Dominique Meeùs
  Dernière modification le   
retour à la table des matières — à l’index — à la page environnement

Énergie, sources et formes

Table of contents

L’aspect quantitatif est discuté dans un article séparé sur les quantités d’énergie.

Deux sources d’énergie se distinguent comme ayant pour origine la Terre elle-même : la géothermie (essentiellement énergie de fission nucléaire naturelle) et la fission nucléaire (industrielle). Toutes les autres nous viennent du Soleil (énergie de fusion nucléaire).

Généralités sur les perspectives énergétiques

http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_development

Géothermie

La Terre est chaude en profondeur. On peut en extraire de la chaleur. Cela se fait à trois niveaux de températures, ce qui correspond à des forages plus ou moins profonds (la profondeur dépendant aussi de particularités locales de la croûte terrestre). On utilise des sources chaudes, ou on pompe l’eau d’une poche chaude ou on fait passer de l’eau dans des roches chaudes perméables ou fracturées dans ce but.

À faible profondeur, température inférieure à celle du milieu qu’on veut chauffer, il faut utiliser une pompe à chaleur pour élever la température et permettre la transmission de chaleur.

À profondeur moyenne, l’eau, à des températures de 50 à un peu plus de 100 °C, peut servir directement au chauffage.

À plus grande profondeur encore, l’eau, à des températures nettement supérieures à 100 °C, se vaporise et peut actionner des turbines à vapeur (par exemple pour entraîner des génératrices électriques). On peut encore chauffer ensuite avec la chaleur résiduelle.

La géothermie est renouvelable en principe : en quantité et en durée, elle dépasse toute espérance humaine. Elle est le plus souvent non renouvelable en pratique : nous prélevons la chaleur plus vite qu’elle ne se renouvelle (MacKay 2008):96. Cependant, une analyse de Rybach 2007 montre que le refroidissement du lieu de prélèvement crée un gradient à partir des environs, qui stabilise l’installation à un niveau plus bas. Cela vaut pour un prélèvement isolé. Je suppose que si on prélevait sur une grande surface, on buterait sur la limitation indiquée par MacKay. Cette question n’est pas abordée par Rybach.

Les eaux extraites sont plus ou moins chargées en boues. Il n’est pas facile ou pas indiqué de les maintenir en circulation dans le circuit fermé caloporteur. Elles ne retournent donc pas là d’où elles viennent mais sont mises en décharge. Ce sont des déchets radioactifs (légèrement, je pense) : www.epa.gov/radiation/tenorm/geothermal.html.

Rayonnement solaire

Quantité phénoménale d’énergie de rayonnement fournie en permanence par le Soleil, notre grande centrale de fusion nucléaire gratuite, sans entretien ni réparations et garantie pour longtemps. Comme on l’a dit, c’est la source directe ou indirecte de toutes les sources d’énergie, sauf celles qui viennent de la Terre. Nous en avons en gros trois utilisations directes :

  • concentration de rayons par des miroirs ; suppose des rayons ayant une direction précise, pas seulement de la lumière diffuse, donc un ciel très sec et très pur ; centrales électriques (turbines à vapeur) ;
  • panneaux calorifiques ; même en lumière diffuse ; surtout usages domestiques ;
  • panneaux photovoltaïques ; même en lumière diffuse ; électricité.

Vent

C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire. Des écarts de température et donc de densité dans l’atmosphère provoquent le déplacement de grandes masses d’air. Voir article séparé sur la capture d’énergie éolienne.

Biomasse

C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire. La vie utilise différents matériaux de construction dont le carbone. Elle tire l’énergie nécessaire de transformations chimiques et de rayonnement solaire.

On a toujours brûlé du bois. Actuellement on transforme aussi la biomasse en gaz ou en liquide (pouvant servir de carburant pour véhicules terrestres et avions). Il peut s’agir de déchet d’activités existantes (scierie, menuiserie) ou de cultures spécifiques pour la biomasse.

Cette source d’énergie « renouvelable » est en fait une production humaine coûteuse en eau douce, en terre arable, en énergie, en travail… ; elle est en concurrence avec l’alimentation. Quant à son bilan CO2, il n’est pas clair.

Énergie potentielle ou cinétique de l’eau terrestre

C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire (évaporation de l’eau).

Les pluies déposent de l’eau en hauteur et on peut, en profitant de différences de hauteur, transformer cette énergie potentielle en énergie cinétique pour faire tourner des turbines.

On peut utiliser aussi directement l’énergie cinétique des rivières. C’est ce qu’on faisait avec certains moulins à eau.

Énergie des mouvements de la mer

Énergie cinétique. Il y a le mouvement régulier des marées (effet de la gravitation solaire et lunaire) et le mouvement des vagues (effet du vent, et donc du rayonnement solaire).

Matières (E = m⋅c²)

Dans la relativité restreinte d’Einstein, la masse est liée à l’énergie par la relation qu’on peut écrire m = E/c² (ce qui a l’avantage de mettre en évidence la dépendance de la matière). Un certain nombre de processus physiques (dont certaines fusions ou fissions nucléaires) ou chimiques (comme la combustion) s’accompagnent d’une perte de matièreDans d’autres processus, il y a gain de matière, et donc consommation d’énergie., d’où une production d’énergie.

Dans les réactions nucléaires (au niveau du noyau de l’atome) de fusion ou de fission, une très petite partie de la matière est transformée en d’énormes quantités d’énergie sous forme de chaleur.

Dans des réactions chimiques (entre atomes au niveau moléculaire), dont la combustion, une infime partie seulement de la matière mise en œuvre est transformée, mais en mettant en œuvre de grandes quantités de réactifs, on obtient quand même pas mal d’énergie sous forme de chaleur. Dans la combustion, l’énergie de déficit de masse est transformée en radiation et en énergie cinétique des gaz de combustion. Les réactifs ne sont pas généralement pas récupérés, mais polluent l’atmosphère.

L’énergie de la combustion peut être communiquée comme chaleur à un fluide caloriporteur, comme dans une chaudière de chauffage central ou récupérée sous sa forme cinétique en mouvement mécanique rotatif, en frappant les ailettes d’une turbine, ou par réaction, comme dans un réacteur d’avion.

Carbone fossile

Il s’agit de biomasse fossilisée : gaz, pétrole, charbon, dont les réserves diminuent. On en tire par combustion de la chaleur ou de l’énergie cinétique (par expansion, dans des turbines ou des moteurs à explosion).

Gaz naturel

Il s’agit essentiellement de méthane CH₄. On le trouve sous pression dans des poches géologiques d’où on le libère par forage.

Gaz « non conventionnel »

Le gaz « non conventionnel » est le même dans des situations géologiques non classiques, moins favorables.

Charbon

Le charbon peut être préalablement liquéfié ou gazéifié ce qui permet d’autres formes de transport, de stockage et d’utilisation que sous forme solide. (Le charbon sert aussi à autre chose que seulement l’énergie thermique dans des processus industriels, comme la réduction des oxydes de fer, où il joue un rôle à la fois thermique et chimique.)

Pétrole

(Le pétrole sert par ailleurs de matière première en pétrochimie.)

Matières fissiles

Héritage de la formation de la planète. Malgré leur dégradation naturelle depuis quatre milliards d’années, il reste des fractions plus actives comme ²³⁵U. Leur fission dégage de la chaleur. Dans les surgénérateurs, on peut transmuter des matériaux peu actifs en nouveaux matériaux fissiles, ce qui multiplie cette ressource et recule son épuisement à un horizon très lointain.

Fusion d’atomes légers

L’hydrogène est une source d’énergie dans les étoiles, par fusion nucléaire. On étudie la possibilité de domestiquer l’énergie de fusion (sur d’autres atomes que l’hydrogène). C’est une perspective trop lointaine pour intervenir dans les réflexions sur l’environnement à court ou à moyen terme.

Électricité

L’électricité n’est pas une source d’énergie primaire pour nous. On la produit à partir de diverses autres formes d’énergie.

Dangerosité

Brian Wang a cherché en 2011 à compiler le nombre de morts causés par les diverses industries de l’énergie en général, et en production d’électricité en particulier. Il a revu ses estimations par la suite en les confrontant à des sources diverses et en tenant compte de certaines critiques, mais on ne peut en rester à un seul avis et il serait intéressant de trouver encore d’autres travaux du même genre. De sa page nextbigfuture.com/2011/03/deaths-per-twh-by-energy-source.html consultée le mercredi 29 janvier 2014, je tire le tableau ci-dessous. Comme le plus petit nombre de morts est de 0,04 ou 1/25 par TWh, j’ai ajouté une colonne, que je trouve plus lisible, en morts par 25 TWh.

Morts par TWh dans la production d’énergie
Type Type Morts
par
TWh
Morts
pour
25 TWh
Comments
Charbon, monde tous usages Coal (elect, heat, cook) – world avg 100 2 500 26 % of world energy
Charbon, électricité monde Coal electricity – world avg 60 1 500 50 % of world electricity
Charbon, Chine tous usages Coal (elect, heat, cook) – China 170 4 250
Charbon, électricité Chine Coal electricity – China 90 2 250
Charbon, USA Coal – USA 15 375
Pétrole Oil 36 900 36 % of world energy
Gaz naturel Natural Gas 4 100 21 % of world energy
Biomasse Biofuel/Biomass 12 300
Tourbe Peat 12 300
Solaire sur toiture Solar (rooftop) 0,44 11 less than 0.1 % of world energy
Éolien Wind 0,15 3,75 less than 1% of world energy
Hydro, monde
(accident de Banqiao compris)
Hydro — world
(including Banqiao)
1,40 35 171 000 Banqiao dead
about 2 500 TWh/yr
2.2 % of world energy
Hydro, Europe Hydro Europe death rate 0,10 2,5
Nucléaire Nuclear 0,04 1 5.9 % of world energy
Dominique Meeùs. Date: 2012-…