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Total Professeurs Associés 1 Congrès du club EEA 2009 Table ronde « Energie : enjeux et perspectives » PolytechTours, 12 mai 2009 Energie, qui es-tu ?

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1 Total Professeurs Associés 1 Congrès du club EEA 2009 Table ronde « Energie : enjeux et perspectives » PolytechTours, 12 mai 2009 Energie, qui es-tu ? Jean-Bernard Sigaud Professeur TPA

2 Total Professeurs Associés 2 En quoi consiste lénergie ? Lénergie est immatérielle par nature, et ne doit pas être confondue avec le support physique utilisé pour la stocker ou la transporter Lénergie existe sous diverses formes : - mécanique (potentielle ou cinétique) - électrique, sous forme potentielle (accumulateurs) ou cinétique (courant) - chimique = énergie de liaison entre atomes (énergies fossiles, biomasse) - nucléaire = énergie libérée par la fusion ou la fission des noyaux datomes instables (avec conversion de masse en énergie selon E = mc 2 ) - thermique = énergie cinétique des molécules = forme dénergie dans laquelle les autres tendent à se dégrader : forme dénergie la moins « noble » intérêt nul à température ambiante

3 Total Professeurs Associés 3 Que signifient, dans le cas de lénergie, les notions de ressource, production ou consommation ? Il sagit dun abus de langage ! Ce quon appelle "ressource" désigne en fait ce qui permet de produire de lénergie "utilisable" Exemples : pétrole, gaz naturel, charbon, biomasse, uranium…etc. " Produire" ou "consommer" de lénergie consiste en fait à la "convertir", cest-à-dire passer dune forme dénergie à dautres formes. Il y a toujours conservation de lénergie totale. (selon le premier principe de la thermodynamique, qui sapplique également au cas des réactions nucléaires, compte-tenu de léquivalence entre masse et énergie) Exemples : - énergie chimique thermique, dans la combustion des hydrocarbures - énergie thermique mécanique (+ chaleur) dans une chaudière + turbine - énergie mécanique électricité (+ chaleur) dans un turboalternateur - énergie électrique mécanique (+chaleur), dans un moteur…etc.

4 Total Professeurs Associés 4 Que signifient, dans le cas de lénergie, les notions de ressource, production ou consommation ? (suite) Produire de lénergie consiste à convertir de lénergie non-utilisable en énergie utilisable, concentrée et transportable Exemples : - production délectricité à partir de lénergie du vent et des cours deau, dans des éoliennes ou des barrages hydroélectriques - production de biomasse (énergie chimique) à partir dénergie solaire, par photosynthèse - production délectricité à partir dénergie nucléaire (via une série de conversions : énergie nucléaire thermique mécanique électrique) Inversement, consommer de lénergie consiste en fait à la dégrader en passant dune forme concentrée et utilisable à une forme diffuse (généralement sous forme de chaleur à bas niveau thermique) Exemples des moteurs à explosion : toute lénergie contenue dans le carburant se trouve in fine convertie en chaleur dissipée dans le milieu ambiant, après avoir été partiellement convertie en énergie mécanique.

5 Total Professeurs Associés 5 Les moulins traditionnels convertissent lénergie du vent en énergie mécanique…

6 Total Professeurs Associés 6 …et les moulins modernes la convertissent en électricité

7 Total Professeurs Associés 7 De même, lénergie des rivières peut être convertie en énergie mécanique dans des moulins à eau ou en électricité dans des usines hydroélectriques

8 Total Professeurs Associés 8 Une centrale (nucléaire ou autre) convertit à peine 50% de lénergie primaire en électricité. Le reste est rejeté dans le milieu sous forme de chaleur

9 Total Professeurs Associés 9 Dans la photosynthèse, lénergie des photons est utilisée pour convertir du CO 2 et de leau en biomasse et oxygène… Cela consiste à produire de lénergie sous forme chimique à partir dénergie électromagnétique. Inversement, lors de la combustion de la biomasse, cette énergie chimique est convertie en chaleur …mais avec un rendement énergétique très faible (env. 1 %)

10 Total Professeurs Associés 10 Lénergie est une ressource très différente des autres La conversion dune forme dénergie en une autre est un processus non-réversible Une partie de lénergie convertie est dissipée sous forme de chaleur. Et, conformément au second principe de la thermodynamique, il est impossible de convertir entièrement la chaleur en énergie mécanique (ou toute autre forme dénergie) De ce fait, la reconstitution dune ressource en énergie (retour à létat initial) nécessite un apport dénergie supérieur à cette ressource, à cause de lénergie dissipée sous forme de chaleur au cours du cycle. Ainsi, la synthèse dhydrocarbures à partir de CO 2 et deau requiert un apport dénergie très supérieur à la chaleur de combustion de ces hydrocarbures.

11 Total Professeurs Associés 11 Lénergie est une ressource très différente des autres (suite) Lénergie nest donc pas recyclable… A noter que la photosynthèse, qui permet de convertir le CO 2 et leau en biomasse, nest possible que grâce au soleil qui apporte lénergie nécessaire (source dénergie extra- planétaire et inépuisable à léchelle humaine) … contrairement à la matière ou aux éléments qui la composent (métaux, carbone…) A noter que le recyclage des éléments constitutifs de la matière nécessite…de lénergie. Mais, grâce au soleil… …Lénergie est renouvelable, alors que les autres ressources naturelles (constituées de matière) sont seulement recyclables

12 Total Professeurs Associés 12 Le bilan énergétique terrestre : un flux incident abondant mais très diffus Source: Twidell & Weir "Renewable Energie Resources" published by Chapman & Hall. UK

13 Total Professeurs Associés 13 La consommation mondiale d'énergie primaire en 2004 (1) 1 tep = 1 tonne équivalent pétrole (1 Gigatep = 10 9 tep). 1 tep correspond à 41 gigajoules (2) 1 terawatt = watts Coefficients de conversion approximatifs : 1 tonne de charbon = 0.66 tep (3 tonnes de charbon équivalent à 2 tep) 1000 m 3 de gaz = 0.90 tep 1 MWh électrique = tep (sur la base d'un rendement électricité/énergie primaire de 38 %) La consommation d'énergie fossile, hydraulique et nucléaire correspond à de lénergie fortement concentrée mais à un flux très faible, comparé aux flux d'énergie absorbés et réémis par la Terre.

14 Total Professeurs Associés 14 A la différence des autres ressources "matérielles" lénergie nest pas recyclable, mais elle est renouvelable Le flux dénergie solaire absorbé par la Terre représente fois la "consommation" actuelle dénergie, et pourtant… …94 % de cette consommation correspond aujourdhui à des ressources non renouvelables (dont 88 % dorigine fossile) Que faire pour préparer lavenir ? Développer la part des énergies renouvelables (difficile et lent) Minimiser la consommation dénergie (prioritaire!) Et économiser ainsi les énergies fossiles (bon pour le climat) Privilégier le recyclage des autres ressources Et alors ?


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