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Margino blog Vies en marge
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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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