L’apologie de l’équivalent-CO2

Un paragraphe attire mon attention :

eCO2

Ces derniers mois, j’avais déjà réalisé des calculs de vérification sur le CO2 à propos de cas assez similaires. Là je reprends mes calculs à partir de zéro, sans me référer à mes calculs antérieurs. Écrire sur papier présente l’inconvénient de rapidement encombrer la page, alors j’ai réalisé un petit programme en langage Perl afin d’exécuter les calculs étape par étape de façon à réduire le risque d’erreur. On le sait, il ne suffit que d’une seule erreur dans une seule étape pour fausser complètement le résultat du calcul, ainsi je prends des précautions car personne n’est à l’abri des erreurs.

Ici, on examine la signification de l’équivalence-CO2. On observe qu’il s’agit d’une relation entre la masse de dioxyde de carbone avec une quantité d’énergie électrique.

Première vérification : 1200 g de CO2 divisé par 2,2 kWh est égal à 545,45 g/kWh, et 103000 g de CO2 divisé par 175 kWh est égal à 588,57 g/kWh. On aurait dû trouver des rapports identiques, là je remarque une différence, mais c’est peut-être parce que les valeurs citées avaient été arrondies. Néanmoins, l’erreur présente un écart de 7,9%, et ce n’est pas rien…

Comment démontrer la pertinence de la relation d’équivalence entre la masse de CO2 et la quantité d’énergie électrique ? Pour cela, j’ai réuni plusieurs sources. Pour la proportion des différents moyens énergétiques de production électrique par pays : http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation. Dans cette liste, j’ai choisi le monde, les USA et la France afin de faire des comparaisons a posteriori, à partir des pourcentages et des TWh annuels. La tonne-équivalent pétrole m’a aussi servi de référence : http://fr.wikipedia.org/wiki/Tonne_d%27%C3%A9quivalent_p%C3%A9trole. Puis le pouvoir calorifique supérieur a été un paramètre essentiel : http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique.

À partir du PCI, j’ai converti les mégajoules par kg de combustible en kWh thermiques par kg de CO2 émis. Ensuite, j’ai pris en compte les pourcentages des productions d’électricité des moyens émetteurs en CO2 (charbon, gaz naturel et pétrole). Le résultat final s’exprime en grammes de CO2 par kWh électrique.

Les données par pays valent pour l’année 2008. Le rendement est supposé être de 40%.

Résultats :

  • Production électrique mondiale : 638,4 à 1039,2 g CO2 par kWh électrique.
  • Production électrique des États-Unis : 708,7 à 1185,9 g de CO2 par kWh électrique.
  • Production électrique de la France : 83,1 à 129 g de CO2 par kWh électrique. On sait qu’en France, le kWh équivaut à 90 g de CO2. Je cite : «En France, un kWh électrique produit 0,09 kg CO2

Ensuite, avec 2,2 kWh pour 1,2 kg de CO2, aux USA, cela correspond à 545,45 g de CO2 par kWh. Cette donnée peut être vraie, mais possible avec un rendement d’environ 69,5% au lieu de 40%.

Disons que l’article de Greenit présente des chiffres possibles, mais il existe cependant une marge d’incertitude. Les calculs d’équivalent-CO2 peuvent avoir une assez grande marge de flou, ça peut varier du simple au double, voire un peu plus.

Remarque d’après mes calculs :

  • Aux USA, une tonne de CO2 équivaut à la production de 843 à 1411 kWh.
  • En France, une tonne de CO2 équivaut à la production de 7751 à 12037 kWh.

Ce gadget qu’est devenu l’équivalent-CO2 n’est pas une référence absolue, et ce n’est même pas une unité légale de mesure. De plus, l’équivalent-CO2 a des valeurs qui varient sensiblement d’un pays à l’autre, et si l’on ne tient pas compte de ce détail alors les affirmations ne veulent plus rien dire.

Exemple d’incohérence : http://www.greenit.fr/article/energie/une-tonne-de-co2-equivaut-a Dans ce lien ci-contre, une tonne de CO2 est comparée avec d’autres situations d’utilisation de l’énergie électrique, sans passer par l’intermédiaire indispensable qu’est l’unité kilowatt-heure. En effet, dans ladite page, s’agit-il de l’équivalent-CO2 en France ou celui des USA ? Ce ne sont pas les mêmes valeurs, puisque ces valeurs dépendent du pays concerné.

Parmi la liste des diverses situations d’utilisation de l’énergie d’après le lien précédent, je remarque que la tonne de CO2 citée équivaut à la combustion de 1,8 tonne de papier. Le papier est composé de cellulose. Après renseignement (http://pslc.ws/fire/cellulos/combans.htm) je note que la chaleur de combustion de la cellulose est de 14,2 MJ/kg, donc 14,2 GJ par tonne de cellulose, soit 25,56 GJ pour 1,8 tonne de papier, soit 7100 kWh par tonne de CO2. Ce résultat est assez proche de l’équivalent-CO2 en France (7751 à 12037 kWh par tonne de CO2). Mais ici, dans le cas de la combustion du papier, ça n’a aucun lien de causalité avec les moyens de production électrique, donc parler ici de l’équivalent-CO2 est inapproprié.

La réaction chimique de combustion de la cellulose est la suivante :

La combustion complète de 162 grammes de cellulose produit 264 grammes de CO2, donc 1,8 tonne de cellulose produit par combustion une masse de 2,93 tonnes de CO2. Mais pas une tonne… Donc quand on brûle du papier, en dehors du contexte de production d’électricité, pourquoi parler d’équivalent-CO2 quand on peut s’exprimer en kWh ou en mégajoules ?

En recherchant sur Google, une autre source montre que la combustion de la cellulose monocristalline produit 2560 kJ/mol, soit 17,36 MJ/kg, donc 31,25 GJ pour 1,8 tonne de papier, soit 8680 kWh pour 1,8 tonne de papier, cette valeur corrigée correspond toujours à l’intervalle français (7751 à 12037 kWh par tonne de CO2). Mais comme je l’ai dit en parlant de l’utilisation de l’équivalence-CO2 dans des situations hors contexte, brûler du papier et produire de l’électricité peuvent être deux événements indépendants.

En reprenant la page http://www.greenit.fr/article/energie/une-tonne-de-co2-equivaut-a, on lit lit que la tonne de CO2 équivaut à un aller-retour entre Paris et New York City. D’après une source (http://www.consoglobe.com/les-14-modes-de-transport-les-moins-polluants-cg), un avion produit 145 g de CO2 par km. Entre Paris et New York, il y a 5851 km environ (http://www.wolframalpha.com/input/?i=distance+between+paris+and+new+york+city), le calcul indique alors qu’un tel aller-retour équivaut à 1696,8 kg, soit près de 70% de plus que la masse de CO2 présumée. Le calcul de Greenit se base sur un avion qui produirait 85,4 g de CO2 par km, ce qui est équivalent à ce moment-là à une voiture fonctionnant avec un agrocarburant, donc même moins émetteur de CO2 qu’un « deux roues » motorisé de 125 cm³… Les calculs de vérification prouvent que l’utilisation du gadget à la mode qu’est l’équivalent-CO2 indiquent des grandeurs approximatives et que par conséquent l’équivalent-CO2 n’est pas une unité de mesure rigoureuse.

Voici un tableau de conversion (http://www.consoglobe.com/les-14-modes-de-transport-les-moins-polluants-cg), d’après Ademe :

equivCO2ademe

Je prends l’exemple du charbon. D’après la page sur le pouvoir calorifique (Wikipedia), la combustion du charbon libère une chaleur de 15 à 27 MJ/kg. Ce qui correspond à 4,17 à 7,5 kWh thermique par kg de charbon, donc 1,14 à 2,05 kWh thermiques par kg de CO2, équivalent donc à 0,488 à 0,877 kg de CO2 par kWh thermique. Ainsi, pour avoir une valeur de 0,35 kg de CO2 par kWh électrique, la valeur du tableau ci-dessus est vraie seulement si le rendement lors de la combustion du charbon est compris entre 40% et 71,7% (cela est le cas). Mais dans les faits, il existe une marge d’incertitude par l’utilisation de l’équivalence-CO2.

Les chiffres dont on entend parler sur le CO2 (comme ceux du site évoqué dans ce présent article) ne sont que des approximations bien que l’ordre de grandeur soit pertinent. Mais dans certains sites internet (non évoqués ici), on lit même des contre-vérités, à travers des chiffres sortis je ne sais d’où…

Désolé si mes textes sont souvent longs, puis en plus il y a une suite à l’article ici : https://jpcmanson.wordpress.com/2013/09/23/lapologie-de-lequivalent-co2-suite/   😉

© 2013 John Philip C. Manson

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