L'énergie et ses conséquences

En apprenant à se servir de l'énergie rencontrée dans son entourage, autrement dit sa domestication, dans le but de multiplier ses forces pour réaliser des tâches sans cesse plus diciles et complexes et compliquées, l'Homme a acquis un pouvoir de destruction environnemental extraordinaire. Cela s'est fait progressivement. Les sources d'énergie qu'il va s'approprier sont d'abord puisées dans son entourage immédiat : la force des animaux, de l'eau qui court, du vent qui soue, de la chaleur du bois qui brûle.

Nous distinguerons premières sources d'énergie ou énergies classiques qui sont le fait de technologies simples, de type artisanal, des énergies dites modernes qui sont apparues à partir de la n du XVIIè _siècle.

Premières sources d'énergie

Les animaux : Il est très vraisemblable que le premières domestications du gros bétail, bovins, camélidés et équins, et leur emploi en tant que source d'énergie de trac- tion ou de transport a favorisé le développement de l'agriculture et par là même de la population, ainsi que des transports. Les hommes ont alors pu se déplacer sur de longues distances emportant des vivres vivants et des aliments divers. Au cours de leurs déplacements ils ont rencontré d'autres peuples, et échangé des marchandises et de l'information. En tant qu'eet secondaire l'élevage des animaux a marqué le début de la déforestation sur de vastes zones pour nourrir les troupeaux et cultiver des plantes alimentaires.

Le vent, l'eau : L'appropriation des sources naturelles importantes d'énergie , infatigables, quoique parfois capricieuses, véhiculées par l'air ou l'eau a marqué le début de l'industrialisation en secondant le travail épuisant des hommes et des animaux. Dès

Figure 3.2  Les Les branches de bois sont assemblées sous formes de meules, une couche étanche de terre les recouvre, une cheminée est laissée au centre. Le charbon- nier ouvre et ferme des ouvertures à la base de la meule pour réguler la combustion incomplète de bois. (Leçon de choses,par A.Barot, Paris 1891)

lors on put se passer des animaux pour accomplir certaines tâches comme moudre du grain ou pomper de l'eau. De nos jours il est facile de calculer cette puissance disponible, puisque l'on dispose des masses en mouvement et de leur vitesse, alors qu'autrefois l'expérience seule permettait de proter des éléments. Nous mettons dans la même catégorie les moulins à eau et les moulins à vent dont le principe est le même, qui utilisent au départ un mouvement continu rotatif, et, les bateaux à voiles.

Au l du temps des artisans ingénieux ont su apporter des perfectionnements qui sont des diérents mécanismes simples comme : le coin, le levier, la vis, la roue (et son dérivé l'engrenage), la poulie (et son dérivé le moue), le treuil, le cliquet, et un peu

plus tard, venu des arabes, l'arbre à cames.

Figure 3.3  Moulin à vent au XVIIe_{siècle. (Encyclopédie de Diderot et d'Alembert,}

BNF).

La conception et la réalisation d'un mécanisme très simple, le système bielle-manivelle est une découverte majeure. Nous l'introduisons ici bien qu'il ne soit pas une source d'énergie, car, à l'aide d'un dispositif très simple, on transforme mouvement rotatif

en un mouvement alternatif linéaire et l'inverse. Les applications sont nombreuses. Ce système a servi très tôt à transformer le mouvement rotatif des roues hydrauliques des moulins, en mouvements alternatifs dans les scieries pour remplacer les scieurs de long et débiter industriellement les troncs d'arbres. Plus tard l'énergie hydraulique fut transmise de la même façon à des marteaux pour forger ; les pièces issues des fonderies ont acquis par ce fait des dimensions plus importantes entraînant une augmentation des demandes en fer. De nos jours presque tous les moteurs à combustion interne de nos voitures utilisent le même principe bielle manivelle. Le schéma de la gure 2.2 illustre le principe. Pour éviter le blocage au point mort haut et bas on adjoint un volant xé sur l'axe  O  de la manivelle.

Les inventions et mécanismes, pour ingénieux qu'il fussent, n'eussent pas perduré ni pris de l'importance sans la découverte et la mise au point de nouveaux matériaux. Nouveaux matériaux

Nous dénissons ainsi des matériaux qui n'existent pas, ou se trouvent en très faibles quantités à l'état naturel comme le cuivre et l'or. Les premiers objets en bronze21 _ap-

paraissent dès 5000 an av. J.C. Le fer apparaitra plus tard. Ces nouveaux matériaux, comme toutes les découvertes importantes seront à l'origine de nouvelles techniques et de progrès. La métallurgie est à la base des société modernes et du cinquième millé- naire av. J.C. Jusqu'au XVIIè_{siècle de notre ère, les progrès métallurgiques sont lents.}

L'explosion de cette industrie viendra avec l'exploitation de l'énergie contenue dans le charbon de terre qui remplacera le charbon de bois.

Le cuivre et le fer Nous rapprochons ces deux métaux car ils procèdent du même esprit ; si le cuivre est apparu avant le fer les méthodes de production procèdent de principes semblables : le premier étant plus facile à produire que le second.

Le cuivre se trouve à l'état natif dans de rares gisements. C'est sans doute une des premières sources de ce matériau. Plus souvent on le rencontre associé au soufre sous la forme de sulfure de formule Cu2S ou associé au fer et au soufre (chalcopyrite de formule

CuFeS2). Le fer se trouve en abondance sous forme d'oxydes divers. L'obtention du

cuivre, à partir de la pyrite se fait en deux temps : d'abord un grillage qui donne de

Figure 3.4  Au XVIIe_{siècle les bateaux mus par le vent, qu'ils fussent de guerre ou de}

commerce, devinrent gigantesques. Ils atteignirent la limite possible de la construction navale en bois. (source Encyclopédie de Diderot et d'Alembert, BNF).

l'oxyde de cuivre CuO et du dioxyde de soufre (SO très irritant, un polluant industriel, important, que les romains connaissaient déjà bien ; puis les oxydes de fer et de cuivre sont réduits en présence de monoxyde de carbone, produit par la combustion incomplète de charbon de bois dans des bas-fourneaux. Le métal est recueilli à la base. Il est relativement impur et doit être travaillé, le plus souvent par forgeage, pour enlever les scories

Les fours servant à la réduction des oxydes, les bas-fourneaux, étaient dotés d'orices appropriés destinés à canaliser l'air pour activer et réguler la combustion. Ils étaient placés dans des lieux ventés. Selon les besoins, les ouvriers ouvraient et fermaient les

bouches d'aération pour obtenir et réguler la température élevée nécessaire à cette in- dustrie (température de fusion du fer et du cuivre supérieure à 1.000 degrés). La chaleur et le réducteur sont fournis par la combustion incomplète du charbon de bois, le bois brut étant impropre pour la métallurgie. Dans les bas fourneaux les artisans déposaient des couches successives de charbon de bois et de minerai préalablement broyé qu'ils allumaient. Une fois l'opération terminée ils obtenaient une masse de métal impur à la base du four.

Figure 3.5  Moulin à vent au XVIIe _{siècle . (Encyclopédie de Diderot et d'Alembert}

 BNF)

Les quantités très importantes de charbon de bois nécessaires étaient obtenues à partir du bois chaué dans une atmosphère pauvre en oxygène, selon des méthodes encore actuelles. La gure n° 6 représente une meule destinée à produire du charbon de bois dans laquelle on entasse des rondins en laissant une cheminée au centre par où l'on allume la meule. Des trous d'aération sont pratiqués tout autour de la meule pour réguler l'aux d'air. Le bois chaué se sèche et se distille, il reste le charbon. La combustion

peut durer une quinzaine de jours pendant lesquels la surveillance est continue. La qualité du charbon dépend de l'espèce végétale et de la conduite de l'opération. Le rendement de cette opération est très mauvais car on ne peut exploiter que certaines essences, des arbres susamment gros, les troncs et les branches principales. Tout le reste est laissé sur le sol et perdu.

Les armées ont toujours eu besoin de grandes quantités de métaux pour les cuirasses, les armes, plus tard pour les canons, les fusils, les boulets et autres munitions propulsés par la combustion de la pourdre. Cela mit à jour le gros problème de l'approvisionnement des fourneaux industriels en combustible qui s'accompagnait de la destruction de forêts entières. L'industrie de la métallurgie du fer aurait sans doute trouvé rapidement ses limites si l'on n'avait pas découvert que le charbon de terre pouvait remplacer le charbon de bois. Les dirigeants au plus haut niveau se sont inquiétés du problème. C'est ainsi que F.X. ROY, évoquant les ravages faits à la forêt domaniale de Tronçais écrit L'arrêt du Conseil du 14 septembre 1779 prescrivait que 5,737 arpents [. . .] seraient aménagés [. . .] en vue de fournir du bois ou du charbon de bois aux forges du Berry22_{. Cette surface}

qui est considérable illustre bien les besoins énergie-voraces de l'industrie sidérurgique. Le dernier haut fourneau fonctionnant au charbon de bois en France, fut fermé vers 1930.

La découverte des métaux entraîna la fabrication d'outils performants. Nous pou- vons citer les haches pour abattre les arbres, les ciseaux pour travailler la pierre ou le bois, les scies, etc. L'invention de la hache eut aussi, toutes proportions gardées, un impact aussi grand sur les forêts, que notre tronçonneuse moderne.

En dehors de la métallurgie les usages du charbon de bois sont nombreux. Cela va de la cuisson des aliments au chauage des maisons. Les grandes cités de l'Antiquité furent de grandes consommatrices de bois et de charbon de bois, ce qui, ajouté aux besoins de la métallurgie naissante, a amené la destruction des forêts voisines. Les cas d'Athènes et de Madrid sont bien documentés. En Española, la fabrication du sucre, gourmande en énergie tirée du bois est une des causes principales des déforestations actuelles.

La poudre à canon. La poudre à canon fut introduite en Europe au XIIIe_{siècle par}

l'Islam, et les premières armes à feu apparurent peu après, dès le siècle suivant. Elle fut utilisée au cours de la Guerre de cent ans23_{. Bien que ce soit un mélange de soufre, de}

salpêtre et de charbon de bois, ce qui, en soi, n'a rien d'extraordinaire, cette découverte eut des conséquences environnementales considérables pour au moins deux raisons car elle consomme du charbon de bois pour sa fabrication, donc des arbres, et aussi parce qu'elle induit la fabrication d'armes nouvelles pour guerroyer, fusils, canons, aûts, et autres machines de guerre. Ces armes sont toutes à base de métaux qui, comme nous l'avons vu, sont de gros consommateurs de forêts. Elle joua donc un rôle important, quoique indirect dans la déforestation intense qui eut lieu au tournant du XVIIe _{et du}

XVIIIe_siècle.

Du XVIe _{siècle au XVIII}e_{siècle n'apparut aucune invention, ou outil nouveau révo-}

lutionnaire. Ceux qui dont disposaient les artisans et les ingénieurs furent perfectionnés jusqu'à leur limite. L'augmentation de la taille des bateaux en est un des exemples les plus spectaculaires. Pendant ce temps la population mondiale s'accrut, les villes gran- dirent, les conits d'inuence générateurs de guerres décuplèrent, le tout consommateur de matériaux écologiquement coûteux (forêt et défrichement des terres pour nourrir une population de plus en plus nombreuse).

A partir du XVIe_{siècle, notamment sous l'inuence des Portugais et des Espagnols le}

commerce maritime se développa. Les bateaux grandirent et absorbèrent des quantités importantes, de bois, de chanvre pour les cordages, de lin pour les voiles, de canon et d'armes pour se défendre car les corsaires et les pirates se faisaient de plus en plus pressants. Sur terre les armées s'arontaient et les militaires réclamaient de plus en plus de fusils, de canons, de chars, ce qui entraîna une grande consommation de cuivre et de fer et entretint l'économie sidérurgique. Mais l'industrie métallurgique était à bout de ressources car les forêts étaient la seule source de charbon et que, par conséquent le charbon de bois était rare et de plus en plus cher. Dès le début du XVIIe_{siècle, le coke, }

on n'en connaît pas l'inventeur, comme cela arrive souvent pour les inventions majeures , issu du charbon de terre, remplaça le charbon de bois. Au début du XVIIIe_siècle

23. À cette époque la population de la France est estimée à 20 millions d'habitants. C'est dicile à préciser car les recensements étaient peu précis et aussi parce que les populations augmentaient ou diminuaient en fonction des épidémies et des famines.

Abraham Darby (1678  1717) obtint la première coulée de fonte à l'aide de coke. Dès lors le prix de la fonte et de ses dérivés baissa fortement la sidérurgie prit un essor considérable. Le métal devenant bon marché l'on put se permettre toutes les audaces techniques aussi bien dans le génie civil que dans la construction navale. Faute d'avoir disposé de fonte les machines à vapeur n'eussent pas vu le jour.

Jusqu'ici nous avons évoqué les progrès, les solutions apportées au l du temps aux problèmes posés et souvent résolus par des outils très simples, à l'échelle de l'homme. Cette progression des connaissances qui a pris des millénaires, marque de l'intelligence et du développement social de l'homme est due, dans une large mesure, à sa transmission par l'écriture, dans le temps et l'espace. Les hommes étant encore peu nombreux, les atteintes environnementales demeuraient relativement modestes à l'échelle de la terre. Les arbres abattus et les forêts détruites pour des raisons diverses pouvaient encore se reconstituer facilement en une cinquantaines d'années, et il restait susamment de terres inexploitées pour nourrir la population.

Puis les choses vont s'accélérer brusquement à partir de la deuxième moitié du XVIIe

siècle avec la domestication de la force du feu, pour produire des puissances jusque là inaccessibles. Ce fut réellement une véritable révolution, Héphaïstos24 _{et Thanatos}25

au service de l'homme.

Avant de mettre en avant le rôle des énergies nouvelles dans la conquête d'une nouvelle forme d'industrialisation, nous devons mentionner l'importance du capital dans le développement des sociétés modernes.

On ne peut pas parler réellement du capital et de son inuence, dans son acceptation moderne, avant le milieu du XVIIIe_{siècle, cependant il pointe son nez après les croi-}

sades (XIe_{ XIII}e_{siècle) lors des contacts avec l'Orient, qui favorisèrent le commerce}

des produits précieux, dont les soieries et les épices, pour lequel des capitaux étaient mis en jeu. Au l du temps les liquidités s'étaient peu à peu asséchées par la thésauri- sation, et une impasse commerciale était en train de se dessiner à l'aube du XVIe_siècle,

l'Europe ne produisant pas assez d'or et d'argent pour couvrir les besoins commerciaux. La découverte de l'Amérique vint à point pour apporter les métaux précieux qui man- quaient mais an prix d'une dépréciation de la monnaie, et d'une ination. Néanmoins

24. Dieu grec du feu, des forges et des volcans. 25. Dieu grec personalisation de la mort.

le commerce prospérait lentement, les banquiers italiens et hollandais s'enrichissaient. Au cours des XVIe_{et XVIII}e_{siècle les connaissances s'accumulèrent, les professions}

se diérencièrent, l'industrialisation moderne débuta, typiquement dans la construction navale et la sidérurgie. Le capitalisme tel que nous le connaissons émergea : accumu- lation des richesses et des prots, mise en place de réseaux bancaires. La bourgeoisie s'enrichit et devient de plus en plus indépendante du pouvoir ; riche elle investit les ca- pitaux accumulés dans la recherche pour tirer encore plus de prot de l'industrialisation et de la mise sur le marché de nouvelles productions.

L'importance prise par les processus industriels a nécessité plus de capitaux avec une fuite en avant pour rechercher incessamment de nouveaux débouchés, qui à leur tour ont nécessité une augmentation des moyens de production. Il s'en est suivi une demande de biens primaires, charbons, minerais, pétroles de plus en plus importante. D'où des spoliations environnementales et des dégradations très importantes, et secondairement un empoisonnement de l'environnement par des rejets industriels. Puis l'industrie met- tant de plus en plus de biens à la disposition des peuples a ouvert la voie à la société de consommation telle que nous la connaissons entraînant tous les problèmes qu'elle engendre, depuis le réchauement climatique jusqu'aux qu'aux famines promises pour une population humaine de plus en plus nombreuse.

Le terrain était tout préparé pour l'arrivée de l'énergie abondante et bon marché. Les sources nouvelles d'énergie, et leurs conséquences

Nous verrons successivement celles qui proviennent de la vapeur d'eau sous pression, de l'électricité, et des moteurs à combustion interne.

La vapeur

Jusqu'au milieu du XVIIe_{siècle, tous les appareils, les plus ingénieux fussent-ils,}

butaient sur le problème de l'énergie. Les ingénieurs avaient atteint le maximum de ce qui était possible de fabriquer avec les énergies dont ils disposaient. Un des meilleurs exemples, et aussi une quasi caricature, que nous pouvons citer, est celui de l'alimenta- tion des grandes eaux de Versailles. La machine de Marly avait pour but de transporter l'eau de la Seine jusqu'au château de Versailles (vers 1680). L'eau passait par un dé- nivelé de plus de 160 mètres au dessus du niveau de la Seine. Des roues à aubes, sur le cours de la Seine, fournissaient l'énergie nécessaire : elles actionnaient trois paliers

Figure 3.6  Le système bielle-manivelle permet de transformer un mouvement circu- laire en mouvement alternatif (ou inversement). Le système présente deux points morts en A et B. Pou éviter les blocages on met un volant d'inertie en O.

de pompes, sinon le matériel de l'époque n'eût pas pu résister aux pressions26_{. Le bois}

et le cuir étaient les constituants principaux de cette machine. Ils se détérioraient sou- vent et les pannes étaient fréquentes. Un temps cette machine fut considérée comme la plus importante d'Europe. Dès que ce fut possible on abandonna le système de pompes originel pour le remplacer par des pompes actionnées par la vapeur.

La vapeur industrielle

 Permettez-nous de faire un petit aparté sur l'énergie. Il n'est pas question des théories modernes datant du début du XXe_{siècle, mais beaucoup plus prosaïque-}

ment d'observer les énergies naturelles qui nous entourent. Nous pouvons nommer le courant de la rivière, le vent, le poids que l'on soulève et qui retombe, le b÷uf qui tourne un trapiche, le muscle de l'esclave, la chaleur du feu. L'observation enseignait qu'un morceau de fer frappé par le forgeron chauait, que les axes de moulins chauaient, qu'une corde qui glisse dans la main nit par brûler la main qui la serre.

 Alors, voir un gros tas de bois qui ambe laisse imaginer l'énergie qu'il dégage. Le problème revient alors à récupérer, à domestiquer cette énergie, pour pouvoir s'en servir, autrement dit fabriquer un moteur qui emprunte sa force à la chaleur du feu. La démonstration que le feu peut produire de l'énergie était faite depuis très longtemps lorsque tournait déjà, au premier siècle après Jésus Christ, une sorte de