Consommation d'énergie - Mix énergétique

Exemples et applications

Objectif

On applique la notion d'esclave énergétique à différents exemples et on fait le parallèle avec le coût réel de l'énergie.

Contexte

Affranchissement des esclaves énergétiques

Diminuer sa consommation d'énergie, c'est diminuer le nombre d'esclaves énergétiques que l'on a à sa disposition.

Cela revient tout simplement à affranchir un esclave.

Cette notion, applicable à un pays, une région, une activité et même à un produit, est intéressante car elle permet de visualiser directement les conséquences des efforts effectués en termes de réduction des consommations énergétiques.

Remarque

Un esclave affranchi n'a pas d'existence réelle, mais en réalité, nous sommes sur terre environ 7 milliards d'esclaves énergétiques et nous ne devrions pas consommer davantage d'énergie que ce que nous pouvons nous-mêmes produire par notre travail et par les énergies renouvelables.

Coût réel de l'énergie

En ce qui concerne la consommation d'énergie et son coût, tout est question d'ordre de grandeur.

Nous simplifions ici la notion d'esclave énergétique proposée par Jean-Marc Jancovici (voir fiche énergie et consommation d'énergie) en ne considérant que la partie « travail » (c'est-à-dire hors chaleur), on constate qu'il y a un facteur 4000 entre le coût de l'énergie tel que facturée au consommateur et son coût réel, basé sur la notion d'esclave énergétique. C'est le progrès technologique qui a permis cela ; en effet, l'homme a pendant des siècles puisé les ressources énergétiques en fonction de ses besoins stricts et à un rythme compatible avec sa propre échelle de temps, ce qui n'est plus le cas depuis que les machines "lui facilitent la tâche

Important

On rappelle qu'un esclave énergétique « mécanique » doit pédaler 20 heures d'affilée pour produire 1 kWh électrique (hypothèse d'un rendement de 50%).

Une autre façon de voir les choses est de considérer qu'un esclave est en réalité un « employé » qui pédale 8 heures par jour durant 2/3 de l'année, de sorte qu'en moyenne, on ne peut produire qu'environ 0,5 kWh par jour en utilisant un esclave ; il faut donc deux esclaves « à la maison pour simplement produire 1 kWh électrique par jour.

Si on s'intéresse à une unité de consommation énergétique, le kWh, on s'aperçoit que le coût réel est de plus de 200 € si on rétribuait un cycliste pour les produire, alors qu'un litre d'essence contient plus de 2 kWh en termes de PCI. Notons au passage qu'un cycliste ne pourrait fournir cette énergie en moins de deux jours s'il se repose entre deux séquences.

Un cycliste qui travaille 20h couterait 220€ pour produire 1kWh de travail. Un automobiliste qui brûle 0,4L d'essence couterait 0,80€ pour produire 1kWh de travail
coût de production de 1kWh de travailInformationsInformations[1]

Remarque

Un homme actif a besoin, pour faire fonctionner son métabolisme et pour compenser ses efforts, de consommer 5kWh par jour sous forme de nourriture.

Évidemment, plus les réserves d'énergies fossiles vont s'amenuiser, et plus le coût de l'énergie va augmenter. Sans rejoindre le prix réel de l'énergie, ce coût va devenir important dans une approche financière des choses, que ce soit au niveau d'un consommateur ou d'une entreprise par exemple. Il y a donc fort à parier que les esclaves vont être affranchis de fait, non pas pour de nobles raisons (préoccupations environnementales), mais pour des raisons strictement financières.

Repères

Vidéos

On présente ici deux vidéos qui traitent de la consommation énergétique des foyers, et

RÉCRÉATION - Energie, chasse au gaspiInformationsInformations[2]
#14 || Vidéo www.lesecohabitants.fr : Je choisi bien mon téléviseurInformationsInformations[3]

Killowattheure électrique

Pour fixer les idées et reprendre l'exemple ci-dessus, on s'intéresse ici à ce qu'il est possible de faire avec 1 kWh électrique, qui est vendu au client autour de 15 c€ suivant le fournisseur d'électricité et le type d'abonnement souscrit.

Le kilowattheure est généralement utilisé pour l'estimation des consommations électriques. 1 kWh représente donc l'énergie électrique consommée par un appareil électrique de puissance 1 kW pendant une heure. A titre d'exemple :

- un kilowattheure est consommé par un appareil de puissance 1000 W (aspirateur standard) utilisé pendant une heure ;

- un kilowattheure est consommé un appareil de puissance nominale de 200 W (téléviseur standard) fonctionnant pendant 5 heures ;

Notons que dans ces deux cas, l'esclave énergétique aura pédalé pendant 20 heures pour fournir le service voulu... et qu'il arrive régulièrement que l'on passe l'aspirateur avec un téléviseur allumé.

Rappel

Le kilowattheure électrique représente toujours une énergie finale. On rappelle que si on s'intéresse aux impacts environnementaux, il faut considérer l'énergie primaire (la ou les formes d'énergie qui ont permis de fabriquer l'électricité).

Que peut-on faire avec un killowattheure électrique ?

On s'intéresse ici à ce qu'il est possible de faire avec 1 kWh en termes de petit appareillage électroménager.

  • Dans le salon

On peut regarder la TV entre 3 et 5h (en fonction de la taille et la technologie du téléviseur). On peut aussi laisser son lecteur DVD ou son décodeur en fonctionnement pendant une semaine. Mais on ne peut jouer qu'une journée avec une console de jeux...

  • Dans la cuisine

On peut faire fonctionner son réfrigérateur combiné pendant une journée et son congélateur de 200 litres pendant 2 jours ; on peut cuire un rôti de bœuf au four à chaleur tournante pendant 30 minutes, utiliser le four micro-ondes pendant 1h, ou faire fonctionner une plaque vitrocéramique pendant 1h.

  • Dans la salle d'eau

On ne peut rien faire avec 1kWh. en effet, on a besoin de 2kWh pour chauffer l'eau utilisée durant une douche et de 4kWh pour chauffer celle qui permet de prendre un bain

Remarque

Un cycliste doit pédaler 80 heures, soit deux semaines pour permettre à un consommateur de prendre un bain confortable après une dure journée de labeur...

  • Dans la buanderie

Avec 1kWh, on peut lancer un cycle de lavage du linge à température moyenne (40°C), mais 3kWh sont nécessaires pour un cycle de sèche-linge!

  • Éclairage

Avec 1kWh, on peut s'éclairer entre une journée et une journée et demie suivant qu'on habite en maison ou en appartement, au nord ou au sud de la France, dans des pièces bien exposées ou pas, etc.

Remarque

Avec 1kWh, on peut éclairer une pièce avec une lampe à halogène pendant seulement 2h alors qu'on peut s'éclairer pendant environ 7h avec 7 lampes basse consommation de 20W chacune (7 pièces).

  • Chauffage et climatisation

Avec 1kWh, on peut améliorer le confort thermique de son logement en le chauffant entre 45 minutes et 1h l'hiver, ou en le climatisant pendant environ 6h l'été.

  • Au bureau

Avec 1kWh, on peut travailler une demi-journée avec un ordinateur fixe ou une journée et demi avec un ordinateur portable. Une “box” consomme 1kWh en 8h, qu'elle soit en fonctionnement ou en veille.

Remarque

Le cycliste doit pédaler 60 heures pour permettre à un foyer d'être relié à internet continuellement pendant une seule journée. Si un cycliste ne pédale que 8 heures par jour, il faut environ 6 cyclistes qui se relayent pour faire fonctionner une « box ».

  • En voiture

Avec 1kWh, on peut parcourir 2km avec une petite voiture électrique.

Remarque

Le cycliste, qui pédale 20 heures pour produire 1kWh, aurait parcouru l'équivalent de 400 kilomètres pour que la voiture électrique en parcoure 2.

Esclaves énergétiques du petit électroménager

→ Remarque préliminaire

Les exemples qui suivent sont issus de calculs « approximatifs » ou de mesures réelles réalisés sur des appareils de la vie courante.

Les résultats ont été obtenus dans le cadre de mini-projets réalisés par des élèves dans le cadre du test de la présente ressource et peuvent guider les apprenants dans la réalisation d'études similaires.

On les fournit le plus souvent à l'état « brut » ; charge au lecteur de les interpréter, de les critiquer, de les analyser.

Image illustrative
Image illustrativeInformationsInformations[4]

Tableaux de Gillet et Saudemont

Liste des produits à étudier

Produit

Four WHIRLPOOL AKPIX

Micro-onde Samsung MS23F300EAW

Plaques électriques

Puissance (en W)

2500

1150

2000

Temps d'utilisation (minutes)

15

3

10

Consommation (en kW/h)

0.625

0.0575

0.33333333

Équivalence du métabolisme (en h)

6.25

0.575

3.33333333

Équivalence en pédalage (en h)

1.25

0.115

0.666666667

OPTION PEDALEUR

Pédaleur choisi

Prix à l'heure

Nb heure/jour

Commentaire

Salarié

9.53

8

Le salarié pédale 8h/jour et rentre chez lui ensuite retrouver sa femme (ou son chat). Vous le payez au SMIC, à savoir 9€53 de l'heure

Pédaleur

Prix à l'heure

Nb heure/jour

Commentaire

Esclave

0.8

12

L'esclave travaille 12h par jour car il doit se reposer ensuite. Vous le payez pour seulement 0.80 de l'heure.

Salarié

9.53

8

Le salarié pédale 8h par jour et rentre chez lui ensuite retrouver sa femme (ou son chat). Vous le payez au SMIC, à savoir 9€53 de l'heure.

Super-homme

-

24

Le super-homme ne dort pas et ne va pas aux toilettes (puisqu'il ne mange pas). Il pédale en permanence. Vous le payez à l'énergie produite, à raison de 0.15 le KWh

Un "ESCLAVE ENERGETIQUE" pour chauffer vos plats ?

Votre produit

Micro-onde Samsung MS23F300EAW

temps de cuisson

3min

Puissance consommée

1150W

Les résultats

Temps de cuisson

0j 0h 6mn 54s

Coût de la production

1.1€

Votre pédaleur : Salarié

Le salarié pédale 8h/jour et rentre chez lui ensuite pour retrouver sa femme (ou son chat). Vous le payez au SMIC, à savoir 9€53 de l'heure.

→ Choix d'un four électrique (une heure de fonctionnement)

(Contributeurs : Blanchet, Julio, Morisset)

Images de fours
Images de fourInformationsInformations[5]

Tableau de Julio, Blanchet, Morisset

Four

Nombre d'heures de travail de l'esclave thermique

Nombre d'heures de travail de l'esclave mécanique

1

Proline CNE 6 W Blanc

9.504

19.8

2

Bosch HBN 531 EO Inox

8.16

17

3

Candy FST249X

7.584

15.8

Remarque

L'heure de fonctionnement n'est pas vraiment pertinente pour la comparaison. Ce qui compte est le service rendu (énergie réellement fournie).

→ Cafetière conventionnelle ou expresso ?

(Contributeurs : Abbasi, Viara, Zintilin)

  • Cafetière « conventionnelle » : 2 cafetières par jour (16 cafés) ; 3 le dimanche ; 3 semaines de vacances sans utiliser la cafetière.

  • Cafetière Krups : 12 expresso/jour ; 18 le dimanche ; 3 semaines sans café ; 30s de fonctionnement par expresso.

Indicateur esclave force

Esclave pédalant tous les jours de l'année

365

Nombre d'heure travaillée par jour

16

Puissance développée en pédalant (W)

100

rendement du vélo

0.5

Énergie produite par jour (kWh)

0.8

Énergie produite par an (kWh)

292

Nombre heure de pédalage

5840

Indicateur esclave chaleur

Puissance

100

Rendement

0.1

Nombre d'heure par an

8736

Énergie produite par an (kWh)

57.56

Cafetière krups capsule

Puissance (W)

1500

Nombre de café par jour (semaine)

12

nombre de café par jour (dimanche)

18

nombre de café par an

4410

temps de fonctionnement par café (s)

30

temps de fonctionnement par an (h)

36.75

Consommation totale par an (kWh)

55.13

Consommation par café (Wh)

12.5

Indicateur

Nombre esclave force

0.19

Nombre esclave chaleur

0.63

Nombre de km parcourue

22050

Nombre de tour de terre

0.55

Nombre d'heure de pédalage

1102.5

Temps de pédalage par café (min)

15

Argent

prix kWh (edf)

0.15

Coût esclave force (edf)(€)

527

Coût esclave force (SMIC)(€)

8268.75

Remarque

La cafetière « conventionnelle » est moins énergivore que la cafetière Krups avec 175kWh/5ans contre 275kWh/5ans pour la machine à expresso. Cependant l'utilisation de ces deux machines est radicalement différente. Il est donc très difficile de les comparer efficacement. En effet, lorsque la cafetière filtre est utilisé l'intégralité du réservoir est fait. En réalité, le café est consommé tout au long de la journée, donc réchauffé grâce au micro-onde ou à la plaque chauffante de la machine. Il faudrait donc rajouter à notre résultat une consommation supplémentaire pour la cafetière « conventionnelle ».

Manette PS4

Puissance (W)

3.7

Temps de fonctionnement (h/semaine)

4

Temps de fonctionnement (h/an)

192

Consommation par an (kWh)

0.71

Indicateur

Nombre d'esclave

0.002433

Nombre d'esclave chaleur

0.01

Nombre d'heure de pédalage

14.21

Nombre de km parcouru

284.16

Nombre de tour de la terre

0.01

Argent

Prix kWh (edf)

0.15

Coût esclave force (edf) (€)

0.11

Coût esclave force (SMIC)(€)

106.56

Télé + PS4 + Manette

Puissance en marche (W)

285

Puissance en veille (W)

1

Temps de fonctionnement (h/semaine)

18

Temps fonctionnement (h/an)

864

Temps de veille (h)

7200

Consommation par an en marche (kWh)

345.6

Consommation par an en veille (kWh)

7.2

Consommation manette par an (kWh)

0.71

Consommation totale par an (kWh)

353.51

Indicateur

Nombre esclave force

1.21

Nombre esclave chaleur

4.05

Nombre d'heure de pédalage

7070.21

Nombre de km parcouru

141404.16

Nombre de tour de la terre

3.53

Argent

prix kWh (edf)

0.15

Coût esclave force (edf)(€)

53.03

Coût esclave force (SMIC)(€)

53026.56

Trois types de fers à repasser ont été étudiés.

  • Le fer à repasser sec : Ce modèle est le de conception ancienne ; il est peu puissant (1000 watts) et ne possède pas de réservoir d'eau.

  • Le fer à repasser vapeur : Ce produit est le plus répandu dans les ménages. Son débit de vapeur, exprimé en grammes par minutes, varie selon les modèles entre 12 et 35 g/min minute, et sa puissance entre 1400 et 2000 Watts. Il est adapté aux textiles épais.

  • La centrale vapeur : elle a une qualité de repassage exceptionnelle grâce à son débit de vapeur situé entre 50 et 140 grammes par minute.

Type et marque de fer à repasser

Puissance en W

Fer à vapeur

Tefal GV 5245 E

2200

Fer à sec

Affinia de Phillips

1200

Central à vapeur

Rowenta DW5110D1

2400

L'étude prend en considération les usages mécaniques de l'énergie de type « force brute » et pour cela nous considérons que l'esclave travaille avec les jambes (vélo) pendant 2/3 des jours de l'année, de sorte qu'il fournit environ 0,5 kWh par jour en moyenne.

On a utilisé la tarification basique de l'EDF pour le calcul le prix de la consommation énergétique annuelle pour chacun des fers à repasser, le prix en smic brut ainsi que le prix esclave afin de les comparer (un esclave étant « royalement » rémunéré à 15 c€ l'heure).

Pour un Tefal GV5245E, le prix EDF est de 72,4416€, et le prix esclave est de 79€. Pour un Affinia de Philips, le prix EDF est de 39,5136€, et le prix esclave est de 43€. Pour un Rowenta DW51 10D1, le prix EDF est de 79,0272€, et le prix esclave est de 86€.
comparatif des prix de deux types de consommations
prix du smic total, coût annuel si les esclaves sont rémunérés au SMIC
prix du smic total, coût annuel si les esclaves sont rémunérés au SMICInformationsInformations[6]

On note que le fer « à sec » est le plus intéressant d'un point de vue énergétique, mais il convient de se demander si le calcul est pertinent : ne faut-il pas plus de temps pour un repassage à sec ? L'étude doit évidemment être affinée.

Remarque

Dans tous les cas, la consommation du fer à repasser en énergie représente la 4ème plus importante consommation des petits électroménagers.

→ Qui pédale pour me faire mon pain grillé ?

(Contributeurs : Ezzaouia, Ferrero, Guenon)

Nous avons fait l'étude en comptant 2 toasts par jour et par personne, sachant que 2 personnes utilisent ce grille-pain. Il consomme ainsi 9.8 kWh par an (une minute par utilisation, 2 toasts par utilisation / la puissance de l'appareil étant de 800W).

Un grille pain produit surtout de la chaleur. L'idée est ici de mixer les deux types d'esclaves, en imaginant qu'en pédalant, un esclave produit aussi de la chaleur... et qu'on dispose d'un machine thermodynamique adéquate pour transformer le travail et la chaleur de l'esclave en chaleur pour notre grille-pain.

Image grille-pain
Image grille-painInformationsInformations[7]

Combien de temps l'esclave doit-il pédaler pour un an de pain grillé (en heures) ?

Il faut compter environ 190h de pédalage uniquement pour un an de pain grillé, environ 100h pour le métabolisme uniquement, et environ 70h pour le couplage.
temps que doit pédaler l'esclave pour un an de pain grillé
Il faudrait payer environ 29€ l'esclave pour le pédalage, environ 14€ pour le métabolisme, et environ 10€ pour le salaire de l'esclave.
salaire de l'esclave pour un an de pain grilléInformationsInformations[8]

Faut-il rémunérer l'esclave ?

Imaginons que M. et Mme Tartampion doivent payer l'esclave énergétique au prix du kWh produit. Le kWh coûte 0.15 euro. Les graphiques suivants exposent les coûts à payer par M. et Mme. Tartampion pour l'esclave énergétique. Évidemment, ces coûts sont théoriques et illégaux car non conformes du code du travail.

On compare deux manières de mixer les légumes pour faire une délicieuse soupe : utilisation d'un mixeur plongeant ou d'un robot mixeur.

Image robot mixeur
Image robot mixeurInformationsInformations[9]

Nombre de soupe par semaine

Nombre de semaine

Temps d'utilisation (min)

Puissance du mixeur

Consommation annuelle (kWh)

Consommation pour une soupe (Wh)

Consommation pour un bol (Wh)

Consommation en esclaves énergétiques (un an de soupe)

Prix d'une soupe (en €) [électricité uniquement]

Coût à l'année [électricité uniquement]

Temps de trajet (h)

Distance parcourue (km)

Mixeur plongeant

1

23

10

600

2.3

100

12.5

46

920

0.013

0.3

Robot mixeur

1

23

5

650

1.25

54

6.77

25

498

0.007

0.16

Suivant la puissance fournie par le mixeur ainsi que son efficacité, on obtient une énergie annuelle consommée assez faible et du même ordre de grandeur. Le premier mixeur n'offre toutefois pas le même rendement que le second car il est moins efficace.

De plus, en convertissant nos valeurs énergétiques en équivalent « esclave énergétique », on constate que pour réaliser un bol de soupe, une personne doit pédaler un quart d'heure. Or, si au lieu de cela elle utilisait un moulin à légumes manuel, elle serait en mesure de réaliser une soupe en une vingtaine de minutes, sans doute moins.

Image d'un presse purée
Image d'un presse purée

L'une des questions est donc : ces deux appareils électriques rendent-ils réellement le service voulu ?

Conclusion

Les différentes applications présentées ci-dessus montrent le véritable coût de l'énergie.

La notion d'esclave énergétique permet d'appréhender la notion d'énergie, souvent floue parce qu'exprimée dans un unité "abstraite". Elle permet en outre d'imaginer quelqu'un en train de "pédaler" pour rendre le service dont on a besoin en faisant fonctionner un appareil électroménager. On voit notamment que, quel que soit le service voulu, il faut qu'un ou plusieurs esclaves "pédalent" et/ou "chauffent thermodynamiquement" pendant un temps très supérieur au temps d'usage de l'appareil utilisé. Ceci est rendu possible par le faible coût de l'énergie électrique au regard du coût qui serait engendré par la rémunération d'un "salarié énergétique

  1. Christelle PONCHE Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  2. https://www.youtube.com/watch?v=iSmWazXoWcg Creative Commons Zéro

  3. https://www.youtube.com/watch?v=S4Z_wgNHOnI Creative Commons Zéro

  4. Philippe BAUMANN Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  5. Blanchet, Julio, Morisset Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  6. Creative Commons Zéro

  7. Creative Commons Zéro

  8. Creative Commons Zéro

  9. Licence : Domaine Public

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