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Les sources d'énergie d'aujourd'hui seront encore largement utilisées dans le siècle futur, tant pour les transports et l'usage domestique que pour la production d'électricité.

- Les énergies fossiles.

Les énergies fossiles (pétrole, charbon et gaz) proviennent de la transformation lente de la biomasse constituée à partir des végétaux et animaux et fossilisée dans les roches depuis 250 millions d'années. Exploitées d'une manière systématique depuis le XIXème siècle, leurs réserves sont encore loin d'être épuisées. Bien que leur consommation augmente sans cesse (un Français consomme aujourd'hui 20 fois plus d'énergie qu'en 1930), la nécessité de leur trouver un substitut se fait de plus en plus impérieuse car leur combustion, qui produit du gaz carbonique, est à l'origine de l'effet de serre et du réchauffement climatique artificiel qu'il provoque.

- L'énergie solaire.

En une seconde, le soleil émet 2 000 milliards de fois plus d'énergie que toutes les centrales électriques de la Terre réunies, et cette énergie est inépuisable. Toutefois le rayonnement reçu à la surface de notre planète ne représente qu'une fraction infime de celui émis par le soleil, car la haute atmosphère en réfléchit ou en diffuse l’immense majorité. Près de l'équateur, sa valeur est de 2 500 kWh par m2 et n'atteint plus en France que 1 500 kWh par m2. De nature changeante selon les saisons, son exploitation exige des techniques spécifiques. L'énergie solaire peut être récupérée par des capteurs thermiques sous forme de chaleur, en exploitant le principe de l'effet de serre. Il suffit de faire circuler un fluide caloporteur dans une boîte dont une face est constituée par une vitre et l'autre par un corps noir. Un système d'échangeur calorifique permet à ce fluide de réchauffer de l'eau, utilisée ensuite pour l'usage sanitaire ou le chauffage.

La chaleur solaire peut aussi servir à fournir de l'électricité d'origine thermique, en concentrant, par des méthodes optiques, le rayonnement de capteurs réfléchissants vers des chaudières. Les centrales à capteurs sont constituées d'un champ de miroirs qui focalisent leur rayonnement sur des mini-chaudières placées à leur foyer et reliées entre elles. La centrale de Vignola en Corse, construite sur ce principe, offre ainsi une puissance de 25O kW. Dans les centrales à tour, la chaudière est installée au sommet d'une tour vers laquelle tous les miroirs concentrent leur rayonnement. La centrale française Thémis, brièvement expérimentée de 1983 à 1986 dans les Pyrénées Orientales, possédait une puissance de 2,5 MW.

Les photopiles, inventées pour les satellites, constituent un autre moyen de convertir l'énergie solaire en électricité, sans passer cette fois par le circuit classique chaudière-turbine. Constitués de lamelles de silicium polycristallin ou amorphe reliées en modules et disposées sur des panneaux, des semi-conducteurs produisent sous l'effet des photons solaires un courant électrique. En progrès constant, leur rendement atteint aujourd'hui 15 % de l'énergie reçue. La satisfaction par l'énergie solaire d'une grande part des besoins domestiques en électricité paraît donc envisageable, même sous nos latitudes. Comme la plupart des énergies renouvelables, elle demanderait cependant une prise en charge individuelle ou très décentralisée de ces besoins, totalement contraire aux logiques politiques et économiques en vigueur à la fin du XXème siècle. Son emploi à plus grande échelle, dans l'industrie par exemple, se heurte quant à lui à de sérieux problèmes techniques (stockage, régularité, etc.). Elle semble cependant particulièrement adaptée aux pays bénéficiant d’un climat très ensoleillé, où elle permettrait de faire l'économie de réseaux de distribution centralisés. 

- Energie du vent.

L'énergie éolienne a connu un regain d'intérêt au moment de la crise pétrolière de 1974. Comme toutes les énergies renouvelables, elle a souffert ensuite de la baisse des prix des matières premières et de l’avènement du « tout nucléaire », en France tout au moins. Du moulin à vent à l'éolienne moderne, son principe est resté le même : un rotor en forme d'hélice, porté par un mat, tourne sous l'effet du vent et actionne un multiplicateur ou un réducteur de vitesse qui entraîne la charge. L'énergie mécanique ainsi produite peut être convertie en électricité par des générateurs. L'énergie éolienne fait aujourd’hui l'objet de grands programmes de recherche aux Etats-Unis et en Europe, à l'exception de la France. En Californie, des "fermes à vents" produisent jusqu'à 500 MW. La surface au sol nécessaire aux éoliennes et les nuisances sonores qu'elles occasionnent constituent cependant de sérieux handicaps au développement de cette énergie.

- Energie de la mer. Une centrale d'énergie thermique des mers (ETM) est une machine thermodynamique utilisant les eaux profondes comme source froide et les eaux de surface comme source chaude. Dans les centrales à cycle fermé, un fluide frigorigène circule entre ces deux pôles. En phase chaude, il produit de la vapeur qui fait tourner un turbogénérateur. Dans les centrales de cycle ouvert, c'est l'eau de mer qui sert de fluide caloporteur. Comme le sel se dépose durant le phénomène de condensation, on peut de plus récupérer de l'eau douce. Ces centrales maritimes ne sont réalisables qu'aux latitudes où la mer est suffisamment chaude en surface, entre 25 degrés sud et 32 degrés nord. Associées au dessalement de l'eau de mer, elles deviennent alors rentables. Une telle centrale, d’une puissance de 165 MW, a été construite à Hawaii.

L'énergie produite par les marées a été très peu exploitée. La seule grande usine marémotrice fonctionnant dans le monde est celle de la Rance, en France, qui date de 1967. Sa puissance est de 240 MW. Des turbines génératrices d'électricité sont entraînées directement par la marée, qui vide ou remplit un bassin de retenue. Quant à l'utilisation des forces de la houle et des vagues, de nombreux essais ont été tentés, notamment pour l'alimentation de bouées lumineuses. Un caisson ouvert est placé sur l'eau. Sa face supérieure est percée de trous. En montant et en descendant dans le caisson, l'eau chasse l'air qui actionne au passage la turbine d'un générateur d'électricité. Au Japon, la station flottante expérimentale internationale "Kaimei" possède une puissance de 2 MW.

- La géothermie.

La géothermie, utilisation de la chaleur dégagée par les roches du sous-sol, est devenue une production énergétique à part entière, quoique encore marginale. En France, elle représente 15 000 à 20 000 tep. D'abord exploitée près des sources chaudes, elle peut être aujourd'hui utilisée partout grâce au développement des techniques de forage et de pompage. Son exploitation nécessite cependant de lourds investissements et diffère selon la température de l'eau puisée. Entre 150 et 300 degrés, on produit facilement de l'électricité (centrale de Bouillante en Guadeloupe), entre 80 et 150 degrés un fluide d'échange thermique est nécessaire. Entre 3O et 100 degrés, l'eau peut uniquement être utilisée pour le chauffage. Cette géothermie à basse température est la plus répandue actuellement.

- L'énergie nucléaire.

Une centrale électrique nucléaire repose sur le principe d'une centrale thermique classique mais le chauffage de sa chaudière est obtenu par la désintégration en chaîne des atomes de certains minerais, préalablement traités pour augmenter leurs capacités radioactives. Dans l'état actuel de la maîtrise de la technologie atomique, cette désintégration est obtenue par la fission d'atomes d'uranium. Le coeur du réacteur contient de l'uranium enrichi, sous forme de pastilles empilées dans des tubes étanches en alliage de zirconium. Ces derniers sont regroupés en faisceaux verticaux plongeant dans une cuve remplie d'eau. Dans une centrale à eau pressurisée, l'eau est maintenue sous pression (155 bars) pour l'empêcher de bouillir malgré ses 326 degrés. Son hydrogène sert de modérateur pour maîtriser le flux des neutrons. Plusieurs boucles de tuyaux remplis d'eau ou de sodium traversent la cuve, formant le circuit primaire. Le liquide pressurisé y entre à 286 degrés, en sort à 326 degrés et pénètre alors dans un échangeur de chaleur où il porte à ébullition l'eau du circuit secondaire, avant de retourner dans la cuve. La vapeur formée dans le circuit secondaire passe par des sécheurs, entraîne la turbine du groupe turboalternateur, puis est refroidie dans un condenseur avant d'être renvoyée au générateur de vapeur. Le condenseur est lui-même refroidi par de l'eau prélevée sur un fleuve ou en mer. Grandes consommatrices d'eau de refroidissement, les centrales nucléaires réchauffent l'eau de leur environnement immédiat de 10 à 15 degrés. Leurs émissions de rejets radioactifs nécessitent une surveillance constante. Mais leur principal problème est celui des déchets radioactifs résultants de la fission de l'uranium, classés en déchets de faible, moyenne ou haute activité en fonction du temps pendant lequel ils constitueront un danger pour la vie. Les déchets de moyenne et faible activités sont stockés dans des centres semblables aux décharges classiques, mais dont le contrôle devra être assuré pendant au moins 30 ans. Le stockage des déchets de haute activité, aujourd'hui compactés, bétonnés, bitumés ou vitrifiés, mais dont la durée de vie est de I00 000 ans et plus, n'a pas encore trouvé de solution.

- La fusion nucléaire.

Alors que la fission repose sur la division du noyau de l'atome en deux noyaux plus petits, provoquée par l'intrusion d'un neutron, la fusion est exactement l'inverse. Dans ce cas, deux noyaux légers fusionnent en provoquant la naissance d'un seul noyau plus lourd. Cette opération, réalisée couramment par les étoiles sous la forme d'une transformation de l'hydrogène en hélium, est potentiellement source d'une énorme énergie, comme le prouvent les bombes à hydrogène où elle est déclenchée sans être contrôlée. La maîtriser pour une utilisation civile est une autre affaire. Pour provoquer le processus de fusion, il est nécessaire de vaincre la force répulsive des charges électriques des protons du noyau, afin qu'ils puissent se rapprocher et que la force nucléaire attractive entre en jeu. Pour réaliser cette opération, les chercheurs du centre européen de recherche sur la fusion, le JET Laboratory situé près d'Oxford, utilisent un mélange deutérium-tritium porté à une température de 100 millions de degrés. A cette température, la matière se présente sous forme d'un plasma de noyaux et d'électrons et les chocs entre noyaux sont possibles. Tout le problème consiste à maintenir assez longtemps cette chaleur pour que des rencontres puissent se produire, or il n'existe aucun matériau capable de résister longtemps à de telles températures. Les chercheurs expérimentent le confinement magnétique, qui consiste à maintenir le plasma dans une enceinte en forme de tore où règne un champ magnétique. Malgré plus de vingt ans d'existence, les réacteurs Tokamak du JET ne sont pas encore parvenus à stabiliser le phénomène. Autre piste de recherche, le confinement inertiel consiste à comprimer et à échauffer brutalement le mélange deutérium-tritium en le bombardant par de puissants faisceaux laser. Ces recherches recoupent actuellement celles sur l'arme nucléaire et sont tenues secrètes.

 

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