Les stocks de combustibles fossiles et d’uranium

Ressources et réserves de combustibles fossiles

Les mots «ressources » et « réserves » ont des sens très précis pour les géologues.

Les « ressources » de charbon  sont constituées de tout le charbon que l’on peut trouver sur Terre, y compris celui qui se trouve à 3000 mètres de profondeur dans des veines de 10 cm d’épaisseur. Personne n’ira jamais chercher ce charbon car il coûterait plus d’énergie de le ramener à la surface que ce qu’il pourrait fournir. Autre exemple, dans le sous-sol de la région parisienne dorment des dizaines de milliards de barils de produits fossiles, non conventionnels et difficiles à extraire1 Il existe quantité de ressources de pétrole, de gaz et de charbon et autres produits non conventionnels, qui ne sont pas exploitables, au moins dans l’état actuel des techniques.

Les « réserves » ont un sens différent ;  ce sont les ressources que l’on exploite, ou que l’on pourrait exploiter. Par exemple en France il n’y a pas de réserve de charbon, car exploiter le charbon est interdit. Il n’y a pas non plus de réserves de gaz de schistes, car les gaz de schistes ne sont pas exploités. Un jour futur le charbon pourrait redevenir une réserve en France, mais pour cela il faudrait que la population l’accepte, que les règlements changent, que l’on recrée le métier de mineur.

Réserves et scénarios

Les réserves « prouvées » (il y a aussi les réserves « probables » et les réserves « possibles ») évaluées par l’Agence internationale de l’énergie (AIE) sont souvent traduites en années. Pour faire cela on divise les réserves par la consommation annuelle actuelle. Notons que si l’on reporte la consommation mondiale sur une énergie particulière (remplacement du pétrole par le gaz naturel, par exemple), le nombre d’années de réserve va diminuer. Les résultats obtenus par l’AIE en 2010 sont les suivants :

  • Pétrole conventionnel 54 ans (rappelons qu’en 1956 où la consommation était moindre, ce nombre d’années n’était que de 40 ans)
  • Gaz naturel conventionnel : 65 ans. Avec les gaz de schiste ce nombre d’années sera considérablement augmenté.
  • Charbon : 183 ans

Concernant la production d’électricité par des filières nucléaires, le combustible est aussi épuisable. Le nombre d’années serait de production serait de 200 ans avec la technologie actuelle de réacteurs (réacteurs à neutrons lents), et le même nombre de réacteurs dans le monde.  Mais il serait de plusieurs dizaines de milliers d’années en utilisant la technologie des réacteurs à neutrons rapides. L’utilisation du thorium, 2,5 fois plus fréquent que l’uranium dans l’écorce terrestre augmenterait encore plus les réserves, sans parler de l’uranium extrait de la mer qui permettrait de disposer de réserves pendant très longtemps – à un prix plus élevé.

  World Energy Concil Nombres d’années restantes  WEC
Charbon : Bitumineux : 405 Gt, Sous-bitumineux => 261 Gt, Lignite => 195 Gt ;Total = 861 Gt 150 ans
Pétroles : 160 Gt 40 ans
Pétrole de schiste (Shale oil) : Exploité déjà en France en 1839 à Autun. En Ecosse exploitation industrielle dès 1859.690 Gt.
Pétrole lourds BitumeExtra heavy Oil 3 300 milliards de barils2 150 Gbl
Gaz Naturel : 76 000 Gm3170 000 Gm3 de gaz de schistes annoncés comme techniquement récupérables dans le monde. 70 ans156 ans
Tourbe : surface exploitable 3 974 000 km2 ; 12,7 produits en 2008    
Uranium 3,5 MT à moins de 130$/livre : 105

Référence année 2008, source : World Energy Council 2010,  http://fr.wikipedia.org/wiki/Ressources_et_consommation_%C3%A9nerg%C3%A9tiques_mondiales 

 

 

  1. Hydrocarbures non conventionnels IFPEN , 2011 []

La formation du pétrole, du gaz naturel et du charbon

Les combustibles fossiles ont été formés il y a des millions d’années.

Les combustibles fossiles sont issus de plancton,  algues et végétaux terrestres,  qui contiennent une forte proportion d’atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote. Lorsqu’ils meurent, leur matière organique est décomposée par des microorganismes. En milieu aérobie, c’est-à-dire en présence d’air, donc d’oxygène, tout le carbone est transformé en CO2. On dit qu’il y a minéralisation totale.

Lorsque la matière organique est en milieu anaérobie (sans oxygène), une faible partie sédimente sans être minéralisée (environ 1%). Cette fraction peut conduire à la formation de pétrole, de gaz naturel ou de charbon. Les bactéries anaérobies vont consommer l’oxygène et l’azote présents dans la matière organique et conduire à un résidu riche en carbone et hydrogène : le « kérogène ». La couche sédimentaire riche en kérogène, qui se situe initialement jusqu’à environ 1000 m de profondeur, constitue ce que l’on appelle la « roche mère ».

Si le mouvement des plaques tectoniques  provoque un enfoncement  de cette roche mère, sa température  augmente à cause de l’énergie géothermique. Elle augmente lentement avec la profondeur, d’environ 0,5 à 20°C par million d’années. Lorsqu’elle atteint des températures allant de    50 °C à 120 °C le kérogène est soumis à une « pyrolyse » qui produit principalement du pétrole, entre 2 et 3 km de profondeur, puis du gaz naturel vers 3 à 4 km.  Le pétrole et le gaz naturel formés peuvent être expulsés de la roche mère,  et rencontrer sur leur parcours des roches poreuses (roches réservoirs) qui vont les piéger et former des gisements d’hydrocarbures. Des minéraux étanches, comme l’argile, peuvent empêcher les hydrocarbures de s’échapper et les retenir piégés en profondeur.

Alors que le pétrole et le gaz naturels sont issus d’un kérogène d’origine marine (plancton, algues…), le charbon provient d’un kérogène formé à partir de biomasse végétale (fougères, arbres…). Selon la durée et la température de la pyrolyse naturelle, sont générés des charbons de plus en plus riches en carbone : tourbe (50 à 55%), lignite (55 à 75%), houille (75 à 90%) et anthracite (>95%). La pyrolyse prolongée fournit aussi du pétrole et du gaz naturel. Ce dernier, présent dans les mines de charbon, est responsable des « coups de grisou ».

Il a fallu des dizaines de millions d’années pour que la nature synthétise des combustibles fossiles, dans des conditions qui étaient beaucoup plus favorables qu’aujourd’hui, en particulier lors de la période du carbonifère. Celle-ci s’est étendue entre 300 et 360 millions d’années avant notre ère, et a produit une grand partie du charbon présent aujourd’hui sur Terre.

Combustibles : énergie et émissions de CO2

Les combustibles contiennent plus ou moins d’énergie, et émettent plus ou moins de CO2, selon leur composition.

Energie contenue dans les combustibles

Combustible nombre de tep par tonne, m3, ou stère, selon le cas MWh par tonne, m3, ou stère, selon le cas
Essence (tonne) 1, 048 12,2 pour moteurs à essence
Gazole (tonne) 1 11,6 pour moteurs Diesel
Fioul domestique (tonne) 1 11,6 pour chaudières1.
Ethanol 0,638 7,41 alcool produit naturellement par fermentation
Agrodiesel 0,876 10,2 pour moteur Diesel
Gaz naturel (1000 m3) 0,857 11,1 la composition du gaz naturel est variable. C’est essentiellement du méthane.
Charbon (tonne) 0,619 7,20 entre 6,2 et 7,6 selon la variété de charbon
GPL (tonne) 1,095 12,73 Gaz de pétrole liquéfié, est un mélange de butane et propane
Butane (1000 m3) 2,63 30,45 12,66 MWh par tonne
Propane (1000 m3) 2,04 23,70 12,78 MWh par tonne
Bois (stère) 0,147 1,71
Granulé de bois (tonne) 0,39 4,5 pour comparer le volume, par rapport au bois : 3,3 MWh/m3
Hydrogène (tonne) 2,86 33,25

(Sources : Mémento du CEA2, Comité National pour le Développement du Bois3 et Comité Français du Butane et du Propane4 )

Une tonne d’essence contient 12,2 MWh. Avec une masse volumique de l’ordre de 750 kg/m3, un litre contient environ 750 g d’essence, soit 9,2 kWh,. Un litre de fioul contient 10 kWh, un litre de pétrole moyen aussi.

Quantités de CO2 émis par les combustibles en brûlant :

Combustible kg de CO2 émis par kWh fourni
Essence 0,264
Gazole et Fioul domestique 0,271
Gaz naturel 0,206
Kérosène 0,267
Charbon 0,343
GPL 0,231
Déchets ménagers (fraction fossile) 0,149

( source ADEME5 )

On voit que par kWh fourni, la combustion du gaz naturel émet moins de CO2 que celle de l’essence ou du charbon. (Le charbon en émet une fois et demi plus). Chaque litre d’essence qui brûle dégage 2,43 kg de CO2, soit encore 1240 litres de CO2 dans les conditions normales de température et pression.

  1. attention au vocabulaire :

    • Gazole = gasoil = diesel, carburant pour moteur Diesel. Le mot « gasoil », dont est dérivé gazole vient de l’anglais. Ne pas confondre avec « gazoline », qui est un mot anglais qui signifie « essence »
    • Fioul domestique, parfois appelé aussi huile au Canada et en Suisse, et mazout dans certaines régions de France. Il destiné aux chaudières pour le chauffage. Il est proche du gazole, avec des performances inférieures. Ne pas le confondre avec :
    • Fuel, mot anglais signifiant « combustible ». N’importe quel matériau, solide, liquide ou gazeux pouvant bruler est un « fuel » : charbon, essence, méthane.
    • Pétrole : (en anglais « petroleum » ou « crude oil ») est un liquide minéral inflammable, composé surtout d’hydrocarbure (molécule composée uniquement de carbone et d’hydrogène). A distinguer du mot anglais « petrol » : qui signifie « gazoline », c’est à dire « essence » en français. Le pétrole est dit « minéral », car on l’extrait du sol, bien son origine lointaine soit organique.
    • Oil : mot anglais signifiant « huile », mais aussi, dans le domaine pétrolier, tout liquide pouvant brûler, en particulier le pétrole.
    • Huile : corps gras liquide à température ambiante. Utilisée en cuisine, en parfumerie, on l’utilisait avant dans des lampes à huile, pour s’éclairer, ce qui était bien polluant. On utilise aussi de l’huile dans les moteurs, mais attention, pas comme carburant, uniquement pour lubrifier les pièces qui bougent, qui sinon se bloqueraient rapidement.

    []

  2. Mémento du CEA sur l’énergie, à télécharger ici : http://www.cea.fr/le-cea/publications/autres-ouvrages/autres-ouvrages []
  3. Comité National pour le Développement du Bois, http://www.cndb.org/?p=equivalence []
  4. Comité Français du Butane et du Propane http://www.cfbp.fr/proprietes-des-gpl/caracteristiques-generales-et-physico-chimiques-n305 []
  5. Coefficients, fichier pdf :Coeff CO2 Combustibles 080405 – Ademe []

« Ressources » et « réserves »

« Ressources » et « réserves »

Les mots «ressources » et « réserves » ont des sens très précis pour les géologues.

Les « ressources », de charbon par exemple, sont constituées de tout le charbon que l’on peut trouver sur Terre, y compris celui qui se trouve à 3 000 mètres de profondeur dans des veines de 10 cm d’épaisseur, que personne n’ira jamais chercher : il coûterait plus d’énergie de le ramener à la surface que ce qu’il pourrait fournir. Autre exemple, dans le sous-sol de la région parisienne dorment des dizaines de milliards de barils de produits fossiles, non conventionnels et difficiles à extraire1

Les diverses estimations s’accordent sur le fait que les ressources sont très importantes : il existe quantité de « ressources » de pétrole, de gaz et de charbon et autres produits non conventionnels. Pour l’essentiel elles ne sont pas exploitables, au moins dans l’état actuel des techniques. Celles-ci n’évoluent pas vite2

Le mot « réserve » a un sens différent ; les réserves sont les ressources que l’on exploite, ou que l’on peut exploiter. Par exemple en France il n’y a pas de réserve de charbon, car exploiter le charbon est interdit. Il n’y a pas non plus de réserves de gaz de schistes, pour la même raison. Un jour futur le charbon pourrait redevenir une réserve en France, mais pour cela il faudrait que la population l’accepte, que les règlements changent, …

L’abondance des réserves  repose sur la capacité technique à extraire pétrole, gaz et charbon des endroits où ils se trouvent.  Elles sont souvent présentées en nombre d’années d’exploitation restantes (par exemple les estimations de l’AIE) au rythme de consommation actuel. Les chiffres disponibles sont en général donnés sans marge d’erreur. Dans ce cas, cette marge est au moins de l’ordre de 20%. Les chiffres sont aussi à prendre avec précaution : comme ils peuvent avoir des répercussions économiques, les données sont opaques, et l’information peut être manipulée.

  1. HYDROCARBURES NON CONVENTIONNELS, IFP-EN, 2011 []
  2. Comme le dit le PDG de Total, Christophe de Margerie : « Dans notre industrie, 2010-2035, c’est une période très courte. La possibilité de réaliser des « ruptures » technologiques et de les transformer en réalité industrielle prend beaucoup de temps. » http://www.lemonde.fr/planete/article/2013/01/10/christophe-de-margerie-le-changement-climatique-c-est-serieux_1814993_3244.html []

Les réserves de combustibles fossiles et d’uranium

Les réserves prouvées (il y a aussi les « réserves probables » et les « réserves possibles ») sont souvent traduites en années. Pour cela on divise les réserves par la consommation annuelle actuelle..Les résultats obtenus par  l’Agence internationale de l’énergie (AIE) en 2010 sont les suivants :

  • Pétrole conventionnel 54 ans
  • Gaz naturel conventionnel : 65 ans. D’après l’AIE, avec les gaz de schiste ce nombre d’années sera considérablement augmenté1.
  • Charbon : 183 ans

Les chiffres de l’AIE ne sont pas  fiables et varient (rappelons qu’en 1956 où la consommation était moindre, ce nombre d’années n’était que de 40 ans)

Notons que si l’on reporte la consommation mondiale sur une énergie particulière (remplacement du pétrole par le gaz naturel, par exemple), le nombre d’années de réserve va diminuer.

En ce qui concerne les réserves de gaz de schiste en Europe, leur estimation ne cesse d’évoluer. En ce qui concerne la Pologne par exemple, l’estimation des réserves exploitables a été diminué d’un facteur 10 entre 2011 et 20122. Ce qui est réellement exploitable monterait à quelques centaines de milliards de m3 dans toute l’Europe, alors que la consommation de gaz en Europe est de 860 milliards de m3 par an3.

Concernant l’énergie nucléaire dont le combustible est aussi épuisable, le nombre d’années serait de 200 ans avec la technologie actuelle de réacteurs (réacteurs à neutrons lents) mais serait de plusieurs dizaines de milliers d’années en utilisant la technologie des réacteurs à neutrons rapides. L’utilisation d’un autre atome que l’uranium, le thorium, qui 2,5 fois plus fréquent que l’uranium dans l’écorce terrestre augmenterait encore plus les réserves.  Des milliards de tonnes d’uranium sont aussi dilués dans l’eau de mer. Comme la production mondiale est de 50 000 tonnes par an4, extraire l’uranium de la mer permettrait de disposer de réserves pendant très longtemps.

Références

 

  1. Une critique des »prévisions excessivement optimistes » de l’AIE : http://www.manicore.com/documentation/articles/echos_scenarios_aie.html []
  2. Les réserves de gaz de schiste en Pologne : http://www.rue89.com/2013/03/11/yeux-fermes-bras-ouverts-la-pologne-dit-oui-au-gaz-de-schiste-240454 []
  3. la consommation de gaz en Europe : Key World Energy Satistics 2012, IEA []
  4. en 2010, http://fr.wikipedia.org/wiki/Uranium []