Un bilan énergétique est un tableau ou un graphique qui présente l'inventaire de l'ensemble des flux de production, transformation, transport et consommation d'énergie sur une zone géographique (pays par exemple) et une période de temps (année, mois) données.
Ce type de bilan est utilisé dans les domaines des statistiques et de l'économie, en particulier dans la comptabilité nationale.
Il décrit les flux et le cheminement des diverses ressources énergétiques depuis leur extraction (ou captation) jusqu'à leur utilisation finale, en passant par les diverses transformations qu'elles doivent subir (raffinage, production d'électricité, transport jusqu'au lieu de consommation) pour devenir utilisables par le consommateur final. À chaque étape, des pertes interviennent lors de la réalisation de la transformation souhaitée, dont le rendement n'est jamais de 100 %.
Définitions et conventions Définitions générales
L'« énergie » est la chaleur ou une force (mécanique ou électrique), c'est-à-dire les deux formes d'énergie utilisées par le consommateur final ; mais beaucoup utilisent le terme à tort pour se référer aussi aux combustibles, qui doivent plutôt être désignés comme des « produits énergétiques » ou des « vecteurs d’énergie »17..
L'« énergie primaire » est l'étape initiale de la « chaîne de l'énergie » où une ressource naturelle est captée en vue de son utilisation pour satisfaire des besoins humains. Ce concept est en fait très difficile à définir de façon claire ; et son utilisation dans les bilans statistiques n'a été possible que moyennant de nombreux choix de conventions plus ou moins arbitraires, et donc sujets à controverses.
Les produits énergétiques « secondaires » sont ceux tirés de la transformation d'énergies primaires ; ainsi des produits pétroliers, tirés du raffinage du pétrole brut, de l'électricité ou de la chaleur distribuée par les réseaux de chaleur.
L'« énergie finale » est celle utilisée par le consommateur final. Elle est soit une énergie primaire (par exemple : chauffage au charbon ou au bois, solaire thermique [chauffe-eau solaire], chauffage géothermique direct), soit un produit secondaire (électricité, chaleur distribuée, produits pétroliers, gaz de ville, charbon de bois)18.
Conventions sur la définition de l'énergie primaire La notion d'énergie primaire est évidente lorsqu'il s'agit de combustibles fossiles ; elle l'est beaucoup moins dans le cas des sources d'énergie naturelles dont la force mécanique est transformée en électricité (énergie éolienne, hydraulique, géothermique, houlomotrice, marémotrice) : en toute rigueur, on aurait dû considérer comme énergie primaire cette force mécanique, mais les statisticiens de l'AIE ont considéré qu'elle ne serait d’aucune utilité pour les statistiques sur l’énergieAutrefois, une autre solution avait été adoptée : la méthode de substitution partielle, qui consistait à donner à la production d’électricité une valeur énergétique égale à la quantité de combustible nécessaire pour produire une quantité identique d’électricité dans une centrale thermique utilisant des combustibles fossiles. Cette méthode avait pour avantage de limiter les variations dans l’offre nationale totale d’énergie en raison de précipitations très différentes de la moyenne, mais elle faisait apparaître des pertes de transformation importantes dépourvues de fondement physique. et ont donc décidé par convention que la forme énergétique utilisée pour représenter l’énergie hydraulique, éolienne ou marémotrice est l’électricité qu’elles génèrent22 ; l'EIA, par contre, utilise, pour évaluer le contenu énergétique brut primaire de toutes les énergies renouvelables, le rendement énergétique brut moyen des centrales thermiques américaines, soit contre selon les conventions de l'AEI Approximate Heat Rates for Electricity, and Heat Content of Electricity, EIA (consulté le 24 novembre 2013). ( = , rendement énergétique moyen 35,9 % selon l'EIA et 100 % selon l'AIE) ; la production hydroélectrique de la France en 2011 est ainsi évaluée à par l'EIA (4 % de la consommation d'énergie primaire) International Energy Statistics - France - Renewables - Hydroelectric - Hydroelectricity Net Generation (Quadrillion Btu), EIA (consulté le 10 mars 2014)., soit , contre pour l'AIE (1,5 % de la consommation d'énergie primaire) France : Balances for 2011, AIE (consulté le 23 octobre 2013).. La convention utilisée par l'AIE minore la part des énergies renouvelables dans la production et la consommation d'énergie primaire, car les énergies fossiles subissent des pertes de transformation et de transport de l'ordre de 65 % avant d'arriver au stade de la consommation finaleDu moins, pour les énergies fossiles transformées en électricité ; pour les autres, c'est au niveau de la consommation finale que se produisent les principales pertes de rendement., alors que les énergies renouvelables ne subiront que les pertes de transport, inférieures à 10 %. Il vaut donc mieux mesurer la part des énergies renouvelables au niveau de la consommation finale.
En revanche, pour le nucléaire et la géothermie, le principe de la « teneur énergétique physique » a été appliqué : la teneur en chaleur de la vapeur dégagée par un réacteur nucléaire est soit mesurée (dans l'Union européenne), soit estimée sur la base d'un coefficient d'efficacité thermique standard de 33 % ; pour les centrales géothermiques, le coefficient d'efficacité utilisé est de 10 %. Le fait d’utiliser la vapeur dégagée par les réacteurs nucléaires comme forme d’énergie primaire pour les statistiques énergétiques a une incidence importante sur les indicateurs de la dépendance de l’approvisionnement énergétique : la chaleur nucléaire primaire est considérée comme une ressource nationale, alors que la majeure partie des pays qui utilisent l’énergie nucléaire importent leur combustible nucléaire. Si cet élément était pris en considération, la dépendance de l’approvisionnement à l’égard d’autres pays serait accrue150. L'Allemagne classe sa production nucléaire dans ses importations. Les opérateurs nucléaires font valoir cependant que la part du combustible importé dans le coût total du kWh nucléaire est très faible, et que dans l'avenir, le bouclage du cycle grâce aux réacteurs de rendra les producteurs nucléaires indépendants des importations.
Ces conventions limitent l'intérêt de comparer les sources d'énergie primaire ; les comparaisons « horizontales » entre énergies doivent se faire plutôt au niveau de la consommation finale, et la partie haute du bilan énergétique ne doit être utilisée que dans le sens « vertical », pour comparer les sources d'approvisionnement d'une énergie primaire et les usages qui en sont faits.
Unités et facteurs de conversion Une des difficultés est le choix d'une unité commune permettant de comparer entre elles des énergies différentes : tant qu'on se contente d'étudier un bilan énergétique mono-produit (par exemple celui du pétrole), on peut se contenter d'utiliser ce que les statisticiens appellent « unité naturelle » (ou unité physique), c'est-à-dire l'unité utilisée habituellement pour mesurer le produit considéré, adapté à son état physique et facile à mesurer ; les unités naturelles sont en général des unités de volume : le baril (bl ou bbl), très utilisé aux États-Unis, le (gaz), le litre, le pied cube (), ou de masse : tonne, livre ()19. Déjà à ce stade, le choix d'une unité physique n'est pas neutre : un combustible liquide peut être aussi bien mesuré en volume qu'en poids, mais l'incidence d'une évolution de la densité sera perçue différemment dans les deux cas« Les nouveaux bilans énergétiques », in : Daniel Temam (dir.), Économie et statistique, (« La recherche et développement / Formes de l'inflation / L'absentéisme / Les nouveaux bilans énergétiques »), mars 1984, p. 53-59 ..
L'agrégation devient nécessaire pour mesurer l'indépendance énergétique ou simplement pour évaluer les ressources et les emplois de l'énergie « Il apparaît bien qu'un système d'équivalences entre énergies ne peut être que conventionnel, au sens où il reflète soit des valeurs moyennes ayant une signification statistique, à un moment donné, soit des valeurs circonstancielles liées à des usages bien précis, interdisant de ce fait toute appréciation globale». Pour les combustibles, les modalités de calcul les plus usuelles consistent à définir les coefficients d'équivalence à partir de leurs pouvoirs calorifiques respectifs. Une difficulté existe cependant : généralement le même terme « générique », charbon par exemple, recouvre en fait des produits de qualité et de nature fort différentes. » Certains penchent donc alors pour une évaluation fine par type de produits. L'annuaire des statistiques des Communautés européennes en 1984 distinguait par exemple neuf sources d'énergie pour le charbon et quinze pour les produits pétroliers.
Une autre difficulté tient à la possibilité de récupérer ou non la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau produite pendant la combustion. Cette possibilité amène à évaluer deux pouvoirs calorifiques, un « pouvoir calorifique supérieur - PCS » quand il y a récupération, un « pouvoir calorifique inférieur - PCI » quand cela n'est pas possible. Pour le pétrole et le charbon, on utilise toujours le second, la récupération étant très difficile. Pour le gaz naturel en revanche, elle est plus aisée, ce qui peut conduire à préférer l'usage du pouvoir calorifique supérieur. Cette convention, adoptée en France dans les bilans officiels jusqu'en 1982, conduisait à une valorisation d'environ 10 % supérieure à celle qui aurait résulté d'un calcul en pouvoir calorifique inférieur.
Pour les comparaisons inter-énergies, on doit donc convertir les unités naturelles en une unité d'énergie ; une unité de mesure de l'énergie a donc été normalisée par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) : le joule ; mais la force de l'habitude et des conflits de chapelles commence par : font que beaucoup continuent à utiliser des unités d'autrefois telles que la tonne d'équivalent pétrole (tep), la British thermal unit (Btu) utilisée par l'Agence d'information sur l'énergie américaine (EIA), ou même la tonne équivalent charbon (tec), encore parfois utilisée en Allemagne. En 2021 l'Agence internationale de l'énergie (AIE) se décide à présenter ses statistiques en joules, précédée en 2020 par BP. Le seul concurrent crédible du joule est le kilowatt-heure (kWh), qui est en fait un multiple du joule (-heure (Wh) = ) et a l'avantage d'être moins petit.
La France s'est ralliée en 2002 au système de conventions de l'Agence internationale de l'énergie et d'Eurostat. Les coefficients d’équivalence énergétique utilisés en France jusqu’en 2001, étaient ceux adoptés en 1983 par l’Observatoire de l'énergieLes équivalences énergétiques et la nouvelle méthodologie d'établissement des bilans énergétiques de la France, ministère de l'Écologie (consulté le 27 novembre 2013)..
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