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École Nationale Polytechnique
Laboratoire de Valorisation des Énergies Fossiles
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ejournée de l’énergie,
Hôtel Le Mas des Planteurs : 15 avril 2009 .
Thème : Les économies d’énergie et les énergies du futur Sujet : Les énergies du futur
Auteurs : Behrya AMRAOUI, Sara BELAKHIT, Prof. Chems Eddine Chitour.
Laboratoire de Valorisation des Energies Fossiles, Ecole Nationale Polytechnique, 10 avenue Hassen Badi. Belfort.
Résumé :
10 ans ? 20 ans ? 30 ans ? Nous ne savons pas exactement quand cela va arriver. Mais il est certain que d’ici quelques années, notre planète ne disposera plus d’autant d’énergie utilisable que nous n’en consommons aujourd’hui. Il y aura moins d’énergies fossiles, et en particulier de pétrole. Les énergies renouvelables ne semblent pas capables de fournir rapidement, à elles seules, les volumes d’énergie équivalents à ceux offerts actuellement par le pétrole, le gaz et le charbon.
En même temps, il faudra peut-être engager bientôt une lutte plus vigoureuse contre l’effet de serre, si le réchauffement de la planète nous conduit à des dérèglements climatiques
importants. Il nous faudra dans ce cas réduire fortement nos émissions de gaz carbonique CO2. Et limiter notre consommation d’énergies fossiles.
Effet de serre ou pénurie, lequel se fera sentir le plus fort en premier ? Personne ne peut le dire. Dans les deux cas, il nous faudra bientôt faire des économies d’énergie : on n’en mourra pas, l’homme en a vu d’autres dans son histoire ! Et aussi, qui sait, développer des formes d’énergie encore à l’état de projet, qui pourrait nous réserver de bonnes surprises. Et que doit faire l’Algérie pour être en phase avec le mouvement du monde?
Summary:
We don’t know exactly when it will come. But it’s certainly that won’t be for long, our planet will not dispose as much as energy as usable like we consume today. It will be less of fossil energy, especially oil. The renew energy, could not seem to be able to give firstly and all on one’s the volume of energy same as those actually get by oil, gazes and coal.
As same time, perhaps we have to at soon. Warn hardly against green house effect, if the global warning takes us to an important climate change in the case, we would have to reduce considerably our emission of carbon dioxide and limit our fossil energy consummation.
Green house effect or shortage, which of them will feel hardly at fast anybody can’t main taint it. In any case, we have to make at soon, the economics of energy. We would never die. In his story, human have seen another! Whatever! Who knows we may develop a new form of energy again which weed and reserve us a good surprise. And what would Algeria do in order to take place in the new international order of energy of the world?
Mots clés : énergies du future, fusion nucléaire, hydrogène, piles à combustibles.
Sommaire :
1. Introduction.
2. Les problèmes du futur.
3. Bilan de la planète 4. Que faut-il faire ? 5. Les énergies du futur :
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A. Les énergies classiques.
¾ Le solaire.
¾ L’éolienne.
¾ La biomasse.
¾ Hydrique.
¾ Géothermique.
B. Les énergies nouvelles.
¾ L’hydrogène.
¾ La fusion nucléaire.
6. La situation en Algérie.
7. Conclusion.
1. Introduction:
Si l’on croit les prévisions des scientifiques pour ce siècle notre planète sera dévastée par les déserts, les insectes, les inondations, la pénurie d’eau et bien d’autres choses aussi
horribles et terrifiantes les unes que les autres. Le film documentaire intitulé « les temps changent » évoque les problèmes que l’humanité devra affronter tôt ou tard si on ne prenait pas des mesures draconiennes pour espérer léguer aux générations futurs un environnement serein et prospère. La machination infernale que l’effet de serre impose à l’environnement ne peut être inversée en peu de temps mais si on veut limiter les dégâts il faudra penser
sérieusement à remplacer les énergies fossiles par les énergies renouvelables et le plus tôt possible avant qu’il ne soit trop tard. Par ailleurs, à côté des énergies renouvelables
classiques (solaire, éolien, géothermie) apparaissent de plus en plus des énergies nouvelles qui pourraient être opérationnelles dans un futur proche, même si elles sont actuellement à l’état de prototypes. Le but de notre étude est justement de recenser les nouvelles innovations des énergies renouvelables classiques mais aussi faire le point des énergies du futur.
I. Bilan de la planète :
Le bilan énergétique mondial fourni une photographie de la situation énergétique à un moment donné, à partir de laquelle, en prenant en compte le volume de réserve énergétique dont dispose la planète, on peut esquisser quelques tendances d’évolution à long terme.
A. Les énergies fossiles :
1. Le pétrole : Les réserves de pétrole sont difficiles à estimer et font l'objet de nombreuses controverses. On dénombre environ 30 000 gisements rentables, de quelques dizaines à quelques centaines de km2. Parmi eux, l’on distingue 450 à 500 gisements dits "géants" (avec des réserves supérieures à 70 millions de tonnes), dont une soixantaine de "super-géants" (avec des réserves supérieures à 700 millions de tonnes). 60 % des "super-géants" sont au Moyen-Orient.
Le Moyen-Orient restera la principale zone de production, mais d'autres régions ont un fort potentiel : la Russie, l'Afrique de l'Ouest, le Brésil et le Golfe du Mexique. L'Asie centrale (Kazakhstan, Turkménistan) l’est également, mais des problèmes
d'acheminement vers la mer entravent son développement. La production des ces dernières années ne cesse d’augmenter comme c’est illustrer dans le graphique suivant :
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Production du pétrole dans le monde de 1971 à 2007. Source: International Energy Agency – Oil Market Report (IAE)
2. Le gaz naturel : Selon l’Union Internationale de l'Industrie du Gaz, les réserves conventionnelles de gaz naturel correspondent à 65 années de production au rythme actuel. Environ 40 % des réserves sont concentrées dans les quelque 25 gisements géants de la planète, dont deux se trouvent en Europe (Groningue aux Pays-Bas et Troll en mer du Nord norvégienne). L'amélioration des techniques d'exploration devrait permettre d'augmenter les réserves accessibles.
Les réserves connues de gaz naturel se trouvent principalement au Moyen-Orient (40,1%) et en Russie (32,4%).
3. Le charbon : Les réserves de charbon, abondantes et géographiquement bien réparties, sont évaluées à 471 milliards de tep.
Le charbon est, en général, majoritairement consommé dans le pays producteur.
4. L’uranium : Les réserves de minerai d'uranium exploitées actuellement sont dispersées dans de nombreux pays (26 % dans l'ex-Union soviétique, 27 % en Australie, 17 % en Amérique du Nord et 20 % en Afrique). Les ressources raisonnablement assurées, récupérables à moins de 80$/kg U, s'élèvent à environ 2,5 millions de tonnes pour le monde (hors Chili et Chine). La consommation d'uranium par une centrale nucléaire est variable selon sa technique, notamment du fait de l'usage ou non de combustibles retraités. Au rythme actuel de consommation (environ 450 réacteurs sont en service dans le monde) et sans tenir compte de stockages abondants, les réserves d'uranium devraient couvrir au moins les 50 années à venir. Il est probable que de nombreux gisements restent à découvrir.
B. Les énergies renouvelables :
Le contribuable des énergies renouvelables dans la production consommation énergétique mondiale est presque insignifiant, néanmoins il y a des pays qui prennent une longueur d’avance par rapport à d’autres comme c’est le cas de l’Allemagne qui d’ici 2012 40% de sa production d’énergie serait d’origine renouvelable suivi par l’Espagne qui produit
actuellement prés de 60% de l’énergie propre (énergie éolienne)en Europe, ces deux derniers
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cas ne sont pas isolés la France aussi pense à développer la fusion nucléaire avec le projet ITER et le domaine de l’hydrogène (d’origine propre) ne cesse de s’alimenter des nouvelles technologies.
2. Les problèmes du futur :
L’évolution de la demande énergétique.
Source: IEA (mot clef World Energy Statistics)
La demande énergétique planétaire a beaucoup évolué ces derniers temps et de même les rejets de gaz à effet de serre (GES) dont celui qu’on retrouve en grande proportion le gaz carbonique issu principalement des énergies fossiles.
Emission de CO2 dues à l’énergie/ en MtCO2
2004 2030 Variation 2004- 2030
Variation annuelle moyenne 2004-2030 OCDE
Dont : USA UE Pays en transition Pays en
développement Dont : Chine Soutes
12827 5769 3847 2560 10171 4769 521
15495 7138 4216 3193 21111 10425 621
+ 21%
+24%
+10%
+25%
+108%
+119%
+19%
+ 0,7%
+0,8%
+0,4%
+0,9%
+2,8%
+3,1%
+0,7%
Total 26079 40420 +55% +1,7%
Tableau représentatif de l’évolution des rejets de CO2. Source : Rapport d’orientation avril 2007.
Les changements climatiques : Certes les combustibles fossiles responsables de l’effet de serre seront toujours indispensables d’ici 2050, cependant on doit préparer la transition en économisant ces énergies ce qui aura pour effet d’atténuer les changements climatiques, sinon la lenteur de l’absorption du CO2 par l’océan amènera à un scénario cauchemar. Divers scénarios sont considérés par les groupes de travail du GIEC () :
9 Le réchauffement estimé est compris entre 1,4 °C et 6 °C et la montée du niveau de la mer entre 20 cm et 90 cm.
9 Il est très vraisemblable (probabilité > 90 %) qu’il y aura davantage de vagues de chaleur, une réduction de la saison froide avec moins de jours de grand froid, une diminution de
l’amplitude des températures diurnes sur les continents et davantage d’occurrences de pluies intenses dans certaines régions, de sécheresse dans d’autres.
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9 Le changement climatique induit par les activités humaines persistera pendant longtemps et aura des conséquences à très long terme, même si on arrive à une stabilisation des
concentrations de gaz à effet de serre
Il est difficile de savoir avec exactitude ce qui nous reste comme énergie fossile exploitable en sous sol mais on peut l’estimer, pour le pétrole on en a de 40 à 50 ans, pour le charbon c’est pour la fin de ce siècle, le gaz naturel a quelques 65 années et on peut inclure l’uranium qui a pour environ 45 ans d’existence encore.
La pénurie des énergies fossiles : Comme nous le constatons tous, la terre a des ressources limitées en énergies fossiles. La consommation débridée d’énergie fossile même si elle est disponible amènera la situation de la Terre à un point de non retour. De ce fait, il est évident que la « civilisation occidentale » est encore boulimique en énergie fossile, en outre, la hausse des prix des ces énergies oblige les gouvernements occidentaux de réfléchir à une alternative d’énergie, chose qui contribuera comme c’est le cas actuellement à un déséquilibre du marché financier et cela amplifiera les problèmes des pays en voie de développement et ceux du tiers monde.
D'après un projet de rapport rédigé par des experts à la demande du gouvernement américain, l'offre en pétrole brut ne pourra pas répondre à la demande mondiale croissante dans les 25 prochaines années, ce qui obligera à avoir recours à d'autres carburants. Dans le document intitulé "Affronter les dures réalités sur l'énergie", les experts indiquent que l'offre en pétrole ne sera pas suffisante à l'horizon 2030 malgré une augmentation certaine de la production :
"C'est une dure réalité : l'offre globale de pétrole et de gaz naturel provenant de sources conventionnelles, sur lesquelles nous avons le plus compté, ne pourra probablement pas suivre la progression de 50% à 60% de la demande ces 25 prochaines années."
D’autre part, la problématique que posent les gaz à effet de serre dont les énergies fossiles sont responsables, inquiète plus d’un sur les répercutions que cela pourrait avoir sur notre environnement et incite les gouvernements et les individus d’apaiser cette consommation frénétique. En outre, ces gaz sont essentiellement produit de la combustion directe des
énergies fossiles aussi bien que du transport de ces dernières que ce soit à l’aide des oléoducs (gaz naturel) ou bien les pétroliers responsables des marrées noires ou bien des déchets non recyclables des l’industrie pétrolière.
Les autres pénuries : La pénurie d’eau touche déjà tous les continents et plus de 40 pour cent de la population de la planète. D’ici 2025, 1,8 milliard de personnes vivront dans des pays ou des régions victimes de pénuries d’eau absolues, et deux tiers de la population mondiale pourraient être exposés à des conditions de stress hydrique.
Le manque d’accès à l’eau saine en quantité suffisante limite notre capacité de produire suffisamment de nourriture ou de gagner assez d’argent pour vivre. Il limite notre capacité d’administrer les industries et de fournir de l’énergie. Sans accès à l’eau pour boire et se laver, il est plus difficile d’atténuer la diffusion et l’impact de maladies mortelles comme le
VIH/SIDA. Actuellement, chaque jour, 3 800 enfants meurent de maladies liées à un manque d’eau potable et d’hygiène.
3. Que faut-il faire ?
La maitrise d’énergie par le freinage de la consommation d’énergies fossiles et
l’optimisation des énergies à faible (voire nulle) émission de gaz à effet de serre paraît une solution convenable afin de préserver notre environnement. Aussi, la capture du dioxyde de carbone (le principal gaz responsable de l’effet de serre) permettrait l’alternation entre les énergies fossiles et les énergies renouvelables et ainsi leur exploitation pour un plus long terme sans pour autant polluer l’atmosphère.
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4. Les énergies du futur :
A. Les énergies classiques :
Les 5 familles énergies renouvelables :
Le soleil, le vent, la chaleur de la terre, les chutes d’eau, les marées ou encore la
croissance des végétaux, les énergies renouvelables n’engendrent pas ou peu de déchets ou d’émissions polluantes. Elles participent à la lutte contre l’effet de serre et les rejets de CO2 dans l’atmosphère, facilitent la gestion raisonnée des ressources locales, génèrent des emplois.
Le solaire (solaire photovoltaïque, solaire thermique), l’hydroélectricité, l’éolien, la biomasse, la géothermie sont des énergies aux flux inépuisables par rapport aux « énergies stock » tirées des gisements de combustibles fossiles en voie de raréfaction : pétrole, charbon, gaz naturel.
Crédit photo : E-Thévenon 1. L’énergie solaire :
L'énergie solaire reçue par la terre vaut, en chiffres ronds, environ 10.000 fois la quantité totale d'énergie consommée par l'ensemble de l'humanité. En d'autres termes, capter 0,01% de cette énergie nous permettrait de nous passer de pétrole, de gaz, de charbon et d'uranium : c'est pourquoi l'homme développe l'idée d'exploiter cette énergie de manière significative depuis un certain temps déjà.
Le dispositif qui convertit l’énergie lumineuse en électricité est appelé système solaire photovoltaïque ou système solaire PV. On utilise pour ce système des cellules voltaïques, qui sont reliées entre elles et constituent les panneaux solaires (modules) qui convertissent en électricité environ 15% de l’énergie solaire reçue. Un panneau de 1m2 permet de fournir une puissance de 100watts et peut produire : 80 à 150 KWh.
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Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. L'installation solaire peut alimenter un besoin sur place(en association avec un moyen de stockage) ou être injectée, après transformation en courant alternatif, dans un réseau de distribution électrique (le stockage n'étant alors pas nécessaire).
L’électricité photovoltaïque a plusieurs utilisations :
• L’alimentation électrique de sites et d’habitation isolés, situés loin d’un réseau électrique, (zones rurales dans les payes en développement, relais de communication, téléphones sur les autoroutes, balises en mer, satellite…) pour 25 à 30 % du marché.
• des systèmes raccordés au réseau électrique (toits et murs photovoltaïques de maisons, centrales photovoltaïques) pour 70 à 75 % du marché.
• d’autres applications individuelles, comme les montres et les calculettes alimentées par des cellules de faible puissance, pour 2 à 5 % du marché.
Le stockage de l’énergie solaire se fait avec une batterie au plomb, ce qui est la manière actuelle de faire, le calcul est un peu différent : le rendement du stockage est de 70% en gros, mais il faut aussi déduire l'énergie de fabrication de la batterie, tout comme il faut tenir compte de l'énergie de fabrication du panneau.
La transformation de l’énergie contenue dans le rayonnement solaire en chaleur par l’intermédiaire des capteurs solaires thermiques permet de chauffer de l'eau ou de l'air dans différents cas d'applications solaires : des habitations, des piscines, à la production d'eau chaude sanitaire (ECS), ou encore au séchage des récoltes (fourrage, céréales, fruits).
Cette énergie thermique du Soleil permet aussi de produire de l’électricité par voie
thermodynamique, la technologie la plus mature industriellement est la concentration par des miroirs cylindro-paraboliques. Ce type de miroirs, long d'une centaine de mètre, concentre sur un tube récepteur contenant un fluide caloporteur la chaleur ; le fluide génère ensuite de la vapeur qui est turbinée pour produire de l'électricité. La température peut atteindre les 500°C.
Ce type de centrales est le plus fréquent. Elle est utilisée par les plus puissantes centrales solaires au monde, comme celle du Nevada solar one, inaugurée en 2007, qui est la plu grande centrale de ce type au monde. Elle occupe une superficie de 1,3 million de m², elle compte au total 76 km de cylindres réflecteurs. D’une puissance de 64MW, elle fournit de l’électricité à 40 000 foyers.
Il existe d’autres technologies de centrales thermodynamiques :
• Les centrales à tour : plusieurs centaines de miroirs orientables concentrent le rayonnement vers une chaudière située en haut d’une tour, ou circule un fluide colporteur. Ce fluide transfert la chaleur vers un circuit d’eau, dont la vapeur actionnera une turbine. Ce type de centrale est très précis, et permet d’atteindre des températures de 600°C. On retrouve ce type de centrale en Europe, notamment en Espagne, ou la centrale « PS10 » a été réalisé en 2007.
Cette centrale permet de produire de l’électricité au moyen de 624 miroirs mobiles de 120m² chacun, placés autour d’une tour de 115m, munie d’un capteur et d’une turbine à vapeur. Elle a une puissance de 11MW, et produit environ 23GWh/an.
• Les centrales à collecteur paraboliques : paraboles orientables dont le diamètre vari de 10 à 20m, munies sur leur focale d’une mini-centrale électrique qui fonctionne grâce à un moteur Stirling. La température peut atteindre les 800°C.
Finalement, les centrales solaires ne fonctionnent que le jour, à moins de stocker le fluide colporteur ou de bruler des énergies fossiles la nuit, et doivent être installées dans des zones très ensoleillées, ayant une grande surface, et un réseau électrique pas trop éloigné. De plus, il est souhaité que l’air ne soit pas pollué, et la surface plate.
Cependant le solaire est une source gratuite, propre et inépuisable, qui se montre rentable à long terme, surtout pour des zones telles que notre Sahara, qui pourrait à lui seul alimenter toute l’Europe. Elle peut remplacer bien d'autres sources d'énergies polluantes pour
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l'environnement. Sauf que les investissements restent assez coûteux. Pour intéresser les investisseurs privés et les particuliers qui voudraient s’équiper, le solaire doit pour l’instant être subventionné directement ou indirectement par les gouvernements dans les pays développés.
2. L’énergie éolienne :
Le vent est un déplacement de différentes masses d’air. En effet le soleil réchauffe la surface de la terre de manière plus importante au niveau de l'équateur. Cet air réchauffé, donc plus léger va s'élever puis se diriger vers des zones plus froides : Les pôles. L'air ainsi refroidit aura tendance à se rediriger vers l'équateur. À ces phénomènes de montées et descentes d'air pôles-équateur, vont se combiner des déplacements d'air latéraux engendrés par la rotation de la terre. L'énergie cinétique contenue dans ces déplacements de masses d'air est appelée
ÉNERGIE ÉOLIENNE (Éole= dieu du vent en grec ancien).
Les éoliennes modernes sont maintenant des
systèmes très complexes et évolués. Ils sont composés des éléments suivants :
• une assise de béton, la fondation, qui permet de fixer de façon rigide l'ensemble de la structure de l'éolienne ;
• le mât, qui place l'hélice dans une zone de vent plus fort et régulier et permet d'avoir une grande longueur de pale ;
• la nacelle, dont les dimensions approchent celles d'un container, et qui contient toute la machinerie qui sert d'une part à transformer le mouvement des hélices en électricité, et d'autre part à orienter au mieux l'éolienne ou à la mettre en position de repos ;
• l'hélice, le plus souvent à 3 pales, parfois à 2 seulement ;
• et enfin la cabine de dispersion qui réalise l'adaptation du courant électrique produit par la nacelle en un courant injectable sur le réseau électrique local.
L’éolienne fonctionne dans un intervalle précis de vitesses du vent. En effet, si cette vitesse est inferieure à 10 ou 15 km/h, elle n’est pas suffisante pour la faire fonctionner. Mais au delà de 90 km/h, la turbine s’arrête afin de ne pas entrainer une usure prématurée du matériel.
La puissance d’une éolienne classique est de 1 à 1,5 MW, mais les éoliennes de la nouvelle génération atteignent 2 à 3 MW. L’énergie éolienne est aujourd’hui l’énergie propre la moins coûteuse à produire, ce qui explique l’engouement fort pour cette technologie. Il faut savoir qu’une éolienne d’1 MW de puissance nominale peut alimenter en électricité environ 1000 personnes (besoins de chauffage compris). Cependant, il faut s’assurer que le site ou l’on place nos éoliennes est assez venteux.
Grace aux technologies modernes les éoliennes off shore sont de plus en plus développes malgré leur cout élevé, leur rendement est bien meilleur que celui des on shore.
Les éoliennes produisent de l’énergie propre et peuvent remplacer bien d’autres énergies polluantes, néanmoins elles présentent quelques inconvénients aux quels les scientifiques n’ont toujours pas su y remédier, comme la nuisance sonore due aux bruits que fait la
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génératrice et les hélices, la pollution visuelle du faite de la taille d’une éolienne qui peut aller jusqu’à 30 m et le danger qu’elles peuvent représenter sur l’avifaune.
3. La biomasse :
La biomasse est produite par les organismes vivant principalement par l’activité
photosynthétique des plantes, mais aussi les animaux, des insectes, des micros organismes… . Elle est essentiellement constituée de polymères complexes de carbone, hydrogène, oxygène et azote, de soufre en faible proportion et d’éléments inorganiques.
L’aspect renouvelable introduit une distinction qui permet de n’en retenir qu’une fraction d’une part, d’y ajouter la production fatale de déchets issus d’autres composés organiques naturels industriellement transformés, donc pas toujours naturels, d’autre part.
Les différentes ressources de la biomasse peuvent être regroupées en trois types :
Le bois et les déchets des industries de transformation du bois y compris les liqueurs noires de bactéries qui sont actuellement les plus mises en contribution dans l’ensemble des pays
Européens.
Les produits de l’agriculture ainsi que leurs déchets et ceux de la transformation des produits agricoles. Ils sont généralement encore peu valorisés mais sont susceptibles d’une forte mobilisation liée au développement des contraintes environnementales (effluents d’élevages) et aux futures valorisations des fractions ligno-cellulosiques des produits agricoles qui seront utilisés pour la production de carburants.
Les déchets urbains : ordures ménagères et boues de stations d’épurations. Une partie non négligeable de ce potentiel est déjà exploitée pour la production d’énergie ou pour le recyclage de matières valorisables (compost…).
On peut valoriser l’énergie biomasse par trois voies principales qui sont :
• La voie chimique : dans ce type de procédés les réactions peuvent conduire à deux sortes de produits : composé chimique et carburant. Cependant certains produits (comme l’éthanol par exemple) peuvent être valorisés autant que tels et être le point de départ de toute une branche de la chimie ou bien être utilisés comme carburants. Comme tout processus de transformation chimique, celui de la biomasse met en jeu plusieurs étapes réactionnelles. On désire avant tout l’obtention des biocarburants.
• La voie thermochimique : La transformation thermochimique de la biomasse correspond à une production de chaleur résultant de réactions chimiques. On cherche avant out de
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transformer la biomasse végétale en énergie électrique via la chaleur générée par la combustion, la gazéification ou bien la pyrolyse.
• La voie biologique : Il s’agit d’une production directe de l’énergie (méthane, éthanol) ou bien une économie d’énergies traditionnelles pour obtenir certains produits. La biotechnologie permet, en outre, d’exploiter le métabolisme très actif des micro-organismes qui grâce à leur faculté de produire une substance avec un rendement élevé comparativement à leur taille, de ce fait le rendement des conversions biologique pourrait atteindre les 100%.
L’une des applications les plus intéressantes de la biomasse est sans doute celle des
biocarburants desquels il existe deux grandes filières de production : le bioéthanol (pour les véhicules essence) et les huiles végétales (pour les véhicules diesel)
La filière éthanol : elle comprend l’éthanol qui est seulement produit industriellement à partir des voies sucrières et amylacées. L’incorporation d’éthanol dans l’essence est possible, jusqu’à 5% en volume sans modification des moteurs. L’ETBE (Éthyle Tertio Butyle Éther) quand à lui est obtenu par transformation de l’éthanol déshydraté par voie de réaction chimique avec l’iso butène, il contient environ 47% d’éthanol en masse. Ces propriétés (indice d’octane élevé, faible tension de vapeur, tolérance parfaite à l’eau) en font un carburant particulièrement apprécié par les raffineurs.
La filière des huiles végétales : on parle des EMHV (Esters Méthyliques d’Huiles Végétales) dont les caractéristiques physico-chimiques sont voisines de celles du Gas-oil et du fuel domestique, ce qui permet de les utiliser en mélange avec les gas-oils dans les moteurs diesel classiques pour véhicules routiers ou en mélange avec du fuel domestique (une incorporation faible de l’ordre de 5% en volume correspond à un ajout dans le gas-oil classique et une autre bien plus élevée, 30% en général, est pour l’utilisation dans les flottes urbaines spécifiques).
En prenant en compte toute l’énergie consommée pour produire du maïs, par exemple, (engrais, pesticides, carburants) puis la transformation en éthanol (cuisson et distillation), à tout cela s’ajoute la lourde consommation d’eau pour la culture de cette céréale, on s’aperçoit que le bilan énergétique et l’écobilan sont peu favorables pour ne pas dire négatifs.
La biomasse est une énergie renouvelable, certes, néanmoins elle reste émettrice de gaz carboniques et peut engendrer des dégâts considérables si on ne faisait pas en sorte qu’elle ne le soit pas.
4. L’énergie géothermique :
La géothermie est l’exploitation de la chaleur stockée dans le sous-sol. L’utilisation des ressources géothermales se décompose en deux grandes familles : la production d’électricité et la production de chaleur. En fonction de la ressource, de la technique utilisée et des besoins, les applications sont multiples. Le critère qui sert de guide pour bien cerner la filière est la température. Ainsi, la géothermie est qualifiée de « haute énergie » (plus de 150°C),
« moyenne énergie » (90 à 150°C), « basse énergie » (30 à 90°C) et « très basse énergie » (moins de 30°C).
Le principe est assez simple la chaleur est récupérée grâce à un mécanisme composé de deux forages l’un pour l’inspiration du fluide chaud et le second pour la réinjection de ce dernier, une fois refroidi dans un échangeur de chaleur servant à produire de l’électricité, au sous sol, comme le montre le schéma de principe qui suit.
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La différence entre les quatre types est fonction de la profondeur à laquelle l’énergie devient exploitable, sauf pour la géothermie basse énergie qui nécessite un fluide caloporteur
(généralement l’eau).
La technologie de l’énergie géothermique permet des économies de chauffage pouvant atteindre 70% puisqu’elle extrait l'énergie directement du sous-sol de la terre, sachant que les systèmes géothermiques sont sans combustion; ils sont donc plus propres et plus sécuritaires que les systèmes de chauffage conventionnels.
5. L’énergie hydraulique :
L'énergie hydraulique est l'énergie fournie par le mouvement de l'eau, sous toutes ses formes, chute, cours d'eau, marée. Ce mouvement peut être utilisé directement, par exemple avec un moulin à eau, ou plus couramment être converti, par exemple en énergie électrique dans une centrale hydroélectrique.
Énergie hydroélectrique est une énergie électrique obtenue par conversion de l'énergie hydraulique des différents flux d'eau (fleuves, rivières, chutes d'eau, courants marins...) L'énergie cinétique du courant d'eau est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur.
Les centrales hydroélectriques utilisent généralement de l’eau stockée dans un barrage, ce qui permet aux centrales de fonctionner même en périodes de basses eaux. A partir de la, une chute d’eau est créée grâce à un canal de dérivation, qui prélève l’eau nécessaire au
fonctionnement de la centrale. Il peut être à ciel ouvert ou souterrain. Cette chute d’eau fera tourner une turbine reliée à un alternateur afin de produire de l’énergie électrique.
L’hydroélectricité représente la deuxième source de production d’électricité. Cependant, pour les grandes centrales qui nécessitent la construction d’un barrage, il faut trouver un site ayant de bonnes conditions topographiques, géologiques et hydrologiques, et surtout procéder à un contrôle permanent du barrage.
On peut exploiter l’énergie de l’eau sous d’autres formes :
Énergie marémotrice : C’est une énergie due aux mouvements de la marrée qu’elle soit haute ou basse, ce mouvement engendre une turbine qui à son tour génère de l’électricité. Le rendement de cette dernière n’est pas considérable par rapport à son coût d’installation et d’entretien qui s’avère assez élevé.
Pour être rentable, une usine marémotrice ne peut être installée n’importe où. Les amplitudes de marées doivent être importantes : en moyenne 10 à 15 m pour les meilleurs sites. Et il faut pouvoir construire un barrage dans de bonnes conditions. En effet, une usine marémotrice fonctionne sur le même principe qu’une centrale hydroélectrique : une chute d’eau qui
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entraîne une turbine, la turbine entraînant un générateur d’électricité. Comment fonctionne ce barrage ? À marée montante, il laisse passer la mer qui envahit le bassin de retenue. Dès que la marée se prépare à redescendre, le barrage est fermé. L’eau ainsi retenue servira à alimenter les turbines à marée basse. Comme la plupart des autres énergies renouvelables, l’électricité marémotrice est intermittente. Toutefois, avec une différence de taille : elle est parfaitement prévisible, et même des années à l’avance. Le potentiel de l’énergie des marées dans le monde est difficile à calculer. Il pourrait se situer entre 500 et 1 000 TWh/an.
• En utilisant le mouvement de l’eau causé par les marées. C’est l’énergie marémotrice à simple ou à double effet.
Énergie des vagues : on peut aussi exploiter l’énergie des vagues et de la houle. En effet, les vagues, portées par le vent, transportent une énergie qu’elles peuvent céder à un objet s’il lui fait obstacle. Ainsi, des pays tels que le Japon, la Norvège, l’Angleterre u le Danemark exploitent cette énergie depuis les années 70-90.
Le mouvement des vagues est assez régulier dans certaines régions et peut générer de l’électricité si on mettait des dispositifs pour la capter, La
puissance théoriquement récupérable est estimée à 50 kW par mètre de côte. Le problème est que l’énergie tend à se dissiper lorsqu’on se rapproche de la côte : pour 50 kW/m à 20 km de la côte, on peut tomber à seulement 20 kW/m à 1 km de celle-ci. Il faut donc trouver un compromis entre la distance de la côte (les coûts augmentent quand on s’en éloigne) et l’énergie récupérable
(qui diminue quand on s’en rapproche). L’énergie des vagues n’est pas la même partout, et elle varie suivant les saisons.
Les techniques : Il existe 3 types de dispositifs pour récupérer l’énergie des vagues :
- Des bouées en mouvement, qui montent, descendent et tanguent au gré des vagues. Ancrées sur le fond, leur mouvement actionne un piston, aspire de l’eau de mer dans une turbine ou comprime de l’air ou de l’huile qui va faire tourner un moteur ;
- Des colonnes oscillantes : en fin de course, les vagues entrent dans un caisson où elles compriment l’air emprisonné. Cet air comprimé fait tourner une turbine ;
- Des débordements de chenal : les vagues s’engouffrent dans un chenal qui se rétrécit de plus en plus. Elles enflent et débordent par-dessus la digue d’un réservoir qui se remplit peu à peu.
L’eau du réservoir revient à la mer en passant par une turbine qu’elle fait tourner comme le montre le schéma ci-dessous :
Figure : Récupération de l’énergie des vagues
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A coté des énergies classiques de plus en plus d’énergies propres se développent et font l’objet d’importantes recherches dans le monde.
B. Les énergies du futur : 1) L’hydrogène :
L’hydrogène est le gaz le plus léger et le plus simple, il est omniprésent car il est classé troisième élément par sa teneur dans notre environnement. On trouve cet élément, en général, associé à d’autres comme l’oxygène dans l’eau ou un autre hydrogène dans l’air, il pourrait être combiné avec le carbone et l’oxygène dans les hydrocarbures ou dans les composés inorganiques. Il faut donc le produire et le stocker afin de pouvoir l’utiliser.
Il est impératif de savoir que l’hydrogène n’est en aucun cas une source d’énergie, il est ce qu’on appelle un vecteur d’énergie, il est obtenu généralement en fournissant de la chaleur ou de l’électricité et stocker de plusieurs manière différentes.
La production de l’hydrogène peut se faire de quatre manières dont les deux premières que nous citons sont plus utilisées que les deux dernières :
Par les énergies fossiles : Aujourd’hui, 95% de l’hydrogène est produit à partir des
combustibles fossiles par reformage, en fait, cette technique est habituellement utilisée pour augmenter l’indice d’octane provenant des essences lourdes comme le pétrole .Lors du
reformage, on expose le carburant à une température élevée pour obtenir de l’hydrogène. Mais la production d’hydrogène par reformage a l’inconvénient de rejeter du gaz carbonique(CO2) dans l’atmosphère, principal responsable de l’effet de serre, dans ce cas, un procédé de captage et de traitements des rejets (gaz à effet de serre) doit être développé .
L’Hydrogène produit à partir du gaz naturel est le procédé le moins cher. Mais son prix de revient reste le triple de celui du gaz naturel. Comme ce mode de production est polluant et comme les ressources en énergies fossiles sont appelées à décroître, diversifier les modes de production s’avère indispensable.
Par l’hydrolyse : Une voie possible consiste à dissocier les atomes d’oxygène et d’hydrogène combinés dans les molécules d’eau (selon la réaction H2O → H2 +1/2 O2).cette solution est la plus intéressante en termes d’émission de gaz à effet de serre…..à condition d’opérer cette dissociation à partir de sources d’énergie elles-mêmes non émettrices de CO2. Deux procédés sont actuellement à l’étude : L’électrolyse et la dissociation de la molécule d’eau par cycles thermochimiques. L’électrolyse permet de décomposer chimiquement l’eau en oxygène et
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hydrogène sous l’action d’un courant électrique. A condition que l’électricité nécessaire ne soit pas d’origine fossile. Les chercheurs utilisent une source d’électricité (soit à partir de l'hydroélectricité, l'énergie éolienne ou solaire) pour dissocier les atomes d'hydrogène (H2) et celui d'oxygène. En les séparant, ils arrivent à produire de l'énergie qui peut être stockée. En plus d'être environ 15 % plus efficace que le reformage, cette technique permet de récupérer près de 80 % de l'énergie initiale nécessaire pour produire l'hydrogène à partir de l'électrolyse.
De loin plus rentable du point de vue environnemental puisqu'elle ne produit comme résidu que de l'eau. Actuellement, la production de l’hydrogène par électrolyse coute de 3 à 4 fois plus cher que la production par reformage du gaz naturel. L’autre procédé de décomposition de la molécule d’eau par cycles thermochimiques permet d’opérer la dissociation de la molécule à des températures de l’ordre de 800° à 1000 °C. De telles températures pourraient être obtenues par le biais des réacteurs nucléaires à haute température de nouvelle génération, actuellement à l’étude, ou de centrales solaires.
Par production directe de la biomasse : La biomasse est une source de production
d’hydrogène potentiellement très importante. Il est obtenu par gazéification, la quelle permet l’obtention d’un gaz de synthèse constitué du monoxyde de carbone et de l’hydrogène (CO+H2) qui sont récupérés et stockés pour être utilisés à bon escient. Cette solution est intéressante car la quantité de CO2 émise au cours de la conversion de la biomasse en hydrogène est à peu prêt équivalente à celle qu’absorbent les plantes au cours de leur croissance ; l’écobilan est donc nul. Des chercheurs ont découvert que certains microbes, algues et bactéries photosynthétiques produisent de l'hydrogène en transformant l'énergie solaire en hydrogène par un procédé chimique. Mais ce procédé n’en est aujourd’hui, qu’au stade du laboratoire.
Par la fusion nucléaire : Une autre possibilité de production d’hydrogène réside dans le nucléaire. Depuis quelques années, des chercheurs étudient des réacteurs nucléaires dits de 4e génération. Non seulement plus sûrs, ils permettront une moindre consommation de
combustible nucléaire, une production plus faible de déchets mais également en plus de la fourniture d’électricité, la production d’hydrogène. Les rendements devraient être de l'ordre de 50 %. En outre, au total, six nouvelles technologies de réacteur sont à l’étude : un réacteur refroidi avec de l'eau supercritique, un réacteur à neutrons rapides à refroidissement avec au choix sodium liquide ou alliage de plomb liquide, un réacteur à gaz à très haute température et un réacteur à sels fondus. Le CEA a choisi de retenir en particulier le réacteur à gaz à haute température (1100°C), noté VHTR. Le haut niveau de température permet la décomposition de l'eau en hydrogène et en oxygène. S’agissant du Japon et des USA, ils se tournent plutôt vers le réacteur à refroidissement au sodium liquide. Néanmoins, cette technologie ne serait commercialement disponible que vers 2030-2040. Quant au projet ITER de fusion nucléaire également productrice d’hydrogène, ses retombées ne sont attendues que pour la fin du siècle.
A partir de la géothermie : Ce processus est développé en Island où on se sert de la
géothermie haute température afin de produire de l’électricité, cette dernière sera utilisée pour séparer la molécule d’eau et obtenir de l’hydrogène par hydrolyse. L’énergie dérivée de ce procédé est principalement orientée vers le secteur de l’automobile.
Le stockage de l’hydrogène
L’hydrogène sous forme gazeuse est inflammable et explosif. La molécule d’hydrogène étant de très petite taille, sa dispersion dans l’atmosphère est extrêmement rapide en milieu non confiné (d’où les problèmes posés pour le stockage en termes de fuite). La réputation de dangerosité de l’hydrogène se justifie lorsqu’il est confiné, sans que cette dangerosité soit pour autant démesurée au regard d’autres vecteurs énergétiques. De ce fait, une diffusion large des technologies de l’hydrogène impose la garantie de leur sûreté, comme c’est
aujourd’hui le cas dans leur utilisation à des fins industrielles (industrie chimique, raffinage).
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Les chercheurs du CEA (Centre d’Énergie Atomique (France)) s’intéressent à deux modes de stockage de l’hydrogène :
· Le stockage gazeux haute pression, qui s’effectue dans des conteneurs composites dont le liner (le revêtement interne servant de barrière d’étanchéité à l’hydrogène) est en matériau polymère. Ce matériau présente l’intérêt d’être léger, étanche au gaz et résistant aux fortes pressions. Ce type de réservoir permet d’éviter les problèmes d’usure et de poids rencontrés sur les réservoirs métalliques, qui les rendent difficilement intégrables à un véhicule.
· Le stockage basse pression en phase solide, qui consiste à absorber l’hydrogène dans des matériaux capables de le restituer à la demande et qui présente des avantages de sûreté et de compacité
En outre il existe d’autres procédés utilisés aussi, et qu’on cherche toujours à améliorer :
Les systèmes carbonés : Les systèmes carbonés sont peu denses, non toxiques et disponibles en grandes quantités pour un prix raisonnable. Mais le graphite par exemple, ne peut contenir que très peu d'hydrogène à température ambiante. La problématique est de savoir si cela vaut la peine d'utiliser ces nanotubes carbonés, dont la production en grandes quantités est encore coûteuse, pour stocker l'hydrogène.
Les algues vertes : Des scientifiques de l'université de Bonn ont isolé le gène à l'origine de la production d'hydrogène chez l'algue verte. Ils sont parvenus à modifier génétiquement une espèce afin qu'elle double et parfois triple sa production d'hydrogène. L'hydrogène est un excellent moyen de stocker de l'énergie. D'ailleurs, les algues perdent de l'énergie lorsqu'elles le synthétisent, et n'en produisent que si elles y sont forcées. En coopération avec la firme californienne Melis Energy, l'université de Bonn a mis au point un régime sans soufre (entrant dans la composition de nombreuses protéines) afin de changer le comportement des algues.
Leur métabolisme passe en mode "stockage d'énergie" : n'étant plus en mesure de synthétiser un grand nombre de protéines, elles stockent les surplus d'énergie résultant de la
photosynthèse sous forme d'hydrogène. Les applications technologiques de l'algue verte sont désormais proches.
L'équipe de Bonn est parvenue à isoler le gène codant l'hydrogénas (enzyme participant au processus de fabrication d'hydrogène chez l'algue verte). Les scientifiques étudient
actuellement le moyen d'isoler ces enzymes dans le but de les fixer sur des membranes artificielles : ces "batteries biochimiques" permettraient la production d'hydrogène à partir de la lumière du soleil.
Un alliage absorbant l'hydrogène : Mazda Motors et l'Institut National des Sciences et Technologies Industrielles Avancées (AIST) du Japon ont développé un alliage
magnésium/titane capable d'absorber trois fois plus d'hydrogène que les alliages actuellement utilisés dans les véhicules à piles à combustible.
Cet alliage a été obtenu en agitant rapidement un réservoir contenant de petites billes d'acier et des poudres de magnésium et de titane (mécano-synthèse). Ce nouvel alliage peut absorber plus de 5% de son poids en hydrogène, contre 1,4% pour les alliages usuels. De nombreux autres groupes avaient auparavant essayée sans succès de mettre au point un tel alliage.
Actuellement, dans les véhicules à piles à combustible, l'hydrogène est stocké à haute pression dans des bouteilles. Cependant les alliages absorbants ont toujours représenté la méthode de stockage idéale.
Nouvelle idée :
Des chercheurs de l’Université Technique du Danemark (DTU) ont inventé une méthode de stockage de l’hydrogène qui est réversible, compacte et sans danger. Le matériau de stockage se présente sous
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la forme de pastilles d’un cm3. Le principe repose sur un hydrure qui pourrait éventuellement transporter l’hydrogène et le libèrerait facilement. Certains hydrures ont des qualités
prometteuses mais la plupart souffrent d'une trop faible densité en hydrogène, d'une cinétique trop lente et d'un manque de réversibilité. De plus, tous les matériaux à base d'hydrures sont extrêmement réactifs en présence d'oxygène et d'eau, ce qui rend leur manipulation très difficile. L'ammoniaque est, en théorie, le transporteur d'hydrogène idéal. La décomposition de l'ammoniaque en hydrogène et en azote et la transformation inverse : la synthèse de l'ammoniac, sont des réactions bien connues et qui peuvent se dérouler à des températures relativement basses : autour de 600-650K (environ 326-376 °C). Cependant, en termes de sûreté, il n'est pas souhaitable de transporter de l'ammoniac liquide dans un réservoir pressurisé. Une fuite pourrait causer une expansion rapide de gaz toxiques d'ammoniaque dans les environs. La pression de l’ammoniac est faible à température ambiante, il est sous forme de pastilles d’un cm3 contenant 9% d’hydrogène en poids. A partir de ce matériau l’hydrogène est obtenu en désorbant l’ammoniac qu’il contient puis en le passant dans un catalyseur à décomposition d’ammoniac. Cette méthode a pour avantages :
- La vérification expérimentale sur une échelle de 100g à 1kg de matériau a été faite.
- Le stockage de l'hydrogène à une forte densité.
- La réversibilité.
- La possession d’une cinétique rapide.
- Sa facilite et le fait qu’elle soit sans danger à manipuler dans les conditions atmosphériques.
- elle est bon marché (moins d'1 euro par kilo en matériel brut).
- elle est potentiellement un système sans émission de CO2.
De nombreuses applications pour cette méthode de stockage sont envisageables comme par exemple son utilisation dans les piles à combustible.
L’hydrogène est un vecteur d’énergie ayant pour atout principal son application dans les piles à combustibles.
Une pile à combustible est une pile fonctionnant selon la réaction inverse de l’électrolyse de l’eau.
Elle est constituée de deux électrodes, une anode et une cathode, souvent recouvertes de platine (d’où le prix un peu onéreux), séparées d’un électrolyte (un matériau qui bloque le passage des électrons). La pile est alimentée en hydrogène et en oxygène. A l’anode l’hydrogène (H2) réagit en se séparant en deux protons H+ et deux électrons. Les protons
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passent à travers l’électrolyte et électrons à travers le circuit électrique. Ils se recombinent avec l’oxygène pour donner l’eau (H2O).
Il existe plusieurs types de piles a combustibles qu’on peut diviser en deux parties : les piles haute température et celles basse température
Pour optimiser le rendement des piles à combustibles, il faut les empiler selon certains modes, chaque empilement a ses avantages et ses inconvénients
Le rendement des piles à combustibles est fonction de plusieurs paramètres : la température à laquelle fonctionne la pile, le type de pile qu’on utilise et la manière avec laquelle on les empile. Par ailleurs, la AFC fonctionne à des températures basses (80_100°) avec un rendement électrique allant de 60 à 70%.
Les piles à combustibles sont une des nombreuses solutions en vue pour un avenir propre, cependant il existe toujours des obstacles qui freinent les investisseurs dont le premier est le coût car elles ont, en général, du platine comme catalyseur, ainsi que le poids et le volume qu’on ne peut pas faire adapter aux besoins industriels et les prix de revient qui s’avèrent peu rentables pour une durée de vie pas très longue, en fin elle n’est pas d’origine propre car 98%
de l’hydrogène produit actuellement est dérivé des énergies fossiles.
2) Le nucléaire :
Le nucléaire, avec la fission et peut-être demain la fusion, participera sans doute de plus en plus au mix énergétique mondial. Une des raisons à cela : le changement climatique qui ne fait aujourd’hui plus guère de doute. Bien que le nucléaire traditionnel (basé sur la fission) ne constitue pas une source d’énergie vraiment « propre » car il génère des déchets hautement radioactifs à longue durée de vie, il a le gros avantage de n’émettre aucun dioxyde de carbone, contrairement aux hydrocarbures comme le charbon, le pétrole et le gaz.
La fission :
La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé en plusieurs nucléides plus légers. Cette réaction nucléaire se traduit aussi par l'émission de neutrons et un dégagement d'énergie très important (≈ 200 MeV).
Les neutrons et les protons du noyau d'un atome sont reliés par de très grandes forces, qui ne peuvent agir qu'à une distance limitée. Les noyaux atomiques très lourds tels que l'uranium ou
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le plutonium contiennent énormément de protons et doivent parfois attirer un neutron supplémentaire pour garantir la stabilité du noyau.
Si l'un de ces atomes très lourd (par exemple l'uranium-235 ou le plutonium-239) aspire un neutron, il récupère par la même occasion de l'énergie. Cette énergie le transforme dans un état très instable (U-236 ou Pu-240) puis il se divise rapidement en libérant deux ou trois neutrons, qui sont disponibles pour d'autres fissions de noyaux : c'est le principe de la réaction en chaîne.
La fission nucléaire est utilisée dans les réacteurs nucléaires pour produire de l'énergie électrique. Les principaux impacts de l'utilisation d'une telle technologie sont la pollution thermique et la pollution radioactive. La pollution thermique ne constitue pas une très grande menace pour l'environnement, mais la seconde est plus insidieuse et elle inquiète davantage les écologistes.
La fusion nucléaire : la source d'énergie des étoiles
La fusion nucléaire constitue le mécanisme à l'origine du rayonnement des étoiles et en particulier du Soleil. En effet, au sein des étoiles, les noyaux légers fusionnent et produisent des noyaux plus lourds.
Comment ça marche ?
La fusion nucléaire est un processus où deux noyaux atomiques s'assemblent pour former un noyau plus lourd. La fusion de noyaux légers dégage d'énormes quantités d'énergie
provenant de l'attraction entre les nucléons due à l'interaction forte. Cette réaction est à l'œuvre dans le soleil et certaines étoiles de notre univers. Un intérêt de la fusion nucléaire est de pouvoir produire théoriquement beaucoup plus d'énergie, à masse de "combustible" égale, que la fission. De plus, les océans contiennent naturellement suffisamment de deutérium pour permettre d'alimenter en énergie la planète pendant quelques centaines de millénaires.
La fusion thermonucléaire a en effet l’avantage de produire en toute sécurité de l’énergie en grande quantité avec très peu de combustible : avec moins de deux kilogrammes par jour de deutérium et de tritium, on pourrait produire 1000 MW d’électricité en continu, alors qu’il faudrait plus de 6000 tonnes de combustibles pétroliers pour produire cette puissance avec une centrale thermique. Le combustible employé est très abondante : les réserves de
deutérium sont infinies à l’échelle de la durée de vie de notre planète ; les réserves de lithium, nécessaires pour fabriquer le tritium, sont finies mais sont disponibles sur plusieurs milliers d’années à un coût économique acceptable.
Figure : schéma d’une fusion nucléaire.
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Autre atout de la fusion, elle constitue un mode de production d’énergie relativement peu polluant : elle ne produit ni gaz à effet de serre ni déchets toxiques ou hautement radioactifs à vie longue. Enfin, elle implique une réaction qui ne peut conduire à l’emballement : les conditions requises pour la fusion thermonucléaire sont à ce point exigeantes que toute altération de l’un ou l’autre paramètre du système entraîne l’arrête immédiat de la réaction.
De plus, l’installation est alimentée en combustible en continu et ne fait intervenir que quelques grammes de deutérium et de tritium à la fois. Il suffit d’interrompre l’alimentation pour que la réaction s’arrête en une fraction de seconde.
Quel avenir pour la fusion ?
La Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, l’Europe, le Japon et la Russie se sont alliés pour construire un réacteur expérimental de fusion nucléaire. Ce réacteur, c’est l’ITER
(International Thermonuclear Experimental Reactor), qui sera construit en France sur le site du CEA de Cadarache. Le chantier de construction a commencé au début de 2007. On prévoit le déblaiement de 2 millions de m3 de matériaux.
La construction du réacteur lui-même commencera en 2009 et durera 10 ans, pour un coût de 10 milliards d’euros. Suivront au moins vingt ans d’exploitation, et 1 000 personnes
travailleront en permanence sur le site.
L’objectif principal d’ITER ? Battre le record actuel de production d’énergie de fusion : 1 seconde de durée, 16 MW produits pour 25 MW consommés.
On attend de lui un bilan énergétique positif : produire 500 MW en consommant 50 MW pendant 400 secondes (6' 40"). Puis maintenir les réactions de fusion pendant 1 000 secondes (16' 40"), mais avec une diminution inévitable de la puissance produite (250 MW pour 50 MW consommés).
Les principaux défis à relever sont nombreux et très difficiles :
- tests d’alliages métalliques nouveaux pour les parois intérieures de la machine, capables de tenir à des températures proches de celles à la surface du soleil (aucun matériau actuellement connu ne résiste à une telle fournaise) ;
- maîtrise de la stabilité du plasma sur la durée, ce quatrième état de la matière super-chaud, qu’il faut maintenir dans son corset de champs magnétiques très puissants. Pour cela, il faudra s’aider de modélisations par des calculateurs informatiques d’avenir extrêmement
performants ;
- validation des systèmes de chauffage du plasma sur la durée ;
- mise au point de procédés de récupération et de stockage des cendres radioactives de tritium.
Si ITER est un succès, la faisabilité de la production d’électricité par fusion nucléaire aura été démontrée. Son successeur, le prototype scientifique DEMO, devra alors entre 2020 et 2040 passer à la pratique et produire de l’électricité. Un prototype industriel est attendu en 2060 et les premiers réacteurs opérationnels pourraient voir le jour en 2070 ou 2080.
ITER en chiffres
• Site de 180 hectares à Cadarache, en Provence
• Premières expériences prévues en 2016
• Durée d’exploitation : 20 ans
• Financement : € 9,9 milliards (dont 46 % pour la construction, 48 % pour
l’exploitation, et 6 % pour le démantèlement)
• Volume de plasma : environ 840 m3
• Principal objectif scientifique : réaliser et
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étudier des plasmas produisant 500 MW de puissance de fusion sur des durées de 400 secondes (soit un peu plus de 6 minutes)
A la différence de la fission, le seul déchet direct que produit la réaction de fusion est l’hélium, un gaz inerte tout à fait inoffensif. ITER ne produira donc pas de déchets de haute activité. Une pollution radioactive indirecte aura cependant lieu, via le bombardement des matériaux de l’enceinte par les neutrons.
Tout va être tenté pour se donner les chances de maîtriser « l’énergie des étoiles », mais le chemin est encore très long !
5. La situation en Algérie
Actuellement 98% de l’énergie consommée en Algérie est d’origine fossile, sachant que les ressources sous terraines s’épuisent, et que l’Algérie est signataire du protocole de KYOTO il est urgent de modéliser notre consommation énergétique en misant sur les énergies propres.
L’Algérie a une capacité installée de 7000 MW soit une production de 35 G Wh Elle consomme 35 millions de tep soit 1 tep par habitant et par an, toute l’électricité produite en Algérie est due à la combustion du gaz naturel et les conditions économico-sociales font que nous consommons plus de diesel que d’essences malgré que le premier soit plus pollueur.
Comme on peut le constater sur le graphe qui suit notre consommation est basée seulement sur ce que nous donnent nos gisements saharien :
Source : www.min-algeria.org
La consommation nationale d’énergie comprend quarte agrégats à savoir :
• La consommation non-énergétique : Elles concernent l’ensemble des produits énergétiques qui sont utilisés comme matière première dans les différents secteurs d’activités tels que la pétrochimie, les BTP, …
• La consommation des industries énergétiques : Elle concerne tous les produits énergétiques consommés dans les industries productrices d’énergie.
• La consommation finale : Elle concerne tous les produits énergétique consommés par les utilisateurs finaux (industrie, ménages)
• Les pertes de transport et distribution.
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Même source.
La consommation nationale par forme d’énergie a enregistré une croissance de 5,2% pour atteindre 39,3 MTEP en 2007. Elle reste dominée par le gaz naturel (36,5%), les produits pétroliers (28%) et l’électricité avec (26,6%).
Les consommations d’électricité du gaz naturel et des produits pétroliers ont cru en 2007 respectivement de 11,2%, de 5% et de 1,9%.
1. Potentiels des Énergies renouvelables :
Énergie solaire :
De par sa situation géographique, l’Algérie dispose d’un des gisements solaire les plus élevés au monde.
La durée d’insolation sur le quasi totalité du territoire national dépasse les 2000 heures annuellement et peut atteindre les 3900 heures (hauts plateaux et Sahara). L’énergie reçue quotidiennement sur une surface horizontale de 1m2 est de l'ordre de 5 KWh sur la majeure partie du territoire national, soit prés de 1700KWh/m2/an au Nord et 2263 kwh/m2/an au Sud du pays.
Potentiel solaire en Algérie
Régions Région côtière Hauts Plateaux Sahara
Superficie (%) 4 10 86
Durée moyenne d’ensoleillement (Heures/an) 2650 3000 3500
Énergie moyenne reçue (Kwh/m2/an) 1700 1900 2650
Le gisement algérien solaire dépasse les 5 milliard GWh, on pourrait à nous seul alimenter toute l’Europe
Potentiel éolien :
L’Algérie à un régime de vent modéré (2 à 6 m/s). Ce potentiel énergétique convient parfaitement pour le pompage de l’eau particulièrement sur les Hauts Plateaux.
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Potentiel de l’énergie géothermique
La compilation des données géologiques, géochimiques et géophysique a permis de tracer une carte géothermique préliminaire. Plus de deux cent (200) sources chaudes ont été inventoriées dans la partie Nord du Pays. Un tiers environ (33%) d’entre elles ont des températures
supérieures à 45°C. Il existe des sources à hautes températures pouvant atteindre 118°C à Biskra.
Des études sur le gradient thermique ont permis d’identifier trois zones dont le gradient dépasse les 5°C/100m
• Zone de Relizane et Mascara
• Zone d’Aïne Boucif et Sidi Aïssa
• Zone de Guelma et Djebel El Onk
Potentiel de l’hydroélectricité :
Les quantités globales tombant sur le territoire algérien sont importantes et estimées à 65 milliards de m3, mais finalement profitent peu au pays : nombre réduit de jours de
précipitation, concentration sur des espaces limités, forte évaporation, évacuation rapide vers la mer.
Schématiquement, les ressources de surface décroissent du nord au sud. On évalue actuellement les ressources utiles et renouvelables de l’ordre de 25 milliards de m3, dont environ 2/3 pour les ressources en surface.
103 sites de barrages ont été recensés. Plus de 50 barrages sont actuellement en exploitation.
Le potentiel de la biomasse :
a) Potentiel de la forêt : Le potentiel actuel est évalué à environ 37 Millions de TEP (Tonnes équivalent pétrole). Le potentiel récupérable est de l'ordre 3,7 Millions de TEP. Le taux de récupération actuel est de l'ordre de 10%.
b) Potentiel énergétique des déchets urbains et agricoles : 5 millions de tonnes de déchets urbains et agricoles ne sont pas recyclés. Ce potentiel représente un gisement de l'ordre de 1.33 millions de Tep/an.
2. Les réalisations de l’Algérie en termes d’énergie renouvelables :
Les réalisations faites par l’Algérie à se jour sont basées sur les deux sources solaire et éolienne, comme il a été constaté que l’Algérie avait un très grand potentiel, l’état
subventionne des projets d’implantation de ces énergies surtout au Sahara. Le diagramme qui suit montre puissances installées en Algérie par Wilaya.
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Même source.
La répartition des deux énergies exploitables (solaire et éolien) en Algérie est de la manière suivante :
RESSOURCE Puissance installée (watt)
Solaire 2279960 Éolien 73300 Total 2353260
L’énergie dérivée du solaire est dominante sur celle de
l’éolienne avec 97% contre seulement 3%. On sait que notre potentiel solaire est énorme mais ce n’est pour autant qu’on peut négliger l’énergie éolienne, elle est aussi bénéfique que sa précédente.
(Même source)
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3. Répartition de la Puissance installée par Application
Applications : Puissance Installée (Watt) :
Électrification 1352800 Pompage 288400
Éclairage public 48430
Télécommunication 498000
Autres 165630 TOTAL 2353260
En Algérie, comme un peu partout dans le monde on se sert des énergies pour produire essentiellement de l’électricité qui, en effet, prend la plus grande part avec 57%, suivie par le secteur de
télécommunication avec 21%, malheureusement l’éclairage public a seulement 2% et on espère que cela progresse prochainement. (Même source)
4. Les perspectives à l’horizon 2017 :
Comme nous venons de le voir l’Algérie possède un gisement d’énergies renouvelables important mais que comptant nous en faire?
L’Algérie a pour but d’introduire les énergies renouvelables (solaire et éolien) dans l’électrification comme c’est indiqué dans le tableau ci-contre.
La nature nous nourrit à présent grâce aux gisements sous terrains qu’ils soient de gaz naturel ou de pétrole, cependant ces deux sources d’énergie sont amenées à disparaitre et nous nous retrouverons dans l’obligation de trouver une alternative.
Malgré les efforts déployés jusqu'à maintenant la part des énergies propres restera insignifiante à l’horizon 2017 alors que d’autres pays auront pris de l’avance.
Il est impératif que l’on se dépêche pour promouvoir le solaire et l’éolien dans notre pays car ce qui est prévu n’est guère suffisant.
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Même source.
L’Algérie est un pays riche en ressources naturelles, c’est à nous de savoir les exploiter d’une manière raisonnable et propre.
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5. Conclusion :
La nature humaine impose que l’on cherche toujours plus avec le moindre effort possible, c’est comme ça que l’évolution industrielle a connu un essor des plus fulgurant engendrant avec elle maintes problèmes entre autres les changements climatiques, dus essentiellement aux énergies fossiles. Il est évidant que l’on doit impérativement chercher à apaiser notre consommation énergétique en misant sur des énergies non carbonées et donc propres. Les techniques utilisées actuellement pour l’exploitation des énergies renouvelables classiques ne suffisent malheureusement pas pour répandre à la demande mondiale en énergie, il faut donc, non seulement, chercher à améliorer ce qu’on a, mais aussi développer de nouvelles énergies afin d’établir un certain équilibre entre la demande croissante, la production et la protection de notre environnement.
Bibliographie :
1. A.Damien : La biomasse énergie Ed Dunod. Année 2008 2. Le guide de la biomasse. Année 1998
3. www.min-algeria.org 4. www.google.com
5. http://ecologie.caradisiac.com 6. www.futura-sciences.com 7. www.fnh.org
8. www.crdp.ac-caen.fr
9. www.confortgeothermique.com 10. La 12° journée de l’énergie
