Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Lénergie du XXI ème siècle Conférence-débat 1 Charles Hirlimann Chercheur à linstitut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg Directeur adjoint : affaires européennes Direction des relations internationales du CNRS

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Lénergie peut prendre deux ensembles de formes Lénergie potentielle Lénergie cinétique E = m g h E = ½ m V 2 statique dynamique Unité = Joule

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Encensoir de Compostelle 80 kg

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Lénergie change de forme Lénergie potentielle Lénergie cinétique E = m g h = 80 kg m = 8000 J V = ( E / 2 m) ½ = ( 8000 / 2. 80) ½ = 7 m/s

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Lénergie est polymorphe Chaleur = agitation des atomes Travail = déplacement dune force Électricité = déplacement délectrons Éolien, photovoltaïque, hydraulique

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 La mesure de lénergie 1 1 joule = travail dune force de 1 Newton sur un mètre Élévation dun poids de 100 g sur un mètre 1 N 0,1 kg x g (10 m/s 2 ) Sur la Lune la gravité est 6 fois moindre Il faut lever un poids de 600 g Le Joule est une petite unité, il faut effectuer un travail de 1000 J = 1 kJ pour remonter 10 l deau dun puits de 10 m

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai kW = Joules / 1 seconde 1 kWh = 1 kW x secondes = J = 3600 kJ La puissance = énergie/seconde La mesure de lénergie 2 La puissance électroménager kW Les consommations = milliers de kJ

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 La mesure de lénergie 3 baril d'équivalent pétrole bep6, J tonne d'équivalent pétroletep 4, J 1 calorie = 4,18 J Pour 100g Valeur énergétique moyenne : 456 kcal ou 1917 kJ Protéines : 6,4 g Glucides : 71g dont sucres 31,4 g Lipides : 16,3 g dont saturés 9.5 g Fibres : 2,8g Sodium : 0,18g

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Lénergie se conserve Premier principe de la thermodynamique Second principe de la thermodynamique Interdit les mouvements perpétuels de première espèce sans sources de chaleur Les transformations sont irréversibles Interdit les mouvements perpétuels de seconde espèce à une source de chaleur Thermodynamique

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Un homme en bonne santé peut produire environ 75 W en continu X 30

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Petite voiture 60 ch équivalent « esclaves » = 600 La disparition de lesclavage coïncide avec lapparition de la machine à vapeur

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 À son bord, Bryan Allen (en) franchit la Manche le 12 juin 1979 en 2 h et 49 min pour les 36 km, soit à une vitesse de 13 km/h. Un athlète entraîné peut développer en continu 400 W sur une période assez longue Le Gossamer Albatross

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Les formes primaires dénergie Fusion Fission Gravitation

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Les formes secondaires dénergie Lénergie est multiforme sa forme finale est la chaleur Chimique : feu Électromagnétique : lumière Mécanique : travail Calorifique : géothermie

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Principe dune centrale au charbon

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai Centrales thermiques Modulables au gaz Forte production de CO 2 Puissance : 100 MW à 500 MW Permanente, txp 95% Durée de vie 50 ans

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai M de coûts indirects sont externalisés donc payés par les impôts 1 kWh e = 7,15 cts 1 kWh i = 19,95 cts Coûts indirect du charbon EUA % frais de santé Cardiovasculaire pulmonaire saturnisme - pollution nucléaire thorium - pollution atmosphérique CO 2 azote - Pollution phréatique

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Réaction en chaîne Centrales nucléaires, fission Fission E = m c 2 La masse finale est plus faible que celle de U235 Énergie cinétique de neutrons

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Réacteur à eau bouillante 1 - barre d'arrêt d'urgence 2 – barre de contrôle 3 – assemblage combustible 4 – protection biologique 5 – sortie de vapeur 6 – entrée de leau 7 – protection thermique

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Centrales nucléaires, fission Partiellement modulables Durée de vie 50 ans Puissance : 500 MW à 1 GW par tranche Production de déchets nucléaires

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Statistiques OCDE 2008 pour la France 62 millions dhabitants, 4300 tués sur la route Approvisionnement total en énergie : 270 Mtep Production dénergie : 136 Mtep dont - 413,3 TWh nucléaires (76,2%) électrique, 35 Mtep - 20,25 Mtep renouvelables Centrales nucléaires : 59 (+1)JP 54 (25%), EUA 104 (20%)

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Bilan énergétique 2008 pour la France

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 I nternational T hermonuclear E xperimental R eactor Fusion

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Éruption solaire

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Énergie solaire photovoltaïque 2 Constante solaire : 1,367 kW/m² kWh/m 2 /an à Strasbourg Pertes : orientation, saison, albédo, latitude Un carré de 330x330 m 2 suffirait aux 4,7 PWh/an de la France MAIS Un carré de 60x60 km 2 est nécessaire aux 4,7 TWh/an de le France

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Énergie solaire photovoltaïque 1 Intermittente prédictible, txp 7% DE, 16% US Txp = taux de production annuel Amortissement énergétique en baisse Peu de maintenance, mais rendement limité Silicium : mono-cristallin, r 15% polycristallin, r 10% amorphe, r 8% Coût élevé, mais en baisse Durée de vie 20 ans

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Énergie solaire éolienne Intermittence : txp 20% (RTE, 2010) Instabilités de réseau -> centrale au gaz Puissance : 1 MW à 5 MW Maintenance : localisation et dispersion Technologie de + en + lourde mais qui reste simple Durée de vie 25 ans

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 merci pour votre attention 28

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 L'énergie Wilson Mitchell et les rédacteurs de Time-Life, 1965 Energia per l'astronave Terra Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani Zanichelli, Bologne 2008 Sustainable Energy, without the hot air David JC MacKay UIT, Cambrige UK, 2009 Références Wikipedia

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 De tout temps lhomme a été fasciné par le danger Ötzi Cest toujours en surmontant ses craintes quil a su progresser

Lénergie du XXI ème siècle, Société philomatique d Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011 Genèse 1 v 22 Croissez et multipliez, et remplissez les eaux dans les mers; et que les oiseaux multiplient sur la terre.