Sources d'énergie

L'électricité

2010-12-04T08:01:00.000-08:00

L'électricité est principalement une source d'énergie secondaire. Son utilisation s'est fortement démocratisée et aujourd'hui, il est possible d'utiliser cette énergie pour la transformer en énergie utile de toute nature :
- Energie mécanique via le transport (train, tramway, voiture, ...)
- Eclairage (lampes, LED)
- Chaleur : convecteur, panneau rayonnant, plaques électriques (résistance ou à induction)
- Communication : télévision, radio, ...

Son principal atout est son transport rapide au travers des grands réseaux mis en place. En effet, en quelques secondes, la production d'électricité dans une centrale (quelle qu'elle soit) alimente plusieurs millions de km² de territoire.

Son gros défaut est le stockage ; en effet, celui-ci fait appel à des éléments chimiques (piles) ou électroniques (condensateurs) très encombrants au regard de la capacité stockée. C'est pourquoi, il est préféré de stocker l'énergie primaire lorsque cela est possible (uranium, barrages hydrauliques, charbon , ...)

Consommation :
Aux alentours de 500 TWh soit 43100 tep par an en France.

Sources d'énergie primaires et secondaires

2010-12-04T03:12:00.000-08:00

Les sources d'énergie primaires représentent les énergies présentes naturellement dans notre environnement.

L'énergie ainsi présente sera alors soit directement exploitée ; soit transformée en une source secondaire (qui peut être une source primaire par ailleurs).

Dans le premier cas, voici les exemples :
- le moulin exploitant directement l'énergie éolienne pour moudre le blé
- l'énergie solaire thermique chauffant directement le ballon d'eau chaude dans le cas

Dans le second cas, voici des exemples d'énergies secondaires :
- l'énergie électrique issue d'un grand nombre de sources primaires telles que l'hydraulique, les panneaux photovoltaïques, l'éolien, ...
- l'essence ou la parafine issues du raffinage des hydrocarbures.

Les cycles énergétiques sont très souvent complexes et il convient généralement de modéliser les sous systèmes en leur affectant des caractéristiques plus générales.

Les hydrocarbures par exemple proviennent de l'énergie organique elle-même issue du rayonnement solaire lui-même formé par des réactions nucléaires au sein du soleil.

L'énergie mécanique du train (celle qui permet que l'on se rende d'un point A à un point B est issue de l'énergie électrique, elle-même issue (en partie) de l'énergie mécanique des turbines de centrales hydrauliques ; cependant, la chaîne énergétique est beaucoup plus compexe car on peut détaillé le sous système train où le moteur transforme l'énergie électrique en énergie électro-magnétique permettant de générer de l'énergie mécanique.

La biochimie

2010-11-30T14:01:00.000-08:00

La biochimie est la première des sources d'énergie exploitée. En effet, naturellement, tout animal (y compris l'homme) a la capacité de se déplacer ; ce mouvement est issu de la production d'énergie par le corps qui consomme ("brûle") des calories.

La domestication des boeufs et chevaux a pour principale composante la disponibilté d'énergie biochimique.

Formule approximative de génération d'énergie à partir de biomasse :

C₆H₉O₄ + 8.5 O₂ --> 6 CO₂ + 9 H₂O (+ énergie)

Cette formule est valable pour toute combustion d'éléments végétaux (biomasse).
On comprend ainsi que cela implique une respiration plus forte (comsommation de dioxygène (O2) et rejet de dioxyde de carbone (CO2)) et de la formation d'eau (H2O) traduit par la sudation dans le cas de l'effort.

Dans le cas du bois de chauffage, il faut suffisamment d'air (pour son dioxygène) pour que la combustion fontionne ; et le rejet est composée de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau.

Le stock potentiel est directement lié à la surface du globe, notamment des terres cultivables ; mais, récemment, la découverte de biomasse issue d'algues a laissé penser que les capacités de production dépassaient les espérances jusqu'alors définies.
En effet, une exploitation de la superficie de la suisse dans une zone très ensoleillée permettrait de remplacer entièrement la consommation en pétrole des états-unis.

Le charbon

2010-11-30T11:56:00.001-08:00

L'aérothermie

2010-03-26T08:06:00.003-07:00

L'aérothermie puise l'énergie de l'air environnant, lui-même chauffé par le soleil. Cette chaleur (même quelques degré celcius au dessus ou en dessous de 0) représente de l'énergie calorifique qui pourra être exploitée par une pompe à chaleur (à l'image d'un réfrigérateur).

Cette source est donc inépuisable et disponible. Un inconvénient cependant, lors de temps très froid, non seulement le besoin calorifique est très grand, mais la source en est diminué, il faudra alors plus d'air pour une quantité de chaleur à produire identique à un temps plus chaud.
La consommation de l'appareil pompe à chaleur peut ainsi devenir inintéressant au regard de l'utilisation direct de cette énergie en chauffage ; heureusement, cette limite est très basse (-15° C).

Vulgarisation du principe de conservation de l'énergie (premier principe de thermodynamique appliqué à l'air, considéré gaz parfait) :
4 m³ d'air à 10°C --> 1 m³ d'air à 22°C + 3 m³ à 6°C

Le m³ d'air à 22°C permettra de chauffer l'intérieur de l'habitation, l'air à 6°C sera rejeté à l'extérieur (on considère l'extérieur ne se refroidissant pas car le volume est très supérieur aux volumes échangés)

La géothermie

2010-03-26T07:54:00.000-07:00

La géothermie est l'utilisation de l'énergie calorifique dégagée par le globe (en provenance du noyau de la terre)

Type d'énergie :
Energie renouvelable disponible à travers l'activité du noyau terrestre.

Ressource :
Le potentiel calorifique est très au dessus des besoins nécessaires en énergie. Cependant, en fonction de la nature des sols, seule une partie est exploitable. Cette partie représente tout de même, en France, 72 millions de GWh soit 6x10⁶ tep (tonnes équivalent pétrole).

Consommation :
La géothermie se traduit sous différentes formes :
- le chauffage basse température avec un système de pompe à chaleur est le système le plus démocratisé.
- l'exploitation de couche profonde qui se traduit par une centrale géothermique à part entière, permettant de générer de l'electricité à partir de la vapeur.
Les premières exploitations se limitent à l'utlisation de l'eau chaude située en nappe (plus ou moins profondes) ; mais la généralisation aux sources sèches (en injectant industriellement de l'eau froide resortant chaude) permettrait d'utiliser cette source d'énergie comme réelle alternative aux centrales thermiques ou nucléaires ; c'est le cas notamment en Islande où 1/5 de cette source d'énergie est transformée en électricité.
En France, seul Bouillante, à la Guadeloupe utilise ce procédé.
L'ensemble des procédés géothermiques produisent 1500 GWh (soit 125 tep) par an. Au niveau mondial, on dépasse les 50 TWh annuels.

Rendement :
Selon la profondeur, l'influence des saisons ou des éléments climatiques influera plus ou moins.
Dans le cadre d'un chauffage basse température domestique, on considère le rendement comme étant l'apport calorifique pour une surface donnée. Le système utilise des échangeurs, les principales pertes proviennent de ces éléments.
Dans le cas des exploitations à grande profondeurs, l'eau injectée ressort à plus de 200°C, elle est alors utilisée sous forme de vapeur pour entrainer un générateur ; le rendement prend en compte l'énergie potentielle pour ramener le fluide à la surface et le rendement de ce générateur. Ainsi une centrale économiquement rentable peut produire 2GW.

Impact sur l'environnement :
Le forage a un impact direct sur l'environnement ; de plus le transport de l'énergie (sous forme de fluide caloporteur, d'eau ou d'électricité) ne s'intègre encore pas complètement dans le paysage. Enfin, La durée de vie d'une centrale étant de 20 ans, son démantèlement a également un coût environnemental, malgré une grande partie des matériaux recyclables.

Le solaire

2010-03-26T03:29:00.000-07:00

Type d'énergie :
Energie renouvelable disponible à travers le soleil qui nous alimente "continuellement".
Il est possible d'exploiter la source énergétique solaire sous 2 formes : en utilisant l'énergie calorifique (chaleur engendré par les rayons du soleil) et en utilisant l'énergie électromagnétique des photons.

Ressource :
Le soleil nous fait disposer d'une source d'énergie régulière car chaque jour, selon la période de l'année et la position sur le globe, chaque point de la surface du globe est est éclairé. Son intensité est cependant dépendante du climat et quelques phénomènes astronomique (éclipse) qui reste prévisible peuvent perturber cette source.

Consommation :
Cette énergie est très consommée, mais principalement de manière naturelle (photosynthèse) ; l'exploitation industrielle au travers des panneaux solaires (photovoltaïques ou thermique) reste faible au regard des possibilités.

Rendement :
Le rendement des panneaux solaires dépend des constructeurs, mais également grandement de l'exposition solaire, à savoir angle d'incidence des rayons solaires, durée d'exposition (journalière et annuelle), climat (nuages), ...
Panneaux thermiques : le rendement dépend du rendement d'absorption des rayons et des pertes calorifiques de l'élément de stockage ou de distribution (relativement faibles).
Ainsi à partir d'un panneau de
Capteur photovoltaïque : 1 m2 --> de 120 à 180 kWh / an en France métropolitaine en considérant un rendement total de 10 %.

L'éolien

2010-03-25T06:29:00.000-07:00

Type d'énergie :
Renouvelable car inhérent aux phénomènes climatiques (vent) ; il s'agit d'une source d'énergie cinétique transformée en premier lieu en énergie mécanique (rotation des pales).

Ressource :
Le vent peut être utilisé afin d'actionner des éléments mécaniques.
Ces éléments peuvent directement actionné le mouvement mécanique voulu (moulin, voilier, pompes, ...) ou actionner un générateur permettant de fabriquer l'électricité utile à tout élément relié au réseau.
Sur la surface du globe, les ressources potentielles sont bien supérieures à la demande mondiale en excluant les zones boisées, urbanisées ou inexploitables (froid, ...)

Consommation :
Représente actuellement

Rendement :
Selon le type de l'installation, il faut un vent minimal de 2 à 6 m/s et qui ne peut dépasser 25 à 60 m/s. Leur puissance varie de quelques kW à plusieurs MW (notamment pour les éoliennes offshore).
Une éolienne de type celle implantée en Bretagne correspond à 1MW produira, à raison d'un rendement globale de 23%, 2 GWh soit 0.16 tep (tonne équivalent pétrole).

Déchets :
En fin de vie, les générateurs éoliens doivent être démantelés. Une grande partie de la matière peut être recyclée/valorisée ; voire être réutilisée directement tel quel.

Impact sur l'environnement :
L'aspect esthétique est souvent mis en cause, le bruit généré l'est tout autant.
De plus, il semblerait que la faune soit perturbée, à cause des ondes électromagnétiques générées ou des ultrasons pouvant être émis.

L'uranium

2010-03-25T04:26:00.000-07:00

Type d'énergie :
Non renouvelable par fission nucléaire voire fusion (ITER)

Ressource :
Principalement d'origine minière, il existe une part de déchets recyclés dans la composition de l'uranium enrichi.
Entre 4 et plusieurs dizaines de millions de tonnes en stock selon le coût d'extraction.

Consommation :
L'épuisement du stock est prévu pour 2040 (source AIEA).

Rendement :
1g d'uranium fissible produit 24 GWh soit 2 tep (tonne équivalent pétrole).

Déchets :
Les déchets sont très importants, principalement dans le cadre de la fission (la fusion n'est pas encore en phase de production) mais présentent surtout un cycle de vie extrêmement long.

Impact sur l'environnement :
Les déchets ont un impact très fort, à priori maîtrisé pour les dizaines d'années à venir.
Lors de l'exploitation, l'hypothèse d'un accident nucléaire serait catastrophique pour l'environnement (à l'image de Tchernobile).

Les différentes sources d'énergie

2010-03-25T02:27:00.005-07:00

1) Electricité
hydraulique
nucléaire
éolien
Panneaux solaires : photovoltaïques ou aérothermique
thermique : charbon

Centrale vs décentralisé.

Pertes:
rendement de transformation
transport (effet de joule)

Stockage:
Accumulateurs et batteries (piles)
Bassin de retention à la source
uranium (stock naturel et épuisable)
charbon (stock naturel et épuisable)

2) Pétrole et assimilé
stock des matières fossiles

3) Géothermie
source renouvelable car inépuisable à l'échelle humaine

4) Solaire
impact sur l'environnement :
- Fabrication : fortement consommateur d'énergie + utilisation de produits chimiques
- Fin de vie : les panneaux solaires sont recyclables

5) Eolien
Transformations possibles :
- Direct : bateaux, char à voile
- Electricité : éolienne
- Mécanique : moulin à vent par concasser le blé

Impact sur l'environnement des éoliennes :
- Fabrication : consommateur d'énergie et de matière fossile
- Fin de vie : celà ne concerne qu'une partie de l'élément, la nacelle qui peut êtr recyclée.

6) Géothermie
Applications : chauffage, climatisation par pompe à chaleur

Impact sur l'environnement :
- Forage, transport (tuyaux)

7) Biochimie
Derrière ce terme, se trouve en fait l'énergie physique de tout un chacun lorsqu'il fait du vélo, marche à pied, utilise un cheval pour se balader, ...

Impact sur l'environnement :
- Excréments
- Culture : au détriment parfois d'une biodiversité

8) Biomasse
Il s'agit de l'énergie issue de matières organiques de toute origine : déchets municipaux, eaux usées, éléments agricoles ou forestiers, résidus industriels organiques, ...

Transformations possibles :
- Chaleur
- Electricité
- Biocarburant (déplacements)

Impact sur l'environnement :
- Stockage : odeur
- Culture : au détriment parfois d'une biodiversité

Vers un avenir décentralisé mais connecté

2010-03-25T02:27:00.001-07:00

La perte d'énergie électrique se monte à 5%.

La disponibilité des sources renouvelables fluctuent mais de manières indépendantes.
Ainsi, le solaire a une double période : la journée (nuit / jour) et l'année (saisons), cette source est également inégalement exploitable selon le climat et la région sur terre.
L'éolien connaît également des fluctuations mais surtout selon les conditions atmosphériques.

Ces 2 dispositifs peuvent être associés à des accumulateurs, permettant d'absorber ou de limiter ces fluctuations.

L'énergie hydraulique n'est exploitable qu'en fonction du relief et de la cartographie. Sa fluctuation est engendrée par l'irrégularité des précipitations. Cependant, des bassins de retention permettent de limiter cette fluctuation à la source.

La géothermie est utilisable sur toute la surface du globe. Cependant, en fonction de la nature du sol et du sous sol, l'implantation de source géothermique sera plus ou moins rentable.

La gestion de la biomasse doit se restreindre à une zone géographique limitée, en effet, son stockage et les coûts de transport engendré ne serait économiquement et énergiquement non rentable.

La pile à combustible pour les solutions nomades

2010-03-25T02:26:00.000-07:00

La pile à combustible n'est pas présentée comme source d'énergie à proprement parlé car celle-ci est issue de l'oxydation d'un combustible réducteur.
L'oxydant est aisément disponible dans l'air (di-oxygène), cependant, le combustible, généralement l'hydrogène, n'est pas une source primaire et ne peut être généré sans dépense d'énergie, supérieur à celle obtenu par la pile.

La pile à combustible de di-hydrogène peut alors devenir une très bonne alternative "propre" pour toutes les sources d'énergies nomades (transport) où le di-hydrogène aura préalablement été produit par éventuellement une source d'énergie renouvelable.