Ce que soleil et forêt sont capables de produire comme énergie

Voici une analyse de ce que peuvent produire soleil et forêt comme énergie et plus particulièrement comme électricité, 

  • en exprimant ces quantités d’énergie en équivalent litres de fioul, pour mieux appréhender ces quantités ;
  • et comme la nature a besoin de temps et d’espace, nous allons voir ce qu’elle nous offre, en moyenne, sur un mètre carré et chaque année.

 

Au commencement, ces énergies proviennent du soleil.

Son énergie, selon l’ensoleillement moyen annuel français, c’est l’équivalent de 130 litres de fioul par m² et par an (1)

Comme c’est sur chaque m2, sur une toiture d’immeuble cela représente plusieurs camions citernes. (1)

Cette énergie peut être transformée en électricité directement par des panneaux solaires photovoltaïques, et les panneaux standards actuels permettent d’obtenir l’équivalent de 19 litres de fioul, toujours par m² et par an. (2)

avec cette énergie, un vélo électrique fait 30000 km, sans forcer. (3)

Les végétaux captent aussi cette énergie et la stockent en fabriquant leurs tissus végétaux ; on peut utiliser cette énergie sous forme de chaleur en brûlant ces végétaux.

Les agrocarburants sont réputés très efficaces pour cette transformation. La totalité de la récolte d’un champ d’agrocarburants (principalement colza et tournesol  en France), c’est en énergie 0.18 litres de fioul. Ce n’est que la partie « huile » qui devient carburant,  le reste étant valorisé comme aliment pour le bétail. Et ces cultures produisent 0,06 litres de diesel par m² et par an, soit 0,05 pour mille de l’énergie du soleil. (4)

avec lesquels une voiture diesel fait… 1 km. (5)

Pour la forêt, la production moyenne de bois de la forêt française équivaut en énergie à 0,15 litres/m²/an (6) soit un rendement de 1,15 pour mille par rapport à l’énergie du soleil.

Toute la production de la forêt n’est pas vouée à faire de l’énergie : c’est même un des tous premiers critères d’une forêt gérée de laisser l’essentiel de la production pour le bois d’œuvre. Au moins, tout le monde est d’accord là dessus, puisque tout le monde revendique de n’utiliser que du bois de forêt gérée… promis, craché, géré ! (7)

Considérons donc que les deux tiers sont gardés pour le bois d’œuvre, la production moyenne de bois énergie de la forêt française c’est le tiers restant, 0.15/ 3 = 0.05 litres de fioul par m2 et par an, soit… le volume d’un café.

Pour faire de l’électricité avec cette énergie, il faut passer par une centrale électrique à biomasse, qui en restitue 29 % sous forme d’électricité. Soit 0,014 litres/m²/an… le volume d’un bouchon.  Et 1300 fois moins que des panneaux solaires. (8)

Donc il faut plus de place pour produire de l’électricité avec du bois énergie qu’avec des panneaux solaires.

Notre consommation annuelle française d’électricité, c’est 500 Térawattheures.

S’il fallait la produire avec des panneaux solaires, il faudrait recouvrir l’équivalent d’un demi département. (9)

S’il fallait produire toute notre électricité avec le bois énergie, pour ne pas prélever plus que ce que la forêt produit, et avec une forêt gérée pour laquelle seul le tiers de la production devient bois énergie, il faudrait une forêt  qui couvre 6 fois la France, et dont le bois énergie ferait uniquement de l’électricité. (10)

Évidemment on voit qu’il n’y a pas assez, mais on nous a tellement dit qu’on a une belle forêt sous exploitée qu’on est tenté de penser qu’on peut en faire une bonne partie.

La forêt Française, c’est 15,3 millions d’ha, 28 % de la France. (11)

et 85 millions de m3 de bois par an (12).

Nous avons vu qu’il y avait bois d’œuvre et bois énergie, le bois d’œuvre est exploité à 60%, et le restant devant nous servir à nous sevrer du béton et de l’acier de nos constructions, il semblerait prudent d’avoir la sagesse d’éviter de le brûler;

Le tiers restant, 85/3= 28 millions de m3, est donc la capacité totale et raisonnable à dédier au bois énergie.

Un « détail »: La forêt n’est pas exploitable en totalité, elle est en majeure partie privée (11), et une partie des propriétaires n’a pas forcément la préoccupation ou l’envie de considérer « sa » forêt comme une ressource. Difficile à estimer, disons le pour mémoire, sachant que cela est certainement loin d’être négligeable.

Ces 28 millions de m3 de bois énergie sont déjà exploités par les chauffages au bois en place, disons exploités à 60%, chiffre que l’on utilise depuis 10 ans alors que depuis le bois énergie s’est industrialisé et sa consommation a énormément augmenté.

il resterait donc 28/3 = 9,4 millions de m3 de bois énergie disponibles par an, estimation très approximative, l’intérêt étant surtout de voir que comme l’enjeu est de sortir des fossiles, cette fraction restante doit nous servir non seulement à faire de l’électricité, mais aussi alimenter nos chauffages, à fournir de l’énergie à l’industrie, comme la sidérurgie ou les verreries, à fabriquer des agrocarburants de 2e génération, à fabriquer des nouveaux plastiques bio sourcés… et j’en oublie certainement.

Bref, nous avons largement de quoi mettre cette énergie verte « dans le rouge » en surexploitant la forêt.

Nous avons déjà, en France, une quarantaine de centrales électriques qui fonctionnent avec du bois énergie. La consommation cumulée de ces centrales c’est presque le quart de la production totale de de bois énergie de la forêt française (13), et elles produisent moins de 1 % de notre électricité (14)

Et nous avons donc, discrètement, 2 départements de forêt dédiés exclusivement à la production de cette électricité provenant de l’énergie des forêts (15).

De même, les agrocarburants aujourd’hui recouvrent tout aussi discrètement l’équivalent de 4,3 départements. Et comme ce n’est qu’une partie de la récolte qui devient carburant c’est environ 1 département qui est ainsi consacré à de la production d’énergie (16).

Ces 3 départements discrètement dédiés à notre consommation d’énergie sont à comparer au demi département de panneaux photovoltaïques qui produiraient l’équivalent de la totalité de notre consommation d’électricité.

Si je fais tout cela, c’est que je suis comme vous : je préfère voir des arbres que des panneaux photovoltaïques. Ce que j’aimerais juste inspirer, c’est que si l’on veut continuer à voir des arbres, il vaudrait mieux trouver assez vite de la place pour les panneaux photovoltaïques.

Merci de votre lecture.

 

 

et le fioul contient environ 10 kWh par litre, il suffit donc de diviser 1275 kWh/m2/an  par 10 et d’arrondir un petit peu pour trouver 130 litres. ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Densit%C3%A9_d%27%C3%A9nergie

36 Mj/litre pour le fioul équivaut à 10 kWh/litre )

 https://fr.wikipedia.org/wiki/Camion-citerne la capacité d’un camion citerne serait comprise entre 15 et 35 m³, soit en moyenne 25 m³ ou 25000 litres ;

Une toiture d’immeuble, disons 500 m², c’est 65 000 litres de fioul ( 500 m² x 130 litres/m² ), soit 2,5 camions citernes de 25 000 litres.

  • (2)   Production des panneaux solaires PV : ce chiffre peut se retrouver de plusieurs façons :

– le « rendement solaire» des panneaux solaires, environ 15 % aujourd’hui. 130 x 0,15 = 195 kWh.

http://www.photovoltaique.info/Estimer-la-production.html environ 1100 kWh par kWcrète. Des panneaux de 1,5 m2 font 250 Wc, soit 167 Wc par m², ou encore 0,167 kWc par m².

1100 x 0,167 = 184 kWh.

  • (3) Consommation d’un vélo électrique. source : mes mesures ! 0,6 kWh (600 Wh) pour 100 km est une estimation correcte de l’énergie dépensée par un cycliste. Les fabricants de vélos électriques, avec 600 Wh de batterie, annoncent « jusqu’à » 200 km d’autonomie, soit le double. http://www.cyclable.com/1039-kalkhoff-pro-connect-.html donc avec 600 Wh (0,6 kWh), faire 100 km « sans forcer », semble juste !

La production annuelle d’un panneau solaire est de 190 kWh : 190 kWh/0,6 kWh pour 100 km = 317 centaines de km, soit 31700 km.

  • (4) production des agrocarburants : seule est utilisée l’huile extraite des graines, la tige n’est pas utilisée, et le tournesol et le soja ne sont pas les cultures les plus productives. C’est donc 3 T/ha pour les graines, https://fr.wikipedia.org/wiki/Rendement_agricole#Exemples

http://www.gard.chambagri.fr/fileadmin/Pub/CA30/Internet_CA30/Documents_Internet_CA30/Diversification_Fiches/Fiche_Soja.pdf

Ces graines contiennent 20 % d’huile et le « bio »diesel extrait de ces cultures est d’environ 600 l/ha/an, soit 0,06 l/m²/par an puisqu’un ha c’est 10 000 m2. au moins c’est facile à convertir, c’est déjà du diesel !

https://www.craaq.qc.ca/data/DOCUMENTS/EVC031.pdf

cette production est« brute », il faudrait tenir compte de la production « nette », c’est à dire déduction faite des intrants, du gasoil du tracteur, des transports, des déperditions énergétiques de la transformation…

le restant, le « tourteau », devient aliment pour bétail, et nous mangeons les animaux qui ont mangé ces aliments…

ce tourteau pèse 80 % de la récolte, soit les 3 T initiales x 80 % = 2,4 T, ou 2400 kg pour 1 ha c’est à dire 10 000 m², donc 0,24 kg par m² et par an. Je néglige le taux d’humidité, et le pouvoir calorifique de cette partie de production est d’environ 5 kWh/kg, comme les céréales et le bois (6).

L’énergie de ce tourteau est de 0,24 kg/m² x 5 kWh/kg, soit 1,2 kWh/m²/an. Et 0,12 litres de fioul qui contient 10 kWh/kg.

L’énergie de la totalité de la récolte est donc de 0.12 litres pour le tourteau + 0.06 litres pour le « bio »diesel, soit 0.18 litres de fioul, par m2 et par an.

  • (5) une voiture diesel qui consomme 6 litres au 100 consomme 0,06 l par km. Avec la production « nette » de l’agrocarburant, elle ferait encore moins de distance.

J’ai voulu comparer deux chaînes de production/utilisation , l’une qui cumule l’efficacité (panneaux solaires associés au vélo, le véhicule le plus efficace énergétiquement parlant), et l’autre qui cumule l’inefficacité et les déperditions (agrocarburants et voiture, diesel puisque je parle d’agrocarburant. La voiture électrique est un autre débat…).

  • (6) l’énergie produite par la forêt passe par un « petit » calcul :

il faut d’abord la production moyenne de la forêt française : 5,5 m³/ha/an selon l’inventaire forestier national. http://inventaire-forestier.ign.fr/spip/IMG/pdf/France_part1-2-2.pdf (page 16)

et la même chose sur wikipedia, 86,4 millions de m³ pour 16 millions d’ha : 86,4 / 16 = 5,4 https://fr.wikipedia.org/wiki/For%C3%AAt_en_France#.C3.89volution_de_la_for.C3.AAt_fran.C3.A7aise .

Un ha faisant 10000 m², et 5,5 m³ faisant 5500 litres, cela nous fait 5500/10000 = 0,55 litres/ m².

Avec une densité de 0,55 pour du bois sec à 0%(https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique#Bois)

(moyenne feuillus et résineux)

c’est 0,55 x 0,55 = 0,30 kg/m².

Avec 5 kWh/kg sec à 0 % ( ce chiffre est constant quelle que soit la qualité du bois) https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

c’est 0,30 x 5 = 1,5 kWh/m²/an.

Soit, divisé par 10 pour convertir en fioul, 0,15 litres par m² et par an. Ouf !

 

 

le bois est deshydraté mécaniquement, ce qui consomme environ 14,4 % de bois supplémentaire en amont de la centrale, il faut donc déduire cette consommation du bilan de la centrale.

Cette énergie de la déshydratation du bois se retrouve par le calcul :

En calculant l’énergie nécessaire à échauffer cette eau de 20° à 100° (4,18 KJ soit 0,00116 kWh par Kg d’eau et par degré,), puis pour la faire évaporer, c’est à dire la chaleur latente de vaporisation de cette eau (2265 Kj/kg, soit 0,63 kWh/kg).

En prenant 50 % de taux d’humidité, taux courant du bois à la récolte, ce bois contient, par kg, 0,5 kg d’eau pour 0,5 kg de matière sèche. Pour 1 kg de matière sèche il y a donc 1kg d’eau à évaporer. Pour chauffer cette eau : 0,09 Kwh (=1 x 0,00116 (100°-20°)), Pour évaporer cette eau : 0,63 Kwh (=1×0,63) Soit 0,72 Kwh au total.

Le pouvoir calorifique du bois sec à 0 % est d’environ 5 kWh/kg, il est toujours inférieur en pratique puisqu’il y a une eau résiduelle qui est évaporée en prélevant de l’énergie de la combustion du bois.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

Donc dans 2 kg de bois à 50 % d’humidité, il y a 1 kg de bois sec qui a un pouvoir calorifique de 5 kWh, et 1 kg d’eau qui a demandé 0,72 kWh pour son évaporation.

En proportion cela fait 0,72/5= 0,144 soit 14,4 % de l’énergie contenue dans le bois.

Un rendement de 33 %, cela veut dire qu’à la centrale, il faut 100 de bois pour avoir 33 d’électricité.

Comme la déshydratation demande 14,4 % de plus, il faut donc 100 + 14,4 = 114,4 pour avoir toujours 33 d’électricité. Et le rendement global s’exprime donc par : 33/114,4 = 28,8 %.

Les 0,05 litres/m²/an de bois,  après les déperditions de la transformation, donnent 0,05 x 0,288 = 0,0144 litres/m²/an. D’électricité.

Comparé aux 19 litres fournis par un panneau solaire, sur un m², c’est 19/0,014 = 1319 fois moins.

  • (9) pour produire l’équivalent de notre consommation d’électricité avec des panneaux PV : La production des panneaux solaires est de 190 kWh par m² et par an, comme vu plus haut.

Soit 10 000 fois plus sur un ha, 1 900 000 kWh/ha/an. Ou 1900 mégawattheures, ou 1,9 Gigawattheures, ou 0,0019 Térawattheures, par ha et par an.

Pour avoir 500 térawattheures, il faut 500/0,0019 = 263 000 ha

La France métropolitaine, c’est 55 millions d’ha.

En proportion, ces 263 000 ha c’est 263 000 / 55 000 000 = 0,0047, soit environ 0,5 % de la France, ou encore un demi département, puisqu’il y en a une centaine.

 

  • (10) Ce calcul découle simplement des précédents : 0,47 % de la surface de la France pour les panneaux photo , 1300 fois plus pour le bois « électricité », calcul (7).

0,47 x 1300 = 611 %. soit 611 départements, avec une centaine de départements par France on arrondit à 6 fois la France.

  • (11) Superficie de la forêt française, 15,3 millions d’ha, dont 10,3 privés (67%) et 28 % des 55 millions d’ha de la France métropolitaine.

http://www.developpement-durable.gouv.fr/La-foret-francaise-en-chiffres.html

et 28 % du territoire à 75 % privés selon l’ONF

http://www.onf.fr/gestion_durable/++oid++9b1/@@display_advise.html

  • (12) La production annuelle de le forêt française est de 85 millions de m³ par an :

 86 millions sur https://fr.wikipedia.org/wiki/For%C3%AAt_en_France#.C3.89volution_de_la_for.C3.AAt_fran.C3.A7aise

et 85 millions sur http://inventaire-forestier.ign.fr/spip/IMG/pdf/France_part1-2-2.pdf (page 16)

  • (13) les centrales à bois énergie actuelles en France :

http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/html/energie_renouvelable_france/Observ-ER-Barometre-Electrique-2015-Chap-05-Biomasse-solide.pdf

Page 2 : la puissance installée est de 581 MW

page 4 : 10 MW de puissance nécessitent 120 000 T de bois par an.

Pour 581 MW, if faut donc 58,1 x 120 000 = 6,97 millions de tonnes, 7 millions donc.

Pour du bois humide, à la récolte, je prends une densité de 1,1 T/m³ en moyenne ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique#Bois )

et le volume de ce tonnage est : 7/1,1= 6,3 millions de m³ par an.

 

ces 6,3 millions de m³ par an représentent, en % de la production de bois énergie de la forêt française, qui est d’environ 28 millions de m3 par an, 6,3/28 = 0,225, soit 22.5 %.  Ces 6,3 millions de m³ par an représentent ainsi quasiment le quart de la capacité totale de production de bois énergie de la forêt française.

 

  • (14)  production des centrales à bois en place : 580 MW de puissance installée en bois énergie, cela veut dire que ces centrales sont capables de produire 580 MWh en une heure de fonctionnement.

Sur l’année, la production maxi est de 580 MWh x 24h/jour x 365 jours /an = 5 080 800 MWh, à supposer que ces centrales tournent 24h/24 et 365 jours par an, ce qui n’est certainement pas le cas.

5 080 800 MWh, c’est 5 080 Gigawattheures et 5 Térawattheures. Soit 1% de notre consommation annuelle française de 500 Térawattheures.

Et c’est moins de 1%, puisque ces centrales ne peuvent fonctionner en permanence.

 

 

  • (15) Superficie dédiée à notre « électricité bois »:  à 5,5 m3 de bois par ha et par an (6) ces 6,3 millions de m3 représentent la production de 6,3/5,5 = 1,14 millions d’ha de forêt exclusivement dédiés à cette production d’énergie.

En % de la France, qui fait 55 millions d’ha, ces 1,14 millions d’ha représentent 1,14 /55 = 2,07 % de la superficie de la France, ou encore 2 départements.

Si on considère qu’il faut 3 fois plus de superficie en forêt gérée, c’est la production de bois énergie d’une forêt qui couvre 6 départements.

6 départements pour produire ce 100e de notre production rejoint le calcul de ce besoin de 600 départements de forêt gérée pour produire la totalité ;  en fait c’est bien plus, puisque la production correspondante est un maximum (sur)estimé. Cela rejoint les inquiétudes sur le rendement des centrales à bois qui serait bien inférieur à celui des autres centrales thermiques…

  • (16) Superficie cultivée en agrocarburants : 2,4 millions d’ha, selon le Manifeste Négawatt. Par rapport aux 55 millions d’ha de la France métropolitaine, ces 2,4 millions d’ha représentent 2,4/55 = 0,043 soit 4,3 % et 4,3 départements.
    la fraction de la récolte qui devient carburant, c’est environ 20 % en poids et 33 % en énergie. si je compte « en poids », c’est 4,3 x 0,2 = 0.86 départements qui fabriquent du carburant, et « en énergie » c’est 4,3 x 0,33 = 1,4 département… comptons 1 département, simplifier ne nous fera pas de mal !