On sait depuis longtemps que rien ne se crée et rien ne se perd, tout se transforme. Ainsi en est-il de la colossale énergie initiale du big-bang qui, depuis plus de treize milliards d’années, se transmet et se transforme dans l’Univers, sous des formes diverses et variées. Une partie de cette énergie a permis la création de la matière visible et sombre (m = E/c2), donné à cette matière l’énergie cinétique et la quantité de mouvement qui l’anime depuis la nuit des temps, a animé les processus qui ont conduit, notamment sur Terre, à l’apparition de la vie, a peut-être participé à la création de l’énergie noire. L’énergie que la Terre a reçue en héritage existe toujours aujourd’hui sous des formes extraordinairement variées et l’homme, depuis son apparition, vit en recherchant et en consommant cette énergie pour la transformer sous formes diverses qui lui permettent de vivre et de transformer son environnement. Il consomme sans retenue et, actuellement, consomme l’énergie dite fossile pour ses besoins et l’organisation de sa vie. Une partie de cette énergie se retrouve dans la création de chaleur et de gaz à effet de serre qui élève la température de son environnement à tel point que l’homme commence à s’en inquiéter car cette évolution met en danger sa propre existence. Il regarde alors autour de lui et cherche où se cache l’énergie dont l’Univers lui a fait cadeau. La chasse aux énergies dites renouvelables est lancée car elles se dissimulent un peu partout dans notre environnement. Lorsqu’on évoque les énergies renouvelables, on pense presque uniquement aux éoliennes et aux panneaux solaires. Or, les sources renouvelables sont beaucoup plus nombreuses. Depuis longtemps, l’homme a utilisé l’énergie de l’eau des rivières et les barrages et les microcentrales en sont les utilisations les plus abouties. L’énergie du vent a été utilisée très tôt pour le fonctionnement des moulins à vent et, aujourd’hui, pour celui des éoliennes. Si les moulins à vent ont, depuis longtemps, servi à moudre le blé ou à pomper l’eau des polders, les éoliennes destinées à fournir de l’électricité pâtissent du fait que la quantité d’énergie récupérée par chacune d’elles est faible. En effet, là où une centrale nucléaire de 1,5 GW demande 10 hectares de surface, il en faut 18.700 pour obtenir la même puissance avec des éoliennes. En outre, leur esthétique n’est pas consensuelle. Chauffés par le soleil, les hommes ont toujours rêvé d’utiliser cette source d’énergie pour leur compte. L’énergie thermique de basse température est, aujourd’hui, exploitée pour la production d’eau chaude et pour le fonctionnement des pompes à chaleur. L’énergie thermique des hautes températures est utilisée dans les fours solaires. Le projet le plus abouti est, actuellement, le projet « desertec » qui prévoit des centrales utilisant des miroirs concentrant la lumière du soleil pour créer suffisamment de chaleur et générer de la vapeur qui servira à actionner des turbines et des alternateurs produisant de l’électricité. Des réservoirs de chaleur (réservoirs de sels fondus) seront utilisés pour stocker de la chaleur durant la journée afin d’actionner les turbines pendant la nuit ou bien lors de pics de consommation. Des essais analogues existent en Espagne du Sud. Une autre technique d’utilisation de l’énergie solaire est la technique des cellules photovoltaïques qui produisent directement de l’électricité sous l’effet des photons solaires. Mais cette technique est de 5 à 10 fois plus coûteuse que l’éolien et la fabrication des panneaux, souvent par une entreprise chinoise fonctionnant grâce à de l’électricité fournie par une centrale à charbon, est très polluante, le silicium étant obtenu par des procédés de chauffage à très haute température et générateurs de CO2. La Terre est aussi susceptible de restituer une partie de l’énergie reçue lors de sa création. C’est la géothermie qui cherche à récupérer sous diverses formes la chaleur interne de la planète. La géothermie humide exploite l’eau chaude des couches souterraines, la géothermie sèche injecte directement de l’eau froide dans des roches chauffées naturellement. L’énergie cédée à la Terre lors de sa création se retrouve en partie dans les mouvements des mers et des océans. Une partie de cette énergie peut être récupérée en exploitant la houle, l’énergie potentielle des marées, voire les courants marins. Les moulins à marée remontent au Moyen-âge, essentiellement en Bretagne, et l’usine marée-motrice de la Rance en est une réalisation moderne, des expériences ayant été faites pour utiliser les mouvements alternatifs de la houle et le mouvement continu des courants. La biomasse désigne l'ensemble des matières organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou fongique, pouvant devenir source d'énergie par combustion comme le bois, par méthanisation fournissant le biogaz ou par fermentation de matières organiques pour obtenir du biocarburant. Utilisant l’énergie solaire emmagasinée par les plantes, la biomasse est aujourd'hui, de loin, la première énergie dite renouvelable en France, malgré le faible rendement de la photosynthèse et l’utilisation importante de pesticides et de fertilisants. Cette énergie peut être considérée comme renouvelable tant qu’elle ne met pas en péril la fertilité des sols ou tant qu’elle ne crée pas de compétition excessive entre la fourniture de produits pour l’alimentation et la fabrication de carburants. Les déchets ménagers récoltés, en décharges ou dans les stations d’épuration, peuvent servir de source de biogaz. Touts ces énergies sont, sous des formes diverses, récupérées de l’énergie solaire. Le soleil est une énorme bombe nucléaire où s’entretiennent des réactions de fusion entre noyaux d’hydrogène pour former des noyaux d’hélium dégageant une énorme quantité d’énergie par depuis quatre milliards d’années. La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie provenant de l’attraction entre les nucléons due à l’interaction nucléaire forte. Le soleil est ainsi une boule de plasma chaud et dense. La tendance du plasma à se disperser et à se refroidir est contrebalancée par l’énorme gravitation régnant dans le Soleil. Sur Terre, les forces de gravitation sont insuffisantes et il est impossible d’obtenir une réaction de fusion entre deux atomes dans ces conditions. Il n’est pas envisageable, non plus, de confiner un plasma atteignant plusieurs millions de degrés à l'aide de parois matérielles. Pour faire face à ces obstacles, les chercheurs ont mis à profit les propriétés du plasma et ont pensé à le maintenir dans une « boîte immatérielle ». Ils ont compris comment utiliser la propriété des particules du plasma qui ont tendance à s’enrouler autour des lignes de champ magnétique et à les suivre dans leur trajectoire. En refermant les lignes de champ magnétique sur elles-mêmes, les Russes sont ainsi parvenus à mettre au point le concept du tokamak à la fin des années 60. L’intérêt de ce concept pour produire des plasmas ne s’est pas démenti depuis, puisque les principales installations construites dans le monde furent des tokamaks comme le JT60 au Japon, JET en Angleterre et Tore Supra en France. La fusion envisagée est celle des nucléons d’hélium et de tritium. Cette fusion produit des neutrons rapides et destructeurs dont on ne sait pas encore aujourd’hui comment s’en protéger, même si on envisage d’en utiliser une partie pour régénérer le tritium à partir de lithium. Le projet ITER comporte de multiples difficultés comme l'instabilité des plasmas, les fuites thermiques et la fragilité des métaux supraconducteurs. Mais l’enjeu est d’une telle importance que de nombreux pays se sont associés pour tenter l’expérience, malgré ses incertitudes et son coût : L’Union Européenne, les États-Unis, le Japon, la Russie, la Chine, la Corée du Sud et l’Inde. Ce panorama des énergies renouvelables n’est, évidemment, pas exhaustif, l’imagination humaine étant fertile. Deux autres pistes existent : la récupération et l’économie. Récupérer l’énergie perdue inutilement, en général sous forme de chaleur, est une préoccupation grandissante dans tous les processus industriels. Un exemple en est les véhicules hybrides qui utilisent une partie de l’énergie du carburant traditionnel pour recharger les batteries électriques. Un autre exemple est l’essai d’utilisation de la chaleur véhiculée dans les égouts urbains par les différents effluents. Aucun processus n’ayant un rendement de 100%, tous perdent une partie de l’énergie utilisée sous forme de chaleur. L’enjeu est de récupérer cette perte. Enfin, il ne faut pas oublier que la meilleure énergie renouvelable est celle que l’on ne consomme pas. L’effort fait notamment dans la construction pour éviter les pertes caloriques reste une voie privilégiée pour économiser l’énergie. Depuis la nuit des temps, l’homme n’a survécu qu’en consommant de l’énergie. Aujourd’hui, cette consommation est devenue tellement importante qu’elle est devenue excessive par rapport à ce que la planète peut fournir. Toutes les énergies fossiles (charbon, lignite, pétrole, sables bitumineux, gaz naturel et gaz de schistes, tourbe, uranium, métaux rares, …) sont appelées à disparaître, peut-être plus rapidement que l’on ne croit compte tenu de la voracité des hommes et de leur prolifération. La seule énergie que l’homme ne pourra jamais épuiser est celle du Soleil. Lorsque celui-ci disparaîtra, l’homme aura cessé d’exister depuis longtemps ! Le défi reste important. Dans 50 ans, la Terre comptera 3 milliards supplémentaires d’êtres humains, les besoins en énergie augmentent actuellement au rythme de 1,8% par an et le réchauffement climatique devient de plus en plus menaçant.
16 avril 2011
Les énergies renouvelables
On sait depuis longtemps que rien ne se crée et rien ne se perd, tout se transforme. Ainsi en est-il de la colossale énergie initiale du big-bang qui, depuis plus de treize milliards d’années, se transmet et se transforme dans l’Univers, sous des formes diverses et variées. Une partie de cette énergie a permis la création de la matière visible et sombre (m = E/c2), donné à cette matière l’énergie cinétique et la quantité de mouvement qui l’anime depuis la nuit des temps, a animé les processus qui ont conduit, notamment sur Terre, à l’apparition de la vie, a peut-être participé à la création de l’énergie noire. L’énergie que la Terre a reçue en héritage existe toujours aujourd’hui sous des formes extraordinairement variées et l’homme, depuis son apparition, vit en recherchant et en consommant cette énergie pour la transformer sous formes diverses qui lui permettent de vivre et de transformer son environnement. Il consomme sans retenue et, actuellement, consomme l’énergie dite fossile pour ses besoins et l’organisation de sa vie. Une partie de cette énergie se retrouve dans la création de chaleur et de gaz à effet de serre qui élève la température de son environnement à tel point que l’homme commence à s’en inquiéter car cette évolution met en danger sa propre existence. Il regarde alors autour de lui et cherche où se cache l’énergie dont l’Univers lui a fait cadeau. La chasse aux énergies dites renouvelables est lancée car elles se dissimulent un peu partout dans notre environnement. Lorsqu’on évoque les énergies renouvelables, on pense presque uniquement aux éoliennes et aux panneaux solaires. Or, les sources renouvelables sont beaucoup plus nombreuses. Depuis longtemps, l’homme a utilisé l’énergie de l’eau des rivières et les barrages et les microcentrales en sont les utilisations les plus abouties. L’énergie du vent a été utilisée très tôt pour le fonctionnement des moulins à vent et, aujourd’hui, pour celui des éoliennes. Si les moulins à vent ont, depuis longtemps, servi à moudre le blé ou à pomper l’eau des polders, les éoliennes destinées à fournir de l’électricité pâtissent du fait que la quantité d’énergie récupérée par chacune d’elles est faible. En effet, là où une centrale nucléaire de 1,5 GW demande 10 hectares de surface, il en faut 18.700 pour obtenir la même puissance avec des éoliennes. En outre, leur esthétique n’est pas consensuelle. Chauffés par le soleil, les hommes ont toujours rêvé d’utiliser cette source d’énergie pour leur compte. L’énergie thermique de basse température est, aujourd’hui, exploitée pour la production d’eau chaude et pour le fonctionnement des pompes à chaleur. L’énergie thermique des hautes températures est utilisée dans les fours solaires. Le projet le plus abouti est, actuellement, le projet « desertec » qui prévoit des centrales utilisant des miroirs concentrant la lumière du soleil pour créer suffisamment de chaleur et générer de la vapeur qui servira à actionner des turbines et des alternateurs produisant de l’électricité. Des réservoirs de chaleur (réservoirs de sels fondus) seront utilisés pour stocker de la chaleur durant la journée afin d’actionner les turbines pendant la nuit ou bien lors de pics de consommation. Des essais analogues existent en Espagne du Sud. Une autre technique d’utilisation de l’énergie solaire est la technique des cellules photovoltaïques qui produisent directement de l’électricité sous l’effet des photons solaires. Mais cette technique est de 5 à 10 fois plus coûteuse que l’éolien et la fabrication des panneaux, souvent par une entreprise chinoise fonctionnant grâce à de l’électricité fournie par une centrale à charbon, est très polluante, le silicium étant obtenu par des procédés de chauffage à très haute température et générateurs de CO2. La Terre est aussi susceptible de restituer une partie de l’énergie reçue lors de sa création. C’est la géothermie qui cherche à récupérer sous diverses formes la chaleur interne de la planète. La géothermie humide exploite l’eau chaude des couches souterraines, la géothermie sèche injecte directement de l’eau froide dans des roches chauffées naturellement. L’énergie cédée à la Terre lors de sa création se retrouve en partie dans les mouvements des mers et des océans. Une partie de cette énergie peut être récupérée en exploitant la houle, l’énergie potentielle des marées, voire les courants marins. Les moulins à marée remontent au Moyen-âge, essentiellement en Bretagne, et l’usine marée-motrice de la Rance en est une réalisation moderne, des expériences ayant été faites pour utiliser les mouvements alternatifs de la houle et le mouvement continu des courants. La biomasse désigne l'ensemble des matières organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou fongique, pouvant devenir source d'énergie par combustion comme le bois, par méthanisation fournissant le biogaz ou par fermentation de matières organiques pour obtenir du biocarburant. Utilisant l’énergie solaire emmagasinée par les plantes, la biomasse est aujourd'hui, de loin, la première énergie dite renouvelable en France, malgré le faible rendement de la photosynthèse et l’utilisation importante de pesticides et de fertilisants. Cette énergie peut être considérée comme renouvelable tant qu’elle ne met pas en péril la fertilité des sols ou tant qu’elle ne crée pas de compétition excessive entre la fourniture de produits pour l’alimentation et la fabrication de carburants. Les déchets ménagers récoltés, en décharges ou dans les stations d’épuration, peuvent servir de source de biogaz. Touts ces énergies sont, sous des formes diverses, récupérées de l’énergie solaire. Le soleil est une énorme bombe nucléaire où s’entretiennent des réactions de fusion entre noyaux d’hydrogène pour former des noyaux d’hélium dégageant une énorme quantité d’énergie par depuis quatre milliards d’années. La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie provenant de l’attraction entre les nucléons due à l’interaction nucléaire forte. Le soleil est ainsi une boule de plasma chaud et dense. La tendance du plasma à se disperser et à se refroidir est contrebalancée par l’énorme gravitation régnant dans le Soleil. Sur Terre, les forces de gravitation sont insuffisantes et il est impossible d’obtenir une réaction de fusion entre deux atomes dans ces conditions. Il n’est pas envisageable, non plus, de confiner un plasma atteignant plusieurs millions de degrés à l'aide de parois matérielles. Pour faire face à ces obstacles, les chercheurs ont mis à profit les propriétés du plasma et ont pensé à le maintenir dans une « boîte immatérielle ». Ils ont compris comment utiliser la propriété des particules du plasma qui ont tendance à s’enrouler autour des lignes de champ magnétique et à les suivre dans leur trajectoire. En refermant les lignes de champ magnétique sur elles-mêmes, les Russes sont ainsi parvenus à mettre au point le concept du tokamak à la fin des années 60. L’intérêt de ce concept pour produire des plasmas ne s’est pas démenti depuis, puisque les principales installations construites dans le monde furent des tokamaks comme le JT60 au Japon, JET en Angleterre et Tore Supra en France. La fusion envisagée est celle des nucléons d’hélium et de tritium. Cette fusion produit des neutrons rapides et destructeurs dont on ne sait pas encore aujourd’hui comment s’en protéger, même si on envisage d’en utiliser une partie pour régénérer le tritium à partir de lithium. Le projet ITER comporte de multiples difficultés comme l'instabilité des plasmas, les fuites thermiques et la fragilité des métaux supraconducteurs. Mais l’enjeu est d’une telle importance que de nombreux pays se sont associés pour tenter l’expérience, malgré ses incertitudes et son coût : L’Union Européenne, les États-Unis, le Japon, la Russie, la Chine, la Corée du Sud et l’Inde. Ce panorama des énergies renouvelables n’est, évidemment, pas exhaustif, l’imagination humaine étant fertile. Deux autres pistes existent : la récupération et l’économie. Récupérer l’énergie perdue inutilement, en général sous forme de chaleur, est une préoccupation grandissante dans tous les processus industriels. Un exemple en est les véhicules hybrides qui utilisent une partie de l’énergie du carburant traditionnel pour recharger les batteries électriques. Un autre exemple est l’essai d’utilisation de la chaleur véhiculée dans les égouts urbains par les différents effluents. Aucun processus n’ayant un rendement de 100%, tous perdent une partie de l’énergie utilisée sous forme de chaleur. L’enjeu est de récupérer cette perte. Enfin, il ne faut pas oublier que la meilleure énergie renouvelable est celle que l’on ne consomme pas. L’effort fait notamment dans la construction pour éviter les pertes caloriques reste une voie privilégiée pour économiser l’énergie. Depuis la nuit des temps, l’homme n’a survécu qu’en consommant de l’énergie. Aujourd’hui, cette consommation est devenue tellement importante qu’elle est devenue excessive par rapport à ce que la planète peut fournir. Toutes les énergies fossiles (charbon, lignite, pétrole, sables bitumineux, gaz naturel et gaz de schistes, tourbe, uranium, métaux rares, …) sont appelées à disparaître, peut-être plus rapidement que l’on ne croit compte tenu de la voracité des hommes et de leur prolifération. La seule énergie que l’homme ne pourra jamais épuiser est celle du Soleil. Lorsque celui-ci disparaîtra, l’homme aura cessé d’exister depuis longtemps ! Le défi reste important. Dans 50 ans, la Terre comptera 3 milliards supplémentaires d’êtres humains, les besoins en énergie augmentent actuellement au rythme de 1,8% par an et le réchauffement climatique devient de plus en plus menaçant.
Inscription à :
Publier les commentaires (Atom)
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire