Quelles sont les énergies secondaires ?

publié le 12/05/2021 | mis à jour le 24/03/2023 | par Héloïse Lebrun-Brocail

Energie primaire, énergie secondaire, énergie finale : des notions interdépendantes

Pour comprendre ce que recouvre la notion d’énergie secondaire, il faut s’intéresser à d’autres notions connexes : l’énergie primaire et l’énergie finale.

De l’énergie primaire à l’énergie finale : comprendre les transformations de l’énergie

L’énergie que nous consommons au quotidien comme l’électricité, le gaz, ou même le carburant n’est pas directement disponible dans notre environnement. Elle fait l’objet de transformations successives, qui lui permettent d’être utilisée au quotidien par nos appareils électroménagers ou nos dispositifs de chauffage par exemple. Ces transformations successives occasionnent ce que l’on appelle des déperditions d’énergie.

Dans la grande majorité des cas, ces déperditions s’effectuent sous forme de chaleur. La quantité d’énergie présente au début du processus de transformation n’est donc pas la même que la quantité d’énergie qui arrive chez les consommateurs afin d’y être consommée.

Pour quantifier ces pertes, les notions d’énergie primaire, d’énergie secondaire et d’énergie finale ont été mises en place. Ces notions sont interdépendantes car rattachées par ce que l’on appelle des coefficients de perte (également appelés rendements). Ces coefficients permettent de quantifier les déperditions d’énergie survenant à chaque étape du processus de transformation.

L’analogie avec la fabrication des aliments transformés permet de bien comprendre à quoi correspondent les différents stades de l’énergie : un aliment transformé, comme du pain, est fabriqué à l’aide de céréales, par exemple le blé. Le blé est une céréale immédiatement disponible dans notre environnement. Le blé correspond donc à l’énergie primaire. Il va ensuite être transformé pour fabriquer du pain, l’énergie secondaire. C’est une fois acheté et rapporté chez vous que le pain représente l’énergie finale. Les pertes liées aux transformations peuvent être ici des grains de blé ayant échappé à l’étape de broyage (pertes de transformation), des miettes qui tombent sur le chemin de la maison (pertes de distribution), etc.

De l’énergie primaire à l’énergie secondaire

On parle d’énergie primaire pour qualifier l’énergie brute. Cette énergie se trouve directement dans notre environnement, et n’a subi aucune transformation. Parmi les énergies primaires, on trouve alors :

• le minerai d’uranium, dont découle l’énergie nucléaire, qui est aujourd’hui la principale source d’électricité en France ;
• les combustibles fossiles bruts, comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, qui permettent de produire les énergies fossiles ;
• les sources primaires renouvelables comme les rayonnements solaires, la force de l’eau, les calories présentes dans l’air, ou encore la chaleur du sol. Ces sources primaires renouvelables sont utilisées pour produire des énergies renouvelables comme l’énergie éolienne, la géothermie ou encore l’aérothermie.

Ces énergies primaires sont ensuite transformées en énergies capables d’être stockées et/ou acheminées : ce sont les énergies secondaires. Comme le rappelle l’Observatoire de l’Industrie Electrique dans Primaire ou Finale, Comment comptabiliser l’Energie, l’énergie secondaire est ainsi « décomptée en retirant les pertes liées à l’extraction et/ou à la transformation de l’énergie primaire ».

De l’énergie secondaire à l’énergie finale

L’énergie finale désigne l’énergie utilisée au quotidien par les consommateurs. Il peut s’agir de l’électricité qui alimente les équipements électroménagers, du gaz qui alimente une chaudière, ou même du carburant utilisé par les voitures. L’énergie secondaire devient alors une énergie finale lorsqu’elle a été transportée jusqu’à son lieu de consommation.

Comme nous l’avons vu avec l’analogie du pain, lorsque celui-ci se trouve encore en boulangerie, il représente une énergie secondaire. Il ne représentera l’énergie finale que lorsqu’il aura été acheté et transporté, dans le but d’être consommé.

Il ne faut pas confondre l’énergie finale avec l’énergie utile. Prenons un exemple concret pour bien comprendre la différence. Lorsqu’une lampe est allumée, l’ampoule dégage de la chaleur. De la même façon, une machine à laver en cours de fonctionnement va également dégager de la chaleur. Cette chaleur traduit la déperdition d’énergie qui nécessite de distinguer énergie finale et énergie utile. On entend alors par énergie utile l’énergie qui permet réellement de faire fonctionner un appareil, indépendamment de la perte d’énergie liée à son fonctionnement. La quantité d’énergie utile est alors inférieure à la quantité d’énergie finale initialement arrivée jusqu’à l’appareil.

De l’énergie primaire à l’énergie utile

Quelles sont les énergies secondaires et comment sont-elles transformées ?

Il existe trois grands types d’énergies secondaires : l’énergie nucléaire issue des centrales, les énergies secondaires fossiles, comme le gaz naturel liquide ou les produits pétroliers raffinés, et les énergies secondaires renouvelables.

Energie nucléaire : l’énergie secondaire majoritaire au mix énergétique français

L’énergie secondaire nucléaire est aujourd’hui l’énergie secondaire qui contribue le plus au mix énergétique français. C’est en ce sens que l’on entend souvent parler d’ « exception française du nucléaire ».

De quelle énergie primaire est issue l’énergie nucléaire ?

L’énergie nucléaire est une énergie secondaire issue de la transformation du minerai d’uranium. Il s’agit d’un métal radioactif qui se trouve dans la croûte terrestre, principalement en Australie, au Canada, au Kazakhstan et au Niger. On trouve également du minerai d’uranium dans l’eau de mer, en bien plus faible quantité.

Ce minerai est d’abord extrait, puis broyé et épuré chimiquement de façon à obtenir du yellow cake, c’est-à-dire une poudre très concentrée en uranium. Ce yellow cake va ensuite être enrichi et servir à la fabrication de pastilles. Ces pastilles serviront elles-mêmes à fabriquer des assemblages combustibles, qui permettront de faire fonctionner les réacteurs nucléaires des centrales.

Une centrale nucléaire produit de l’électricité grâce à de la chaleur. Il s’agit donc avant tout d’une centrale thermique. La fission des atomes au sein du réacteur nucléaire d’une centrale est en effet source d’une chaleur considérable (à ne pas confondre avec la fusion des atomes). Cela a pour effet de faire augmenter la température de l’eau située autour du réacteur. Suite à cette augmentation de température, l’eau située dans le circuit secondaire de la centrale se transforme en vapeur, ce qui active une turbine, qui active un alternateur. Un courant électrique alternatif est alors généré : c’est l’énergie secondaire nucléaire. Cette énergie secondaire sera injectée sur le réseau électrique français grâce aux lignes électriques présentes au sein de la centrale nucléaire.

Quelle est la place de l’énergie nucléaire dans le mix énergétique français ?

La place de l’énergie secondaire dans le mix énergétique français est considérable. Elle est ainsi à l’origine d’environ 70 % de la production électrique française en 2020.

La programmation pluriannuelle de l’énergie prévoit néanmoins une diminution de la place de l’énergie nucléaire dans le mix énergétique français. Elle pose ainsi l’objectif de 50 % d’énergie nucléaire dans le mix énergétique français à horizon 2030.

Répartition de la production électrique française par filière

Quelles sont les énergies secondaires fossiles ?

Les combustibles primaires fossiles comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel sont sources de diverses énergies secondaires : l’électricité, la chaleur et les carburants.

L’électricité issue du charbon

Le charbon est aujourd’hui la première source d’électricité au monde. Cette électricité secondaire est fabriquée dans des centrales thermiques à charbon. La combustion du charbon y transforme l’eau en vapeur. Cette vapeur entraîne la mise en marche d’une turbine, qui actionne un alternateur. Cet alternateur va produire un courant électrique alternatif : il s’agit d’électricité secondaire.

Le gaz naturel liquéfié, une énergie secondaire source de chaleur, d’électricité et de carburants

Le terme gaz naturel peut renvoyer à une énergie primaire et à une énergie secondaire :

• on parle d’énergie primaire lorsque l’on veut évoquer le gaz naturellement présent dans les sous-sols de la Terre. Il est alors à l’état gazeux, et en grande majorité composé de méthane ;
• on parle d’énergie secondaire pour évoquer le gaz naturel liquide (GNL), prêt à être stocké et/ou transporté.

La transformation du gaz naturel présent dans l’environnement en gaz naturel liquide s’effectue en plusieurs étapes :

1. L’épuration : le gaz naturel est débarrassé de ses composés soufrés et de son dioxyde de carbone ;
2. La déshydratation : l’eau et les traces de mercure sont retirées du gaz ;
3. Le pré-refroidissement : les différents composants du gaz sont séparés et isolés. Cela permet de les séparer en fonction de leur futur usage ;
4. La liquéfaction : le gaz est transformé de façon à passer à l’état liquide.

Les produits pétroliers raffinés

Tout comme le terme « gaz naturel », le terme pétrole peut renvoyer :

• à une énergie primaire : le pétrole brut, directement disponible dans notre environnement ;
• à une énergie secondaire : les produits pétroliers raffinés, prêts à être transportés ou stockés.

La transformation du pétrole brut en produits pétroliers raffinés s’effectue en plusieurs étapes, dans des raffineries :

• première étape : la séparation. Elle est effectuée dans une tour de distillation, séparée en différentes coupes pétrolières. Le pétrole brut (ici l’énergie primaire) est porté à plus de 300 °C à la base de cette tour. Cela permet aux molécules d’énergie de s’évaporer et de s’élever dans la tour. Plus les molécules de pétrole sont lourdes, moins elles s’élèvent. Elles retombent alors dans les coupes pétrolières les plus basses, et serviront à fabriquer le fioul. A l’inverse, les molécules les plus légères s’élèvent plus haut, et retombent dans les coupes pétrolières les plus hautes. Elles serviront à la fabrication de gaz de pétrole liquéfié ou d’essence. Le diesel sera fabriqué à partir des molécules de taille intermédiaire ;
• deuxième étape : le craquage catalytique. Cette étape est également appelée conversion. Les molécules les plus lourdes sont fractionnées, de façon à obtenir des molécules plus légères. Certaines molécules subissent également un hydrocraquage, qui consiste à leur ajouter de l’hydrogène. Cette étape permet d’obtenir des produits pétroliers plus raffinés ;
• troisième étape : l’amélioration. Les molécules nocives pour l’environnement et dangereuses sont retirés des produits pétroliers raffinés. Parmi ces molécules, on peut notamment citer le souffre.

Une fois ces trois étapes terminées, le pétrole brut a bien été transformé en énergie secondaire : les produits pétroliers raffinés.

Quelles sont les sources d’énergie secondaire renouvelables ?

Il existe également des énergies secondaires issues de sources primaires renouvelables. Il s’agit de l’énergie éolienne, l’énergie solaire, l’énergie géothermique, l’énergie hydraulique et le bois-énergie.

L’énergie secondaire issue de la biomasse, l’énergie secondaire renouvelable la plus employée en France

On entend par biomasse l’ensemble de la matière organique, qu’elle soit d’origine animale ou végétale. Elle provient de sources très diversifiées, allant des forêts à l’agriculture, en passant par les déchets industriels et les déjections animales.

L’énergie secondaire issue de la biomasse est l’énergie secondaire renouvelable la plus utilisée en France. Elle permet de :

• produire de la chaleur, grâce à des équipements tels que les chaudières à granulés ou les cheminées. En 2019, le bois-énergie était ainsi à l’origine de 35,2 % de la production d’énergie renouvelable française ;
• produire de l’électricité, grâce à des centrales biomasse. Ces centrales produisent de l’électricité grâce à la vapeur d’eau issue de la combustion de la biomasse. Cette vapeur d’eau permet de chauffer l’eau d’une chaudière, et de la transformer elle aussi en vapeur. Les turbines seront alors activées, ce qui enclenchera un alternateur produisant un courant électrique alternatif : de l’électricité secondaire renouvelable ;
• produire des biocarburants : le biogaz naturel liquide (bio-GNL).

L’énergie secondaire hydraulique, la deuxième source d’électricité renouvelable en France

L’énergie hydraulique est issue d’une énergie primaire bien connue de tous : la force de l’eau. Elle permet de produire de l’électricité secondaire verte au sein de barrages, également appelés centrales hydrauliques.

Les barrages permettent la formation d’un lac de retenue dont les vannes seront ouvertes si l’état du réseau électrique nécessite une production d’électricité de la part de la centrale. La force de l’eau actionne une turbine qui active elle-même un alternateur. Cela génère la production d’un courant électrique alternatif : l’énergie secondaire hydraulique.

L’énergie éolienne, une énergie secondaire en plein essor

Une centrale éolienne produit de l’électricité grâce à une énergie primaire intermittente : la force du vent. Le vent met en mouvement les pâles des éoliennes, qui activent alors l’arbre de l’éolienne. Celui-ci va mettre en mouvement un alternateur, qui va produire un courant électrique alternatif : l’énergie secondaire éolienne.

Il existe différents types d’éoliennes :

• les éoliennes terrestres, également appelées éoliennes onshore ;
• les éoliennes en mer, également appelées éoliennes offshore. Ces éoliennes peuvent être soit posées sur les fonds marins, soit flottantes.

L’énergie solaire

Les rayonnements solaires contiennent des photons. Le contact de ces photons avec le silicium des cellules photovoltaïques des panneaux solaires engendre l’apparition d’un courant électrique alternatif. Il s’agit d’électricité secondaire photovoltaïque.

L’énergie secondaire géothermique : une source renouvelable d’électricité verte et de chaleur

L’énergie secondaire géothermique est issue de la chaleur de la Terre. Elle peut être de deux types :

• électricité : produite grâce à la géothermie profonde, qui exploite les sous-sols situés à plus de 200 mètres de profondeur. L’électricité secondaire géothermique est produite dans des centrales géothermiques ;
• chaleur : produite grâce à la géothermie de surface, ou géothermie superficielle. Les particuliers peuvent tout à fait avoir recours à cette énergie secondaire pour se chauffer, grâce à l’installation d’une pompe à chaleur géothermique.

Il est possible de produire de l’électricité secondaire et de la chaleur dans une même centrale géothermique. Il s’agit alors de cogénération.

Favoriser l’essor des énergies secondaires renouvelables grâce aux offres vertes

Le développement des énergies renouvelables est essentiel pour la transition énergétique française. Par leurs choix de consommation, les ménages français peuvent accélérer cette transition énergétique. Ils peuvent en effet souscrire des offres vertes. Ces offres sont de deux types :

• les offres d’électricité verte, qui leur permettent de s’assurer que l’équivalent d’un certain pourcentage de leur consommation électrique sera réinjectée sur le réseau de distribution sous forme d’électricité issue d’énergies secondaires renouvelables ;
• les offres de gaz vert, qui leur permettent de s’assurer que l’équivalent d’un certain pourcentage de leur consommation de gaz naturel sera réinjectée sur le réseau de distribution sous forme de gaz vert, c’est-à-dire de biométhane. Ce gaz est issu d’une source renouvelable : la biomasse. Il ne faut alors pas le confondre avec le gaz naturel, qui est une énergie fossile.