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Écologie - développement durable

Changement climatique

II - Transition énergétique

Toutes les énergies renouvelables ne se valent pas !


 

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    Glossaire : vocabulaire du changement climatique

  • ANDRA : Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs
  • ASN : Autorité de sureté nucléaire
  • BECSC : bioénergie avec captage et stockage du CO2
  • CF3-SF5 : pentafluorure de soufre trifluorométhyle (halocarbure)
  • CF4 : tétrafluorure de carbone (halocarbure)
  • CFC : chlorofluorocarbure (halocarbure)
  • CO2 : dioxyde de carbone - gaz carbonique
  • CSC : Capture et Sequestration de Carbone
  • EnR : énergies renouvelable
  • GES : gaz à effet de serre
  • GtéquCO2 : gigatonnes équivalent CO2
  • GIEC-IPCC : Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat
  • HFC : hydrofluorocarbure (halocarbure)
  • HCFC-22 : fréon - hydrofluorocarbure (halocarbure)
  • IAM : Integrated Assessment Models
  • IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change (en francais GIEC)
  • IR : rayonnement infra-rouge
  • IRSN : Institut de radioprotection et de sureté nucléaire
  • MOX : Mixed Oxydes
  • N2O : protoxyde d'azote ou oxyde nitreux
  • NH4 : méthane
  • O3 : ozone
  • ONDRAF : Organisme national des déchets radioactifs et des matières fissibles enrichies (Belgique)
  • PFC : perfluocarbures
  • PNUE : Programme des Nations Unies pour l'environnement
  • PRG : Potentiel de réchauffement global (GWP en anglais)
  • PRG100 : Potentiel de réchauffement global dans 100 ans
  • RNR : Réacteur à neutrons rapides
  • SACO : substances qui appauvrissent la couche d'ozone
  • SF6 : hexafluorure de soufre (halocarbure)
  • SMR : Small Modular Reactor
  • STEP6 : Stations d'Energie par Pompage
  • UV : rayonnement ultra-violet
  • UNSCEAR : Comité scientifique des Nations Unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants (PNUE)
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Sommaire

glossaire du changement climatique

 

Le 25 juin 2022, l'Académie du Morvan et le Parc Naturel Régional du Morvan (PNRM) organisaient une très interressante conférence-débat sur la transition énergétique.

Il n'a en effet échappé à personne que le monde rural, éleveurs, forestiers, voire retraités amoureux du Morvan ou vacanciers de passage étaient très concernés par ce sujet et avaient un rôle à jouer. Il s'agit de limiter l'effet de serre par une évolution des mentalités et des choix énergétiques opportuns.

Une analyse sur ces sujets a donc semblé utile sur ce site web qui se préoccupe de l'avenir de Montreuillon et que chacun en tire ensuite les conclusions pour son cas personnel.

 

 

 

 

Augmentation relatives des sources d'énergies consommées

L'énergie

Définitions et historique

En physique l'énergie désigne ce qui quantifie le changement d'état d'un système. Elle est régie par le premier principe de la thermodynamique : dans un système fermé la quantité d'énergie totale est constante.

Donc l'homme doit prendre de l'énergie existante s'il souhaite en faire autre chose et il utilise pour cela des "convertisseurs" (machines).

En effet, avant la révolution industrielle, toute l'énergie utilisée était renouvelable (EnR) : la force musculaire, la traction animale, le bois de chauffage, les moulins, les bateaux à voile.

Ensuite, il a été inventé des machines convertissant des énergies fossiles et développant une puissance considérable par rapport avec ce qui existait.

Le bois était utilisé jusqu'à la moitié du xixe siècle pour se chauffer mais aussi pour alimenter des forges et les premières machines à vapeur.

Il a été remplacé en partie par le charbon dont les 2/3 sont extraits pour produire de l'électricité. Ensuite le pétrole a été découvert et sert à la mobilité. Puis ce fut le gaz et l'hydroélectricité et enfin l'énergie nucléaire et les diverses "énergies renouvelables" (EnR).

Le schéma ci-contre montre que les 30 glorieuses doivent leur succés aux énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz).

Mais contrairement à ce que pensait J-B Say au xixe siècle 7, les énergies fossiles sont épuisables : les mines de charbon en France ont fermé en 1980, la production de gaz a atteint son optimun en 2005 et celle du gaz en 2008. Aujourd'hui il faut creuser de plus en plus profond, casser la roche mère pour extraire ces combustibles (shale-gas) qui ont mis des millions d'années à se former. Jusqu'à quand ?

Enfin il a fallu des inondations catastrophiques, des tempêtes épouvantables et des canicules extraordinaires pour que les politiques écoutent les chercheurs : l'effet de serre n'est pas une vue de l'esprit !

Toutes ces énergies carbonnées s'oxydent et créent du CO2 qui s'accumule dans l'atmosphère de façon quasi définitive à l'aune d'une vie humaine. La conséquence est le réchauffement inéluctable de la planête et ses graves conséquences prévisibles.

Les sources d'énergies fossiles et décarbonnées

Aujourd'hui, beaucoup de barrages ont été construits et peu de cours d'eau peuvent encore être aménagés. Sur l'Yonne, le barrage de Pannecière apporte sa contribution en électricité aux heures de pointe mais on ne voit pas où un autre barrage pourrait être édifié.

L'énergie nucléaire, seule capable actuellement de concurencer le charbon pour produire suffisamment d'électricité non carbonnée, se développe.

Les autres énergies renouvelables, comme le montre la figure ci-contre, peuvent être considérées comme des épiphénomènes : que ce soit le photovoltaïque ou l'éolien elles sont pour l'instant très loin de pouvoir remplacer les énergies fossiles, qui représentent au niveau mondial de 75 à 80% des sources d'énergies.

La France est un cas particulier : le 18 octobre 1945, le général de Gaulle créait le Commissariat à l'énergie atomique avec mission d'acquérir des connaissances sur l'énergie nucléaire dans les domaines de l'industrie, de la science et de la défense nationale.

Aujourd'hui dans ce pays, la part des énergies décarbonnées est de 71.7% pour le nucléaire civil, 12.4% pour l'Hydraulique, 5.1% pour l'éolien, 1.9% pour le solaire, 1.8% pour la bioénergie (déchets, bois, biogaz), contre 5.7% de gaz, 1.1% de charbon, et 0.4% pour le pétrole. C'est un cas exceptionnel, très loin d'être celui des autres pays européens.

La deuxième figure montre l'augmentation des différents types d'énergie 

Alors que les décideurs se congratulent lors d'interminables conférences (influence des conférences COP sur le CO2), le public écoute les sirènes des écologistes politiques qui clament, l'abandon du nucléaire au profit des éoliennes et des panneaux solaires. Ces deux types d'énergie ne représentent quasiment rien dans le spectre des energies mises en oeuvre actuellement et sont loin d'être aussi vertueux concernant l'environnement.

Pendant ce temps, entre 2000 et 2017, dans le monde, le charbon a augmenté 15 fois plus que le solaire et 7 fois plus que l'éolien.

Pour l'instant les énergies fossiles ne sont malheureusement pas prêtes d'être abandonées !

 

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Les énergies fossiles carbonées

Le charbon

Il provient de la transformation sédimentaire (température, pression et oxydo-réduction) de la matière végétale pendant 350 millions d'années. Au Carbonifère, l'apparition de champignons Basidiomycètes capable, grâce à leurs enzymes de digérer la lignine du bois stoppa la formation du charbon.

C'est une énergie-fossile qui est utilisée à 66% pour la fabrication d'électricité : elle est brulée dans des centrales pour chauffer de l'eau qui fait tourner des turbines.

Sinon il est retrouvé dans la sidérurgie, la carbochimie et pendant longtemps il fut utilisé pour le chauffage des particulier.

La combustion du charbon libère des oxydes de souffre et d'azote, du cadmium, de l'arsenic et du mercure. En France 1200 décès prématurés seraient dus aux émanations des pays voisins.

Son arrivée sur le marché a provoqué la ruine des marchands de bois du Morvan, la fin du flottage et … la sauvegarde des forêts morvandelles !

Il représente 26.8% des sources d'énergie utilisées actuellement dans le monde mais il est responsable de 44% des émissions de CO2 dans l'atmosphère

Le pétrole

Il est d'origine fossile comme le charbon. Il provient de la décomposition d'organismes marins (plancton) qui se sont accumulés dans les bassins sédimentaires et s'est retrouvé piégé dans les couches de roches.

50% du pétrole est utilisé dans les transports (fioul, gazole, kérosène, essence, GPL), tandis que le "naphta" obtenu par raffinage est traité par la pétrochimie (plastiques, tissus synthétiques caoutchouc).

Les fractions les plus lourdes sont utilisées pour fabriquer des bitumes et des lubrifiants.

Le transport est un point très sensible des économies modernes. Avant, la polyculture et les "circuits courts"étaient la règle, aujourd'hui la monoculture est privilégiée pour des raison économiques et les autres produits agricoles viennent d'ailleurs, où ils ont été produits à moindre coût.

Donc s'il n'y a plus de transport, tous les magasins d'alimentation font faillite ! C'est la même chose pour les pièces détachées, les métaux rares, etc.

Le pétrole représente 30.9% des sources d'énergie utilisées actuellement dans le monde (46.2% en 1973) et il est responsable de 37% du CO2 émis dans l'atmosphère.

Le gaz naturel

Le gaz naturel est un produit fossile. Il est essentiellement constitué de méthane (CH4). L'industrie gazière rejette 20% des émissions de méthane dans l'atmosphère or ce gaz a un potentiel de réchaufement 25 fois supérieur au CO2.

Le gaz naturel se transporte beaucoup plus difficilement que le charbon ou le pétrole. Le transport par bateau exige une liquéfaction (Gaz Naturel Liquéfié - GNL) et une conservation à -162°C. Le procédé est très coûteux et quand c'est possible le transport se fait de préférence par gazoducs.

Le gaz naturel est la troisième source d'énergie primaire utilisée dans le monde et représente 23.2% de la consommation mondiale. Elle est en progression (+ 18% en 2017) et l'Europe remplace de plus en plus les centrales au charbon par des centrales à gaz.

 

 

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Les sources d'énergies non-carbonées

Exploitation de la biomasse - Le biogaz ou le gaz vert

Le biogaz est issu du processus de méthanisation qui permet de valoriser les déchets agricoles, les boues d'épuration et les déchets ménagers.

Il peut complètement remplacer le gaz naturel dans ses usages et produit 10 fois moins de CO2 que le gaz naturel fossile. Il produit également un "digestat" utilisable comme engrais.

Après Epuration, le biogaz peut aussi être utilisé comme biométhane dans les véhicules roulant au gaz naturel GNV) ou injecté dans les circuits de gaz ménagers.

 

L'énergie hydraulique

 

Les rivières

L'énergie hydraulique représente 15.6% de la production mondiale d'électricité.

Elle est renouvelable, non carbonée, nécessite un faible coût d'exploitation et permet la compensation des énergies intermittentes (éolien et solaire).

Le principe est simple et bien connu : de l'eau stockée derrière un barrage active en étant libérée des turbines qui fabriquent de l'électricité. Elle entrainait déja depuis 2000 ans les roues des moulins.

Elle peut profiter d'une hauteur d'eau importante ou être utilisée "au fil de l'eau" selon le débit attendu.

Les inconvénients sont les impacts sociaux sur les populations déplacées, des inondations de terres arables, une forte perturbation des écosystèmes.

En France à Malpassé en 1959 plus de 400 personnes décédèrent et la vallée de Fréjus fut dévastée.

Depuis 1952 en Chine l'ingénieur Chen Xing attirait l'attention des autorités sur les failles de sécurité du barrage de Banqiao dans le Hénan. Il fut écarté des projets par le régime communiste qui n'appréciait pas la contestation, mais en août 1975 après un typhon particulièrement important l'ouvrage céda : 85 000 personnes moururent immédiatement, 1 145 000 autres des famines des maladies et et des épidémies qui suivirent. Enfin 11 millions de personnes furent déplacées.

Aujourd'hui, le barrage de Vouglans dans le Jura est sérieusement remis en question de par les conséquences qu'entraineraient sa rupture.

En 1870 il existait 567 moulins à eau dans la Nièvre. A proximité de Montreuillon, hors le barrage de Pannecière qui s'est vu équipé d'une turbine Kaplan en 1952, il existait en 1859, le moulin de Chassy (à 2 systèmes de meules pour les grains et 1 pour l'huile. Il est aujourd'hui transformé en micro-centrale électrique controlée par internet)

le moulin du bourg, les Grands-Moulins et le moulin du Renard sont transformés en habitations.

 

 

 

 

La marée

L'usine marémotrice de la Rance en France a été inaugurée par le Général de Gaulle en 1966.

Elle utilise l'énergie des marées qui, à marée haute fait monter le niveau de l'eau de la rivière (entre 4 et 13;5m) et fait tourner une turbine Kaplan . Celle-ci modifie son pas quand la marée s'inverse, l'eau de mer ainsi captée à laquelle s'ajoute l'eau de la rivière font tourner des turbines dans l'autre sens produisant de l'électricité.

L'usine produit entre 500 et 600 GWh par an

Les inconvénients d'un tel système sont essentiellement d'ordre écologique en perturbant les écosystèmes

 

La houle

Le japon s'est intéressé dès 1945 à ce système . Il a été suivi par la Norvège et le Royaume unis.

Le principe est de laisser entrer les vagues dans un caisson immergé. L'air est repoussé et active des turbines.

Le Royaume Unis a été le premier à installer une usine opérationnelle au Nord de l'Ecosse en 1995, mais elle fut détruite pas un ouragan. Elle produisait 2 MWh. Elle est actuellement en reconstruction.

 

Les courants marins

Les britaniques travaillent depuis 2005 à placer des "hydroliennes" dans l'eau pour profiter de l'energie cinétique des courants marins et la transformer en électricité.

Malheureusement de nombreuses contraintes technique, législatives et des coûts d'exploitation élevés freinent le développement de cette technologie.

Enfin d'un point de vue écologique, les hydroliennes perturbent la sédimentation dans les fonds marins et perturbent la faune et la flore.

 

 

Energie thermique des mers (ETM)

Source Mines-ParisTech et Ademe)

Cette énergie peut être crée là où les eaux ont plus de 22 degrès de différence entre les couches de surface et celles qui sont en profondeur

Rankine, un chercheur écossais du xixe siècle a mis au point machine thermodynamique en cycle fermé qui porte son nom, Organic Rankine Cycle (ORC)

Le circuit primaire contient de l'Ammoniac (NH3) qui passe alternativement de l'état gazeux à l'état liquide

l'eau de mer chaude (26° à 28°) est prélevée en surface et sert à faire passer à l'état vapeur, de l'ammoniac qui se détend dans une turbine. Celle-ci anime un générateur qui produit de l'électricité.

l'eau froide à 4° est puisée à 600-1000 m dans les eaux profondes. Elle refroidit après passage dans la turbine, le gaz qui redevient liquide dans le condenseur. Et le cycle recommence 24 heures sur 24.

  • La pompe comprime l'ammoniac à 9 bars
  • Le générateur de vapeur est un triple échangeur assurant la chauffe à l’état liquide, la vaporisation et une légère surchauffe de l’ammoniac.
  • La pompe et la turbine peuvent être supposées adiabatiques
  • Le générateur de vapeur et le condenseur, ils seraient isobars

Deux centrales ETM de 16 MW/h seraient installées à l'Ile de la Réunion qui deviendrait énergétiquement indépendante

 

L'énergie éolienne

 

L'énergie éolienne terrestre

L'énergie éolienne fut utilisée depuis les débuts de la marine à voile, dès le 16e

Les paysages bucoliques des Pays‑bas (Nederland) montrent des successions de moulins pompant l'eau des polders pour la renvoyer à la mer. Ils étaient cependant moins efficaces que les moulins à eau.

Une éolienne actuelle0 peut atteindre 160 m de haut. C'est un aérogénérateur qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique qui aujourd'hui fait fonctionner une turbine pour produire de l'électricité

Les éoliennes sont reliées entre elles et connectées à un concentrateur qui alimente les clients.

Elle est exploitée quand le vent est supérieur à 18 km/h et ne l'est plus quand il est supérieur à 90 km/h et risque d'emporter l'ouvrage.

La puissance moyenne qui est égale à la puissance installée x facteur de charge est en moyenne de 23% ce qui est un rendement très faible.

C'est de plus une énergie qui n'est pas "pilotable" c'est à dire qu'en absence de vent il n'y a plus d'électricité. Il est donc indispensable de prévoir un dispositif alternatif de stockage (batteries) ou de prévoir en complément un apport d'énergie carbonnée ou nucléaire.

La part de cette énergie dans le monde est de 5.9%. Il y a en France en 2022, 8 400 éoliennes terrestres en fonctionnement, 3 500 de plus sont autorisées et en attente de construction et 2 600 en demande d'autorisation, en cours d'instruction

Dans le Sud-Morvan il est prévu l'installation (d'éoliennes de dernière génération  (3.6 Mo) (3.3 MW, 180 m de haut, un rotor de 120 m de diamètre); chaque tour balaie une surface verticale de 1.13 ha !

La filière recoit 32 milliards de subventions. Il n'est peut être pas aberrant de penser que des raisons idéologiques et électorales soient concernées.

Car l'éolien terrestre n'a pas bonne réputation. Un sondage d'OpinionWay réalisé en 2021 en Bourgogne-Franche Comté et en Morvan a conclu à un avis défavorable voire très défavorable de la population à la poursuite de leur installation.

Les principales critiques concernant ce type d'énergie sont le bruit, le paysage, la pollution et le lobbying :

  • Le bruit. Elles doivent être implantées à au moins 500 m des habitations.La question est en train de se résoudre par la définition de pales mieux profilées
  • le paysage. Dans le Morvan où le tourisme est la seule ressource, la résistance est très forte et pour l'instant aucune éolienne n'a été installée
  • la pollution. Il faut prévoir 15 000 m2 de terre artificialisée. On ne peut pas faire tenir un édifice de plus de 150 m de haut sans construire une prise au sol importante, une quantité de 1 500 à 3 000 m3 de béton et de ferraille selon la hauteur seraient nécessaires. Le mat contient 300 t d'acier, les pales sont faites de 90 t de composites non recyclables et 2.8 t de terres rares. Enfin, chaque éolienne contient 400 litres d'huile. De même le caractère éparpillé des éoliennes implique que des grandes quantités de fils de cuivres soient enfouis pour les relier. Le démantèlement d'une éolienne n'est donc pas une simple formalité écologique. Quand aux batteries utilisées pour le stockage ...
  • Lobbies et démarcheur de l'éoliens sont puissants et le démarchage agressif ne s'encombre pas d'éthique (il serait question de menaces ou de corruption plus ou moins directe d'élus, de paysans abusés et surtout d'un défaut d'informations technique et juridiques (risques à la charge du propriétaire du terrain0, etc.)

 

 

L'énergie éolienne en mer

Les pays du Nord de l'Europe sont très en avance concernant l'éolien en mer. Il faut considérer aussi que ces derniers ont bénéficié de conditions très favorables, des mers peu profondes et un vent fort et régulier.

La mer du Nord (63.3% des parcs) et la mer Baltique (14.2% des parcs) ont une profondeur moyenne de 22.4 m et une distance moyenne de la côte possible de 32.9 km.

Le premier parc a été installé au Danemark (site de Vindeby) en 1991, puis ce fut le Nederland en 1994, la Suède en 1998, la Belgique en 2004, le Royaume Uni et l'Allemagne en 2000 et enfin la France qui a lancé son premier appel d'offre en 2011 ! En 2014 la capacité installée était de 29.6 TWh par an. 150 GW sont estimés en 2030 et 300 GW en 2050.

L'objectif de la France est d'atteindre une capacité installée d'éolien en mer posé (fixe) et flottant de 2.4 GW en 2023 et 5 GW en 2028

L'éolien en mer ne pose pas les problèmes des parcs installés sur terre et présentent d'autres avantages :;

  • alors que le facteur de charge est de 23% pour l'éolien terrestre, il est de 40% en mer et peut atteindre 60% en mer du nord. En effet, le mer est plate et les vents plus puissants et plus réguliers que sur le continent
  • Les champs éoliens sont installés à 15 km voire 40 km de la côte. Il n'y a donc pas de problème de bruit et la dégradations des paysages est limitée. Notons quand même que la limite est imposée par l'étendue du plateau continental sous-marin pour les Éoliennes fixes. Au dela il faut utiliser des Éoliennes flottantes (cf. en Méditerranée)
  • Les scientifiques ont montré que la biodiversité marine, loin d'être altérée était favorisée par la présence des supports des installations

Les installations fixes sont préparées à terre et assemblées en mer grâce à des grues spéciales alors que les flottantes sont complètement construites dans les chantiers navals et remorquées. Arrivées sur place elles sont arimées au fond de la mer par des chaines. En Méditerranée où le plateau continental est très étroit seul ce dernier modèle est utilisable.

Le taux de retour énergétique (TRE)0pour l'éolien en mer est de 20 (la production d'énergie est 20 fois supérieure à celle mise en oeuvre pour la construction et le démantèlement)

Il s'agit d'une énergie non pilotable : quand il n'y a pas de vent il n'y a pas d'électricité ! Une solution à cet inconvénient est la compensation par une énergie décarbonnée pilotable (energie nucléaire ou hydraulique) soit l'interconnexion des réseaux éoliens et la création d'un "foisonnement" (quand il n'y a pas de vent en mer du Nord, il peut y en avoir en Méditerranée ou en Atlantique !)

L'installation des parcs en mer rencontre l'hostilité des pêcheurs qui devront modifier leurs lieux de pêche et peut être même leurs méthodes de travail. D'autres changeront de métier. Les professionels des pays du Nord se sont adaptés, espérons qu'en France, les discussions sociales aboutiront a un juste partage des resources.

Enfin une question non résolue est l'action de ces gigantesques hélices sur les oiseaux migrateurs quand un parc est installé sur leur passage. Où est la solution ? Un arrêt automatique des rotors et des pales quand une nuée arrive peut être une solution ?

Démantèlement

Il y a des materiaux critiques : le cuivre qui est utilisé pour les raccordements entre les éléments du parc et le zinc qui protège l'acier de la corrosion. Ces métaux sont recyclables.

Les terres rares utilisées pour la fabrication des aimants permanents et les materiaux composites (carbone, fibre de verre, ...) qui constituent les pales ne sont pas recyclables pour l'instant. En Europe elles sont broyées et servent dans la construction. Les constructeurs européeens sont très sensible à cela et certains travaillent déja à la fabrication de pales recyclables (Siemens-Gameza)

 

 

L'énergie solaire

 

Le principe est simple : le soleil envoie des rayonnements électromagnétiques vers la terre. Ils peuvent alors être captés et transformés en chaleur ou en électricité.

Il est possible de distinguer 3 types de systèmes de captage : les systèmes photovoltaïques qui produisent directement de l'électricité, les capteurs thermiques qui chauffent des liquides ou des gaz "caloporteurs", les systèmes thermodynamiques qui collectent la chaleur de l'air pour chauffer un fluide qui fait le lien avec l'air plus froid (principe de la pompe à chaleur à air)

L'énergie solaire photovoltaïque

L'énergie radiative est transformée directement en électricité

En effet, quand le silicium est exposé aux radiation solaires, il se produit un déplacement d'électrons. Pour canaliser ce flux d'électron et éviter que le système revienne à l'équilibre, une jonction P-N est céée.

Dans la couche P (en dessous), il est ajouté des atomes de Bore pour attirer ces électrons donc la charge est négative

Dans la couche N (au dessus) il est ajouté des atomes de Phosphore pour repousser ces électrons

Quand les deux couches sont reliées Le flux d'électrons qui passe d'une couche à l'autre produit de l'électricité

un panneau classique fait 1.60 m de long sur 1 m de large et il pèse environ 25 kg. Il a environ 30 ans de durée de vie

Tous les composants sont recyclables à 90%, mais il y a un problème d'extraction de l'Argent (le photovoltaïque consomme déja 8% de l'Argent extrait dans le monde alors qu'il ne fournit qu'1% de l'electricité). Les chercheurs travaillent sur ce sujet.

La plus grande centrale photovoltaïque d'Europe se situe à Bordeaux-Labarde. Elle couvre avec ses 145 000 panneaux sur 60 ha pour une production de 350 GWh (moins d'un 1000e de l'electricité produite en France) pour produire toute l'electricité de France il faudrait 4000 km2

Comparaison des facteurs de charge : solaire 13%, éolien 25%, nucléaire 75%

 

L'énergie solaire thermique

le rayonnement solaire est récupéré sous forme de chaleur. Le principe en était connu depuis longtemps (dans le sahara, faire chauffer de l'eau au soleil pour préparer le thé par exemple)

Il existe des capteurs non vitrés, des tubes de plastic noirs transportant un fluide caloporteur, des capteurs protégés pas une vitre (des tubes en serpentin) ou des capteurs sous vide

ce type d'énergie est utilisée en usage domestique ou industriel :

  • le système thermosiphon - L'eau traverse un panneau solaire qui augmente fortement sa température. Elle chauffe un ballon situé au dessus. Elle se refroidit et redescend alors vers la source de chaleur et le cycle recommence.

    Dans des pays comme le Cap Vert (et en Afrique, en brousse en général) un grand nombre de maisons sont équipées de tels systèmes pour chauffer leur eau domestique, qui ne coûte rien à l'usage !

  • Le systeme actif plus sophistiqué où l'eau chaude est pompée vers l'échangeur (60% en europe). Une chaudière d'appoint complête la fraction solaire quand il n'y a pas de soleil

Mais le solaire thermique domestique est encore cher

En Europe l'usage des pompes à chaleur se vulgarise : en hiver, le système prend le froid dehors et restitue l'air chaud a l'interieur : 1 kWh dépensé pour faire tourner le système permet de recuperer 3 KWh

La recherche actuelle essaie de combiner le photovoltaïque et le thermique pour récupérer un spectre plus large de la radiation solaire et produire à la fois de l'électricité et de la chaleur.

 

 

L'énergie solaire thermique à concentration

Le principe de fonctionnement est là encore, celui du cycle de Rankine (voir ETM), un système thermodynamique composé d’un moteur thermique à pression constante qui convertit une partie de la chaleur en travail mécanique.

La chaleur est fournie de l’extérieur à une boucle fermée, qui utilise un fluide de travail qui subit le changement de phase d’une phase liquide à une phase vapeur et vice versa.

L'un des principaux avantages de ce cycle est que la compression (condenseur) se fait sur un liquide.

En condensant la vapeur (qui fait tourner la turbine), la pression à la sortie de la turbine est abaissée et l'énergie requise par la pompe ne consomme que 1% à 3% de la puissance de sortie de la turbine

pour apporter de la chaleur à l'évaporateur, plusieurs systèmes peuvent être mis en place :

  • des récepteurs (miroirs appelés aussi héliostats) cylindro-paraboliques qui concentrent les radiations solaires. Ils peuvent se déplacer dans 2 directions et suivre le soleil pour que les rayons soient toujours perpendiculaires à la surface de réception
  • des miroirs de fresnel qui tournent dans une seule direction, qui sont plats et moins efficaces mais bien moins chers que les précédents
  • les rayons du soleil sont concentrés sur le haut d'une tour solaire (concentration ponctuelle) ou sur un tube (concntration linéaire par les recepteurs cylindro-parabolique et de Fresnel)

Le fluide caloporteur est la plupart du temps de l'huile synthétique, bien qu'au delà de 400° elle devienne très inflammable

Des sels fondus sont également empolyés pour atteindre des températures supérieures à 800°. Les produits sont peu cher (NaCl 40% KNO3 60% et NaNO). Ils permettent aussi le stockage : ils se solidifient entre 100 et 220° selon la composition.

Par un système de changement de phase il est possible de stocker de la chaleur : le passage de la phase solide à la phase liquide absorbe de la chaleur, ensuite le processus est inversé et le passage du liquide au solide dégage de la chaleur

L'eau comme caloporteur est dangereux d'emploi car cela exige de manipuler des pressions et des températures très importantes

Des gaz sous pression (hélium, CO2, hydrogène), des métaux liquides (Sodium, Potassium), de l'Air et du sable ont également été essayés en guise de caloporteurs

Cette énergie présente de nombreux avantage : une source de chaleur inépuisable, à Odeillo dans les Pyrénées orientales, le dispositif permet d'atteindre 3500° en quelques secondes, un stockage sur plusieurs heures qui rend le système presque pilotable, un turbo alternateur qui produit directement un courant alternatif

Enfin, un facteur de charge entre 25% et 80% selon les miroirs et un taux de retour énergétique supérieur à 10 donc interessant.

un gros inconvénient est qu'il est indispensable de disposer d'un ensoleillement direct sans nuages et d'eau !

Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité mais aussi de la chaleur pour l'usage domestique et pour l'industrie (2/3 de l'energie utilisée par l'industrie est sous forme de chaleur) :

- l'industrie du papier en a besoin pour secher, blanchir, faire bouillir de l'eau,etc.,
- l'industrie alimentaire pour bouillir, stériliser, sécher, laver
- l'industrie textile pour blanchir, teintre, dégraisser sécher, laver, repasser
- sans compter le chauffage des locaux industriels

il faut citer enfin la ferme agricole de Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) qui produit 17 000 t de tomate sur un complexe complètement autonome : une tour solaire à concentration chauffe la serre en hiver, désalinise l'eau qui est utilisée pour l'arrosega en été et produit de l'électricité pour le reste de l'exploitation (23 000 héliostas)

 

 

 

L'énergie géothermique

la géothermie était connue il y a 3000 ans avant notre ère par les Étrusques qui fréquentaient les sources d'eau chaudes.

Les romains améliorèrent le système des bains chauds et l'habitude s'exporta chez les turcs et en Islande.

Dès le moyen-age en France on utilisa cette énergie : dans le Cantal le village de chaudes-aigues possédait une source sortant à 82°C (le plus chaude d'Europe), la source du Par. Ainsi en 1332, au xive siècle, les habitants installèrent un réseau de canalisation (en bois) pour chauffer les maisons.

En 1818, au xixe siècle, François de l'Arderelle un entrepreneur français installa à Montecerboli en Italie une usine utilisant les sources d'eau chaude pour récupérer de l'acide borique (le Duc de Toscane rebaptisa la ville Larderello en son honneur)

En 1960 une cinquantaine de champs "à haute énergie" furent construits dans le monde pour produire de l'électricité.

En 1969 à Melun la technique du doublet fut mise au point : l'eau chaude était puisée dans l'aquifère du dogger et reinsérée en profondeur après utilisation.

C'est alors qu'en 1970 la crise pétrolière relanca la géothermie.

Trois types de géothermie peuvent être distnguées : faible énergie (température <90°C), moyenne énergie (> 90°C), haute énergie (>100°C)

la température augmente de 1° tous les 30 m de profondeur. Mais dans les régions volcaniques où des intrusions de magma penvent se produire, le réchauffement peut aller jusqu'à 100° par 100m

L'eau de pluie s'infiltre dans les roches jusqu'à rejoindre une nappe aquifère qui peut la chauffer jusqu'à 150 à 350°C

L'eau chaude est pompée, elle perd de sa pression et se transforme en vapeur. celle-ci fait tourner une turbine qui est couplée à un alternateur qui produit du courant alternatif. L'eau refroidie est ensuite reinjectée dans la nappe aquifère à environ 1500 m du point d'extraction (boucle géothermale).

L'eau provenant de l'aquifère contient des sels et des minéraux qui la rende très corosive aussi pour alimenter un réseau de chauffage urbain par exemple elle est employée en circuit primaire et chauffe de l'eau douce avant d'être réinsérée dans l'aquifère

Ainsi, entre 1981 et 1986 plus de 70 centrales géothermiques à basse énergie (température entre 55 et 85°C) furent construites en Ile-de-France exploitant l'aquifère du Dogger entre 1600 et 2000 m de profondeur et une trentaine en Aquitaine, essentiellement pour le chauffage urbain.

Aux Antilles, en Guadeloupe, le site de Bouillante fut mis en service en 1986 pour produire de l'électricité grâce au volcan de La Soufrière et à la géothermie.

Mais en 1986 le prix pétrole chuta rendant moins attractif la géothermie. De plus et il fut mis en évidence une grande corosivité de l'eau du dogger.

Cependant, la filière fut soutenue politiquement et aucune centrale géothermique ne fut fermée

A l'étranger, le Kenya exploita la grande faille du Rift pour devenir le pourvoyeur majeur de le règion en électricité. Costa Rica exploita une géothermie à moyenne énergie et la Suède une geothermie à très basse énergie.

En 2007 le Grenelle de l'Environnement décida de multiplier par 6 la production de la géothermie en France.

Aujourd'hui, 350 000 logements en région parisienne sont déja alimentés en eau chaude grace à cette énergie.

 

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L'énergie nucléaire

 

L'énergie nucléaire - la fission

L'énergie nucléaire qui est décarbonnée est pour l'instant la seule susceptible de concurencer les énergies fossiles.

Elle est combatue par des associations politisées, qui se sont crées contre les essais militaires occidentaux. Leur discours anti-nucléaire civil tient plus du dogme que fondé sur des résultat scientifiques.

Il faut rappeler l'urgence et la priorité à limiter l'effet de serre et de réduire pour cela l'usage des énergies fossiles qui représentent plus de 75% des sources employées actuellement.

La question du réchauffement climatique est actuelle, c'est un enjeu prégnant, très grave et bien éloignée des états d'âme de telle ou telle association.

En France certains Présidents appuyaient naguère leurs arguments électoraux sur la fermeture des centrales nucléaires.

En particulier en 2015, la loi sur la transition énergétique pour la croissance verte qui prévoyait la réduction de la part du nucléaire dans le mix énergétique à 50%, ancrant dans l'esprit de la population l'idée que le nucléaire était le mal absolu.

Ces même Présidents défendent aujourd'hui les plans de développement de cette énergies, mais que de temps perdu !

Déplorons enfin la fermeture de la centrale de Fessenheim, la plus ancienne du parc français certes, mais qui venait d'être complètement modernisée.

Aujourd'hui, 56 réacteurs répartis sur 18 sites sont installés sur le territoire national mais le parc est vieillissant. Les interventions politiques ont freiné sa réabilitation et la moitié des réacteurs est arrêté pour entretien et réparation. En 2022 la centrale à charbon de Saint-Avold a dû etre remise en service en attendant que la filière nucléaire soit à nouveau complètement opérationnelles

Les sources d'uranium

Trois types d'Uranium se trouve dans le minerai naturel :

  • l'Uranium 234U concentré à 0.0055% dans le minerai naturel
  • l'Uranium 238U concentré à 99.27% dans le minerai naturel
  • l'Uranium 235U concentré à 0.72% dans le minerai naturel.
    C'est le seul qui est exploité : quand un atome est percuté par un neutron il se transforme en l'Uranium 236U qui est instable. L'atome "excité" éclate alors et 2 à 3 neutrons sont libérés. Ces derniers vont percuter d'autres atomes et c'est le début de la réaction en chaîne

72 millions de tonnes d\'Uranium sous forme d'octoxyde de triuranium (O8U3) sont extractibles à moins de 260 $/kg. Cela représente plus de 1000 ans de la consommation actuelle

Le coût des importations d'uranium est de 50 à 100 fois moins cher que les importations de ressources fossiles : pendant que le gaz et le pétrole coûtent 30 à 50 G$par an, l'uranium est payé 500 M$ à 1 G$ par an  !

Par ailleurs, l'uranium ne compte que pour 1-2% du prix de l'électricité payé par le consommateur.

L'uranium peut être extrait des phosphates de cendres de charbon et les océans en contiennent de grandes quantités.

Contrairement aux énergies fossiles, la France dispose de 5 ans de réserve en uranium et ses sources d'approvisionnement sont diverses : 36% vient du Niger, 18% du Kasakhstan et 12% d'Australie.

Le fonctionnement des centrales nucléaires

En France les réacteurs fonctionnent à eau pressurisée selon une technologie d'origine américaine

Les pastilles d'uranium enrichi sont placées dans des faisceaux de crayons appelés assemblages combustibles.

un réacteur de 900 MWh en contient 177 (34 réacteurs en France) il produit une énergie comparable à 1000 éoliennes de 3 MW et un barrage de 100 m de haut (2 fois la hauteur du barrage de Pannecière) qui aurait un rendement de 80% devrait consommer 27 000 milliards de litres d'eau pour produire l'équivalent en électricité d'une centrale nucléaire pendant 1 an !

Un réacteur de 1300 MW en contient 207 (20 réacteurs en France et 4 de 1500 MW)

Le coeur du réacteur est constitué de plusieurs parois permettant de résister à des agressions extérieures (tremblements de terre, attaques terroristes, bombes, tsunamis, etc.) et plusieurs couches d'acier pour que la matière fissible reste confinée à l'intérieur du coeur quel que soit l'événement et même si elle est amenée à fondre.

Les réactions en chaînes sont gérées par des grappes de commande qui régulent le flux de neutrons

En cas d'arrêt de l'alimentation electrique qui contrôle les pompes de refroidissement, les grappes de commandes tombent de façon passive et arrêtent la réaction en chaine.

En temps normal pour arrêter le réacteur, la concentration en bore est augmentée et les grappes de commande sont descendues doucement

Enfin, pour avoir une réaction en chaîne convenable augmenter la probabilité de rencontre entre neutrons et atomes d'uranium, il faut les ralentir : c'est le rôle de l'eau (contenant de l'acide borique) qui sert de modérateur.

Trois circuits isolés les uns de autres et contenant de l'eau font fonctionner le système :

  • Le circuit primaire. Cette eau est pressurisée à 155 bars pour parvenir aux 330°C nécessaires aux réactions physico-chimiques.
    Elle est chaufée par la réaction de fission nucléaire et maintenue à température par le circuit secondaire
  • Le circuit secondaire. Elle est refroidie dans un générateur de vapeur par le circuit secondaire qui est isolé du circuit primaire.
    Cette eau n'est pas radio‑active mais elle est encore très chaude (220°C) et sous une pression de 70 bars.
    Elle actionne les turbines qui produisent de l'électricité
  • Le circuit tertiaire. Il est lui aussi isolé du circuit secondaire. La vapeur est amenée à un un état liquide sous pression atmosphérique. Elle doit être rejetée à une température maximale de 30°C et bien sûr ne contenir aucune radio‑activité.
    L'eau peut être prélevée et rejetée dans une rivière ou dans la mer, c'est un circuit ouvert.
    Sinon des tours de refroidissement comparables à ce qui est installé dans les usines employant les énergies fossiles sont utilisées. C'est alors un circuit fermé qui consomme beaucoup moins d'eau7

Comme pour les centrales à combustibles fossiles, il faut absolument qu'il y ait de l'eau pour qu'une centrale nucléaire fonctionne. La principale pollution d'une centrale nucléaire est thermique et la loi oblige à ce que l'eau rejetée soit au maximum à 30°C.

La durée de vie administrative d'une centrale nucléaire est de 40 ans. En fait les centrales sont controlées très régulièrement par l'Agence de sureté nucléaire (ASN) qui n'hésite pas à faire arrêter le réacteur dès qu'une anomalie est détecté. En amont les chercheurs de l'UNSCEAR établissent et actualisent les connaissances sur les niveaux d'exposition et les effets des rayonnements ionisant

Enfin, dans certains pays (pas en France) des systèmes de co-génération sont installés pour profiter de la chaleur produite et chauffer les habitations. Ainsi 74 reacteurs sur 438 dans le monde fonctionnent en co-generation

Démantèlement des réacteurs

Sources : ANDRA (France) et ONDRAF (Belgique)

Les éléments radioactifs (radio-nucléides)

Les radio-nucléides ont une période d'activité très variable. Elle est mesurée en becquerels qui correspond au nombre de désintégrations pas secondes.

Ainsi l'Uranium 235U a une période radioactive de 4 millions d'années, mais l'Uranium 238U de 44.5 milliards d'années, le Plutonium 239Pu de 24 100 ans mais l'Iode 131I a une pérode de 8 jours !

En fait les spécialistes ont remarqué que les éléments les plus dangereux avaient généralement une période d'activité plus courtes (en temps géologiques !).

l'Uranium est donc enrichi, la réaction en chaine provoque de la chaleur qui sert à fabriquer de l'électricité.

L'Uranium se désintègre alors en produits de fission plus légers (une trentaine) et en actinides0 (neptunium, Plutonium, l'americium et curium). Après 4 à 5 ans de fonctionnement la réaction en chaine est arrêtée et les déchets sont refroidi 1 à 3 ans en piscine.

Ils sont ensuite traités pour séparer les produits les plus dangeureux et réduire leur volume. Ils sont enfin conditionnés et stockés à l'air libre avant d'être enfouis.

Les phases du démantèlement

La procédure dure entre 15 et 25 ans et elle est prise en compte dès la conception de la centrale tant au point de vue technique que financier (les coûts sont à la charge de l'exploitant)

le démantèlement du réacteur BR3 à Mol (Belgique) a servi de projet-pilote soutenu par la commission européenne

Le process mis au point est aujourd'hui une référence internationale

  • Le projet doit être rigoureusement programmé et recevoir l'accord de l'ASN (durée 4 à 6 )
  • Arrêt du réacteur
  • traitement des produits hautement radioactifs - Le coeur (l'opération dure 5 ans)
  • Le combustible et les grappes de commandes qui représentent 99% de la radioactivité de la centrale sont mis en piscine
  • Les circuits sont vidangés et les effluents sont traités
  • La cuve du réacteur en acier inoxydable est découpée à l'aide robots (durée 10 à 15 ans)
  • Des mesures spéciales sont appliquées pour les substances à courte durée de vie (par exemple le Fer 55Fe avec une période de 2.7 ans ou le Cobalt 60Co avec une période de 5.3 ans ) qui sont stockés en attendant une décroissance radioactive naturelle
  • >Démontage des bâtiments non radioactifs et décontamination des éléments faiblement radioactifs (durée 25 à 30 ans)
  • Les déchets non radioactifs subissent le traitement des déchets du bâtiment

libération du site

aucune radioactivité résiduelle dépassant les doses naturelles ne sont tolérées par les organismes de contrôle

La classification des déchets et les filières de gestion associées

Sources : ANDRA (France)
  • VTC - Vie Très Courtes

    Ils résultent des applications médicales de la radioactivité (diagnostics ou thérapies).

    Les radionucléides contenus ayant des périodes de l’ordre de quelques heures ou de quelques jours (par exemple L'Iode 131I a une période de 8 jours et le technétium99mTca une periode de 6 h. Leur radioactivité a pratiquement totalement disparu en quelques dizaines de jours.

    Ces déchets sont donc recueillis et entreposés dans un local adapté pendant cette durée, puis éliminés par les circuits classiques d’élimination des déchets hospitaliers.

  • TFA - Très Faible Activité

    La radioactivité des déchets de très faible activité (inférieur à 100 Bq/g) peut être proche de la radioactivité naturelle.

    Ces déchets sont principalement constitués de gravats (bétons, plâtres, terres) et ferrailles (charpentes métalliques, tuyauteries) ayant été très faiblement contaminés.

  • FMA-VC - Faible et Moyenne Activité à Vie Courte

    Les déchets de faible (quelques centaines à 1 million de Bq/g)et moyenne activité (1 million à 1 milliard de Bq/g) à vie courte (inférieure à 31 ans) sont essentiellement des matériels utilisés dans différentes activités liées aux installations nucléaires : vêtements, outils, filtres …

    Ces déchets caractérisés par leur vie courte sont généralement compactés, puis conditionnés dans un fût en métal ou en béton avant de pouvoir être stockés dans un centre adapté à leur nature, le Centre de stockage de l’Aube (CSA).

  • FA-VL - Faible Activité à Vie Longue

    Les déchets de faible activité à vie longue (supérieure à 31 ans) sont pour l’essentiel des déchets anciens ou issus d’activités anciennes.

    Ils regroupent différents types de déchets comme les déchets dits "radifères" ou "de graphites".

    Les premiers résultent principalement de l’utilisation de minerais légèrement radioactifs, alors que les seconds proviennent de la première génération de centrales nucléaires (Uranium Naturel Graphite Gaz), aujourd’hui arrêtées et en cours de déconstruction.

  • MA-VL - Moyenne Activité à Vie Longue

    Les déchets de moyenne activité à vie longue sont principalement produits par l’industrie électronucléaire.

    En France, la plus grande partie de ces déchets provient des opérations de traitement des combustibles utilisés dans les réacteurs nucléaires.

    Leur niveau de radioactivité et leur longue durée de vie amènent aujourd’hui les chercheurs et industriels de l'Andra à concevoir un centre de stockage profond, situé dans une couche d'argile, à environ 500 mètres sous terre.

  • HA - Haute Activité

    Les déchets les plus radioactifs produits en France sont les déchets de haute activité (plusieurs milliards de Bq/g) en provenance, pour la plupart, de l’industrie électronucléaire.

    Ils correspondent essentiellement aux résidus hautement radioactifs issus du traitement des combustibles utilisés dans les centrales nucléaires.

    Ils peuvent avoir une durée de vie très longue (plusieurs centaines de milliers d’années).

    Leur niveau de radioactivité et leur longue durée de vie amènent aujourd’hui les chercheurs et les industriels à concevoir un Centre de stockage géologique (Cigéo) situé dans une couche d'argile à environ 500 mètres sous terre.

stockage en fonction du type de déchet
stockage en fonction du type de déchet

La réduction de la radiotoxicité

Il existe des méthodes pour réduire la toxicité des éléments radioactifs. Par exemple la transmutation qui permet de transformer élément en un autre à demi-vie plus courte voire stable : le Cobalt radioactif 60Co (27 protons et 33 neutrons à demi-vie de 5.3 ans) peut être transmuté par désintégration β- en isotope du Nickel 60Ni (28 protons, 32 neutrons) qui est stable

Cependant ce genre de réactions de même que la transmutation du plutonium en actinides mineurs0 ne peuvent se faire que dans les réacteurs "à neutrons rapides" (RNR) c'est à dire dans des réacteurs nucléaires de 3e et 4e génération.

En France, encore pour des raisons politiques :

  • Superphénix6 réacteur de 3e génération, prototype de RNR, construit à partir de 1976, mis en service en 1984 (malgré une attaque au lance-roquette russe par un militant écologiste suisse appuyé par un groupement communiste belge (CCC) deux ans plus tôt). Il a été suspendu en 1997
  • Phénix réacteur de 3e génération, prototype de RNR, construit à partir de 1968, mis en service en 1973 et arrêté en 2010
  • Astrid, réacteur de 4e génération, prototype de RNR, mise en service prévue en 2012 et projet abandonné en 2018. Ce tyde réacteur de 4e génération devait régler en grande partie la question du recyclage des déchets.

Ainsi, au lieu de travailler activement à améliorer la sécurité et traiter efficacement les déchets, ce type de projet sous la pression des lobbies politico-antinucléaire est renvoyé maintenant "à la deuxième moitié du siècle". Autrement dit quand les décideurs actuels seront morts ou en retraite !.

D'autres et en particulier, les chinois et plus près de la France les voisins belges avec le projet Myrrha ont l'ambition de disposer des outils pour travailler entre autre au recyclage des déchets radioactifs.

Le MOX (ou Mixed Oxydes) (source EDF)

Il s'agit d'un mélange d'oxydes issu du traitement du combustible usé des centrales nucléaires. Il est constitué d'un mélange d'environ 92 % d'uranium "appauvri" et de 8 % de plutonium. Cela représente 96% du combustible usé0 recyclable. Les 4% restants, non récupérables, seront vitrifiés et stokés

Il s'agit de traiter les élements les plus radioactifs ou ceux qui une plus longue demi-vie pour les transformer en éléments moins dangereux tout en les utilisant encore pour produire de l'énergie. En effet, 2/3 des déchets contiennent encore des isotopes fiscibles, du plutonium et des actinides mineurs utilisables en certaines proportions dans les centrales de nouvelles génération. C'est un procédé qui est bien maitrisé. En sortie, leur volume sera très réduit et une partie de leur toxicité éliminée.

 

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La sécurité nucléaire

Source : UNSCEAR

l'UNSCEAR - PNUE est le comité scientifique des nations unis pour l'étude des effets des rayonnements ionisants. Il fonctionne comme le GIEC. Sa mission est d'établir et actualiser les connaissances sur les niveaux d'exposition et effets des rayonnements ionisants

Quelques définitions

  • Le Becquelel mesure l'activité des radio-nucléïdes : nombre de désintégrations radioactives par seconde
  • le gray (Gy) : quantité d'énergie absorbée (Joule) par kg de matière (soit J/kg) (utilisé pour effet direct de radiation importantes)
  • le sivert (Sv): unité utilisée pour évaluer l'impact biologique de l'atteinte d'un organe donné. Il prend en compte la sensibilité des tissus biologiques. Effet probabiliste sur un temps plus long. On estime qu'en dessous de 100 mSv rien ne prouve un effet sur d'eventuels cancers à venir
  • les liquidateurs : apellation donnée par les russes lors de l'accident de Tchernobyl aux premières personnes intervenant sur un site où un accident nucléaire se produisait

Le rayonnement naturel
A Montreuillon le gaz radon, le rayonnement du sol granitique peut apporter 2 mSv/an.

Si la personne fume, mange des crustacés et passe une ou plusisieurs radio elle peut recevoir plus de 2 mSv supplementaires. En fait la dose naturelle se situe entre 2 à 4 mSv/an

Des séances de radiothérapies impliquent des irradiations de 45 à 80 Gy. Cependant ces doses qui seraient mortelles sur tout le corps sont appliquées brièvement en des points très précis et dépendent de la grosseur de la tumeur. Des vies sont ainsi sauvées.

la peur du nucléaire tue plus que le nucleaire
Il est surprenant de constater la peur que peut susciter une centrale nucléaire alors que les connaissances scientifiques, les mesures de sécurités et les contrôles sont exceptionelement intraitables sur le moindre point de rouille.

il faut rappeler que Tchernobyl n'a fait que 134 morts, des "liquidateurs" non équipés qui ont été envoyés sans scrupules à la mort.

Alors qu'à Fukushima, quand on déplaçait 100 000 personnes et que 20 000 morts étaient attribués directement au tsunami, aucun des volontaires qui étaient restés dans la centrale pour contrôler au mieux les dégâts n'est mort.

Ceux qui étaient venus en appui (pompiers etc.) n'ont pas reçu plus de 100 mSv, qu'il n'a été observé aucun symptôme d'irradiation aigüe et qu'il n'y a pas plus de cancers chez cette population que dans celle qui n'a pas été irradiée.

Pendant ce temps, les énergies fossiles ont tué plus de 8 millions de personnes en 2018, le charbon tue plusieurs centaines de milliers de personnes par an par la pollution de l'air et rien qu'en Europe 23 000 personnes par an sont concernées!

L'energie hydraulique n'est pas en reste : la rupture du barrage hydroélectrique de Banquio dans le Henan en Chine en 1975 a fait 230 000 morts et 11 millions de déplacés !

Certes le risque 0 n'existe pour aucune des énergies, mais la fission nucléaire n'est pas la plus à craindre !

 

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Energie nucléaire : la fusion

La fusion nucléaire à l'inverse du processus de fission rapproche deux atomes d’hydrogène (deutérium et tritium) à des températures de plusieurs millions de degrés, comme au cœur des étoiles.

Le noyau ainsi créé est instable et a tendance à se débarrasser d'un atome d'Hélium et un neutron pour retrouver un état stable tout en dégageant beaucoup d'énergie.

Ce processus n'est pas au point car pour l'instant il faut fournir plus d'énergie qu'on en récupère en sortie.

On estime encore à 40 ans l'éventuelle mise au point de cette technologie.

 

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Le stockage de l'énergie

(Source : Meyer)

Le stockage de l'énergie par pompage - STEP

Quand il y a de l'électricité disponible, la nuit alors qu'elle est moins chère, elle est utilisée pour pomper l'eau et la monter dans un bassin supérieur. Quand c'est nécessaire, lors des pics de consomation, elle est libérée pour la faire redescendre et faire tourner des turbines à la demande. Cette énergie temporaire disponible évite la construction de nouvelles centrales.

l'avantage du système est la grande quantité d'énergie stockée pouvant être libérée très rapidement avec un rendement de 70 à 85%, le faible coût une fois que les infrastuctures existent, la longue durée de vie des bassins.

Inconvénients : il faut 2 bassins avec une différence d'altitude significative, c'est gros investissement à long terme. Le rendement est faible : il faut déplacer une grande quantité d'eau pour disposer d'une énergie suffisante (1000 l d'eau à une altitude de 100  à une énergie potentielle de pesanteur de 0.272 kWh).

En France l'installation la plus importante est le barrage de Bissorte en Savoie qui pourrait fonctionner presque 1 semaine pour vider ses 39 Ml.

Il existe également des micro-STEP : pour un usage local cela permettrait une utilisation plus facile des énergies intermitentes

Ou encore, d'anciennes mines peuvent être valorisées : l'eau des galeries est vidée et redescendue quand il faut disposer d'électricité

STEP marines : un lac artificiel est créé en haut des falaises et la mer est le point bas

1% de l'electricité en France est passé par une step

 

Les volants d'inertie

Il s'agit de grand et lourd cylindre en acier le plus souvent enterré, construits pour transformer l'énergie électrique en énergie cinétique. Ils peuvent tourner à une vitesse de 50 000 tours/mn.

Ils ne sont pas destinés à stocker de l'énergie sur de longues périodes.

Ils déploient une grande puissance très rapidement et sont utilisés pour stabiliser les réseaux électrique ou lisser la production.

Ils permettent enfin d'assurer un relais entre deux modes de production d'électricité sans interruption par exemple un passage sur groupe électrogène de secours pour les centres de données ou les hopitaux.

A Rennes le métro a installé des volants d'inertie de 2.5 t dans les rames : quand elles freinent, l'énergie est stockée dans le volant d'inertie qui la restitue au démarrage. Cela permet une économie de 250 000 KWh/an

 

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Discussion et conclusion

Énergie et agriculture

Jusqu'au xixe siècle c'était la force humaine et animale qui étaient mobilisées (EnR) et la polyculture était la règle.

Ensuite les energies fossiles ont permis, de décupler considérablement, grâce aux machines (convertisseurs), les forces mobilisables et l'industrie chimique a été révolutionée.

Les rendements ont augmenté permettant en particulier de lutter contre la faim. Des molécules chimiques ont fait disparaître des maladies et amélioré les conditions de vie des populations.

Aujourd'hui les politiques voudraient développer les cultures énergétiques jusqu'à concurencer l'alimentation ?

De plus la biomasse produite avec des réductions massives d'engrais et de pesticides sera‑t‑elle encore suffisante pour assurer la sécurité alimentaire d'une population de plus en plus nombreuse ?

Enfin la spécialisation des spéculations agricoles cultivées sur des terres plus adaptées à des rendements élevés et la disparition de la polyculture, a entrainé un développement considérable des transports. Ils sont devenus absolument indispensables pour répartir les productions agricoles de façon équilibrée entre les différentes régions.

L'énergie représente 2% du PIB dans les dépenses agricoles mais il est impossible de s'en passer sinon c'est la famine !

Énergie et pouvoir d'achat

L'augmentation PIB ou du "pouvoir d'achat" est lié à l'augmentation de la richesses d'un pays.

Par conséquent cela signifie une augmentation du travail fourni par les convertisseurs (les machines qui consomment déja de l'energie fossiles à 80%) et de la production.

Il est donc un moment ou des choix doivent être fait (voir les propositions du Shift Project) il en existe encore bien d'autres passant par la déconcentration des villes (choisir la qualité de vie à la croissance à tout prix).

Il faut bien sûr rénover et adapter les habitations au climat de demain (la provence aura celui de l'Algérie et le Morvan celui de Valence).

Le télétravail consomme de l'énergie mais cela compense largement la consommation d'énergie liée au transport, à l'entretien et la climatisation des bureaux, etc.

Encore faut il être sensible à ce qui sera légué aux générations futures !

 

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Michel Partiot Académie du Morvan ‑  juillet 2022

 

 

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Bibliographie

Documentation numérique

 

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Notes

  1. Augmentation des phénomène extrêmes : réchauffement climatique provoqué par effet de serre bloqué par ges et strastosphère + froide. Gradient t° entre sol qui augmente et stratosphère qui se refroidit (gradient adiabatique) met en route et augmente mouvements convectifs qui augmente puissancence tornades, ouragans etc.
  2. Actinides : il s'agit d'une famille du tableau périodique de Menleiev qui comprend 15 éléments chimiques, des métaux lourds dont le numéro atomique (nombre de protons de l'atome) va de 89 (actinium) à 103 (lawrencium). Ils comprennent principalement l’uranium, le thorium et le plutonium mais également des éléments produits par les réacteurs nucléaires en moindre quantité qui sont qualifiés à ce titre de "mineurs".
  3. Actinides mineurs : Ces actinides sont mineurs uniquement parce qu'ils sont produits en faible quantité ce qui ne veut pas dire qu'ils soient inofensifs ils comprennent en pzrticulier des isotopes du neptunium, de l’américium et du curium qui ont une haute activité (HA). Le parc nucléaire français en produit environ 1 tonne par an. Ils devaient être traité (transmutés)par le réacteur Astrid pour être transformés en produits plus légers et à durée de vie plus courte. A défaut ils seront vitrifiés et enfouis
  4. combustible usé : qui n'est plus capable d'entretenir la fission
  5. désintégration des VTC : l'IRSN surveille attentivement ces rejets pour être certain qu'ils ne se retrouvent pas dans les eaux usées et contaminent les égoutiers
  6. Externalités : Ce sont des transferts de valeur sans compensation monétaire. Elles dépendent des choix d'autres producteurs ou d'autres consomateurs. Un agent économique peut profiter d'une activité économique sans en payer le prix. Par exemple une manifestation culturelle ou sportive bénéficie aussi à des restaurants ou des hotels. Les externalités peuvent être négatives ou positives.
  7. Ressources naturelles inépuisables : "Les ressources naturelles sont inépuisables car sans cela nous ne les obtiendrions pas gratuitement. Ne pouvant ni être multipliées ni épuisées, elles ne sont pas l'objet des sciences économiques" (J-B Say - traite d'économie politiques - 1803
  8. Consomation d'eau d'une centrale nucléaire : une centrale de 1300MW en circuit ouvert consomme 50m3/s rendu à la source alors que dans un circuit fermé il n'est que de 2 M3/s mais entièrement consommée et rejetée sous forme vapeur d'eau
  9. Eole : dans la mythologie c'est le maître du vent. Fils d'Hellen et de la nyphe Orseis. Il est ainsi petit fils de Zeus
  10. Démantèlementdes éoliennes : à la Préfecture il existe un "bureau des installations classées". Ce service peut imposer au promoteur éolien un démantèlement. Mais il se heurte alors au fait que la plupart des sociétés sont étrangères et ont pris le soin de se préserver dans leur pays d'origine, soit il pourra caractériser une faute ayant contribuée à l'insuffisance d'actifs de la filiale. La Préfecture, l'intercommunalité ou la Mairie se retournent alors contre le propriétaire foncier et l'obligent à démanteller à ses frais !
  11. Lobbying éolien : Une clause étonnante - "le promoteur a le droit de quitter à tout moment la convention, hors de toute action juridique, sans prévis, sans indemnités,[...] tomber en faillite, état avéré d'unfaillibilité, cessation de paiement". C'est alors au propriétaire de payer le démantèlement !
  12. Puissance nominale : puissance la plus élevée qu’une unité de production peut 0délivrer
  13. Facteur de charge : Le facteur de charge d’une unité de production électrique est le ratio entre l’énergie qu’elle produit sur une période donnée et l’énergie qu’elle aurait produite durant cette période si elle avait constamment fonctionné à puissance nominale
  14. Taux de retour énergétique (TRE) : (ou EROI ou EROEI en anglais), il s'agit du rapport énergie utilisable / énergie dépensée pour obtenir cette énergie.
  15. Le changement de phase : il faut autant d'energie pour passer de 1 g d'eau solide à 0° à 1g d'eau liquide à 0°, que pour passer ce gramme d'eau de 0° à 80° ! (donc solide vers liquide absorbe de l'energie et liquide vers solide en produit)
  16. Un graben : structure géologique liée à un effondrement entre des failles normales

 

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