18 MWh d’énergie de chauffage par la PAC, soit 35% d’économie en énergie primaire et, même en cas de production fossile de l’électricité, d’émissions de CO₂. 

L’écart est bien sûr plus impressionnant encore si on compare un chauffage électrique à la PAC. Les même 4,5 MWh d’énergie restituée par le chauffage électrique, deviennent, via la PAC, 18 MWh d’énergie de chauffage, soit 75% d’économie d’énergie primaire !

Même rapport d’économie d’énergie primaire avec l’électrification automobile, puisque là aussi les déperditions de chaleur abaissent à 40% le rendement du moteur thermique, alors que l’emploi direct d’électricité se fait sans déperdition. L’économie d’énergie primaire de la mobilité électrique est de 60%, une efficience multipliée par 2,5. 

Production directe d’énergie électrique et utilisation directe de cette énergie sont de puissants vecteurs d’économie des besoins d’énergie primaire par rapport aux situations actuelles d’efficacité réduite et de pertes de chaleur.