Qu’est-ce que l’énergie primaire ? 

L’énergie existe sous différentes formes. Les concepts d’énergie primaire, secondaire, finale et utile permettent alors de comparer les énergies entre elles. 

Dans cet article, nous nous intéresserons aux énergies primaires : quelles sont-elles, et comment et à quelles fins sont-elles transformées ?  

L’Observatoire de l’Industrie Électrique définit l’énergie primaire comme « une énergie contenue dans les ressources tirées de la nature ».  Concrètement, il s’agit d’une énergie brute qui est naturellement disponible dans notre environnement, et que l’on peut obtenir sans transformation préalable. Par exemple, le pétrole, le gaz naturel, l’uranium, ou encore le rayonnement solaire ou la force de l’eau (dite énergie mécanique) sont des énergies primaires. 

Unités de mesure : Pour comparer les différentes sources d’énergie primaire, on les convertit généralement en unités communes comme le joule (J), le kilowatt-heure (kWh) ou la tonne équivalent pétrole (tep), qui représente environ 42 gigajoules ou 11 628 kWh.

Il est rare que le concept d’énergie primaire soit évoqué seul. Différentes pertes d’énergie surviennent en effet entre le moment où l’énergie primaire est recueillie et le moment où elle est consommée. Ces pertes peuvent être occasionnées, à titre d’exemple, par l’acheminement. On fait alors la distinction entre l’énergie primaire, l’énergie secondaire, l’énergie finale et l’énergie utile : 

• L’énergie secondaire : Pour être consommées, les énergies primaires doivent être converties. Cette transformation permet d’obtenir ce qu’on appelle une énergie secondaire (ex : le pétrole doit être raffiné avant d’être exploitable) 
• L’énergie finale : Il s’agit de l’énergie qui arrive directement sur le lieu de consommation pour être utilisée (ex : l’électricité). Dans les ménages, c’est l’énergie finale qui est décomptée et qui fait l’objet d’une facturation. 
• L’énergie utile : elle représente l’énergie qui permet réellement d’accomplir l’usage recherché. Par exemple, lorsqu’on allume une ampoule à incandescence, cette dernière n’utilise que 12% de l’énergie finale (l’électricité) pour produire de l’énergie utile (la lumière), le reste étant dissipé en chaleur. 

L’un des grands principes de l’énergie est que la transformation d’une forme d’énergie en une autre (par exemple, la transformation d’un kilo d’uranium en électricité) produit toujours de la chaleur, ce qui implique que l’énergie initiale n’est pas entièrement convertie dans la forme d’énergie souhaitée. Dans la pratique, la transformation de l’énergie initiale en énergie finale sans perte de rendement n’existe pas. 

Ordre de grandeur : Environ 65% de l’énergie primaire est perdue lors de la conversion ou du transport. Pour produire 1 kWh d’électricité finale à partir d’une centrale thermique, il faut environ 3 kWh d’énergie primaire.

Au quotidien, nous utilisons toujours de l’énergie transformée : celle-ci n’a jamais la forme qu’elle possède naturellement. Les énergies primaires correspondent donc en quelque sorte à un produit brut, dont la transformation est un préalable nécessaire à son utilisation. 

Les différents types d’énergie primaire

On peut classer les énergies primaires en deux grandes catégories : 

Les énergies renouvelables primaires 

Il existe un grand nombre d’énergies primaires renouvelables. Citons notamment : 

• L’énergie solaire (transformée en énergie thermique)
• L’énergie éolienne, qui exploite l’énergie cinétique du vent 
• La géothermie, qui exploite la chaleur naturelle des couches profondes de l’écorce terrestre
• L’énergie hydraulique, créée par le mouvement de l’eau et exploitée dans les centrales hydrauliques
• La bioénergie qui est issue de la biomasse, elle-même obtenue à partir de matières organiques.

Les énergies primaires renouvelables présentent de nombreux avantages : elles sont inépuisables, permettent de meilleurs rendements que les énergies primaires non renouvelables, n’émettent pas de CO2 durant leur phase d’exploitation. Sur Lendopolis, vous pouvez investir dans des projets d’énergies renouvelables et ainsi participer à la transition énergétique.

Technologies émergentes dans les énergies renouvelables

De nouvelles technologies permettent d’exploiter des sources d’énergie primaire de façon innovante :

• Les énergies marémotrices : exploitent la force des marées
• L’hydrogène vert : produit par électrolyse avec de l’électricité renouvelable
• Les technologies biomimétiques : imitent la photosynthèse des plantes

Les énergies primaires non renouvelables

Elles sont principalement d’origine fossile, c’est-à-dire qu’elles sont issues de la transformation de matières organiques enfouies dans le sol pendant des millions d’années. On peut citer :

• L’uranium (qui sert à produire l’énergie nucléaire)
• Le pétrole
• Le charbon
• Le gaz naturel. 

Durabilité des réserves : Au rythme actuel de consommation, les réserves de pétrole pourraient s’épuiser en environ 50 ans, celles de gaz naturel en 60 ans, et celles de charbon en 120 ans. Les réserves d’uranium exploitables sont estimées à environ 100 ans.

Pourquoi utiliser le concept d’énergie primaire ?

L’utilisation des concepts d’énergie primaire, secondaire, finale et utile permet de mieux contrôler la consommation des énergies primaires, et de connaître l’impact de cette consommation sur les stocks de ressources énergétiques fossiles, qui ne sont pas renouvelables. 

Comme nous l’avons vu plus haut, certaines des énergies primaires (pétrole, uranium, pétrole, gaz naturel…) ne sont pas renouvelables. Si l’on prend l’exemple du pétrole, les réserves actuellement connues seront ainsi épuisées dans presque 50 ans ! 

Ces concepts sont également utiles dans l’optimisation de l’allocation des énergies fossiles. Si l’on ne récupère que 8% de l’énergie primaire pour faire un kilomètre en voiture, contre 4% pour allumer une lampe à incandescence, on constate qu’il est plus rentable d’allouer le pétrole à la mobilité, plutôt qu’à la production d’électricité.

Enfin, ils servent de base aux diverses réglementations existantes, en particulier dans le bâtiment. Depuis 1974, les réglementations thermiques imposent ainsi des constructions neuves qui limitent la consommation d’énergie primaire. 

Comment les énergies primaires sont-elles converties ? 

Pour être exploitable, l’énergie doit subir une série de transformations avant d’être transportée et distribuée. Divers processus existent pour convertir l’énergie primaire en énergie secondaire. Pour produire de l’électricité, par exemple, il est possible de recourir aux : 

• éoliennes, 
• Centrales hydrauliques,
• Centrales nucléaires,
• Procédés photovoltaïques (au moyen de panneaux solaires photovoltaïques),
• Centrales à charbon
• Etc. 

Pour produire du pétrole, une chaîne de transformation devra être respectée : extraction, transport, raffinage, distribution. 

Les transformations de l’énergie primaire en énergie secondaire sont caractérisées par un rendement, qui est toujours inférieur à 1 en raison des pertes subies. 

Comparaison des rendements par technologie

Prenons l’exemple de l’électricité. En la matière, 1 kWh en énergie finale équivaut à 2,58 kWh en énergie primaire. Cela signifie qu’il faut 2,58 unités d’électricité primaire pour produire 1 unité d’ électricité finale, c’est-à-dire utilisable par le consommateur. 

Ce taux de conversion est calculé en prenant en compte le rendement moyen de production d’électricité dans les centrales de France, qui est de 43,5% (cela signifie que 100 unités de chaleur primaire dans les centrales nucléaires génèrent 43,5 unités d’électricité, le reste correspondant à l’énergie qui s’est dissipée pendant la transformation), ainsi que les pertes lors de la distribution de l’électricité qui sont de 5%. On obtient donc un rendement de production d’électricité de 38,5%, d’où est issu le coefficient 2,58.

Les formes d’énergie que nous utilisons sont variées. Voici, à titre d’illustration, quelques exemples d’exploitation de l’énergie finale en énergie utile : 

• Énergie mécanique  : transports (moteurs), agriculture (machines), industrie…
• Thermique : chauffage, climatisation, réfrigération… 
• Énergie rayonnante : émissions radioélectriques (télévision, radio, radars, rayons X…), éclairage, etc. 

A noter que les énergies primaires combustibles (charbon, gaz naturel, pétrole…) ont aussi une utilisation non énergétique en tant que matière première dans l’industrie : engrais, pétrochimie, travaux publics, etc.

Applications innovantes à échelle locale

La géothermie à différentes échelles

La géothermie offre des possibilités souvent sous-estimées :

• La géothermie très basse énergie exploite la température stable du sol à quelques mètres de profondeur
• La géothermie profonde utilise les hautes températures des couches profondes de la Terre

Conseil pratique : Installer une pompe à chaleur géothermique peut permettre de réduire sa facture de chauffage de 50 à 75% par rapport à un système de chauffage électrique conventionnel, avec un retour sur investissement généralement atteint en 5 à 10 ans selon les régions françaises.

Biomasse et solutions décentralisées

À plus petite échelle, des solutions émergent pour produire de l’énergie localement :

• Les jeunes forêts en croissance absorbent plus de CO2 qu’elles n’en rejettent lors de la combustion
• La micro-hydraulique domestique peut alimenter une maison avec une simple turbine de 1kW

Le mix énergétique mondial et français

En 2021, la consommation mondiale d’énergie primaire était composée à 80% d’énergies fossiles. Les énergies renouvelables représentaient environ 15% du mix mondial, tandis que le nucléaire comptait pour 5%.

En France, le mix énergétique primaire se distingue par une forte proportion d’énergie nucléaire (environ 40%), complétée par le pétrole (28%), le gaz naturel (16%), les énergies renouvelables (14%) et le charbon (2%).

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