Quelles sont les énergies finales et d’où proviennent-elles ?

publié le 07/04/2021 | mis à jour le 13/03/2023 | par Héloïse Lebrun-Brocail

Une énergie finale, une énergie directement prête à l’emploi

On entend par énergie finale une énergie prête à être utilisée par les consommateurs finaux, à savoir les particuliers, les entreprises ou les collectivités. Par définition, une énergie finale est immédiatement disponible chez le consommateur, et ne nécessite pas de transformation avant d’être utilisée.

Quelle est la différence entre l’énergie primaire, l’énergie secondaire, l’énergie finale et l’énergie utile ?

Pour bien comprendre la notion d’énergie finale, il faut explorer trois notions complémentaires. Il s’agit des concepts d’énergie primaire, d’énergie secondaire et d’énergie utile.

Qu’est-ce que l’énergie primaire ?

Une énergie primaire est une énergie brute. Elle n’a pas encore subi de transformation et est naturellement disponible dans notre environnement. Elle n’a pas non plus été stockée. Il s’agit par exemple du minerai d’uranium, du pétrole non raffiné, ou encore des rayonnements solaires ou de la force de l’eau.

Qu’est-ce que l’énergie secondaire ?

Une énergie secondaire est une énergie qui n’est pas directement disponible dans la nature et qui a subi des transformations. Elle peut éventuellement être apte à être utilisée par les consommateurs. Il ne s’agira cependant pas d’une énergie finale, car elle n’aura pas encore été acheminée jusqu’au lieu de consommation de l’énergie, comme une usine, des locaux ou le logement d’un particulier. L’acheminement entraîne ainsi des pertes d’énergie liées au transport. La quantité d’énergie une fois acheminée est donc plus faible.

Prenons un exemple concret pour plus de clarté : celui de l’électricité produite par une centrale thermique ou une centrale nucléaire. Cette électricité est une énergie secondaire car elle n’est pas encore arrivée sur son lieu de consommation. Elle va donc devoir être acheminée via des lignes électriques et subir différentes pertes. Cette électricité ne représentera alors une énergie finale qu’une fois qu’elle sera arrivée chez les consommateurs.

Qu’est-ce que l’énergie utile ?

L’énergie utile correspond à l’énergie qui permet réellement d’accomplir l’usage que l’on attend d’elle. Il ne faut pas la confondre avec l’énergie finale. L’usage d’un appareil électrique entraîne ainsi des déperditions d’énergie sous forme de chaleur. Ces déperditions se constatent chaque jour lors de l’utilisation de l’équipement ménager d’un logement. Qu’il s’agisse d’un mixeur ou d’une machine à laver, leur utilisation entraîne toujours un dégagement de chaleur plus ou moins important. Ce dégagement de chaleur est la manifestation de ces déperditions. La quantité d’énergie utile est alors inférieure à la quantité d’énergie finale arrivée dans l’appareil.

Comment les énergies primaire, secondaire, finale et utile sont-elles reliées ?

Comme le montre le schéma ci-dessus, l’énergie primaire, l’énergie secondaire, l’énergie finale et l’énergie utile sont reliées entre elles par des coefficients de pertes. On parle également de rendements. Ce rendement varie en fonction de différents paramètres, parmi lesquels :

• le mode d’acheminement de l’énergie jusqu’à son lieu de consommation ;
• la performance énergétique du dispositif électroménager par lequel sera utilisée l’énergie ;
• la longueur du processus de transformation. Plus ce processus comporte d’étapes, et plus la quantité de pertes sera importante. A l’inverse, plus il sera court, et plus la quantité d’énergie finale obtenue sera proche de la quantité d’énergie primaire. Usuellement, on dira alors que ce processus a un meilleur rendement qu’un processus plus long occasionnant plus de pertes. Nous reviendrons ultérieurement sur ce concept de rendement.

L’énergie finale est l’énergie facturée aux consommateurs

Dans le cas d’un contrat de fourniture d’électricité ou de gaz par exemple, c’est la quantité d’énergie finale qui vous est facturée. Le prix de l’énergie finale est fixé sur les marchés de gros de l’énergie où se fournissent les fournisseurs. Ils fixent ensuite eux-mêmes le prix de l’énergie qu’ils vendent aux particuliers ou aux professionnels.

Dépendant du fournisseur que vous aurez choisi, le prix de l’électricité et du gaz que vous achèterez ne sera donc pas le même. Peu de consommateurs en ont conscience, mais de nombreux fournisseurs alternatifs comme Planète Oui ou TotalEnergies proposent des prix inférieurs aux tarifs réglementés de vente (TRV). Certains ont également développés des offres encourageant le développement des énergies renouvelables et la sortie des énergies fossiles.

Pour trouver le fournisseur le plus adapté en fonction de votre profil de consommation, n’hésitez pas à utiliser notre comparateur des fournisseurs d’énergie.

Quels sont les principaux indicateurs à considérer lorsque l’on parle d’énergie finale ?

Plusieurs indicateurs clés permettent de bien appréhender le concept d’énergie finale et son utilité. Ces indicateurs sont les suivants : le rendement et le coefficient énergie primaire/énergie finale.

Le rendement

Le rendement permet de rendre compte des différentes pertes à chaque étape du processus de transformation. Ce terme s’utilise dans différents cas de figure et à différentes étapes du processus de transformation d’une énergie primaire en énergie finale. On parle ainsi par exemple du rendement énergétique d’un appareil électroménager, qui rend compte de son efficacité énergétique.

Les rendements des différentes méthodes de production d’énergie finale sont déterminés par l’Agence Internationale de l’Energie. Par exemple, le rendement d’une centrale nucléaire pour produire de l’électricité est de 33 %. Le rendement d’une centrale thermique fossile est de 60 %, et celui des énergies renouvelables comme l’énergie solaire ou l’énergie géothermique est de 100 %.
L’exemple de la production de chaleur permet de comprendre facilement pourquoi toutes les méthodes de génération d’énergie finale n’ont pas le même rendement. Comparons ainsi le chauffage à l’aide d’une chaudière au fioul et le chauffage à l’aide d’une chaudière à granulés ou à pellets :

• le fioul est un produit pétrolier raffiné. Sa fabrication a donc nécessité de nombreuses transformations. Le fioul a également été transformé sur de très longues distances ;
• à l’inverse, les granulés utilisés par une chaudière à granulés sont fabriqués à l’aide de produits connexes de scierie comme des copeaux de bois. Ces connexes sont ensuite séchés, pressés, refroidis puis conditionnés. Ils subissent donc beaucoup moins d’étapes de transformation que le pétrole brut, et peuvent être produits localement. Leur rendement global sera donc bien meilleur.

Coefficient énergie primaire/énergie finale

L’Observatoire de l’Industrie Électrique (OIE) définit ce coefficient comme « le coefficient permettant de calculer la quantité d’énergie primaire qu’il a fallu théoriquement utiliser pour obtenir une quantité d’énergie finale pour un vecteur énergétique donné ».

Le coefficient énergie primaire/énergie finale permet alors de rendre compte de la quantité d’énergie primaire nécessaire pour obtenir une unité donnée d’énergie finale. Il est également appelé facteur de conversion.

Le coefficient énergie primaire/énergie finale permet également de mettre en évidence la quantité de pertes survenant lors du processus de transformation de cette énergie primaire en énergie finale. Il est alors le reflet de l’efficacité d’un processus de transformation.

Le coefficient énergie primaire/énergie finale est fixé par pays par l’Agence Internationale de l’Energie. Il varie en fonction du bouquet énergétique du pays (également appelé répartition énergétique ou mix énergétique). En effet le rendement des différentes méthodes de production d’énergie finale n’est pas le même, comme nous l’avons vu haut. Le coefficient énergie primaire/énergie finale dépendant de ces différents rendements, il va donc varier d’un pays à l’autre, en fonction de leur mix énergétique.

Le coefficient énergie primaire/énergie finale fait souvent l’objet de débats politiques et de controverses. Parmi les reproches qui lui sont les plus couramment adressés, on retrouve notamment une inadéquation au mix énergétique actuel, ou une absence de prise en compte du cycle de vie des vecteurs énergétiques.

En France, la modification du coefficient énergie primaire/énergie finale de l’électricité dans le cadre de la RT 2020 a suscité la controverse et la discorde entre différents acteurs institutionnels et les représentants des différents secteurs énergétiques.

La consommation finale d’énergie

La consommation finale d’énergie est un indicateur clé. Elle peut être calculée en soustrayant à la consommation primaire d’énergie les pertes liées à la transformation, au transport et à la distribution d’énergie.
Elle se décompose en deux volets :

• la consommation finale à usage énergétique, qui correspond à « la consommation d’énergie, par combustion ou sous forme d’électricité, de toutes les branches de l’économie, à l’exception des quantités consommées par les producteurs et transformateurs d’énergie (exemple : consommation propre d’une raffinerie) et des quantités de produits énergétiques transformés en d’autres produits ». La consommation finale à usage énergétique ne prend pas en compte les pertes d’énergie liées à la distribution ;
• la consommation finale à usage non énergétique, qui « correspond à des usages de l’énergie (hors électricité, dont toute la consommation est considérée comme énergétique) ne donnant pas lieu à une combustion. Il s’agit principalement d’utilisations de l’énergie en tant que matière première : produits pétroliers dans la pétrochimie, gaz naturel pour la fabrication d’engrais… ».

Mesurer la consommation finale d’énergie d’un pays est essentiel car cela permet de mettre en évidence de la répartition de cette consommation d’énergie entre les différentes énergies finales et entre les différents secteurs.

Sur le graphique ci-dessous, on peut notamment trouver la consommation finale énergétique par secteur en France. On peut y constater que les transports sont actuellement le secteur consommant le plus d’énergie finale. Ils sont suivis par le secteur résidentiel.

Il est également possible d’étudier la répartition de la consommation finale d’une énergie finale spécifique. Le graphique ci-dessous présente par exemple l’évolution de la consommation finale d’électricité par secteur entre 1990 et 2019.

A l’échelle mondiale, la consommation finale d’énergie peut également être analysée par pays ou par continent. Ces données sont révélatrices d’un usage inégal de l’énergie à travers le monde.

L’intensité énergétique

L’intensité énergétique d’un pays est un autre indicateur clé. Elle correspond au ratio entre la consommation finale à usage énergétique et le produit intérieur brut (PIB). En France, elle a continuellement diminué au cours des 20 dernières années.

L’évolution des intensités énergétiques par secteur permet de rendre compte l’efficacité énergétique des appareils et équipements utilisés par ce secteur.

Comme le souligne le ministère de la Transition écologique, « depuis 2000, l’intensité énergétique a baissé pour l’ensemble des activités ». Cette baisse est particulièrement marquée dans les secteurs industriel et résidentiel. Cela reflète directement les efforts d’amélioration de la performance énergétique des bâtiments, qu’il s’agisse de logements neufs ou de logements ayant subi des travaux de rénovation énergétique. Dans l’industrie, cela traduit « l’adoption de procédés moins consommateurs » d’énergie.

Quelles sont les principales énergies finales et comment sont-elles produites ?

Parlons maintenant des différentes énergies finales et des processus de transformation des énergies primaires permettant de les obtenir. Par souci de synthèse, nous évoquerons ici uniquement l’électricité, le gaz naturel, le fioul, le bois énergie et les carburants destinés aux véhicules.

L’électricité

L’électricité est une énergie finale qui peut être produite grâce à différents procédés, faisant appel à des types d’énergies primaires variés. Il est ainsi possible de produire de l’électricité grâce à :

• l’énergie nucléaire qui est produite dans des centrales nucléaires. Il s’agit de la première source d’électricité en France, puisqu’elle représente plus de 70 % du mix électrique français. Le minerai d’uranium est une énergie primaire décarbonée, puisque son utilisation entraîne une très faible quantité de gaz à effet de serre (6 grammes de CO₂ par kilowattheure d’électricité produite grâce à l’énergie nucléaire d’après la Base Carbone de l’ADEME, Agence de la transition écologique) ;
• des combustibles fossiles, comme le charbon. Ces ressources primaires fossiles sont transformées et valorisées dans des centrales thermiques. Les centrales à charbon françaises permettent aujourd’hui de générer 1,18 % de la consommation française d’électricité. Le charbon est cependant encore aujourd’hui la première source d’électricité dans le monde. Il s’agit d’une énergie extrêmement polluante. Le contenu en dioxyde de carbone d’un kilowattheure d’électricité produit grâce au charbon est de 1 060 grammes (Base Carbone de l’ADEME) ;
• des ressources primaires renouvelables, comme les rayonnements solaires (énergie solaire), la force de l’eau (énergie hydraulique), la chaleur de la terre (géothermie), les déchets organiques (biomasse) et le vent (énergie éolienne).

L’électricité est alors une énergie finale pouvant résulter de la transformation d’énergies primaires très variées. Le choix du mode de production n’est pas anodin. Produire de l’électricité grâce aux énergies fossiles est beaucoup plus polluant que produire de l’électricité grâce aux énergies renouvelables. Cela contribue donc beaucoup plus activement au dérèglement climatique.

Le gaz naturel

Le gaz naturel est un hydrocarbure indispensable à notre quotidien. Il est notamment utilisé pour produire de la chaleur.

D’où provient le gaz naturel et comment est-il transformé avant d’être consommé ?

Le gaz naturel est à la fois une énergie primaire et une énergie finale. Il est en effet présent dans notre environnement naturel, sous forme de gaz présent dans notre sous-sol. Il s’agit d’un combustible fossile car il est issu de la sédimentation de matière organique. Tout comme le pétrole, il s’agit également d’un hydrocarbure, car il est composé d’atomes d’hydrogène et de carbone.

Le gaz naturel est essentiellement composé de méthane, de propane, de butane, d’éthane et de pentane.

Le gaz naturel présent dans nos sous-sols subit de nombreuses transformations avant de devenir l’énergie finale utilisable par les foyers pour générer de la chaleur.

Il est d’abord extrait, épuré. On lui retire notamment ses composés de soufre et de dioxyde de carbone. Il est ensuite transporté grâce à des gazoducs ou à des bateaux appelés méthaniers. Les gazoducs peuvent être terrestres ou sous-marins, et peuvent s’étendre sur des milliers de kilomètres.

En fonction de la longueur du trajet parcouru par le gaz, il peut être réinjecté dans des stations de compression. Ces stations vont recomprimer le gaz, afin de lui permettre de circuler à grande vitesse.

A l’inverse de l’électricité, le gaz naturel peut ensuite être stocké si nécessaire. En France, ce stockage est opéré par deux acteurs : Storengy, une filiale d’Engie, et Téréga, une ancienne filiale de Total.

Le gaz sera ensuite injecté par dans le réseau de distribution français, afin d’être acheminé chez les consommateurs ayant souscrit à un contrat de fourniture.

Le biométhane, une énergie finale alternative au gaz naturel

Il existe une alternative au gaz naturel issue de source renouvelable : le biométhane. Cette énergie finale est issue de transformations successives de la biomasse, une énergie primaire renouvelable.
Le gaz renouvelable est issu d’un procédé appelé méthanisation. Ce processus est parfois également appelé digestion anaérobie. Voici ses différentes étapes :

• des déchets comme des déchets agricoles ou agroalimentaires (déjections animales, bois, végétaux, etc.) sont insérés dans un digesteur où ils vont être privés d’oxygène, chauffés et brassés pendant plusieurs jours, voire semaines. Cette étape permet d’obtenir deux produits : le biogaz alors essentiellement composé de méthane et de dioxyde de carbone, et le digestat. Ce digestat pourra ensuite être utilisé comme engrais agricole ;
• le biogaz est ensuite épuré. Plus spécifiquement, il est désulfuré, déshydraté et décarboné ;
• suite à cette épuration, il devient du biométhane et peut être injecté dans le réseau de distribution français après avoir été odorisé.

Le fioul

Le fioul est une énergie finale essentiellement utilisée pour produire de la chaleur. Elle est issue d’une énergie primaire bien connue de tous : le pétrole brut.

Pour comprendre comme est fabriqué le fioul, il faut alors s’intéresser au raffinage du pétrole brut.

Ce raffinage s’effectue dans des raffineries, où le pétrole a été acheminé via des oléoducs.

Il est ensuite chauffé à la base d’une tour de distillation (également appelée colonne de distillation ou topping). Cette étape provoque une évaporation progressive du pétrole. Plus une molécule est lourde, plus elle se recondensera rapidement au niveau de coupes pétrolières. On parle alors de séparation. Les molécules utilisées dans le cadre de la fabrication de fioul domestique proviennent des coupes dites moyennes. Les fiouls lourds sont issus des coupes lourdes. Ils serviront de carburant pour des navires marchands ou de combustible pour les chaudières industrielles utilisées dans les centrales de production d’électricité ou les raffineries par exemple.

Les molécules de pétrole subissent ensuite une étape appelée conversion, ou craquage catalytique. Très concrètement, cela signifie que les molécules sont fragmentées en molécules plus légères.

Les produits pétroliers issus de ce craquage catalytique sont ensuite améliorés. Dans le cadre de la fabrication du fioul domestique, ils sont notamment épurés de leur soufre et de leur plomb. On parle alors d’amélioration. Le fioul peut ensuite être mélangé à d’autres produits qui lui conféreront des propriétés particulières comme l’anti-inflammabilité.

Le bois énergie

Le bois énergie est une énergie essentiellement utilisée pour produire de la chaleur. Ce terme générique renvoie à l’usage de différents combustibles :

• les bûches, qui représentent aujourd’hui plus de 90 % de la consommation française de bois énergie pour le chauffage domestique. Il s’agit d’un mode de chauffage peu efficace énergétiquement ;
• les granulés, également appelés pellets, composés de copeaux ou de sciure de bois ayant été séchés puis compactés. Ils sont notamment utilisés par les chaudières à granulés ou les cheminées à pellets ou cheminées à granulés ;
• les plaquettes forestières ou industrielles, issues de résidus forestiers, comme des branches, ou de déchets industriels de bois non traités, comme les cagettes ou les palettes.

Les carburants automobiles

Peu de consommateurs les considèrent de cette façon, mais les carburants sont bel et bien une énergie finale. Ils sont majoritairement issus de la transformation de pétrole brut.

Les carburants traditionnels, issus d’énergies primaires fossiles

La fabrication des carburants traditionnels est assez proche de celle du fioul, évoquée plus haut. Les molécules utilisées dans le cadre de la fabrication de carburants sont les molécules issues des coupes intermédiaires et légères. Les plus lourdes sont utilisées pour produire du diesel. Les plus légères serviront à élaborer de l’essence.

Une fois les étapes de craquage catalytique et d’amélioration passées, l’indice d’octane des carburants obtenus est par ailleurs augmenté. On appelle ce procédé reformage catalytique.

Biocarburants : une énergie finale alternative aux carburants traditionnels

Il existe aujourd’hui des biocarburants issus d’une énergie renouvelable : la biomasse. Ces biocarburants sont aujourd’hui utilisés comme additifs à des carburants traditionnels. Certains véhicules peuvent également avoir intégralement recours à ces carburants verts. On distingue trois types de biocarburants :

• le bioéthanol, issu de la fermentation des sucres contenus dans des matières végétales agricoles comme la betterave ;
• le biodiesel (ou biogazole), qui provient de la transestérification d’huiles d’oléagineux comme l’huile de colza ou l’huile de tournesol ou de graisses animales. La transestérification consiste en l’ajout d’un alcool à un ester (ici les huiles ou les graisses). Cela permet d’obtenir un autre ester ;
• le bio-GNV, c’est-à-dire le biogaz naturel pour véhicules. Il s’agit de biométhane liquide.

Il existe plusieurs générations de biocarburants. Les carburants verts actuellement commercialisés sont les biocarburants de première génération. Leur usage est néanmoins limité car leur production présente un risque de concurrence avec la production de certaines denrées alimentaires. En termes simple, cela signifie qu’il peut être plus rentable pour un agriculteur de vendre sa matière première à un fabricant de biocarburant plutôt que de les commercialiser sous forme alimentaire. Des carburants de deuxième et troisième générations ont donc été développés afin de dépasser cette limite. Ils sont issus de biomasse lignocellulosique et de micro-algues.