Energie | Dr. Goulu

Combien de marée

Tue, 15 Aug 2017 00:00:00 +0000

Cet été, les Goulus ont exploré le pays des grandes marées : la Bretagne et la Normandie. Notre périple a d’ailleurs commencé aux , un des rares endroits au monde où l’amplitude des marées peut atteindre 14 m, changeant le paysage de manière spectaculaire en quelques heures. Devant un tel spectacle on ne peut que se demander “mais comment donc est-ce possible” ?

Iles Chausey à pleine mer et à basse mer . Photos d’Éric Guillemot extraites du livre “Marée basse”

Les marées pour les nuls.

Le mécanisme des est habituellement expliqué comme ceci :

L’attraction de la Lune déforme les océans en créant une “bosse d’eau” dans la région qu’elle survole. Comme la Terre tourne sur elle-même en 24h et que la Lune tourne autour de la Terre en 27 jours, la Lune repasse au dessus de la même région* toutes les 24h et 50 minutes environ.
Mais puisque la Terre est ronde** et que le système Terre+Lune tourne en réalité autour d’un centre de gravité qui n’est pas au centre de la Terre, la force centrifuge crée une deuxième bosse à l’opposé de la première, ce qui fait qu’il y a deux marées par jour, plus précisément toutes les 12h et 25 minutes environ. On appelle cette marée “semi diurne lunaire”, notée M2 (M pour Moon)
L’attraction du Soleil crée aussi deux bosses plus petites***, là où le Soleil est au zénith (forcément à midi) et au (à minuit), donc avec une période de 12h. C’est la “semi-diurne solaire”, S2
Comme ces deux périodes sont proches, la somme des marées M2+S2 varie avec les phases de la Lune. En effet, à la Nouvelle Lune, la Lune est approximativement alignée dans la direction du Soleil, à la Pleine Lune elle est alignée à l’opposé du Soleil, et aux quartiers elle est dans une direction perpendiculaire à celle du Soleil, donc M2 et S2 sont en opposition de phase et leur effet se soustrait plutôt que de s’additionner:

illustration SHOM

Comme la Lune ne tourne pas autour de la Terre dans le plan de l’ , que l’axe de la Terre est incliné, et que les orbites de la Terre et de la Lune ne sont pas des cercles mais des ellipses, d’autres phénomènes astronomiques à longue période viennent encore moduler ceci, produisant par exemple les grandes marées d’équinoxe .

Tout ceci a été expliqué par le grand en 1687 déjà dans son génial livre sur la gravitation universelle.

En réalité, c’est plus compliqué …

Il y a juste un léger détail : ça ne colle pas du tout à la réalité ! Il y a notamment deux gros problèmes :

Selon Newton, quand la Lune est à son point le plus haut dans le ciel ce devrait être la pleine mer. Mais en réalité, à ce moment là c’est plutôt la marée basse !
Les amplitudes des ondes M2 et S2 calculées par Newton valent respectivement 34 cm et 16 cm . Son modèle n’explique donc pas les marées supérieures à 50 cm, sans parler de celles de plus de 10 mètres …

En 1747, **** se pose une question qui survient tout naturellement lorsqu’on se balance dans sa baignoire : quelle est la des océans ? Il la calcule comme si la Terre n’avait aucun continent et était recouverte d’un océan d’une profondeur uniforme de 4000m, et trouve une période d’environ 23 heures. Or nous avons vu que S2 force l’océan à osciller avec une période plus courte, de 12h25. Dans un tel cas, comme très bien expliqué dans , l’oscillation se produit en sens inverse de l’excitation, ce qui résout le premier problème.

résolut le second dans son “Traité de Mécanique Céleste” en 1799. Le modèle “statique” de Newton considère que l’eau de l’océan se dilate verticalement, se gonfle quasi instantanément pour former les “bosses”. C’est évidemment faux pour l’eau des marées qui se déplace à la surface des océans en créant des courants. Mais la vague de d’Alembert n’est pas possible non plus car elle devrait se déplacer de 40000km en 23h soit à environ 1700 km/h. Laplace considère les marées comme un phénomène “dynamique” : l’attraction de la Lune et du Soleil excitent la surface de l’océan en créant des vagues qui se propagent, rebondissent contre les côtes, et se combinent pour provoquer à certains endroits d’énormes marées par .

Le modèle dynamique

L’animation ci-dessous montre comment la marée se propage réellement dans les océans du monde :

Remarquez qu’il n’y a PAS de “bosses” et de “creux” espacés régulièrement de 90° ! Il faut bien retenir que l’explication de Newton décrit correctement les forces qui excitent l’océan, mais pas du tout sa réponse dynamique qui donne l’amplitude des marées.

La figure ci-dessous est une autre représentation de ceci :

Amplitude et phase de la marée M2 selon mesures Topex Poseidon.
image CC Wikipedia

On voit qu’il y a très peu d’endroits sur Terre (en noir) où les marées dépassent 1m30, mais aussi qu’il y a des endroits où les marées sont quasi nulles (en bleu foncé). Ce sont d’une part des mers fermées comme la Méditerranée ou la mer des Caraïbes qui ne sont pas assez vastes pour qu’un phénomène de résonance s’établisse, et d’autre part les . Ces “nœuds” de la vibration des océans se trouvent à plusieurs exemplaires dans le Pacifique et l’Atlantique, mais curieusement près des côtes de l’Indien. Entre ces nœuds sont tracées les qui indiquent les lieux où les pleine mers ont lieu simultanément.

Comment calculer les marées

La mésaventure du “débutant” de ma photo fait rigoler, mais les rois européens riaient moins lorsqu’un vaisseau revenant chargé de richesses d’une de leurs colonies se fracassait sur des rochers invisibles à cause de la marée. Ils ont vivement encouragé leurs scientifiques à trouver une solution, mais la prédiction de la marée est un problème très difficile.

Comme on l’a vu, la marée en un endroit donnée est influencée par la forme des côtes à 10'000 km de là, le relief des fonds marins qui freine les courants, la direction des vents dominants qui peut amplifier le flux et freiner le reflux ou vice-versa etc.. Pour prédire correctement la marée, on doit avoir recours à pour obtenir le de la marée à cet endroit à partir de sur de longues périodes.

(source )

A Brest par exemple on connait désormais plus d’une centaine de fréquences et harmoniques de la marée que l’on additionne pour au millimètre près !

Aujourd’hui on fait ça sur n’importe quel ordinateur, mais en 1873 c’était si important que himself avait construit cette au Centre de l’Univers, Londres :

Les trains d’engrenages en bas déplacent verticalement des poulies au rythmes des 15 harmoniques les plus importantes, et la ficelle serpentant entre ces poulies effectue l’addition.

L’énergie marémotrice

L’ datant de 1966 et quelques nouveaux notamment tentent d’utiliser l’ pour produire de l’électricité. C’est très bien, mais il ne faut pas oublier que les fortes marées (et leurs courants) sont produits par un phénomène de résonance qui accumule une puissance relativement faible fournie par la mécanique céleste. En absorbant de l’énergie à certains endroits on risque de modifier les marées, et à l’extrême d’amortir carrément la résonance en créant de nouveaux points amphidromiques…

Car le potentiel n’est pas aussi élevé que l’on peut croire:

L’ordre de grandeur de l’énergie naturellement dissipée annuellement par les marées est évalué à 22 000 TWh soit l’équivalent de la combustion de moins de 2 . Ce chiffre est à comparer à la consommation d’énergie de l’humanité, de l’ordre de 10 Gtep .

Seule une fraction de l’énergie des marées étant récupérable, l’énergie marémotrice ne pourra fournir, à l’avenir, qu’une faible part des besoins mondiaux.
\[[Wikipedia](https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_mar%C3%A9motrice#Potentiel_de_l.27.C3.A9nergie_mar.C3.A9motrice)\]

Les marées solides

Newton avait un peu trop simplifié les marées océaniques, mais pour le reste il avait raison : la Lune et le Soleil déforment non seulement les océans, mais toute la Terre ! Vous montez et descendez d’environ 30 cm deux fois par jour, et cette fois en phase avec la Lune sous l’effet de cette marée “solide” qui a des effets plus ou moins sensibles:

L’énergie dissipée ! Je ne parle pas de l’atmosphère, mais de l’entier du volume solide ou pâteux de notre globe. Je n’ai pas trouvé la puissance de ce chauffage, mais ça doit être beaucoup plus que celle de la marée liquide. Et nous ne sommes pas une exception : , est l’astre le plus volcaniquement actif de notre Système Solaire et il est chauffé par environ 130 TW d’effet de marée.
La marée ralentit la rotation des lunes et planètes. Ainsi le jour terrestre se rallonge d’environ 2.3 microsecondes par siècle. Le même effet eu le temps d’arrêter totalement la Lune par rapport à nous: elle est désormais en avec la Terre. C’est le cas d’autres petites lunes du Système Solaire, mais pas de Mercure comme je le croyais. Mercure est en , mais je n’ai pas compris si c’est un effet de la marée du Soleil.
Mais si la rotation de la Terre ralentit, comment le peut-il se conserver ? Et bien la Lune accélère en proportion ! Et en accélérant, elle “monte” dans le de la Terre, et donc s’éloigne de nous de 3.8 cm par an.
La marée solide perturbe même les mesures du CERN, qui ont du en tenir compte!

C’est quand même surprenant que les énormes marées des îles Chausey et le fait que la Lune nous montre toujours la même face ont la même cause, non ? La science est comme ça : elle unifie, elle décrit de manière cohérente des faits apparemment distincts. J’y vois une différence fondamentale avec les pseudo sciences dont on parle beaucoup (trop) ces temps-ci : il me semble qu’elles ont plutôt tendance à formuler au moins une hypothèse (chacune…) pour chaque fait **. Mais ceci est une autre histoire…

Bonne rentrée à tous, et surtout : restez curieux !

Notes:

* Plus précisément au dessus du même méridien, mais en deux passages successifs l’élévation ne change pas beaucoup…

** Viens de découvrir que les platistes doivent inventer des phénomènes électromagnétiques pour expliquer les marées… (arf arf arf ! … et désespoir…)

*** Pas vraiment compris pourquoi la marée solaire est plus faible que la lunaire… d’après l’attraction solaire est plus forte…

**** Voilà ce qui arrive quand votre mère vous abandonne devant l’ …

Références :

Eric Fottorino and Eric Guillemot (2006) : Marée basse. 2006, ISBN: 2742416552.
Dominique Bourgeois (2015) : . Voiles & Voiliers (Ed.): 2015.
Frédéric Chambat (2015) : . CultureSciences Physique (Ed.): 2015.
S. Speich, B. Blanke, V. Thierry, G. Roullet, E. Da Costa, T. Huck, L. Hua, Ph. Le Bot (2015) : . Laboratoire de Physique des Océans (DRO/LPO) Unité mixte de recherche CNRS-IFREMER-UBO n° 6523 (Ed.): 2015.
P. Rocher and B. Mosser : . IMCCE - Observatoire de Paris (Ed.).

Pour la Science de Juillet

Sun, 20 Jul 2014 00:00:00 +0000

L’été, il arrive que je lise Pour la Science un peu distraitement, lunettes de soleil sur le nez et bière à la main. Mais cette année c’est différent : le est passionnant du début à la fin.

L’intelligence des céphalopodes

Ludovic Dickel et Anne-Sophie Darmaillacq montrent que “l ” est remarquable. Le cerveau du poulpe ou de la seiche contient 500 millions de neurones, nettement plus que celui d’une souris, ce qui leur permet des comportements d’imitation, de tromperie, de curiosité pour des objets nouveaux, voire de jeu.

Le passage que j’ai trouvé le plus surprenant concerne le système de utilisé par ces animaux pour modifier leur apparence de manière spectaculaire. Leur capacité à adopter la couleur de leur environnement pour se camoufler est bien connue. Mais ils peuvent aussi devenir d’un blanc éclatant en un éclair, et même aussi polariser la lumière à volonté! Ni nous ni la plupart des animaux ne perçoivent la polarisation, mais les céphalopodes oui. En clair, les poulpes peuvent transmettre des messages optiques à d’autres poulpes sans compromettre leur camouflage !

La réionisation

Dans “ ”, j’ai appris ce qu’est la . Pourtant j’aurais du le savoir depuis “ ” : 380'000 ans après le Big Bang, la température de l’Univers avait suffisamment baissé pour que les électrons se aux noyaux d’hydrogène et d’hélium, formant des atomes “neutres”. Mais aujourd’hui, le indique que l’hydrogène disséminé dans l’espace intergalactique proche est ionisé.

Une source d’énergie a donc réionisé l’espace “assez vite”, grosso-modo pendant le premier milliard d’années de l’Univers. Selon Michael Lemonick, c’est l’oeuvre du rayonnement ultraviolet des premières étoiles, 100 fois plus massives que notre Soleil et composées exclusivement d’hydrogène. Mais ce pourrait aussi être l’activité des premiers trous noirs supermassifs, les . La prochaine génération de télescopes et de systèmes de détection des est attendue avec impatience pour mieux comprendre ce qui s’est passé à la fin de l’âge sombre de l’Univers.

L’effet Google

Ensuite, Daniel Wegner et Adrian Ward se demandent si notre mémoire, notre rapport aux autres et notre propre perception de nous-mêmes sont modifiées par “ ”, avec un point d’interrogation. Ils commencent par remarquer que la mémoire était répartie entre les humains pour être conservée de façon plus fiable et efficace. Ceci est profondément modifié depuis qu’internet permet de retrouver quasiment toute la mémoire de l’humanité plus rapidement qu’en posant une question à son voisin. Avec d’astucieuses expériences de psychologie, ils montrent que nos facultés de mémorisation sont amoindries lorsqu’on sait que les informations sont sauvegardées dans un ordinateur, et qu’on s’auto-évalue comme plus intelligent lorsqu’on a accès à internet pour répondre à un questionnaire de culture générale.

Ramanujan et les partitions

était un génie des maths autodidacte qui a étonné le monde au début du XXème siècle. C’est lui qui est à de , mais il est surtout connu pour de multiples formules du genre:

\[mathjax\]

$$1+\frac{1}{1\cdot 3} + \frac{1}{1\cdot 3\cdot 5} + \frac{1}{1\cdot 3\cdot 5\cdot 7} + \frac{1}{1\cdot 3\cdot 5\cdot 7\cdot 9} + \cdots + {{1\over 1 + {1\over 1 + {2\over 1 + {3\over 1 + {4\over 1 + {5\over 1 + \cdots }}}}}}} = \sqrt{\frac{{\rm e}\pi}2}.$$

données sans démonstration, du genre “mais voyons c’est évident”, et que les matheux ont mis quelques décennies à démontrer après le décès de Ramanujan en 1920, à 32 ans seulement.

Dans “ ”, Ariel Bleicher raconte comment les travaux de Ramanujan de 1919 sur les ont débouché sur des développements récents.

Le “nombre de partitions p(n)” est le nombre de manières d’obtenir n en additionnant des entiers plus petits que n. Par exemple pour n=4 on a 1+1+1+1, 1+1+2, 2+2, 1+3, et on compte 4 lui même, donc p(4)=5.

liste les premiers termes de cette suite (qui commence par p(0)=1, p(1)=1, p(2)=2 …) :

1, 1, 2, 3, 5, 7, 11, 15, 22, 30, 42, 56, 77, 101, 135, 176, 231, 297, 385, 490, 627, 792, 1002, 1255, 1575, 1958, 2436, 3010, 3718, 4565, 5604, 6842, 8349, 10143, 12310, 14883, 17977, 21637, 26015, 31185, 37338, 44583, 53174, 63261, 75175, 89134, 105558, 124754, 147273, 173525, …

Ramanujan avait remarqué que tous les 5 nombres, le nombre de partitions est un multiple de 5 (en gras). Et il a démontré que p(5k-1) est divisibles par 5 quel que soit k entier. Et puis il a remarqué et prouvé que p(7k-2) est divisible par 7 ∀ k (en italiques), et aussi que p(11k-5) est divisible par 11. Ce sont les .

Ramanujan est mort en n’étant pas sur qu’il existe d’autres “modules” que 5,7, et 11. Effectivement, elles sont apparemment rares : jusqu’en 1990, les matheux (et informaticiens) n’ont trouvé que 29, 133, et 236 en plus. Mais Ramanjuan avait fait part d’une une intuition concernant ce qu’il appelait de “fausses fonctions thêta” qui ressembleraient aux utilisées pour étudier ces congruences.

Ce n’est qu’en 2002 que Sander Zwegers a formalisé ces “ ” qui se révèlent des outils puissants, par exemple pour étudier l’entropie des trous noirs ! (ne me demandez pas le rapport, je n’ai rien rien pigé à l’abstract de …) . Plus récemment encore, a démontré l’intuition de Ramanujan, et également qu’il existe une infinité de congruences dans le nombre de partitions.

Y’a-t-il masse et masse ?

Dans “ ", Domenico Giulini décrit les dernières expériences réalisées pour vérifier le selon lequel la masse grave et la masse inerte sont égales.

la masse inerte, c’est le m de la formule F=m.a qui relie l’accélération d’un corps à la force exercée sur lui
la masse grave, c’est les m de la formule F=G.m1.m2/d² qui décrit la force de gravitation entre deux corps séparés par une distance d

En combinant les deux équations, on en arrive à l’idée que tous les corps tombent selon la même accélération, le fameux g=9.81

\[m/s²\]

sur Terre, chose vérifiée depuis que Galilée a lâché deux boules de masse différente du haut de la tour de Pise. Sauf que c’est une légende:

Ce n’est pas Galilée mais qui a fait l’expérience, très loin de Pise. Galilée a fait l’expérience en faisant rouler les boules sur un plan incliné
Ca ne suffit pas à convaincre les physiciens. Encore aujourd’hui on se demande si m est vraiment égal à m, même si les mesures ont montré qu’un éventuel écart est inférieur à 10-12

Il faut dire que si les masses inerte et grave d’un corps ne sont pas égales, ça serait grave (sic) : la loi de la gravitation serait fausse, y compris la relativité générale qui est son interprétation actuelle, et c’est peut-être pour ça qu’on arrive pas à la relier à la mécanique quantique. C’est pourquoi les expériences récentes tentent de mesurer la gravitation (qui est l’ la plus faible, et de loin) au niveau atomique, mais ce n’est pas simple.

Par exemple, l’équipe de est parvenue à mesurer la chute d’un seul atome en 1999, mais l’équipe de (co-lauréat du Nobel 1997 avec Chu) n’est apparemment pas d’accord sur l’interprétation de cette expérience qui mesure le de la fréquence de Compton de l’atome…

Energies renouvelables

Sinon j’ai été déçu par l’article “ ” de Vaclav Smil, car je n’y ai rien appris, ça correspond à 90% à mon point de vue, et d’ailleurs l’article est lui aussi un point de vue, fondé sur la réalité historique plutôt que sur les sirènes qui nous chantent un Grand Soir Vert… Les 10% de différence concernent d’ailleurs la solution entrevue par Smil : réduire la consommation d’énergie d’un tiers. Pourquoi pas … Mais si la population ne veut pas la réduire, mais continuer de l’augmenter comme elle l’a fait depuis plus de 10'000 ans ? Faudra-t-il un Grand Timonier pour envoyer au goulag (nettoyer des panneaux solaires…) ceux qui pensent qu’on devrait plutôt continuer la transition énergétique en cours avec du thorium plutôt que de l’uranium ?

Avec un numéro si bien rempli, je n’ai pas encore eu le temps de lire l’article de mon sur ni la rubrique “Logique & Calcul” de Jean-Paul Delahaye sur les jeux de cartes et les suites de de Brujin (rencontrées ), mais comme le numéro d’août est déjà chez les abonnés, je ne peux que me dépêcher de vous dire de foncer chez votre marchand acheter cet excellent numéro de juillet.

Nant de Drance

Thu, 16 Jan 2014 00:00:00 +0000

J’ai eu la chance de visiter récemment le chantier d’un très gros projet hydroélectrique, “ ", en Suisse, tout près de la frontière française entre Martigny et Chamonix. Depuis 2009, des équipes de mineurs s’y relaient jour et nuit pour creuser la montagne sous deux barrages existants, et le Vieux Emosson. Ambiance :

D’abord, un de Ø 9.47m a percé un tunnel de 5.6 km depuis la vallée, en montant selon une pente de 12% jusqu’à l’emplacement de la future centrale, 400m sous terre, ou plutôt sous roche, entre les deux barrages. Bientôt, une des plus grande cavernes artificielles du monde (190 x 40 x 54 m = 410'000 m³) accueillera 6 réversibles de 150 MW chacune pour faire du en exploitant la différence d’altitude entre les deux lacs artificiels:

Coupe schématique de l’installation. Cliquer pour la vue en plan

\[2\]

La caverne est pratiquement terminée. Elle a été creusée de haut en bas : d’abord la voûte a été entièrement creusée et bétonnée, puis le sol a été dynamité couche par couche. En fait on n’utilise plus les bons vieux bâtons de dynamite, mais une pâte presque liquide produite en mélangeant deux composants stockés séparément juste avant de les injecter dans les trous de mine avec un bête tuyau. Puis on recouvre la zone avec un tapis formé de déchets de pneus attachés les uns aux autres pour empêcher les projections de cailloux. Et on fait péter ça sans prévenir, en faisant littéralement léviter le groupe de visiteurs qui se trouve à l’autre bout de la caverne ! J’ai vécu quelques explosions mémorables, de ma période “chimie amusante” à celle dans l’artillerie helvétique, mais cette détonation dans cette caverne, c’est l’apothéose !

Fête de la Sainte Barbe dans la future caverne des turbines. (Photo ALPIQ sur flickr)	Couverture de la brochure \[1\] où l’on voit les deux barrages

Deux autres réalisations extraordinaires sont les deux puits verticaux de Ø 8m et de 425m de haut qui conduiront les 2x150 m³ d’eau par seconde aux turbines. Ils sont réalisés par la méthode du “ ” : on commence par forer un puits vertical de faible diamètre jusque dans la cavité inférieure, puis on fixe au tube de forage une sorte de fraise, et on tire le tout vers le haut en faisant tourner la fraise qui agrandit le diamètre à Ø2.44 m en faisant tomber la roche excavée au bas du puits d’où elle est évacuée par le tunnel d’accès.

Phases 1 et 2 (illustration Herrenknecht \[3\] )	Phase 3 : shaft drilling jumbo (SDJ) de Ø 8m \[3\]

Enfin, une plateforme du diamètre final est progressivement descendue. je n’ai pas très bien compris comment elle fragmente la roche sous elle, mais en tout cas elle fait également tomber le matériel dans le trou déjà existant, et les ouvriers travaillant sur la plate-forme peuvent bétonner les flancs du puits au cours de la descente. Et c’est là une autre de mes surprises : pas besoin de chemiser ces conduites d’acier, le béton suffit car la roche est très compacte, et une pression d’une quarantaine de bars n’est pas si énorme à l’intérieur d’une montagne.

D’autres exploits techniques ont été réalisés dans ce chantier, comme la dépose des prises d’eau au fond du lac d’Emosson

\[4, 5\]

. Une autre est la surélévation du barrage du Vieux Emosson de 20m pour augmenter le volume du lac, qui correspond à de l’ , de 11.2 millions de m³ à 24.6 millions de m³. Ce qui est étonnant, c’est qu’on transforme un barrage “poids-voûte” de 1955 en barrage “voûte” de 2014, nettement plus élevé , sans avoir besoin de renforcer la base, comme on le voit sur la figure ci-contre

\[6\]

Chantier du Nouveau Vieux Emosson (Photo Goulu sur Flickr)

Cette partie du chantier était stoppée pour l’hiver mais néanmoins spectaculaire, avec ses énormes blocs de béton (non armé, le fer ne sert à rien dans un barrage) et la grue, capable de soulever 11 tonnes au bout de sa flèche de 80 m.

Une fois tout ceci terminé, Nant de Drance pourra absorber 900 MW de par des centaines d’éoliennes et la restituer quand vous en aurez besoin. Quand vous allumez la lumière, ayez une petite pensée pour ces centaines de mineurs et ouvriers qui travaillent dans l’ombre, les gaz et la poussière pour que clic! ça marche … Et si vous passez dans la région, venez admirer ces réalisations, la vue sur le Mont-Blanc et les . Un tel triopack, c’est rare !

Merci à Philippe, Jacky et Kari d’avoir rendu cette visite possible et mémorable.

Documents

“ ” sur hydrelect.info
, Tunnel Talk, Herrenknecht News, Sept 2013
Gérard Seingre, “ ”, Tunnels et Espace Souterrain - n°220 - Juillet/Août 2010 (avec chiffres du projet initial)
Gérard Seingre, “ ”, infra, 2011
Olivier Vallotton “ ", Wasser Energie Luft No 104/3, 2011
“ ”, Brochure Implenia.

L'atome vert : le thorium

Sat, 18 May 2013 00:00:00 +0000

“L’atome vert” est un livre consacré à une technologie peu connue du grand public mais beaucoup plus avancée et prometteuse que je ne le pensais : les réacteurs nucléaires au . Les avantages sont très nombreux:

le est plus abondant que l’uranium , on peut l’utiliser à 100% contre quelques pourcents pour l’uranium, et il n’y a pas besoin de l’enrichir.
le 232Th étant et non , il ne peut pas produire de réaction en chaîne. Une centrale ne peut pas s’emballer, et elle peut s’arrêter d’elle même en cas de défaut de refroidissement
les ne sont dangereux que quelques siècles, contre des centaines de milliers d’années pour ceux de l’uranium .
les centrales au thorium peuvent “incinérer” les déchets des centrales à uranium, y compris le plutonium.
on ne peut pas produire d’armes nucléaires avec une centrale au thorium.

Coté désavantages, en cherchant bien il y en a quelques uns, mais le principal est : on ne peut pas produire d’armes nucléaires avec une centrale au thorium…

Selon Jean-Christophe de Mestral, c’est ce qui a favorisé la filière de l’uranium pendant la guerre froide alors que plusieurs expériences ont démontré la faisabilité et la sécurité des solutions au Thorium. Entre autres :

Le aux USA qui a fonctionné comme au Thorium entre 1977 et 1982
Plusieurs réacteurs à très haute température (HTGR) ont fonctionné avec des barres de combustible mixant Uranium 235 et Thorium 232 aux USA, mais aussi en Allemagne entre 1966 et 1989
Les réacteurs expérimentaux et 7 de 220 MW chacun utilisant un mix Uranium/Thorium qui fonctionnent actuellement en Inde. L’Inde est le seul pays mentionnant clairement le thorium dans son , pour une raison simple : l’Inde a très peu d’Uranium, et ne peut pas en importer facilement car elle n’a pas signé le . Par contre elle dispose de gros gisements de Thorium.
Et aussi le (MSRE) qui fonctionna entre 1965 et 1969 avec divers combustibles, dont de l’Uranium 233 produit à partir de Thorium dans un autre réacteur.

Les (MSR) sont prometteurs à moyen terme. Ils sont d’ailleurs prévus par le dans les technologies disponibles d’ici 2030, mais hélas seulement dans leur version à l’Uranium. Les Réacteurs au Fluorure de Thorium Liquide ( ) n’ont pas été projetés dans cet horizon de temps, tout comme le “ ” qui nécessite un accélérateur de particules d’ailleurs. Ce qui n’empêche pas l’AIEA d’en penser du bien , ni , qui sera probablement une première mondiale…

Schéma de principe d’un MSR à neutrons thermiques.

Du point de vue nucléaire, les réacteurs à sels fondus n’ont que des avantages :

le combustible est dissous dans un sel, solide à basse température, liquide en fonctionnement et servant en même temps de fluide de refroidissement primaire.
la réaction ne se produit que dans le coeur car il faut à la fois une source de neutrons et un volume suffisant pour que la probabilité que le neutron soit absorbé soit assez élevée.
l’installation fonctionne à pression ambiante : le très haut point d’ébullition du sel empêche que le système devienne une cocote-minute
si l’installation surchauffe, un bouchon (“Freeze Plug” sur le dessin) fond et le sel s’écoule par gravité dans des réservoirs (en bleu) dont la géométrie stoppe les réactions nucléaires. C’est d’ailleurs comme ça que le MSRE était arrêté pour maintenance.

Les difficultés et inconnues sont surtout liés à la chimie de ces sels. Il faut installer une usine chimique pour les purifier à côté de la centrale, notamment pour en enlever le . On ne sait pas trop bien comment un LFTR vieillira, notamment en raison de la corrosion par les sels.

ARE Thorium : plus besoin de réservoirs, on va pouvoir mettre des passagers aussi dans les ailes…

Au passage, j’ai découvert l’existence du projet Aircraft Reactor Experiment (ARE) qui visait la . C’était un MSR dont les sels à 850 ° chauffaient l’air dans les réacteurs, qui fonctionna 1000 heures en 1954, quand on avait peur de rien sauf peut être des rouges. Donc je ne le savais pas mais oui, il existe dans les cartons une alternative au turboréacteur.

Le livre “L’atome vert” est très intéressant et convaincant pour l’initié, mais il m’a semblé parfois trop technique pour le grand public. Je le trouve aussi inutilement provocateur pour les écolos irréductibles, notamment le passage comparant les risques des diverses sources d’énergie par TWh produit et celui comparant les taux de cancers dans les zones à forte radioactivité naturelle, même si c’est très intéressant .

Enfin, même la conclusion me semble trop touffue pour les politiciennes lambda qui sont pourtant les personnes à convaincre, alors je résume pour elles eux : “Thorium pouvoir produire Térawatts propres et pas chers pour remplacer pétrole et charbon. Vous y’en a donner feu vert, nous s’occuper du reste”. Je ne sais pas ce que ça donne en hindi ou en mandarin, mais là bas ils ont compris.

(merci à Alberto de m’avoir prêté le livre à l’insu de son plein gré)

Références

Jean-Christophe de Mestral (2011). L'atome vert: Le thorium, un nucléaire pour le développement durable. Favre.
Maurice Mashaal, “ ”, 2011, Actualités Pour La Science,
2011, site Je Comprends Enfin
Sylvain David, Elisabeth Huffer, Hervé Nifenecker “ ” (2007), Europhysics News vol. 38 (2) p. 24-27
" " IAEA-TECDOC-1450, May 2005
Ghiassi-nejad, M; Mortazavi, S M J; Cameron, J R; Niroomand-rad, A; Karam, P A “ ” (2002) Health physics vol. 82 (1) p. 87-93, PMID:

Pourquoi une loupe ne viole pas la thermodynamique

Sun, 03 Feb 2013 00:00:00 +0000

Petit article vite fait : je me contente de traduire un qui répond à une question simple, pertinente et plus intéressante qu’il n’y parait :

Pourquoi les lentilles qui concentrent la lumière ne violent pas le second principe de la thermodynamique ? En utilisant une loupe pour brûler des fourmis, ne rendez-vous pas un point plus chaud que la température ambiante sans dépenser d’énergie ?

Il est absolument impossible de créer de l’énergie, mais rien n’empêche de transférer de l’énergie d’un endroit à un autre, par exemple avec un tuyau allant de votre chauffe-eau à votre douche. Dans le cas de la lumière solaire et de la lentille, il faut juste traiter ce transfert d’énergie d’une manière un peu plus abstraite.

Focaliser la lumière du Soleil ne fait pas diminuer l’ car ce que fait la lentille, très grossièrement, est d’échanger de l’ “information de direction” contre de l “information de position” : la lumière provenant d’une direction (celle du Soleil) est amenée à une position (le foyer de la lentille).

La lumière parfaitement parallèle peut être focalisée en un point, mais la lumière d’une direction différente est focalisée en un autre point. La lumière provenant de différentes directions ne peut pas être focalisée en un seul point.

Donc, si la lumière provenant du Soleil n’était pas si parallèle, on ne pourrait pas utiliser une loupe pour la concentrer si bien. C’est pourquoi, un jour nuageux, vous ne pouvez pas brûler des fourmis même si le temps est assez clair. L’énergie est là, mais dispersée.

C’est un peu surprenant mais focaliser des rayons parallèles en un point ne change pas l’entropie de la lumière, et il y a un joli moyen de montrer ceci. Une bonne règle empirique au sujet de l’entropie est “si vous pouvez inverser le processus, l’entropie est constante”. Or ici, vous pouvez si vous le souhaitez ajouter une seconde lentille pour “reparalléliser” la lumière:

Focaliser la lumière peut être inversé, comme ici, donc ça n’augmente pas l’entropie.

On pourait penser qu’avec des miroirs, des lentilles et des fibres optiques il devrait y avoir moyen d’amener plein de rayons de lumière en un seul point pour le rendre aussi chaud qu’on veut. Mais non. C’est encore un exemple d’odieux de l’univers.

Il y a une loi générale de la thermodynamique qui dit qu’on ne peut jamais focaliser de l’énergie de manière à ce que la cible devienne plus chaude que la source. Donc vous pouvez utiliser tous les miroirs et lentilles que vous voulez, vous n’arriverez jamais à focaliser la lumière solaire pour qu’elle dépasse 5800K, la température à la surface du Soleil, mais vous pouvez vous en approcher pas mal. ce n’est cependant pas très utile car les machines ont tendance à fondre à de telles températures.

Si vous étiez au point lumineux, vous verriez une image agrandie du Soleil à travers la loupe. (Photo CC-BY Walter J. Pilsak )

Une bonne façon de se représenter ceci est de vous imaginer vous promener à la surface du Soleil, puis de vous imaginer au foyer de la lentille. En étant dans les couches externes du Soleil, vous auriez tout autour de vous dans toutes les directions de la matière rayonnant a environ 5800 Kelvin. En conséquence vous vous retrouveriez à équilibrer cette température, en vous brûlant pour de bon. Si vous étiez au foyer d’un ensemble élaboré de miroirs et de bidules, vous seriez dans la même situation, voyant le Soleil dans toutes les directions. Et le résultat serait le même.

On sent qu’il pourrait y avoir un moyen de tricher, mais il n’y en a juste pas. Si vous pouviez trouver un moyen de produire une cible plus chaude que la source, vous auriez produit un . (Note Dr. G : avec les mêmes chances de succès que les roues gravitationnelles et les bidules à aimants : )

Soldes 2012 : Ecolonergie

Sat, 29 Dec 2012 00:00:00 +0000

Il me reste un problème en cette fin d’année : que faire d’une bonne dizaine d’articles commencés en 2012 et restés à l’état de brouillons ? (Alors que mon job consiste entre autres à combattre la production d’invendus et les stocks que ça génère… il va me falloir une bonne résolution 2013…) Alors je vide le stock, en vrac et un peu plus bruts que d’habitude, en faisant pour commencer un multipack de 5 brouillons sur mes interrogations écono-écolo-énergétiques, avec un soupçon de démographie:

Combien vaut l’énergie

L’énergie est rare, précieuse, et il faut l’économiser parce qu’elle va coûter plus cher, vous dit-on. On vous ment. L’énergie est ce qu’il y a de plus abondant dans l’Univers, elle ne vaut rien du tout car c’est la plus élémentaire des matières premières.

Ca vous choque d’assimiler l’énergie à de la matière première ? Pourtant vous connaissez surement E=m.c² la célèbre formule qui relie les deux via ce facteur c², la vitesse de la lumière au carré. Elle dit qu’un kg de matière quelconque est équivalente à une énergie de 1

\[kg\]

x 300'000'000²

\[m²/s²\]

= 9.1016

\[kg.m²/s²\]

soit 90 , ou 25 milliards de , ou encore 2'149'613

\[tep\]

La de l’humanité étant d’environ 12 milliards de tep, l’équation d’Albert nous dit que nous convertissons environ 5.5 tonnes de matière en énergie chaque année. Seulement. Si nous avions des mines d’antimatière quelque part, nous saurions la convertir milligramme par milligramme en énergie avec un rendement de 100%, et même si cette antimatière se négociait à mille fois le prix actuel de l’or, disons 40 millions d’euro le kg, ça nous mettrait le kWh à 0.2 centimes environ. Rien du tout.

Abondance

Embryon d’article motivé par la collision entre:

cette (ancienne) figure revenue sur le devant du web :

cliquer pour agrandir
la lecture du : “Il est plus abondant dans la nature que l’or ou l’argent. (…) Ainsi, le sous-sol d’un jardin sur un carré de 20 m de côté peut-il en contenir, sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg. (…). L’eau de mer contient environ 3 mg d’uranium par m3, soit 4,5 milliards de tonnes d’uranium dissous dans les océans. Les eaux douces en contiennent souvent aussi en diverses concentrations ; dont par exemple le Rhône qui en charrie environ 29 t/an, provenant essentiellement du ruissellement des roches uranifères des Alpes.”
l’article “ ” paru en août sur New Scientist et relayé où l’on apprend qu’il existe des filets sur lesquels l’uranium dissous dans l’eau de mer se dépose à raison de presque 4 grammes par kilogramme de filet. Encore un petit effort et cette technologie pourrait être compétitive avec l’extraction minière et donner accès à un stock d’environ 6500 ans de consommation actuelle…

Petit avis sans frais aux écologistes suisses : ne pas trop la ramener à propos de l’indépendance énergétique du pays, car un seul filet à uranium en travers du Rhône au Bouveret pourrait suffire…

Pourquoi je ne suis pas contre Belo Monte.

Je comprends. Je suis très triste pour les 25000 indiens d’Amazonie qui perdront leurs terres, et pour les centaines de km2 de forêt vierge qui seront inondés avec leur biodiverses plantes et bestioles. Mais je ne signerai pas du au Brésil, , même si j’y ai été invité par des proches. Voici pourquoi.

D’abord la cohérence. On nous rabâche qu’il faut des sources d’énergie propres et durables, or l’hydroélectricité représente produite dans le monde, et . Le barrage de Belo Monte produira 38600 par an, soit l’équivalent de à lui tout seul. Pour produire autant d’énergie autrement, il faudrait soit:

des centrales à charbon qui balanceraient environ 38 millions de tonnes de CO2 dans l’air chaque année (le charbon dégage environ produit)
ou environ 100 km2 de cellules photovoltaïques (j’ai compté et 20% de ), mais ça c’est la surface nette des cellules. Avec les espaces pour l’entretien des panneaux et des lignes électriques, plus les inévitables obstacles naturels sur une telle surface, on devrait approcher d’une surface comparable à celle du lac du Belo Monte, soit 440 km² (on trouve parfois mention d’une surface engloutie de 6140 km2, qui le correspond à la somme des )
ou 4 réacteurs nucléaires de 1 GW, mais ça les écolos n’en veulent pas même si c’est pour sauver la forêt tropicale,

A part ça, la augmente de 1% par an, et 1% de 190 millions, ça fait presque 2 millions d’emplois à créer par an pour maintenir le . Ce n’est pas moi, natif d’un pays qui a aussi sacrifié de beaux paysages (alpins) et au moins pour obtenir l’électricité (propre!) nécessaire à son développement qui vais dire aux brésiliens “non, ne faites surtout pas comme nous”.

C’est maintenant ! (ou pas)

Je n’ai pas aimé du tout Jean-Marc Jancovici (2009). C'est maintenant: 3 ans pour sauver le monde. Seuil. Ou plutôt j’ai été très déçu par ce pamphlet politique commis par Jean-Marc Jancovici, dont je pense toujours beaucoup de bien depuis que j’ai découvert .

Je ne dis pas qu’ils ont tort sur le diagnostic : comme eux, je suis persuadé que nous avons atteint le , et que ceci causera un profond bouleversement de nos sociétés. Comme eux, j’appelle de mes voeux une classe politique dotée de compétences scientifiques minimales. Ce qui me déçoit, c’est justement le manque de rigueur scientifique de leur bouquin : très peu de chiffres, pas de graphiques, pas de références et encore moins de formules. Pourtant il y en a une géniale, justement qui pourrait justement guider le politique et aussi servir de base à une excellent bouquin : :

Je n’arrive pas à comprendre comment des gens connaissant ceci peuvent limiter leurs propositions concernant la démographie à une phrase que je ne retrouve plus mais qui dit en substance “nous ne souhaitons pas tuer les 3/4 de la population” (POP) alors que les enfants et petits-enfants susceptibles de pâtir du désastre annoncé ne sont pas encore nés. Je ne comprends pas non plus pourquoi des gens pronucléaires réalistes se résignent à voir la production (ou consommation) d’énergie ( ) diminuer alors qu’ils connaissent les moyens de la maintenir.

Les solutions préconisées dans le bouquin ciblent essentiellement une décroissance du PIB, dont on voit pourtant qu’il est une “variable muette” de l’équation de Kaya. Je ne connais pas Alain Grandjean, mais j’ai de la peine à croire qu’un économiste puisse souhaiter une politique de décroissance sur la base d’une vision aussi caricaturale de l’économie moderne. En considérant par exemple que le PIB est essentiellement produit par la consommation de ressources “gratuites” dont les combustibles fossiles, Grandjean et Jancovici semblent ignorer que l TEP/PIB varie d’un facteur supérieur à 7 selon les pays. A les lire, le ne satisferait que des besoins superfétatoires fortement consommateurs d’énergie comme des banques génératrices de crises, donc autant d’activités à éliminer lors d’un version 2.012. Santé ? Formation ? Caisses de pension ? “ ” rétorquent Jancovici et Grandjean.

A part ça, le sous titre de “C’est maintenant !” est “3 ans pour sauver le monde” surtout parce qu’il y avait une élection présidentielle française qui devait être gagnée par un leader, un De Gaulle écolo capable de mettre en oeuvre le programme proposé. Ca semble raté.

Finalement, ce que je reproche le plus à Jancovici et Grandjean, c’est leur vision technocentriste de la politique, celle qui consiste à dire au monde et à la France : “nous avons étudié, nous avons calculé, alors faites comme on dit sinon vous êtes foutus”. Je pensais un peu comme eux avant de jouer à , et puis j’ai compris qu’il y avait plusieurs manières de gagner. Et aussi que quand je jouais, ça finissait souvent par une guerre nucléaire…

Démographie du 21ème siècle

Pour comprendre la situation actuelle de la démographie humaine, 13 minutes et 21 secondes suffisent grâce à la fantastique

Il y démontre plusieurs faits qui peuvent surprendre:

80% de la population mondiale vit désormais dans des pays à taux de fécondité proche de 2
la religion dominante n’a pas d’influence significative sur la natalité
l’augmentation du niveau de vie (PIB/habitant) est préalable à la diminution de la natalité
les plus fortes croissances démographiques s’enregistrent dans les pays aux plus fortes taux de mortalité.
le nombre de naissances n’augmente plus notablement dans le monde
la population mondiale va augmenter jusqu’à 10 milliards d’habitants par “remplissage de la pyramide des âges”. (voyez absolument la vidéo, au moins à partir de 10:20, par pitié!)

A ce propos je remarque que ni l’article “ ” ni “ ” de la Wikipédia ne fassent la moindre référence à la démographie… Suis-je donc je seul à me poser ? Il me semble que tous les modèles de société “durable” considèrent le problème dans un sens unique : puisque les ressources terrestres sont limitées, il faut limiter notre consommation totale, peu importe combien nous sommes. Pourquoi ne pas limiter plutôt notre nombre ? Car en fin de compte, c’est bien ce nombre qui risque d’être limité de force…

Comment stocker l'énergie

Sat, 06 Oct 2012 00:00:00 +0000

Claude me demande pourquoi on ne stockerait pas la surproduction éolienne avec des volants d’inertie. Lui répondre me permet de terminer un vieux brouillon sur le stockage d’énergie en utilisant un autre brouillon sur la voiture électrique comme introduction.

Jamais contente

la "Jamais Contente"

La première voiture à avoir atteint la stupéfiante vitesse de 100 km/h était une voiture électrique, la “ ”, et c’était en 1899. De nos jours, la “ ” de 400 chevaux. Mais pourquoi donc nos routes ne sont-elles toujours pas envahies de voitures électriques ?

La réponse est pour beaucoup liée à la faible des batteries. Les meilleures batteries actuelles (Lithium-Ion) sont capables de stocker environ un quart de kilowattheure par kilogramme de batteries. C’est 8 fois mieux que les bonnes vieilles batteries au plomb, mais c’est 67 fois moins que l’énergie contenue dans 1 kg d’essence.

Même si le moteur de votre voiture ne parvient à transformer qu’un tiers* de cette énergie en mouvement, un réservoir d’essence reste au moins 20x plus léger qu’une bonne batterie équivalente. Donc un réservoir de 40 litres d’essence (~ 30 kg) correspond à environ 600 kg de batteries. Et même si un moteur électrique est sensiblement plus petit qu’un moteur à combustion de la même puissance, les batteries restent un handicap de poids pour un véhicule.

Evidemment, on peut réduire la taille de la batterie en récupérant l’énergie cinétique d’un véhicule à la descente, ou au freinage. Mais là se pose un autre problème : la de charge ou décharge des batteries est également limitée.. Il faut par exemple 3.5 heures pour recharger complètement le de mes rêves, ce qui nécessite une alimentation électrique d’une puissance de 4.8 kW. Or comme je l’avais calculé , une voiture qui ralentit de 36km/h à 0 en 5 secondes produit une puissance de 26 kW. C’est pour cela que les voitures hybrides comme la n’utilisent pas des batteries Li-ion, mais plutôt des de densité énergétique inférieure, mais permettant des courants de charge/décharge plus élevés.

Alors on stocke l’énergie, ou la puissance ?

La “Jamais Contente” avait un nom prédestiné pour une voiture électrique : il n’existe pas de technologie de stockage ayant à la fois une forte et une forte “densité de puissance”, qu’on appelle plutôt . On voit ceci et bien d’autres choses intéressantes dans le graphique ci-dessous , qui classe différentes technologies de stockage d’énergie selon leur puissance nominale (horizontalement) et le temps pendant lequel cette puissance nominale est disponible en décharge (verticalement)**. Evidemment, on peut décharger un système plus lentement en en tirant une puissance inférieure, mais ça ne change rien à l’énergie stockable, donnée par le produit des deux axes.

Remarquez comme les diverses technologies forment des bandes horizontales : la puissance et l’énergie stockée par un système augmentent linéairement avec sa taille, donc le temps donné par le rapport énergie/puissance ne varie pas : il y a des technologies “rapides” capables d’absorber et de restituer des pics de puissance (en bas du dessin) et d’autres “lentes” capables de stocker plus d’énergie par unité de volume (en haut).

Les systèmes adaptés aux véhicules sont sur la gauche du graphique, entre 1 et 10 kW pour les scooters et entre 10 et 100 kW pour les voitures. Remarquez aussi que les bonnes vieilles sont situées entre les batteries Li-ion de la Tesla et les NiMH de la Prius. Elles sont lourdes, mais bon marché : si on calculait la densité d’énergie par dollar ou Euro investi (pas trouvé = à faire…), elles auraient probablement encore leur mot à dire…

Au dessus des batteries Li-ion, on trouve deux technologies en développement, pas encore commercialisées à ma connaissance:

Les “ultra-batteries” comme celles au . L’énergie électrique y est stockée directement dans la structure du matériau comme dans une supercap, mais avec une densité d’énergie bien supérieure.
Les “batteries métal-air”. Les (le étant un métal ) sont les plus prometteuses, avec une densité d’énergie environ 10x plus élevée que le Li-ion. Avec de telles batteries, une voiture électrique atteindrait une autonomie comparable à une voiture à essence. Mais sauf progrès inattendu, il faudra toujours des heures pour la recharger.

Au dessous de tous ces types de batteries, on trouve des technologies encore mieux adaptées au stockage de puissance : les supercaps et les volants d’inertie pour les véhicules.

Du Gyrobus au Tokamak

L’ d’un volant d’inertie vaut E=½.J.ω² où ω est la vitesse angulaire et J le du volant, qui augmente comme le carré du rayon. Pour stocker beaucoup d’énergie, il faut donc faire tourner le plus vite possible un volant du plus grand diamètre possible. Mais il y a deux hics:

Le premier est que la vitesse périphérique du volant atteint la vitesse du son plus vite qu’on ne pense : un volant d'1 m de diamètre ( π m de circonférence) devient supersonique à 100 tours/s, soit 6000 tours/minute déjà.
Le second c’est la résistance mécanique du volant sous l’effet de la force centrifuge. Comme on le voit dans , un volant en acier bien dense éclate avant d’atteindre la vitesse du son. On ne gagne rien à utiliser du titane, plus résistant mais plus léger. Pour atteindre des densités d’énergie comparables à de bonnes batteries, il faut réaliser des volants en fibre de carbone ou de kevlar, tournant sous vide d’air…

La raison pour laquelle le légendaire stockait son énergie dans un volant d’inertie de 1.5 tonnes plutôt que dans une masse équivalente de batteries au plomb tient à la petite phrase “La recharge du volant prenait de 30 secondes à 3 minutes” : les volants d’inertie stockent plutôt de la puissance que de l’énergie. Si on envisage de les utiliser dans les éoliennes c’est pour lisser l’effet de rafales de vent espacées de quelques minutes, pas pour stocker une tempête nocturne pour un lendemain calme.

Une fois , les volants d’inertie pourraient jouer un rôle important dans les centrales à fusion thermonucléaire en stockant une partie de l’énergie produite pendant les courtes réactions de fusion pour alimenter les aimants et réchauffer le plasma entre deux réactions. Avec un rotor de quelques dizaines de mètres de long et quelques dizaines de tonnes, on peut stocker puis restituer 100 MW pendant 10 secondes. Tout ça pour stocker environ 70 KWh d’électricité, l’équivalent de quelques jours de votre consommation personnelle.

Génératrice à inertie du Tokamak CRPP-EPFL. (Cliquer pour plus d’infos)

Panoramix, il nous faut de la potion magique…

Si vous rêvez d’être autonome en électricité avec votre petite éolienne personnelle ou vos quelques m² de panneaux solaires, il vous suffira de stocker quelques dizaines de kWh pour les nuits ou les jours sans vent. Vous aurez besoin d’une capacité de stockage assez similaire à celle d’une voiture électrique, et quelques centaines de kg de batteries feront l’affaire. Vous pourriez être tentés d’utiliser votre voiture électrique comme stockage, mais le hic c’est que votre maison doit stocker de l’énergie pour le soir alors que votre . Pas de bol : il vous faudra donc 2 batteries.

Si vous êtes une petite ville isolée comme Fairbanks en Alaska, il vous faut la plus grosse batterie du monde pour fournir 40 MW à vos 12'000 habitants en cas de défaillance de votre centrale thermique. Enfin, pendant 7 minutes seulement, le temps de démarrer les groupes de secours, parce qu’à Fairbanks, ils ne sont pas écolos. Et aussi parce que leurs 1300 tonnes de batteries NiCd ne stockent que 5 MWh.

Donc si votre village d’irréductibles possède une vraie éolienne d’ 1MW ou plus, et/ou des hectares de panneaux solaires, et que vous voulez tenir quelques jours sans vent, il vous faut la même batterie que Fairbanks. Ou quelque chose de mieux, parce que si vous faites le calcul, la densité d’énergie de leur batterie n’est que de 4 Wh/kg, que le et que le lithium, il n’y en aura pas assez pour tous les écolos du monde.

D’autres types de batteries sont actuellement en développement comme la (NaS) ou les type “Zebra”, mais la voie la plus prometteuse me semble être les “batteries à flux redox” (" " en anglais). Ces sont des sortes de réversibles qui fonctionnent avec diverses soupes d’électrolytes bizarres comme le de ou du zinc/ .

Schéma d’une batterie à flux redox au Vanadium, avec arrière plan révélateur

La densité d’énergie de ces systèmes n’est pas vraiment plus élevée que celles de batteries Li-ion, donc on parle toujours d’installations de centaines de tonnes. Leur avantage est que la puissance est stockée/fournie par un élément relativement petit, alors que l’énergie stockable peut être augmentée à volonté en augmentant simplement le volume des réservoirs d’électrolytes. Ceci permet de réduire le coût de ces solutions par rapport à un wagon train de batteries plus classiques.

Je ne vois pas d’autre solution économique et utilisable à cette échelle actuellement ou dans un futur proche, mais dans un futur plus lointain, on pourrait imaginer utiliser le (SMES en anglais). L’idée est de faire tourner du courant électrique en circuit fermé dans un anneau supraconducteur. Ceci crée un champ magnétique extrêmement fort, autour de 20 duquel on peut ensuite retirer l’énergie par induction. Lorsqu’on sait que le champ magnétique terrestre est environ un million de fois moins puissant, on comprend que les pièces métalliques ne sont pas bienvenues à proximité d’un SMES, qui pose une quantité de problèmes technologiques intéressants. Les installations de labo actuelles sont plutôt orientées “puissance”, mais on pourrait imaginer des SMES de quelques dizaines de kilomètres de diamètre pour le stockage d’énergie .

Mais sur le graphique on constate un gros trou qui sépare toutes ces “petites” solutions de celles déjà utilisées aujourd’hui dans la production d’énergie centralisée.

Big is beautiful

Il existe en effet déjà trois systèmes de stockage adaptés aux centaines de MWh, voire de GWh. Commençons par les deux les moins connus :

Le stockage thermique dans le sel fondu est particulièrement adapté aux . Par exemple en Espagne peut stocker 1GWh, soit l’équivalent de 7h30 de production de la centrale à pleine puissance en chauffant 28'500 tonnes de sels à 400 °C, soit une densité d’énergie de 35 Wh/kg (0.126 MJ/kg), comparable à celles de batteries au plomb.
Le stockage d’énergie à air comprimé ( ). Là encore, la densité d’énergie volumique de l’air comprimé à 300 bars est comparable à celle des batteries, mais deux difficultés apparaissent. D’abord, les compresseurs et moteurs à air doivent tenir compte de la thermodynamique. En comprimant un gaz il s’échauffe, et il refroidit lorsqu’il se détend. Il faut récupérer cette composante thermique de l’énergie pour obtenir des rendements acceptables. D’autre part, construire des réservoirs de grandes dimensions pour de l’air à haute pression n’est pas une petite affaire. Ces deux obstacles hypothèquent la , mais en grand, ça peut marcher. Des installations pilotes comme ADELE en Allemagne arrivent à stocker 350 MWh en comprimant de l’air dans des cavernes et atteignent des rendements de 70% en récupérant la chaleur produite lors de la compression.

Et enfin le “stockage hydraulique gravitaire” réalisé par de nombreuses installations que les français appellent . En Suisse, ça veut dire STation d’EPuration, alors on préfère les appeler “stations de ”.

L’ d’une masse m élevée d’une hauteur h est de E=m.g.h Joules, où g=9.81 que j’arrondis à 10. Pour stocker 1 kWh = 3.6 MJ, il faut donc élever 3'600 litres d’eau de 100m. Ou 360 litres de 1000m. Donc une montagne, c’est mieux qu’une colline. Et un grand lac aussi parce que pour stocker 1GWh il faut un million de fois plus d’eau. Et stocker une puissance de 1GW, ça veut dire pomper 1000 m³ d’eau par seconde à 10 bars, ou 100 m³ d’eau par seconde à 100 bars. Impressionnant, mais on sait faire depuis assez longtemps. Jusqu’ici, ça nécessitait des pompes spéciales, distinctes des turbines, mais l’arrivée des imprévisibles éoliennes motive la recherche de turbines réversibles, capables de passer du mode turbinage au mode pompage en quelques minutes, comme la turbine de l’EPFL ***.

le site "Nant de Drance" à la frontière franco-suisse près de Chamonix. Une STEP souterraine de 900 MW y est en construction pour exploiter les 250m de différence de niveau entre les deux barrages. Cliquer pour plus d’infos

D’après il existe actuellement au moins 50 “STEPs” d’une puissance de plus de 1 GW dans le monde, dont le en France, celui de en Suisse et même la en Belgique (rien au Québec ?) Avec de nombreuses autres installations de puissance inférieure, la capacité de stockage hydraulique représente au niveau mondial une puissance de 100 GW et une énergie que, fautes de données j’évalue à X TWh en multipliant les 100 GWh par X dizaines d’heures.

Ca parait beaucoup comme ça, mais même pour X=3 ça ne représente pas un millième de la renouvelable mondiale, qui elle-même ne représente que 18 % de la production d’électricité totale.

J’ai lu quelque part (je ne retrouve plus où) que toutes les batteries du monde (démarreurs de voitures + téléphone et ordinateurs portables, toutes) stockent 4 minutes de la production mondiale d’électricité. D’après les calculs ci-dessus, toutes les STEP du monde stockent environ 1.5 heures de production mondiale.

C’est assez tant que des centrales thermiques produisent l’énergie “ ”, mais si on remplace ces sources d’énergie fiables et régulières par des , qu’on tient à l’ “indépendance énergétique” et que de plus on ne veuille pas créer de nouvelles lignes de transport qui permettraient de lisser la production et la consommation à l’échelle du continent, il va falloir augmenter énormément la capacité de stockage. Tellement qu’on se sait pas le faire. Il faudra faire des compromis. Ou regarder une fois encore les 3 premières lignes du avant de …

Notes:

* Avant de pester contre le mauvais rendement des moteurs thermiques, rappelez-vous que la chaleur réchauffe “gratis” l’habitacle et dégivre les vitres en hiver…
** Le temps de charge est environ égal au temps de décharge, sauf pour les batteries, plus lentes à charger qu’à décharger.
*** Une chose m’a frappé en écrivant cet article : la “puissance des liquides”. Carburants, flux redox ou eau alpine, les liquides permettent des solutions “scalables” sur toute la gamme de puissances…Ils sont faciles à stocker, à pomper et à utiliser. D’ailleurs, après ce méga article, je prendrais bien une bière.

Références

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sur BigNextFuture ( )
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François Avellan “ ”, bulletin electrosuisse 2/2012

Autres sources

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“ ” ADEME
Davide Castelvecchi, “ ”, Scientific American, Février 2012
Axel Strang, Louis Sanchez, Franck Delplace “L’industrie des énergies décarbonées en 2010 Chap 11: ", Direction Générale de l’Energie et du Climat

Nikola Tesla : génie, mais connu

Sun, 19 Aug 2012 00:00:00 +0000

Le nom de (1856-1943) apparaît fréquemment sur les pages web traitant d’électricité et d’énergie. Parfois pour rendre hommage à un grand inventeur soi-disant méconnu. Souvent pour fantasmer sur l’ “énergie libre” et autres sujets pseudo-physiques. A mon humble avis il s’agit là principalement d’un effet de la “loi de Clarke”:

“Toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie.” (Arthur C. Clarke).

En effet, les inventions de Tesla étaient tellement inattendues et spectaculaires à son époque qu’elles ont souvent été mal comprises du public, auréolées de mystère et perpétuées sous forme de légendes urbaines ayant abouti à de véritables , dont le sommet est probablement atteint dans le .

Aujourd’hui, d’un point de vue scientifique, il ne reste aucun mystère sur les inventions de Tesla. On sait pourquoi celles qui fonctionnent fonctionnent, et pourquoi les autres n’ont pas fonctionné.

Les inventions de Tesla

Tesla était un inventeur, pas un théoricien. Il a déposé , plus un certain nombres attribués à Edison, son employeur d’un temps, mais pas une seule équation, principe ou théorie ne porte son nom. Même le nom de est un honneur posthume.

Le génie de Tesla est d’avoir rapidement compris et appliqué les (1865) liant le champ magnétique et le champ électrique :

en 1887 il invente la qui permet de transformer l’énergie électrique en énergie mécanique (moteur) ou vice-versa ( ). Il comprend que le est plus facile à transporter que le courant continu promu par Edison et il s’associe à Westinghouse. Ensemble ils construisent et exploitent dès 1896, la , qui alimente la ville de Buffalo, à 30 km de là.
"Modern Thinker" de Peter Terren (aka Dr Electric) . Cliquer pour le "making of" et les précautions d’usage…

Autour de 1891, il invente sa fameuse , un transformateur à résonance produisant de hautes tensions à haute fréquence. A haute puissance, son montage peut produire de jolis arcs électriques qui font la joie des producteurs d’effets spéciaux et l’étonnement des spectateurs depuis un bon siècle.
Mais le transformateur de Tesla est surtout un plus efficace que celui de datant de 1887. Dès 1893, Tesla en décrit de multiples applications et réalise les premières transmissions sans fil, quelques années avant . En effet, Marconi n’est plus considéré comme l’inventeur de la radio depuis 1943, date à laquelle la Cour Suprême des Etats-Unis a considéré que son brevet de 1896 n’apportait aucune invention par rapport à ceux de Tesla, Lodge et Stone, antérieurs.
En 1897-8, Tesla construisit deux maquettes de bateaux télécommandés. Son brevet contient “accessoirement” celui de la première .

Parmi les nombreux autres brevets et publications de Tesla, citons le principe du en 1900, une pompe ou sans ailettes vers 1913, un avion à décollage vertical en 1928 puis une en 1937.

Mais le plus gros projet de Tesla fut aussi son plus gros échec:

La transmission d’énergie sans fil

Il faut bien comprendre qu’avant l’invention de , les émetteurs radio devaient être assez puissants pour transmettre l’énergie nécessaire à l’exploitation du signal par le récepteur, typiquement un “ ”. Pour Tesla et ses contemporains, transmettre un signal ou transmettre de l’énergie, c’était kif-kif. Il n’est donc pas surprenant que Tesla ait eu l’idée de la : c’était une application logique de sa bobine, dans la ligne de sa grande oeuvre qu’est l’électrification en courant alternatif.

D’ailleurs la qu’il construisit dès 1901 avait deux objectifs : transmettre des signaux radio à travers l’Atlantique, et expérimenter la transmission d’énergie sans fil. Tesla y a installé une version surpuissante de son “ ” alimentée par un générateur de 200 kW.

A l’Exposition Universelle de St. Louis de 1904, un prix est offert à qui pourra alimenter un moteur de 75 watts à une distance de 30 mètres. L’objectif paraissait donc atteignable à l’époque grâce aux progrès rapides dus entre autres à Tesla. Le hic, c’est que la . En supposant un rendement parfait dont il était très loin, l’émetteur (omnidirectionnel) de Tesla aurait théoriquement pu fournir 17 W/m² à une distance de 30m. Tesla aurait donc du fabriquer une antenne de réception parfaite d’environ 5m² pour alimenter le moteur de 75W.

Tesla était parfaitement conscient de ceci, donc il a pensé contourner la difficulté en utilisant des “ ” à très basse fréquence (8 Hz) qu’il a cru détecter et qu’il considérait comme sa plus grande découverte. L’idée était de mettre toute l’atmosphère terrestre en résonance électromagnétique avec sa tour, rien de moins. Et pendant plusieurs années Tesla a effectivement compris beaucoup de choses à propos de la propagation des ondes dans l’atmosphère, mais pas assez pour retenir les investisseurs qui ont retiré leur soutien à un projet qui n’avançait pas. De plus, dès 1901 Marconi avait réussi des transmissions télégraphiques transatlantiques. A partir de 1905 Tesla n’eut plus les moyens de financer son projet et la tour de Wardenclyffe fut démolie en 1917.

Pourtant il existe bien quelque chose qui ressemble aux ondes stationnaires terrestres de Tesla : les . Elles n’ont été mises en évidence que dans les années 1960, mais des calculs récents montrent qu’il n’est pas possible de les exploiter pour la transmission d’énergie. Par contre une variante envisagée par Tesla dans un autre brevet serait éventuellement envisageable d’après , au prix d’installations titanesques.

Alors, qui a gagné le prix de St. Louis ? On peut dire que c’est la NASA, en 1975. L’ antenne parabolique de 26m de leur a été dirigée vers quelques mètres carrés de récepteurs situés sur une montagne distante de 1.5 km et réussi à transmettre une puissance de 34 kW avec un rendement de 82% . L’histoire ne dit pas en combien de millisecondes les oiseaux traversant le faisceau se transforment en poulets grillés, mais c’est bien un inconvénient de cette technologie que l’on n’imagine plus que pour une éventuelle . Un autre inconvénient est que cette méthode est très directionnelle : on ne transmet l’énergie que d’un point A à un point B bien précis.

Avec une transmission moins directionnelle, ce n’est qu’en 2007 qu’une équipe du MIT et de l’entreprise a réussi à allumer une ampoule de 60 watts à une distance de 2 mètres . Witricity a des objectifs beaucoup plus modestes que Tesla : fournir quelques fractions de watts aux téléphones et autres petits appareils électroniques dans un bâtiment, ce serait déjà pas mal.

Et l’énergie libre ? (ou gratuite ?)

En 1893, Tesla disait dans une conférence :

“Dans quelques générations nos machines seront propulsées par cette énergie disponible à tout endroit de l’univers.
\[…\]
Dans l’espace il y a une forme d’énergie. Est-elle statique ou cinétique ? Si elle est statique, toutes nos recherches auront été vaines. Si elle est cinétique – et nous savons qu’elle l’est –, ce n’est qu’une question de temps, et l’humanité aura mis en harmonie ses techniques énergétiques avec les grands rouages de la nature.” (Nikola Tesla)

C’est très beau. Mais prudent. Tesla était convaincu que l’atmosphère était remplie d’énergie électromagnétique (“nous savons qu’elle l’est”), mais il fixe tout de même un horizon de “quelques générations” pour l’exploiter, alors qu’il n’a mis que 10 ans pour lancer l’électrification industrielle de l’Amérique. De plus il envisage l’échec : “Si elle est statique, toutes nos recherches auront été vaines”. Et que ce soit dans cette conférence ou d’autres publications je n’ai jamais trouvé de référence explicite à de la “free energy”, que ceci soit traduit par “énergie gratuite” ou par “énergie libre”. Tesla était un trop bon physicien pour croire aux chimères du mouvement perpétuel, contrairement à beaucoup de ceux qui le citent actuellement.

Ce qui m’étonne un peu, c’est que Tesla ne se soit pas intéressé à la lumière, alors que Maxwell avait montré qu’elle était un rayonnement électromagnétique au même titre que les ondes radio, et que Hertz avait décrit l’ en 1887. Tesla aurait pu inventer le panneau solaire et se rapprocher de son objectif plus vite qu’avec la tour de Wardenclyffe…

Un mythe : la Pierce Arrow électrique de 1931

Un certains nombre de sites dont un en français publient le récit d’un certain Peter Savo, qui raconte avoir roulé en 1931 avec Tesla dans une voiture modifiée par l’inventeur. Elle aurait été propulsée par un moteur électrique connecté à un “récepteur d’énergie libre” de la taille d’un poste radio muni d’un fil d’antenne de 2m50. Ils auraient parcouru 80 km avec des pointes à 145 km/h.

Disons le tout net : ça ne tient pas debout. Selon la , non seulement le dénommé Peter Savo n’a commencé à raconter cette histoire qu’en 1967 et n’est pas un neveu de Tesla comme il le prétend, mais aucune autre source ne corrobore ne serait-ce que l’existence de cette voiture.

Mais ce qui me range définitivement dans le camp des comploteurs de l’industrie de l’énergie qui s’acharnent à faire disparaître toute trace de l’énergie libre de Tesla, c’est l’antenne. Comme on l’a vu plus haut, un fil d’antenne de 2m50 ne peut recevoir la puissance nécessaire que d’un énorme émetteur tout proche qui aurait frit la voiture et ses passagers en quelques secondes. Et si la mystérieuse énergie n’était pas électromagnétique, alors pourquoi une antenne et des lampes à vide ?

Une De Lorean volante propulsée par un réacteur à fusion thermonucléaire alimenté à la bière me parait beaucoup plus vraisemblable.

Références

Nikola Tesla “Method of and Apparatus for Controlling Mechanism of Moving Vehicle or Vehicles”, 1898,
Nikola Tesla “ ”, 1893
" " With Additional Comments by Henry Bradford and Gary Peterson
Nikola Tesla “ART OF TRANSMITTING ELECTRICAL ENERGY THROUGH THE NATURAL MEDIUMS” May 16, 1900,
Franklin Hadley “ ”, 2007, MIT NEWS
Nikola Tesla “ ", 20 mai 1891 conférence à l’Université Columbia de New York
Igor Spajic, “ ”, revue Nexus, sur amessi.org

Dites NON au mouvement perpétuel

Sun, 27 May 2012 00:00:00 +0000

Un collègue est arrivé au boulot tout excité par le “ ” présenté par un certain Aurélien Prévost à l’émission “l’inventeur 2012” sur M6. Il s’agit d’une “rampe de lancement” magnétique très similaire à celle ci-dessous , déjà en 1977 :

Après une petite démo de la version linéaire du moteur qui pourrait étonner ceux qui n’ont jamais joué avec des ou autres aimants, Aurélien explique calmement kyaka refermer la rampe pour former un circuit circulaire fermé et fixer les billes à une roue pour que celle-ci tourne toute seule, grâce à un moteur magnétique qui ne nécessite ni carburant ni batterie.

L’enthousiasme du jury pour cette “invention” qui va permettre à la France d’alimenter le monde en énergie gratuite fait peine à voir dans un premier temps. Seuls quelques membres du jury demandent à en voir plus, et aucun ne prononce les 2 mots qui qualifient cette “invention” dès le premier coup d’oeil scientifique : “bull shit”. En français : “ ”.

Après avoir revu la séquence plusieurs fois, je suis persuadé qu’il s’agit d’un canular monté par Aurélien avec la complicité d’une partie du jury, voire de toute l’émission de M6. Si j’ai tort, alors j’ai vraiment très honte pour la chaîne de E=M6 : il ne faut pas laisser croire au public qu’il existe la moindre possibilité qu’un truc pareil existe.

Il en va de la santé mentale des spectateurs : combien d’hurluberlus ont passé leur vie à ruiner leur santé mentale et le porte-monnaie familial à bricoler des machines condamnées à l’immobilité perpétuelle. Voici une commencée pour l’occasion, de Léonard de Vinci à nos jours , ,

\[slickr-flickr start="random" align="center" search="sets" set="72157629905515654" link="http://www.flickr.com/photos/goulu/sets/72157629905515654/"\]

On pourrait imaginer qu’après des siècles d’échec expérimental et de réussites scientifiques à expliquer pourquoi ça ne peut pas marcher, les génies amateur se découragent un peu et travaillent à des choses éventuellement possibles comme la téléportation ou la machine à remonter le temps. Mais non. Sur internet et YouTube en particulier, on pour fournir de l’énergie gratuite. Certaines sont d’habiles montages avec un moteur caché dans un coin ou un petit jet d’air invisible bien placé. Ma palme va à .

Et avec des aimants ?

Une machine est toujours un peu plus étonnante voire magique quand on y ajoute quelques aimants et leurs invisibles. Avec des aimants, on peut attirer n’importe quel bout de ferraille à distance, et même repousser un autre aimant. Cette force de répulsion est tellement inhabituelle qu’on en est tout perturbé, comme le juré d’Aurélien qui parle de répulsion alors que son expérience n’utilise que l’attraction des aimants sur la bille. Voici une chouette application de la répulsion magnétique:

Chaise longue à lévitation magnétique d’Hoverit

Cette chaise longue n’a pas besoin d’énergie pour vous maintenir en lévitation. Pour comprendre pourquoi, il faut comprendre la différence entre et .

La Terre attire un kilo de sucre avec une force constante et permanente de 9.81 dirigée vers le sol. Lorsque vous posez le sucre sur la table, celle-ci exerce une force de réaction égale, mais vers le haut. Comment ? En fait ce sont les électrons de la surface de la table qui repoussent les électrons de la surface du paquet de sucre parce qu’ils sont chargés comme eux. C’est cette répulsion (électrostatique) qui empêche le paquet de sucre de passer à travers la table. Pourtant, il n’y a pas besoin de brancher la table à une prise électrique pour qu’elle fonctionne car une force “statique”, qui ne crée pas un mouvement ou un changement des objets qu’elle lie ne “travaille” pas : elle ne consomme ni ne produit d’énergie.

De même, un n’a besoin d’aucune énergie pour rester coller à votre panneau d’affichage, ni pour repousser un autre aimant dans la chaise longue. Il ne s’use pas. Ce n’est que parce qu’on a besoin d’aimants plus puissants et moins chers qu’on utilise des pour les : leur consommation d’électricité pour maintenir des tonnes à quelques millimètres d’un rail est théoriquement nulle, et en pratique très faible. Par contre, lorsqu’on veut déplacer le train, là ça consomme de l’énergie car la force de propulsion “ ” : elle doit s’exercer tout au long du chemin. Les moteur électriques, qu’ils soient rotatifs ou utilisent les électroaimants pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique.

Configuration des aimants de la rampe pour former un puits d’arrêt (1)

Les aimants d’Aurélien accélèrent la bille, mais ensuite la freinent et l’immobilisent à son point d’arrêt, à la position correspondant au fond du trou tracé sur la figure ci-dessus. Il n’existe aucun moyen de couper leur champ magnétique pendant qu’elle se déplace, où plutôt, les moyens existants nécessitent de dépenser au moins autant d’énergie que l’ acquise par la bille. En fait c’est Aurélien qui fournit l’énergie du mouvement lorsqu’il reprend sa bille tombée dans le puits magnétique et la déplace toujours sous l’influence des aimants à l’extrémité de la rampe, ou la force est plus élevée.

S’il enroule son dispositif sur un cercle, la source d’énergie (Aurélien) permettant de remonter la bille depuis le fond du puits disparaîtra : ça ne marchera pas.

Comme l’a bien dit un commentateur sur , Aurélien aurait tout aussi bien pu laisser tomber la bille par terre à travers un tube, puis dire qu’en enroulant le tube elle tournera en rond…

Pourquoi ça ne peut pas marcher

Plutôt qu’une seule explication, en voici plusieurs, destinées à différentes configurations mentales:

“Dieu dit: Que la lumière soit! Et la lumière fut.” ( 1:3 ) Mais la lumière n’étant qu’une forme commune de l’énergie, chose beaucoup plus fondamentale et donc difficile à définir, il est probable que Moïse n’a pas tout compris que Dieu lui dictait : “Que l’énergie soit! Et l’énergie fut”. Et depuis le Big Bang, cette énergie n’a pas varié d’un seul , sauf peut-être sur les lieux des miracles, car seul Dieu Himself a (éventuellement) le pouvoir de créer ou de détruire de l’énergie dans Son Univers. Faire une machine à mouvement perpétuel, ce serait comme faire un miracle sans être Dieu. Tu comprends, pauvre mortel ?
“Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme”. La célèbre loi de de Lavoisier a pris une dimension encore plus générale lorsqu’un y a ajouté “e=m.c² " : en fait c’est l’ . C’est le . En physique, un “ ” est une loi qui n’a jamais été formellement démontrée* mais qui est vérifiée dans toutes les expériences que l’on a pu imaginer jusqu’ici, et jamais infirmée par aucune. Faire une machine à mouvement perpétuel est équivalent à en faire une qui produit de la matière. As-tu bien compris ça, ô bricoleur inconscient ?
Oui mais de célèbres scientifiques ont aussi étudié des mouvements perpétuels plus sophistiqués. Il y a par exemple le , et la , un nano-moteur mu par le mouvement brownien:

Là, c’est une bonne maîtrise du qui est nécessaire pour montrer que ces systèmes peuvent fonctionner, mais nécessitent qu’on leur apporte de l’énergie de l’extérieur conformément aux lois susmentionnées. Dans le cas de la roue à cliquet, c’est d’ailleurs Feynman lui-même qui a montré que ce moteur ne fonctionne que si la température T1 est plus élevée que T2, et que la puissance du moteur ne dépasse pas celle prévue par l’ . Imaginer une machine à , voilà qui commence à être un challenge abordable et respectable, disciple.

Mais je t’en supplie, cher lecteur : tu as dit non à l’héroïne, non à la chiantologie, dis aussi NON aux mouvements perpétuels, au moins de premier ordre.

E pur si muove…

C’est vrai, il existe des mouvements “pseudo perpétuels” pour lesquels les sources d’énergie sont si discrètes qu’il faut une bonne analyse pour expliquer leur fonctionnement. Dans cette catégorie je placerai le , la , l’ , et peut-être aussi l’ . Vos suggestions sont bienvenues dans les commentaires.

A la réflexion, je range aussi dans cette catégorie la grande , qui tourne réellement comme on le voit dans . Puisque ça ne peut pas être un mouvement perpétuel, sa puissance, de l’ordre de 1 watt seulement , provient de quelque part, mais je ne sais pas d’où. Un minuscule vent ? une petite dilatation thermique due à l’éclairage ? l’induction d’un câble électrique ? A mon avis, cette réalisation spectaculaire mériterait une étude sérieuse. Mais M. Costa survivrait-il à l’explication ?

M. Costa devant sa roue

Enfin je vous soumets cette idée folle vue au salon des inventeurs de Genève il y a de nombreuses années, quand il était encore rigolo grâce aux mouvements perpétuels plutôt qu’aux sex toys chinois : une voie ferrée (ou magnétique) en circuit fermé circulaire de 1000 km de diamètre, avec un train de train roulant sur une voie ferrée (ou planant dessus en lévitation magnétique). Un train aussi long que la voie (3142 km…) avec de lourds wagons, et des locomotives fonctionnant à l’envers, comme génératrices injectant dans le réseau l’énergie cinétique du train. Et comme source d’énergie, la . Ca peut marcher ? ou pas ?

* Note ajoutée le 11.10.2013 : en fait le peut être considéré comme une démonstration mathématique du principe de conservation de l’énergie.

Références

Gilles Charles, “ ”, site supermagnete.de
Hartman, Emil T., “ ”, 1977
" ” sur Quant’Homme
Donald E. Simanek, “ ”
R. A. Ford (1986). Perpetual Motion Mystery. Lindsay Publications, Inc..

Charbon ou Uranium ? Les deux, mon kangourou !

Sat, 19 Nov 2011 00:00:00 +0000

Ainsi donc, le . Le pays est le 16ème émetteur de CO2 de la planète, et , en bonne partie car 85% de l’électricité y est produite par des centrales thermiques au charbon. Elles n’utilisent pourtant qu’une petite partie des énormes quantités de charbon extraites par l’Australie, dont 75% sont exportés en Asie, principalement au Japon, en Corée, à Taïwan, et même en Chine

\[1,2\]

De fait, l’Australie est le plus grand exportateur de charbon du monde, un secteur employant environ 150'000 personnes,

\[3\]

nombre suffisant pour que les politiques se donnent la peine de rassurer, minimisant l’impact de la taxe carbone sur les emplois. Un petit calcul : puisqu’une centrale au charbon dégage environ 1 tonne de CO2 par MWh produit

\[4\]

, la taxe renchérira l’électricité australienne, une des , de 1,7 centimes d’euro seulement. Mais surtout, cette taxe est inférieure de moitié aux coûts des solutions de

\[5\]

qui étaient jusqu’ici favorisées par le programme “Clean Coal” de l’Australie

\[6\]

\[7\]

sur (en faveur d’une taxe de l’ordre de 1500 Euros / tonne, 100 fois plus élevée que les taxes carbone introduites jusqu’ici…), une faible taxe n’a aucun effet. Je le rejoins là dessus : des taxes si faibles ne sont que des impôts qui dédouanent les émetteurs de CO2 : “Je paie pour mes émissions, pourquoi devrais-je investir plus pour les éviter ?”. Même avec une taxe carbone à l’australienne, le charbon reste d’assez loin la source d’énergie la meilleur marché.

D’après cette magnifique annonce vue il y a quelques temps déjà dans les journaux australiens

\[8\]

, les mineurs de charbon ont une autre crainte : “l’énergie nucléaire tuera l’industrie du charbon”.

(cliquer pour rigoler un peu)

Même si l’Australie n’a jamais construit de centrale nucléaire, elle m’y a pas non plus définitivement renoncé

\[9\]

. Il faut dire qu’elle est aussi le deuxième exportateur mondial d’Uranium, derrière le Canada, et que son territoire est l’un des plus stables de la planète géologiquement… Ses immenses régions désertiques ont même vu quelques champignons atomiques dans les années 1950

\[10\]

. Et le nucléaire, ça ne dégage quasi pas de CO2 et ça coûte à peine plus cher que le charbon. (Si vous voulez compter les risques et les déchets, alors comptez-les aussi les 1500 Euros/tonne de CO2 pour le charbon svp…)

Mais finalement, que l’Australie passe au nucléaire ou pas ne change rien. Comme nous l’a rappelé François Gaille de lors du il y a quelques jours, les programmes nucléaires dans les BRICKS vont bon train, à peine ralentis par Fukushima/Tsunami (score : toujours zéro morts à 30'000 …). La Chine va terminer ses 27 réacteurs en construction et compte multiplier sa production d’électricité nucléaire par 8 d’ici 2020

\[11\]

. L’Inde, qui a 20 réacteurs en activité, va multiplier sa production par 12

\[12\]

L’avenir s’annonce donc radieux pour les mineurs australiens, qu’ils piochent dans du charbon ou dans de la . .. Sinon, les australiens n’ont pas abandonné leur projet de tour solaire d’un km de haut

\[13\]

, mais il y a un petit problème :

Le kilowatt-heure fourni resterait néanmoins toujours cinq fois plus cher que l’électricité de charbon, qui représente 95% de la production en Australie. Le projet reste donc non rentable au prix actuel des ressources fossiles, poussant les promoteurs du projet à prévoir d’autres sources de revenu annexes : visite touristique, culture sous la serre…
\[14\]

Et c’est vrai que pour voir ça, j’irais volontiers une fois de plus jusqu’en Australie. Mais pour l’énergie, c’est de plus en plus certain : on , . Uranium compris. Peut-être pas en Europe, mais d’autres le feront, et nous vendront les produits faits avec de l’énergie moins chère que chez nous.

Sources:

sur Wikipedia
sur NewGenCoal
“ ” sur greenit
“ ” sur l’Expansion / L’Express
“[Clean Coal](Clean Coal)” sur Rising Tide Australia
Jean-Marc Jancovici “ ” sur Manicore
sur Wikipedia
“ ” sur Libération
sur NextBigFuture
sur 2.6 billions
chez EnviroMission
“ ” sur Wikipedia

Systèmes de Récupération de l'Énergie Cinétique

Sun, 03 Jul 2011 00:00:00 +0000

Chaque fois que vous arrêtez votre voiture à un feu rouge, son et la votre sont dissipées sous forme de chaleur dans vos freins. Quand le feu passe au vert, votre moteur régénère cette énergie cinétique en accélérant votre véhicule. Dès les années 50, Richard Feynman ( ) avait imaginé un (SREC, ou KERS en anglais) pour récupérer l’énergie au freinage, la stocker quelques instants, puis la réinjecter au démarrage. Aujourd’hui, les progrès technologiques permettent de réaliser cette idée.

les freins, ça chauffe… "Some Damage 350/365" par attila acs sur flickr

L’énergie cinétique d’une voiture est étonnamment faible : lorsqu’une voiture de 1300 kg roule à 50 km/h , elle ne vaut que 130 , soit 36 seulement en unités électriques, l’équivalent de la charge d’une batterie de laptop. Le problème est que cette énergie est libérée dans les quelques secondes que dure un freinage, donc la puissance à absorber est relativement élevée.

Dans notre exemple, en supposant un freinage bien doux de 5 secondes, il faudrait une batterie capable d’absorber 26 kW. C’est justement le maximum de la batterie de la , dont la capacité est de 1.5 kWh, soit 42x plus grosse (et lourde) que ce qui serait nécessaire pour le SREC. On peut aussi imaginer utiliser des , capables de se charger très vite, mais il en faudrait beaucoup pour stocker les 36 Wh*. Actuellement, les SREC électriques sont donc limités à une utilisation “conduite tranquille en ville” et ne se justifient que sur des véhicules déjà munis d’une grosse batterie.

Volvo vient d’annoncer , une alternative purement mécanique basée sur un volant d’inertie de 6 kg, mesurant 20 cm de diamètre et tournant jusqu’à 60 000 tours par minute sous vide. Après un petit calcul, on trouve que ce cylindre peut stocker 1.2 megajoules au moins**, ce qui permet d’absorber l’énergie cinétique d’une voiture de 2 tonnes roulant à 90 km/h. Au démarrage, le système peut restituer 80 chevaux de puissance, soit 60 kW pendant 20 secondes, assez pour réduire la consommation d’essence de 20% selon Volvo. De plus, le “flywheel KERS” de Volvo se monte sur l’essieu arrière d’une traction avant et est donc totalement indépendant du bloc moteur :

Encore plus que le volant d’inertie, l’élément clé du système est le “CVT module”, un couplant le volant d’inertie à l’essieu arrière par un rapport de transmission variable, commandé électroniquement en fonction des vitesses des deux éléments et des actions sur les pédales de frein et de gaz. Selon certaines sources, ce serait l’entreprise qui produirait le CVT du système Volvo après avoir collaboré à des projets KERS pour la F1

En effet, la Formule 1 autorise les KERS depuis 2009 , , mais avec des limitations bizarres comme de n’en tirer que 400 kilojoules par tour de circuit alors qu’un seul freinage de 300 km/h à 100 km/h pour un bolide de 700 kg dégage plus de 4 megajoules. De plus la puissance de restitution du KERS est limitée à 60 kW comme dans la Volvo de demain… En 2009, les écuries ont développé, testé et parfois utilisé en course divers systèmes électriques ou à volant d’inertie, mais aussi pneumatiques ou hydrauliques. En 2010, elles y ont toutes renoncé, et en 2011 la situation n’est pas claire… Dommage que la F1 soit si réglementée, peut-être qu’un peu de liberté dans la conception des KERS pourrait véritablement changer l’automobile de demain.

Notes:

* KTM a utilisé des supercaps sur une moto GP de 125cm³ en 2009

** : j’ai fait l’hypothèse d’un cylindre plein, alors que les ingénieurs de Volvo ont certainement réparti la masse le plus possible sur l’extérieur du cylindre, donc je parierais plutôt pour 2 MJ voire plus.

Références

Rémy Devaureix “ ” 30 mai 2011, sur AutoBuzz.com
2 juin 2011 sur actinnovation.com
Paul Evans “ ” 26 mars 2009 sur gizmag.com
24 mars 2011 sur sportauto.fr
4 février 2009 sur crash.net

Sun Catalytics : du soleil à l'hydrogène sans passer par l'électricité ?

Sun, 03 Apr 2011 00:00:00 +0000

les feuilles naturelles sont plus facile à photographier que les artificielles… et elles sont aussi plus jolies.

Guy m’a demandé ce que je pensais de la technologie de , développée par , avec qui le groupe indien Tata vient de signer un accord de partenariat . Alors voilà d’abord les faits:

Le moins qu’on puisse dire, c’est que le buzz sur cette annonce fait un beau méli-mélo entre énergie solaire et hydrogène, allant jusqu’à annoncer qu’on fera de l’électricité avec une simple bouteille d’eau l’année prochaine .
Il y avait déjà eu un buzz similaire en 2008 suite aux publications de Nocera sur le même sujet
Nocera a déposé un brevet en 2010 contenant 234 revendications (!) couvrant pratiquement tous les aspects de la photolyse de l’eau, mais ne fournissant aucune information claire sur les nouveautés apportées par rapport aux publications de 2008. Rien non plus dans les bien qu’on nous annonce un nouvel article dans Nature.
Par contre Nocera est un excellent communicateur sur le sujet général du solaire comme source d’énergie du futur, et sa production décentralisée, comme on le voit par exemple dans

Et voici ensuite ce que j’en pense:

Pour l’instant, la découverte de Nocera marche sur quelques cm2 dans un labo. Il sait “ ”, c’est magnifique, mais de nombreuses histoires comme celle des “ ” montrent que le chemin jusqu’au marché est long et difficile… Il ne suffit pas d’être bon aujourd’hui, il faut maintenant résoudre plein de “ ” (comment faire pour que l’eau ne gèle pas dans le panneau en hiver…) et il faudra avoir les meilleures réponses aux “ ” quand le produit sortira, disons dans 10 ans.
Dans 10 ans, les panneaux photovoltaïques auront un et pourront enfin régater avec les bêtes miroirs utilisés dans le . Le rendement de l’électrolyse de l’eau sera de l’ordre de 80%, donc le système de Nocera doit être aujourd’hui capable de convertir 24% de l’énergie solaire en hydrogène à un prix inférieur aux panneaux photovoltaïques dans 10 ans, qui sera de quelques dizaines de cents par Watt de puissance installée, sans parler des solutions concurrentes comme (tiens, Grätzel fait ça aussi…)
Je ne suis pas convaincu qu’il faille stocker l’énergie solaire. En effet, la courbe de production du solaire coïncide bien avec la courbe de consommation d’électricité, donc on peut vendre le solaire à bon prix et ne pas perdre de rendement du au stockage. J’avais . Pour fixer les idées, une bonne électrolyse a un rendement de 80% et une bonne pile à combustible de 70%, donc on ne récupère que 56% de l’énergie stockée dans l’hydrogène. C’est la raison pour laquelle .
Je ne crois pas non plus à la production décentralisée d’énergie. Le coût de l’équipement nécessaire pour produire, stocker et restituer X kilowattheures est largement supérieur au coût d’une installation de X mégawattheures /1000 ou de X GWh/1'000'000, y compris les frais de transport. Dans l’énergie, les économies d’échelles marchent à fond, même .
Et justement, l’intérêt de l’hydrogène tient essentiellement au transport d’énergie car on en stocke l’équivalent de 31.6 KWh par Kg. Utile dans une fusée ou un avion, peut-être dans une voiture, mais pour stocker l’énergie dans une maison il y a peut-être mieux, et moins explosif…

En bref comme scientifique je veux en savoir plus, comme ingénieur je me réjouis qu’un industriel comme Tata vienne contribuer à l’industrialisation, mais comme manager consommateur je veux juste savoir : “combien ça coûte ?”

Références:

" " sur enerzine.com
" " sur dvice.com
Jean-Luc Goudet, “ ” 3 août 2008 sur Futura-Sciences
Kanan M.W., Nocera D.G. ", Science 2008, 321, 1072-1075
Nocera et al. “CATALYTIC MATERIALS, PHOTOANODES, AND PHOTOELECTROCHEMICAL CELLS FOR WATER ELECTROLYSIS AND OTHER ELECTROCHEMICAL TECHNIQUES” brevet
Alexandra Goho “ ”, 2004, Science News, (liens vers d’autres recherches et entreprises dans ce domaine)

Séismes et énergies

Wed, 16 Mar 2011 00:00:00 +0000

L’ est tellement démodée que seuls les journalistes l’utilisent encore. Datant de 1935, c’est une mesure de l’amplitude du mouvement provoqué par un tremblement de terre tel que mesuré par un sismographe. Mais elle survit car elle a pu être rebaptisée en 1979 en la reliant d’une part au , une notion liée à un modèle de rupture des roches, et d’autre part à l’énergie dégagée par le phénomène :

Description :	Magnitude :	Energie \[J\]:	Fréquence :
Très mineur	2	6,31.107	1000 par jour
Mineur	3	1,99.109	49000 par an
Léger	4	6,31.1010	6200 par an
Modéré	5	1,99.1012	800 par an
Fort	6	6,31.1013	120 par an
Majeur	7	1,99.1015	18 par an
Important	8	6,31.1016	1 par an
Exceptionnel	9	1,99.1018	1 tous les 20 ans

L’échelle est logarithmique : une augmentation de 1 de la magnitude correspond à une multiplication par 10 de l’amplitude du mouvement, et par environ 30 (√1000 pour être précis) de l’énergie dégagée.

Le séisme de magnitude 9 a dégagé au moins d’une bonne dizaine de , soit environ 600 mégatonnes de TNT, ou encore de la consommation annuelle d’électricité de la France, mais peut être beaucoup plus car sa durée a été exceptionnellement longue.

Mieux vaut donc se trouver le plus loin possible de l’épicentre d’un tel phénomène car l’intensité (à ne pas confondre avec la magnitude définie ci-dessus) décroit rapidement avec la distance, et dépend donc de l’endroit où on se trouve. L’intensité se mesure avec l’ (MSK), qui décrit le niveau des destructions provoqué, et que l’on note en chiffres romains pour la distinguer de l’échelle de magnitude à laquelle elle ressemble trop.

Comme on le voit sur cette carte, le terrible séisme au large du Japon n’a causé “que” une intensité de VII à VIII dans la région de Sendai, peut-être de IX localement sur l’avancée de terre la plus proche de l’épicentre, zone où Murphy avait précisément construit des centrales nucléaires…

Je me permets d’écrire “que VII à VIII” car Kobe avait été détruite par une par un épicentré directement sous la ville, une . Dans la région de Sendai, le tremblement de terre n’a pas causé directement les destructions, les morts et la catastrophe nucléaire en cours. C’est bien le tsunami qui en est très largement responsable.

Les destructions lors d’un séisme sont essentiellement dues à l’accélération du sol a en cm/s², qui est liée à l’intensité Imsk par la relation log a = 0.26 Imsk + 0.19 . Une intensité supérieure à IX provoque des accélérations supérieures à 1 G dans n’importe quelle direction, ce qui est certainement spectaculaire mais ne génère en définitive que des forces doubles de celles causées par la gravité dans l’axe vertical, et des forces horizontales du même ordre de grandeur. Il ne me semble pas trop difficile de construire une grosse cuve d’acier maintenue dans un cube de béton capable de supporter ça, et c’est très probablement ce qu’on fait les japonais pour leurs réacteurs nucléaires, et il n’y a pas de raison de se priver de faire la même chose partout ailleurs.

Par contre pour un barrage, c’est plus compliqué car les grandes structures peuvent vibrer et se mettre en résonance avec les (basses) fréquences des mouvements du sol, en plus de phénomènes hydrologiques et géologiques propres au site de l’ouvrage. Et qui dit barrage plus costaud dit plus de béton (souvent barrage poids plutôt que voûte), et donc barrage plus cher…

En Suisse, un document spécifie que les grands barrages doivent supporter un séisme dont la probabilité d’apparition est de 1/10'000 par an, donnée par la carte suivante :

Intensité MSK d’un tremblement de terre de probabilité 1% par siècle en Suisse

Comme le voient ceux qui connaissent la géographie helvétique, les barrages alpins sont tous situés dans la zone pouvant subir une intensité VIII ou plus, et quelques très grands barrages comme la ou sont en zone IX. Ces ouvrages auraient donc résisté de justesse à la récente secousse japonaise, mais pas à Kobe ou Haïti.

Une risque de 1/10'000 par an peut paraître faible, mais ça signifie que la probabilité d’en subir un plus élevé est inférieure à 1% par siècle, donc non négligeable quand on a plusieurs barrages qui vont durer plus d’un siècle. Que se passerait-il si lorsque l’un d’eux cédaitera ?

Le barrage du étant un barrage voûte, il céderait très rapidement en cas de défaillance structurelle, libérant jusqu’à 200 millions de m3 d’eau dans la vallée du Rhône située 1500 m plus bas. Energie potentielle dégagée par une telle catastrophe : 3.1015 Joules, soit environ 1 mégatonne de TNT sous la forme d’une vague de plus de 10m qui balaierait une zone habitée par environ 100'000 personnes. Un tsunami artificiel…

Références

Georges R. Darbre, et al. “Sécurité des ouvrages d’accumulation. Documentation de base pour la vérification des ouvrages d’accumulation aux séismes”, 2003, BFE (BWG) ( )

Qui veut de l'électricité à prix négatif ?

Sat, 15 Jan 2011 00:00:00 +0000

Ca devrait tourner tout seul, pourtant …

La machine à permettant de produire de l’énergie à un prix nul est un vieux rêve de l’humanité. Mais aujourd’hui on sait faire mieux : il arrive de plus en plus souvent que l’électricité ait un prix négatif pendant quelques heures ! On vous paie pour consommer de l’électricité ! Qui en veut ?

J’ai entendu parler de cette aberration il y a quelques temps, voici ce que j’ai trouvé sur le sujet : c’est grâce aux éoliennes allemandes. , ,

Il y en a beaucoup, et elles tournent toutes en même temps pendant certaines tempêtes nocturnes, produisant des pointes dont on ne sait que faire à ce moment là. On le voit sur le graphique ci-dessous : l’Allemagne dispose de plus de 20'000 éoliennes représentant 24 GW de puissance installée, mais malgré leur elles produisent de manière très irrégulière, par pics au gré des vents.

La consommation, est très variable aussi, mais assez prévisible. Elle suit 3 cycles : un grand cycle saisonnier (au nord, on consomme plus pendant l’hiver), un cycle hebdomadaire du à la consommation de l’industrie et services (responsable également de “trous” bien visibles à Noël et à Pâques), et un cycle quotidien.

Le 2 octobre 2009 était un vendredi normal en Allemagne : consommation de 12 GW tôt le matin, les centrales à charbon et lignite suffisent, le prix du MWh est autour de 25€. Les gens vont au boulot, mangent etc : vers midi la consommation à augmenté à 18 GWh, il a fallu mettre en marche des centrales à gaz et faire turbiner les quelques barrages. Ces installations sont plus chères, aussi parce qu’elles apportent la flexibilité au réseau, donc leurs exploitants ne les mettent en marche que lorsque le prix du MWh passe au dessus d’un prix qui leur permet de ne pas perdre d’argent, soit environ 70€. Vers 17h il y a une petite baisse de consommation, mais comme tout le monde sait que le soir elle va ré-augmenter, on n’arrête pas les installations malgré une baisse du prix à 40€. Et effectivement le soir quand Herr Schmidt allume sa télé et sa lumière, la consommation augmente encore un peu avec le prix, jusqu’à ce qu’il aille se coucher.

marché EPEX de l’électricité 2 octobre 2009 (cliquer pour jouer)

Le lendemain, samedi 3 octobre 2009, Herr Schmidt ne va pas travailler, il ne se lève que pour manger, ce qui crée un pic de consommation et de prix moins élevé que la veille, mais le soir il y a le foot à la télé, donc la consommation maximale à lieu vers 21h à 19 GWh. Ensuite les exploitants arrêtent les centrales à gaz, ferment les vannes des barrages, baissent un peu la puissance des centrales thermiques car demain c’est dimanche et là ça sera vraiment calme… Mais que se passe-t-il ??? La production diminue trop peu … et en deux heures les prix s’effondrent. Un peu avant minuit, les producteurs ne savent plus quoi faire de leurs megawatts et les donnent…

marché EPEX de l’électricité 3 octobre 2009 (cliquer pour jouer)

Peu de producteurs d’électricité allemands doivent avoir oublié le dimanche 4 octobre 2009. Une jolie tempête atteint toute l’Allemagne avec des vents juste à la bonne vitesse pour faire tourner les éoliennes au max de leur rendement. Mais à 3h du matin, personne ne sait que faire de leur jus. Donc il vont jusqu’à payer 500€ par MWh pour qu’on les débarrasse de ce truc qui fait monter la tension sur le réseau et va faire tout péter ! 500 €, c’est dix fois le prix “normal” de l’électricité, mais en négatif !!!

marché EPEX de l’électricité 4 octobre 2009 (cliquer pour jouer)

Tout ceci démontre un aspect très important de l’électricité mais trop souvent ignoré:

Votre prise électrique ne fournit pas de l’énergie mais de la puissance.

Ce que je veux dire, c’est que lorsque vous allumez la lumière, vous la voulez tout de suite. Et ça implique que quelque part une installation de production va devoir “faire quelque chose” pour fournir cette puissance (en Watts) au moment même où vous la consommez. Ensuite si vous laissez votre ampoule allumée et consommez de l’énergie (rappel : l’énergie est une ), la production continue au même niveau.

Les variations de prix de l’électricité n’ont pas grand chose à voir avec l’énergie, mais tout avec la puissance. Si la consommation augmente, il faut mettre en marche des installations qui étaient à l’arrêt, et si elle diminue il faut arrêter des turbines, et ces changements prennent du temps, demandent du travail et ont un prix fondamentalement plus élevé que de laisser tourner une centrale (nucléaire…) toute l’année à une puissance quasi-constante.

C’est ce qui a piégé les producteurs d’électricité dans la nuit du 3 au 4 octobre 2009, et encore plusieurs fois depuis mais dans une proportion moindre : ça leur coûtait moins cher de payer pour se débarasser de leur surproduction que d’arrêter des turbines pendant le coup de vent. Une preuve de plus que le problème des éoliennes, c’est qu’elles produisant quand elles veulent, pas quand on a besoin d’elles.

Mais alors, pourquoi les producteurs n’ont-ils pas arrêté les éoliennes ? Peut-être parce qu’ ils touchent des de l’ordre de 100€ par MWh (j’ignore le chiffre exact, si vous l’avez…) Ô surprise, la moyenne du prix négatif payé pendant les 6 heures de cata était de 100€ par MWh… Donc ils n’ont rien perdu, et ont fait payer au consommateur qui les subventionne le coût de l’exportation de leur surproduction vers les , qui la leur ont revendu quelques heures plus tard avec une marge énorme.

Je viens de changer d’avis : je suis pour les éoliennes dans l’UE, et pour que la Suisse ne s’occupe que du stockage d’énergie…

Références

" ", lesoir.be, 18 août 2010
" " sur EcoCO2, 2 septembre 2010
Jeremy van Loo “ ”, Bloomberg, 23 avril 2010
" " sur le site EPEX SPOT (ajouté le 2.9.2015)

Dopez votre vélo !

Mon, 07 Jun 2010 00:00:00 +0000

Pourriez-vous remporter le Tour de France avec un vélo “amélioré” par rapport à ceux des autres concurrents ? Que diriez-vous d’un petit moteur électrique caché dans le cadre ?

Un cycliste amateur peut développer pendant quelques heures une puissance moyenne de 150 watts, un pro autour de 190 watts. Différence : 40 watts. Pas de problème pour le moteur, nos amis modélistes disposent de pour leurs engins volants. Pour la batterie, c’est plus compliqué en raison du volume réduit à l’intérieur du cadre. On dispose d’environ 0.25 l si on utilise qu’un seul tube rond de 25 mm, et de près d'1 litre si on remplit un cadre profilé dans les règles de l’Union Cycliste Internationale (UCI) , ce qui permet de disposer des batteries lithium-ion d’une capacité de 100 à 400 Wattheures.

le "Lithium Vivi RX-10S" de Matsushita, avec une batterie de 400 Wh/l qu’on pourrait presque loger dans le cadre …

Donc oui, une assistance électrique discrète peut vous propulser au niveau des pros du peloton pendant plusieurs heures.

Pour grimper un col, ça passe encore : les mutants sont capables de développer 400 W pendant une ascension ! Pour les suivre, voire les dépasser, il vous faudra les 200 W du moteur en plus d’un pédalage intensif, mais la batterie vous lâchera grosso-modo au bout d’une heure.

Mais vous pourriez aussi devenir un redoutable routier sans l’assistance d’un moteur, mais en violant plus visiblement les règles de l’UCI. En effet, à plat, la puissance développée sert essentiellement à compenser le frottement dans l’air :

On voit tout l’intérêt de réduire le , confirmé par le fait que les records de vitesse de sont détenus par des “vélos couché”:

record de l’heure : 90.6 km en 2009 par Sam Whittingham (contre 49.7 km pour un vélo “normal”)
record sur 200m : 133.28 km/h en 2009 par Sam Whittingham

L’entrprise canadienne Varna produit des vélos couchés et détient de nombreux records

Même sans carénage, un offre un meilleur Cx qu’un vélo normal, et en plus il permet de s’appuyer sur un dossier pour exercer plus de force sur les pédales, sans la fatigue de la “montée en danseuse”.

Mais en 1934, l’UCI a interdit les vélos couchés, et elle a ensuite beaucoup limité l’amélioration aérodynamique des vélos. En fait, le carbone, le titane et les combinaisons moulantes des coureurs survitaminés cachent un gros gaspillage d’énergie : tous ces sportifs transpirent et brassent de l’air sur des machines qui devraient rejoindre les vélocipèdes au musée…

Références

" " sur Caradisiac (2008)
" " sur Cyclismag (2006)
" " sur Wikipédia
" ", UCI

Jeu-concours électrique

Mon, 17 May 2010 00:00:00 +0000

Amateurs de casse-têtes, de maths et d’algorithmes, oyez, oyez !

La et la avec l’appui de Réseau de Transport d’Electricité organisent un concours doté de 2000 Euros de prix et ouvert jusqu’au 30 juin 2010.

Il s’agit de concevoir le réseau de lignes électriques nécessaires pour alimenter les villes d’un pays à partir de centrales :

le pays du concours, carré malgré les apparences

Pour ne rien arranger, les centrales sont de puissances différentes et fournissent de la THT, et les villes consomment également des puissances différentes (listées dans la ), mais doivent être alimentées en HT via des transformateurs à placer à volonté, mais à au moins 1km des villes et pas dans les zones protégées marquées en pointillés.

Pour relier tout ceci, on peut construire des lignes THT de 1GW à 1M€/km (c’est même “obligatoire de mettre une ligne THT lorsque c’est possible”, mais cette contrainte me parait peu claire). On doit utiliser des lignes HT de 1 GW à 300K€/km pour alimenter les villes, et dans les zones protégées, on n’a droit qu’à des lignes HT enterrées de 0.3 GW à 1 M€/km.

De plus le tout doit être résistant à une panne : si une centrale, une ligne ou un transfo flanche, les villes doivent toujours être alimentées.

Le vainqueur sera celui qui proposera le réseau satisfaisant à toutes ces contraintes et coutant le moins cher avant le 30 juin, mais mon petit doigt me dit qu’il ne faut pas attaquer le problème le 29…

Et avant de vous lancer dans de p’tits dessins ou de gros calculs, notez encore que tout ce qui précède peut être potentiellement faux et/ou incomplet (je décline toute responsabilité etc etc). Seul le fait foi.

Pour la petite histoire, j’ai trouvé ce concours sur “ ”, un blog intéressant découvert au moment de la rédaction de

Comment on mesure le rendement des cellules solaires

Sun, 09 May 2010 00:00:00 +0000

De retour d’une conférence sur les énergies renouvelables, Laurent m’a posé cette question simple en apparence, à laquelle j’ai d’abord répondu naïvement : on mesure la puissance électrique fournie par une cellule photovoltaïque (PV) éclairée par une puissance lumineuse donnée; le rapport des deux, c’est le rendement*:

évolution du rendement de différents types de cellules PV (mise à jour le 26.5.2015)Cliquer pour la dernière version en haute résolution

Mais après étude, c’est nettement plus compliqué. Les valeurs de rendement publiées par les constructeurs sont mesurées en laboratoire en “conditions de test standard” (STC en anglais):

La mesure se fait en maintenant les cellules à 25°C. Le rendement des cellules diminuant de 0.1% à 0.5% par °C, le rendement effectif en plein soleil estival lorsque les cellules atteignent 60°C est nettement inférieur au rendement affiché par les fabricants. A noter que les ont un rendement qui augmente avec la température.
éclairement de 1000W/m², soit environ le maximum sous nos latitudes. Plutôt que d’utiliser le vrai soleil, capricieux et qui chaufferait les cellules, on éclaire les cellules par un flash de étalonné par un . Une lampe de 1000W de puissance électrique permet de tester une cellule “standard” de 156x156 mm.

spectre “ ”, correspondant à celui de la lumière solaire après avoir traversé 1.5 épaisseur de l’atmosphère, soit lorsque le Soleil est à 48.2° du zénith. Le rayonnement du Soleil correspond grosso-modo à celui du à 5800°K, mais l’atmosphère filtre certaines longueur d’ondes. Le graphique ci-dessous montre bien l’effet de l’ozone sur les UV, ainsi que celui des gaz à effet de serre dans l’infrarouge : eau, H2O, monoxyde de dihydrogène et un tout petit peu de CO2. Mais ne digressons pas. En laboratoire, on utilise des filtres placés devant la lampe au xénon pour obtenir un véritable simulateur de Soleil.

Les conditions standard de test ne se rencontrent donc jamais dans la réalité, puisqu’il n’existe nulle part sur la planète où on obtient 1000 W/m² lorsque le Soleil est à 48.2° du zénith, à fortiori lorsqu’il ne fait que 0°C, froid nécessaire pour que la température des panneaux ne soit que de 25°C.En réalité, les performances varient beaucoup en fonction des conditions et selon le type de cellules.

De plus, il semblerait que les fabricants de cellules sélectionnent leur plus beau silicium pour les tests, ou publient les meilleurs résultats obtenus, car les productions d’installations réelles sont systématiquement inférieures de quelques pourcents aux valeurs .

En fin de compte, l’information la plus fiable sur le rendement réel provient de bases de données telles que , qui répertorient les données et résultats fournis directement par les propriétaires d’installations solaires.

Note ajoutée le 26.5.2015 : ou plutôt l’ si on veut être précis

Sources :

, NIST
Standard Test Method for Electrical Performance of Photovoltaic Cells Using Reference Cells Under Simulated Sunlight
Calculateur d’énergie solaire de la CE

0.01 Ohm/km

Fri, 19 Mar 2010 00:00:00 +0000

A l’origine de cet article il y a cette photo : , on y voit la glace en train de se former en janvier sur l’estuaire du Saint-Laurent au Québec, une merveilleuse région à visiter. Mais on y distingue aussi, et mieux encore sur , des lignes blanches bien droites taillées dans la forêt (la plus visible part du bord de mer en haut de la photo et descend vers le sud-ouest). Autoroutes visibles depuis l’espace ? Oui, mais pas destinées aux “chars” de nos trop peu nombreux amis francophones éparpillés dans cette vaste contrée.

Ce sont des autoroutes à électrons, des lignes à très haute tension parmi les plus puissantes du monde. possède plus de , qui ont transporté en 2008 près de 192 TWh d’électricité renouvelable 100% propre vers les villes des Grands Lacs. Même New York reçoit de l’énergie des nombreux barrages hydro-électriques québécois comme Manic-5, dont le lac remplit .

Pourquoi de telles installations ?

Selon l’équation bien connue W=U.I : la puissance (en watts) est égale au produit de la tension (en volts) par le courant (en ampères). Pour transporter une puissance donnée, on pourrait a priori soit faire de la haute tension, soit du “haut courant” à basse tension. Mais selon l’autre équation bien connue, la Loi d’Ohm U=R.I, la “résistance” des fils R (en ohms) s’oppose au passage du courant I en créant une chute de tension U, et en dégageant une puissance P=R.I² sous forme de chaleur, par effet Joule. Pour réduire les pertes, il faut donc réduire R, mais surtout réduire le courant I en augmentant la tension. Depuis quelques années il existe au Japon, en Chine et même en Italie des lignes fonctionnant à plus d’un million de volts. Pour la même raison, il est souvent plus avantageux de construire 2 lignes à haute tension parallèles : en fonctionnant chacune avec la moitié du courant, les pertes sont divisées par 4.

Cependant, la distance d’isolation entre les conducteurs dépend directement de U, et la très haute tension oblige donc à construire des pylônes énormes, et à écarter les lignes les unes des autres. Je n’ai pas retrouvé les dimensions exactes, mais j’ai vu au Québec 3 lignes parallèles dans une coupe déboisée sur environ 100m de large. C’est visible de l’espace…

"invasion" par katbert sur flickr. Lignes à 735 kV d’Hydro-Québec. Notez les 4 conducteurs par phase

L’isolation est l’obstacle principal à l’enfouissement des lignes. Pour la basse et moyenne tension, l’isolation par une gaine plastique suffit et est même meilleure que celle des lignes aériennes. Mais pour la très haute tension, l’air est un excellent isolant, et bon marché. Actuellement, les lignes souterraines et sous marines les plus puissantes fonctionnent à 450 kV “seulement” et coûtent environ 10x plus cher qu’une ligne aérienne équivalente. La plupart sont des “ ”, fonctionnant en courant continu, qui nécessite d’impressionnantes installations d’électronique de puissance aux extrémités pour convertir le courant des réseaux en continu et vice-versa, moyennant quelques pertes supplémentaires. Le sommet de la technologie actuelle est le “ ” de 580 km sous la Mer du Nord qui transmet 700 MW des barrages norvégiens aux Pays-Bas ou des centrales au charbon hollandais vers Oslo.

L’autre voie pour réduire les pertes de transport consiste à diminuer la résistance R des conducteurs. Les 4 meilleurs conducteurs d’électricité sont l’argent ( de 14.7 nano-Ohm*Mètre) , le cuivre (17.2), l’or (24.4) et l’aluminium (28.2). Lequel choisiriez-vous pour en suspendre des tonnes dans la nature ? Gagné : les lignes sont en aluminium. En toronnant plusieurs brins d’aluminium autour d’un câble d’acier, on obtient simultanément la résistance mécanique nécessaire et on contourne une difficulté : “l’ ”. Pour conduire beaucoup de courant, il faut en principe des conducteurs de forte section, mais avec le courant alternatif, le courant ne circule que sous les premiers millimètres de la surface : il vaut donc mieux utiliser beaucoup de conducteurs de faible section plutôt qu’un gros. A l’inverse, l’ produit des grésillements audibles et des perturbations électromagnétiques autour des conducteurs à haute tension de petit diamètre. Pour minimiser cet effet, on groupe 2 à 4 câbles en parallèle pour conduire une même phase, l’ensemble se comportant comme un seul câble de fort diamètre.

Toutes ces mesures techniques permettent aujourd’hui d’obtenir des lignes d’une puissance de 1GW (la production d’un gros barrage ou d’une centrale nucléaire) dont la résistance ne vaut que 0.01 Ohm par kilomètre ! Une ligne d’ 1GW à 765 kV conduisant environ 300 ampères de par phase, elle ne dissipe que 3x300²=270 kW par effet Joule sur 100 km, soit 0.027% de la puissance transportée.

Les fournisseurs d’électricité comme Hydro-Québec ou EDF annoncent des pertes totales de l’ordre de 5% de leur production, mais le transport à longue distance de l’énergie n’en représente qu’une toute petite part. C’est paradoxalement les derniers kilomètres qui approvisionnent les consommateurs à moyenne et basse tension qui génèrent la grande majorité des pertes.

Les très faibles pertes du transport à longue distance ont quelques conséquences intéressantes:

ce n’est pas demain qu’on verra se généraliser les lignes à supraconducteurs. Actuellement il n’existe qu’un seul câble supraconducteur transportant environ 500MW sur 600m à New-York, fabriqué par . Son refroidissement à l’hélium liquide consomme plus d’énergie que ce que perdrait un câble normal…
Une installation solaire donnée produirait environ 10% de plus d’énergie si on la déplaçait de 100 km plus au sud (voir la ) et qu’une éolienne donnée produit environ 10% en la plaçant 100 km plus au nord (voir l’autre ). Or les pertes de transport sont largement inférieures à ces gains : plutôt que de produire de l’énergie renouvelable à un endroit peu adapté, il est plus économique et rationnel d’acheter du courant éolien de la Mer du Nord, ou de l’électricité solaire espagnole en attendant celle du Sahara. Et faire de l’hydroélectrique là où il y a de l’eau, même si c’est très loin, comme le fait très bien Hydro-Québec.

Sources:

“ ” sur Wikipedia
“ ” sur Wikipédia
“ ”, Document Hydro-Québec
“ ” du groupe d’information sur les éoliennes (un peu polémique, mais très bien documenté)

Un vent de haute technologie

Wed, 27 Jan 2010 00:00:00 +0000

Quand on s’intéresse à plein de choses, il arrive parfois qu’apparaisse soudain une nouvelle qui relie miraculeusement des sujets très différents. C’est ce qui est m’est arrivé en lisant .

$250

Malgré de regrettables rebondissements judiciaires sans fin, la qui va se disputer prochainement à Valencia reste la “formule 1” de la voile, où des budgets énormes permettent le développement de technologies de pointe. A ce titre, l’appareil que BMW Oracle prévoit embarquer* est proprement stupéfiant : le “ ” de la startup Catch The Wind Inc. permet de mesurer la vitesse et la direction du vent jusqu’à 1000 m de distance ! La précision annoncée (2° en direction et 0.5 nœuds en vitesse) donnerait un net avantage stratégique à Oracle. On peut donc s’attendre à ce qu’Alinghi tente par tout les moyens (légaux*…) d’empêcher son utilisation en course.

Reste que la technologie existe, et vise aussi d’autres applications. Catch The Wind Inc. propose le “ ” pour le marché des : en mesurant la vitesse du vent 300m avant l’hélice, il permet d’anticiper ses variations, et d’agir sur l’incidence des pales pour extraire plus d’énergie des rafales ou éviter un ralentissement de l’hélice dans une dévente et ainsi rapprocher le rendement de la .

Ces appareils sont basés sur la “ ”, une technologie combinant et effet Doppler. La mesure de vitesse se fait avec un interféromètre semblable à ceux utilisés pour la par la méthode des vitesses radiales.

Ce genre d’engins tenait dans une camionnette il y a 20 ans, maintenant ils sont “portables”, peut-être remplaceront-ils bientôt tous ces petits anémomètres qu’on voit tourner partout avant de finir intégrés dans nos téléphones iFaitTout.

Note* : parce que bon, on pourrait aussi imaginer envoyer un rayonnement bien pensé vers l’appareil pour le brouiller…

Références

" " sur Wikipedia
sur Valencia Sailing
Philip L. Rogers, Kerry J.Vahala, “Laser doppler velocimeter” United States Patent Nr , 2008

Copenhague : Shut up and calculate*

Sun, 08 Nov 2009 00:00:00 +0000

Little Professor par draggin sur flickr

Soyons fous : à , adoptons la “ ”. Divisons la consommation d’énergie de l’Europe par 3, persuadons Obama de réduire celle des USA d’un facteur 6 et la Chine de stopper la croissance de la sienne pour que le monde entier se retrouve à la moyenne actuelle de sa consommation d’énergie, mais propre.

Un petit calcul sur la Suisse pour commencer :

7.5 millions d’habitants à 2000 W, ça donne une puissance de 15 Gigawatt à produire en continu.
donnent 141.5 (TWh) d’énergie à produire annuellement.
Nos barrages produisent 42.3 TWh
Les plans les plus optimistes pour le solaire+éolien prévoient 10 TWh en 2050. Dans le meilleur des cas, les énergies renouvelables couvriront donc 30% de nos besoins réduits d’un facteur 3 …
Heureusement, la société à 2000W nous permet tout de même 25% d’énergies fossiles, soit 36 TWh au maximum.
Les centrales nucléaires existantes fourniront 25.3 TWh jusqu’à ce qu’elles rouillent.
Restent 28 TWh à produire. Comment ???

Passons au calcul mondial :

7 milliards d’habitants (en 2012) x 2000 watts x 8766 heures = 116'580 Terawattheures
25% de pétrole, gaz, charbon : 29'145 TWh soit 2.5 milliards de , le quart de la consommation actuelle de charbon+pétrole+gaz , soit celle des années 1950:

Evolution de la consommation mondiale d’énergie. Source : J.-M. Jancovici (Manicore)
14'000 TWh de
la production actuelle , dont :
- 509 TWh de géothermie
- 5 TWh photovoltaïque… Allez, ajoutons les 45.3 TWh de solaire thermique pour les encourager …
- marémotrice et hydroliennes : autant que le photovoltaïque : 5 TWh
- et
- le reste, soit 12'607 TWh est actuellement produit par des centrales thermiques au charbon, gaz et pétrole. Normalement on devrait inclure ceci dans les 25% de pétrole, mais admettons qu’on équipe toutes ces centrales de systèmes de capture et de stockage du CO2, ok ?Admettons qu’on arrive encore à doubler la production hydroélectrique et multiplier par 10 la production des autres renouvelables pour atteindre 14'513 TWh. Vous pouvez multiplier par 100 le photovoltaïque si vous voulez, ça ne change rien. Arrondissons la production future d’électricité totale à 30'000 TWh
Total de la production : 73'145 TWh, soit seulement 60% de la consommation d’une humanité à 2000 watts. Comment produira-t-on les 43'600 TWh manquants ???

Je rappelle que ce scénario est basé sur des propositions environnementalistes actuelles qui impliquent une réduction d’un facteur 3 de la consommation d’énergie de l’Européen moyen…. Une utopie, passe encore, mais si le total ne joue pas, je m’inquiète…

*Note : Le titre de l’article “ ” est la devise attribuée à “ ”, active en mécanique quantique. Elle consiste à dire qu’à un certain niveau, il faut arrêter de s’interroger sur le sens philosophique ou métaphysique des choses, et se fier uniquement aux résultats des calculs…

Combien de Rendement

Wed, 04 Nov 2009 00:00:00 +0000

Votre banquier et les écolos environnementalistes vous le répètent à l’envi : il faut maximiser le rendement. Le moteur pétaradant de votre voiture du millénaire passé a un rendement inférieur à 30% à cause de , alors que le moteur électrique de votre véhicule du futur est 3x meilleur : 90% de l’énergie électrique qu’on lui donne sert à faire avancer la voiture. Y’a pas photo.

Sauf que.

Nuage de monoxyde de dihydrogène… Photo : Koert Michiels sur flickr

D’abord, pour calculer un rendement, il faut tenir compte de toutes les “sorties utiles” du système, pas seulement de la plus évidente. Les 70% de “perte” d’un moteur à essence sont de la chaleur gratuite qui réchauffe votre habitacle l’hiver et surtout qui tient vos vitres dégivrées. Avec son super rendement de 90%, la (100'000 Euros…) ne permet pas de rouler en hiver! La version 2 promise l’année prochaine sacrifiera environ 3 kW de précieuse puissance électrique pour remplacer doudoune et grattoir… Le même argument s’applique aux ampoules à basse consommation : , et certainement pas du CO2.

Ensuite, il ne faut pas oublier des éléments de la chaine : un moteur électrique a un rendement mécanique de 90%, mais la bonne batterie qui l’accompagne dans une voiture ne restitue que 90% de l’énergie de la charge. Rendement des deux : 81%. Et si on produit l’électricité avec une centrale nucléaire d’un rendement de 30%, le rendement global tombe à 24%. Finalement, les pistons ne sont pas si ridicules que ça…

Mais vous pensiez peut-être produire de l’électricité absolument propre avec ces toutes nouvelles ? Pour les voitures, c’est une . Mais surtout la Terre tourne et l’éclairement maximal n’a lieu qu’au solstice d’été à midi. Sur un an, la lumière moyenne à nos latitudes n’est que 20% de ce maximum. Rendement total du photovoltaïque : 20% de 35.8% = 7%… Idem pour l’éolien : la plafonne le rendement de l’hélice à 60%, mais à un , la puissance moyenne du vent n’est que le quart de la puissance max exploitable. Rendement total de l’éolien : 15%.

Les centrales nucléaires ont effectivement un rendement maximal limité à 30% par le (plus 70% de chaleur qui pourrait être utilisée en hiver), mais elles fonctionnent 90% du temps.

On pourrait rétorquer que, comme seuls environ 5% des atomes du combustible fissionnent, le rendement électricité produite / énergie potentielle du combustible est un lamentable 1.5% à tout casser. Mais même comme ça, l’électricité nucléaire est 2 à 10 fois meilleure marché que les énergies renouvelables.

Mais surtout, l’énergie nucléaire possède une marge de progression du rendement énorme, que n’ont pas les autres sources d’énergie. En principe, on pourrait tirer jusqu’à 20 fois plus d’énergie de chaque kg d’Uranium qu’actuellement. Ou en produire 20 fois plus longtemps, en produisant 20 fois moins de ces “déchets” radioactifs gorgés d’énergie potentielle. Voilà pourquoi le nucléaire est loin d’avoir dit son dernier mot.

de Graetzel aux great cells

Tue, 15 Sep 2009 00:00:00 +0000

Un événement me permet de consacrer un article complet aux relations complexes entre science, technique (industrielle) et économie : le professeur de l’EPFL vient de remporter le , presque aussi prestigieux que le Nobel, “ ses nombreuses contributions à la Science des matériaux nouveaux et en particulier pour avoir inventé et développé un nouveau type de cellule solaire photovoltaïque, la , la cellule à pigments photosensibles, plus connue sous le nom de ”. ,

Les premières cellules de Grätzel ont fonctionné au début des années 1990 alors que j’étais étudiant à l’EPFL. Pleins d’optimisme, on les surnommait déjà “great cells”. J’ai suivi (de loin) leur aventure, que je considère comme un exemple de la difficulté à transformer une magnifique avancée scientifique en produit commercial. Comme l’avait si bien dit un prof de marketing:

Les questions des scientifiques commencent par “ “, les techniciens se demandent “comment”, et les managers “combien”. Pour que ça marche, il faut répondre aux trois.

Pourquoi

D’un point de vue scientifique, l’invention de Grätzel est merveilleuse : un colorant qui se comporte comme une sorte de artificielle, convertissant le rayonnement solaire absorbé en électricité par un procédé très différent des habituelles en silicium.

Les DSSC sont faites d’un mélange colorant/solvant liquide, emprisonné entre deux électrodes transparentes, ce qui permet d’en faire des panneaux transparents de diverses couleurs suivant le colorant choisi:

Comment

Contrairement à la production de panneaux photovoltaïques en silicium, la production de cellules de Grätzel ne nécessite ni beaucoup d’énergie ni opérations délicates. On trouve même des soi-même. Le tout est de disposer des colorants et solvants ad-hoc, que l’on pourrait en principe produire en quantités industrielles.

Évidemment, il y a quelques problèmes à résoudre:

Les rayons UV dégradent la cellule, il faut ajouter une couche filtrant ce rayonnement indésirable
A basse température, le solvant peut geler : la cellule ne fonctionne plus jusqu’au dégel, ou définitivement…
Les colorants ne convertissant qu’une fraction limitée de la lumière en énergie, le rendement des DSSC est de l’ordre de 10%, nettement inférieur à celui des cellules au silicium (à moins de combiner plusieurs colorants)
La cellule doit être étanche pour éviter que le solvant ne fuie
La stabilité chimique à long terme des cellules a posé, et pose encore, de sérieux problèmes ,

Depuis près de 20 ans, plusieurs entreprises suisses, européennes et plus lointaines se sont heurtées à ces problèmes d’industrialisation avec plus ou moins de succès. Leurs chercheurs contemplent désormais les arbres avec un soupçon d’envie : ils savent que l’Evolution ne fait pas repousser chaque année des feuilles gorgées de chlorophylle toute neuve pour rien…

Combien

On a donc des cellules de rendement plus faible que les cellules au silicium, dont la durée de vie n’est pas supérieure, et dont le prix de revient actuel (2400 €/kWc) n’est pas meilleur marché que le silicium, que l’on produit désormais en couches minces et en grandes quantités…

Un avantage des cellules Grätzel que l’on voit au premier coup d’oeil, c’est la transparence, ou plutôt la translucidité. Depuis 20 ans Grätzel et les promoteurs des DSSC rêvent d’immeubles dont les vitrages produiraient de l’électricité. Mais encore beaucoup de “comment” barrent le chemin de la fortune : comment intégrer les “great-cells” a des vitrages isolants de grande surface ? Comment réaliser une connexion électrique fiable entre des centaines de fenêtres que l’on doit pouvoir ouvrir, laver ?

Un autre avantage de la technologie Grätzel est de pouvoir réaliser des cellules flexibles. est même parvenu à rendre le mélange solvant+colorant suffisamment pâteux pour être imprimé . Mais et d’autres arrivent à un résultat similaire avec du , à un prix comparable….

Certains imaginent pouvoir réaliser un jour des DSSC sous forme de couches de peinture : il suffirait de passer trois ou quatre couches différentes sur un mur ou un toit pour que la surface produise de l’électricité. Ca serait vraiment fantastique, mais dans ce domaine on en est encore au début des “comment”.

Après plus de 20 ans de recherche scientifique fructueuse et de développements spectaculaires de cette technologie, les cellules de Grätzel cherchent toujours un marché, une application où leurs avantages seraient décisifs. Après tant de publications, de brevets, de rapports et de mémos sur tous les “pourquoi” et les “comment”, il faut maintenant répondre aux “combien”. Ils sont tout simples : combien ça coûte, combien on peut en vendre, combien ça rapportera. Sans réponses à ces questions, les cellules de Grätzel ne deviendront hélas pas des “great cells”.

Références

Gratzel, Liska, “Photo-electrochemical cell”, 1990,
Graetzel, Nazeeruddin, O’regan, “Photovoltaic cells”, 1994,
Bari, “Electrolyte Composition”, 2009, Patent
Tributsch H., “Dye sensitization solar cells: a critical assessment of the learning curve”, Coordination Chemistry Reviews, 2004, 248, p1511-1530
A. Hinsch et al “ ” in “Progress in Photovoltaics: Research and Applications”, 2001, Volume 9 Issue 6, Pages 425 - 438

"Le Groupe E promet 2000 francs par kw/h de puissance installés"

Wed, 26 Aug 2009 00:00:00 +0000

Le monde se divise en deux :

ceux que le titre de cet article font hurler (de rire, de honte ou de terreur).
les autres, qui ne voient pas le problème, et auxquels cet article s’adresse prioritairement.

J’ai entendu cette horreur 2 fois , dont une sans la précision “de puissance installés”, et l’horreur est répétée noir sur blanc .

Commençons par la version “Le Groupe E promet 2000 francs par kilowattheure” entendue en premier. Comment un journaliste qui paie 20 centimes chaque kWh de sa propre consommation peut-il annoncer qu’on finance la production d’électricité solaire 10'000 fois plus cher, sans se rendre compte qu’il dit une grosse connerie ?

La seconde version entendue ce matin était “Le Groupe E promet 2000 francs par kilowattheure de puissance installée”. Ici nous avons affaire à la sempiternelle confusion entre répétée à l’envi par les journalistes qui dormaient pendant leurs cours de physique. Allez, on répète encore une fois : un moteur, un aspirateur, une turbine, une éolienne ou un panneau solaire éclairé, ça consomme ou fournit une électrique mesurée en (avec un W majuscule en l’honneur de James Watt), et cette puissance “accumulée” au cours du temps représente une énergie. L’énergie se mesure en Joules ou en (noté kWh : kilo=1000, fois 1 Watt, fois 1 heure)

La version écrite est la pire, puisqu’elle abrévie le “kw/h”. Argh! Horreur suprême démontrant la totale du journaliste : la barre oblique indique une division, or une puissance en kW divisée par une heure, ça donne une unité physique étrange, mais certainement pas une énergie! L’énergie, c’est une puissance multipliée par un temps.

Reste la faute d’accord de “installés”, puisque c’est bien la puissance installée, représentant la capacité de production instantanée de l’installation en plein soleil qui est ainsi encouragée.

Mais que représente cet encouragement? Il faut grosso-modo 10 m² de panneaux pour obtenir une puissance d’ 1kW à midi un jour d’été ensoleillé, et selon la , ces 10 m² produiront environ 1250 kWh d’électricité par an en Suisse. L’encouragement du groupe E correspond donc à environ 10 centimes par kWh produit pendant la durée de vie de cette installation, sachant que cette énergie est déjà à raison de plusieurs dizaines de centimes par kWh.

(suite ajoutée le 27.6.2009:)

Une autre unité dérivée des et très utile figure dans le paragraphe précédent : le kWh/an. C’est une énergie (kWh) divisée par un temps (1 an, ou 8760 heures). Or l’énergie est une puissance (kW) multipliée par un temps. Le kWh/an est donc une puissance multipliée par un temps et divisé par un temps : c’est en fait une puissance. Si notre installation produit 1250 kWh/an, ça signifie que notre installation solaire fournit une puissance moyenne de 1250/8760 = 143 Watts seulement, soit 14.3% de sa puissance installée de 1kW. Ce pourcentage s’appelle “ ”.

La faute aux nuages, à la nuit et à l’hiver : une installation solaire ne produira en moyenne que 15% de sa puissance installée sous nos latitudes. Par comparaison, . Désolé…. mais c’est comme ça.

Pourquoi seulement 2000 Watts ?

Sat, 02 May 2009 00:00:00 +0000

La “ ” est un concept élaboré à l’EPFZ consistant uniformiser la consommation totale d’énergie de chaque habitant de la planète à 2000 Watts de puissance continue, soit une énergie de 17'500 KWh ou 2'700 litres de pétrole par an. L’étude estime qu’en couvrant la production d’énergie correspondante avec 75% d’énergie renouvelable, les 25% issus d’énergies fossiles seront écologiquement supportables. La “société à 2000 Watts” est ainsi devenue le principe directeur du programme énergétique suisse, sous l’impulsion de Moritz Leuenberger . En Europe, la consommation d’énergie correspond à environ 6000W par personne. Il s’agirait donc de réduire notre consomation d’énergie de 2/3, alors que les états-uniens devraient diminuer la leur d’un facteur 6, tout en laissant le reste du monde se développer un peu:

Les presque 7 milliards d’humains consomment actuellement une puissance de l’ordre de 15 TeraWatt, soit à peine plus que 2000 W par personne en moyenne . Nous avons donc déjà une “société à 2000 Watts” à l’échelle planétaire.

Le “challenge” posé par le modèle est donc essentiellement de limiter l’utilisation de l’énergie fossile à 25%, soit 500W / personne. Mais si on y arrive, pourquoi se limiter à 2000W par personne ?

Les promoteurs des énergies renouvelable nous le répètent à l’envi :

avec 200 m² de panneaux solaires par personne, on peut facilement produire les 17'500 KWh/an correspondant à la puissance continue de 2000W requise.
il suffirait d’équiper quelques pourcents de la surface de nos pays (3% de la Suisse) pour produire la totalité de l’énergie requise au niveau national, ou de déporter cette production dans des zones désertiques comme le Sahara

Le même raisonnement existe avec les éoliennes, qui pourraient fournir 5x la consommation mondiale d’énergie à elles seules . Alors pourquoi ne pas tripler la surface de panneaux ou le nombre d’éoliennes et utiliser 6000W comme aujourd’hui , si on pouvait les produire proprement au même prix que l’énergie que nous consommons actuellement ? Il n’y a qu’une seule justification à la société à 2000W : c’est l’aveu qu’on n’arrivera pas à réduire le coût des énergies renouvelables au niveau des énergies fossiles et nucléaires. On nous prépare donc à une hausse du prix de l’énergie (à vue de nez un un triplement) en tentant de nous convaincre que notre peut être améliorée d’un facteur 3 sans que notre niveau de vie n’en soit affecté.

Le paradoxe de Khazzoom-Brookes

Le problème, c’est que de nombreuses données montrent qu’une amélioration de l’efficacité énergétique crée une augmentation de la consommation d’énergie, et non sa diminution ! Ce paradoxe est connu sous le nom de “postulat de Khazzoom-Brookes”

L’idée est la suivante : en augmentant l’efficacité énergétique d’un produit ou d’un service, il devient moins cher, donc plus de personnes peuvent se l’offrir, donc on consomme plus que ce qu’on économise … Parmi les nombreux exemples, on peut citer le qui permit de réduire d’un facteur 3 la quantité de charbon cramée par tonne d’acier, ce qui sonna le début de la production en masse d’acier au début de l’ère industrielle.

Plus près de nous, pensez aux voyages en avion : une traversée de l’Atlantique dans un petit coucou était réservée au gratin dans les années 1950, et aux personnes aisées dans les années 1970. Après le choc pétrolier, les avions deviennent plus gros, initialement dans l’idée de réduire le nombre de vols. De ce fait, ils consomment moins par passager (dommage pour le Concorde) et aujourd’hui presque tout le monde peut se payer un voyage transatlantique. L’amélioration énergiétique de nos maisons, voitures, ampoules et ordinateurs n’est donc pas un objectif écologique, mais d’une logique purement économique qui vise à diminuer le cout des produits pour en élargir le marché. Si nous sommes capables de réduire notre consommation d’énergie, que ferons-nous avec l’argent économisé si ce n’est d’acheter d’autres produits et services, nécessitant de l’énergie ?

En route pour la société à 2 MegaWatts !

En 1964, l’astronome russe de mesure du niveau technologique des civilisations terrestres et extra-terrestres par l’énergie dont elles disposent:

Niveau I : toute l’énergie solaire disponible sur leur planète (~1016 W)
Niveau II : toute l’énergie de leur étoile, captée par une par exemple (~1026 W)
Niveau III : toute l’énergie de leur galaxie (~1036 W)

proposa la fonction suivante pour obtenir une échelle continue, W étant la consommation d’énergie en Watts :

$K = \frac{\log_{10}{W}-6}{10}$

Sur cette échelle, l’humanité se situe actuellement autour de K=0.7, avec un taux de croissance de 0.1 / siècle environ. D’ici 300 ans, nous devrions nous approcher du niveau I en consommant 1000x plus d’énergie qu’aujourd’hui. Pour produire autant d’énergie à une fraction du coût actuel, nous ne couvrirons pas la planète d’éoliennes ou de panneaux solaires. Nous pourrions mettre en orbite, mais la sera plus probablement la source primaire. Comment peut-on imaginer utiliser tant d’énergie ? Peut-être en désalinisant la mer pour arroser des déserts. En construisant des tunnels intercontinentaux ou des trains circuleraient sous vide (efficacité énergétique oblige) à plus de 1000 km/h. En transformant le Lune en station touristique (mon rève depuis le 20 juillet 1969). En .

La société à 2 Kilowatts n’est pas un objectif, c’est l’aveu anticipé d’une défaite. Pour un objectif réaliste, ambitieux et qui fait rêver, visez la société à 2 MegaWatts !

Références

Moritz Leuenberger allocution à la Conférence du G8-UE sur l’efficacité énergétique , 20.04.2007
Archer, C. L., and M. Z. Jacobson “ , 2005, J. Geophys. Res., 110
" ", 2007, Canadian Energie Research Institute
, Jean-Marc Jancovici, le site de référence en matière d’énergie
Harry D. Saunders, “ ” , 1992, The Energy Journal, 13(4), p.130-147
Jeff Rubin, “ ”, Novembre 2007, StrategEcon
sur Wikipedia (traduit de l’anglais par Dr. Goulu)

L’énergie dans le monde :

le passé et les avenirs possibles

la voiture électrique ne sera pas solaire

Wed, 04 Mar 2009 00:00:00 +0000

S’il devient techniquement possible de réaliser des , encore faudra-t-il produire proprement l’électricité pour les alimenter (ou l’hydrogène, ça revient pratiquement au même) .

Certains imaginent que l’énergie solaire pourrait être une solution, mais ils oublient de tenir compte de quelques éléments essentiels:

le prix de l’électricité sur le varie d’un facteur 3 à 10 (!) chaque jour : entre 3h et 6h du matin, la surproduction des centrales thermiques (et nucléaires) est disponible à très bas prix, alors que la puissance est très recherchée lors des pointes de midi et du début de soirée.

]

Une installation photovoltaïque produit de l’électricité justement pendant la journée, ce qui fait que le kWh peut être vendu , soit à un prix permettant de couvrir les couts “seulement” 4 à 10 fois plus cher que le prix du marché …

En principe, on roule la journée avec nos voitures, et la nuit elles sont parquées. Ca tombe très bien : on rechargera les voitures électriques avec de l’électricité bon marché pendant le creux de consommation.

Une magnifique aberration. Mademoiselle, tournez au moins le panneau vers le Soleil, par pitié !

Pour minimiser le nombre de nouvelles centrales thermiques qui devront être construites, il faut combler la baisse de demande nocturne en exploitant toutes les formes de stockage d’énergie : recharger les voitures, produire de l’hydrogène, ou comprimer de l’air et pomper de l’eau dans les lacs alpins pour produire les pics du lendemain.

Mais n’en déplaise à mes compatriotes de et de (lancé par M.Hayek ), stocker de l’électricité solaire dans une bagnole est une aberration.

Sources:

: il suffit de s’inscrire (gratuit) pour obtenir les prix de l’électricité heure par heure depuis 2001
Blog “ ”

Manicore

Sun, 15 Feb 2009 00:00:00 +0000

Jean-marc Jancovici

Je m’étais lancé dans un article fleuve sur le CO2, les énergies du futur et leur liens avec l’économie mondiale… Et puis j’ai réalisé que tout ce que j’avais à en dire figure déjà sur un site absolument génial : .

C’est le site de , ingénieur conseil indépendant spécialiste de ces domaines, mais surtout capable de les vulgariser très efficacement grâce à un style décontracté, souvent amusant, ou l’auto-dérision côtoie les informations les plus sérieuses et fiables . Il est un des auteurs de la méthode “ de l’ADEME, un de ses , et vient de publier deux livres de plus

\[4\]\[5\]

Manicore.com détaille plusieurs sujets déjà esquissés sur Dr. Goulu comme une (c’était ), l’ ( ), le ( ), le (j’en ai causé ), les ( ), le (c’était ), les (encore ) plus évidemment une foule d’autres avec abondance de données chiffrées, de graphiques parlants et de sources citées.

A part cela Jean-Marc Jancovici bouleverse aussi beaucoup les idées reçues, par exemple sur ou le , et les solutions qu’il préconise sont aussi peu populaires que douloureusement inévitables selon lui : induite par une sur les combustibles fossiles, avec maintien voire dans l’intervalle.

Personnellement je ne suis pas encore convaincu que l’ (ci dessous) n’admette pas d’autre solutions que les siennes.

Emissions de gaz carbonique = Contenu en gaz carbonique de l’énergie * Efficacité énergétique de l’économie * Production par personne * Population

En particulier, il me semble que l’efficacité énergétique (produit des deux premiers facteurs, donc le CO2/$ PIB) a encore une large marge de progression. La , soit un score situé entre le Salvador ou la Papouasie Nouvelle-Guinée, alors que la France est à 0.78, les USA à 1.77 et la Chine à 2.03, ce qui laisse une bonne marge de progression.

De plus, le dernier terme ne doit pas être négligé : pourquoi taxer le CO2 et continuer à favoriser la natalité ? Loin d’envisager des mesures drastiques à la chinoise ou de souhaiter guerres ou épidémies, je m’interroge : pourquoi mes voisins français sont-ils si fiers de détenir le ? C’est anti-écologique ! Si on ne réduit pas la population, il y aura tout simplement plus d’humains à se partager les mêmes ressources limitées…

Bref, le site Manicore.com est une mine indispensable d’information et de réflexion sur les problèmes économico-écologiques du monde, à visiter et à bookmarker d’urgence.

On y trouve même une de circonstance en cette année Darwin.

Le seul défaut de Manicore.com est de ne pas être un blog, donc de ne pas offrir de flux RSS pour être informé des nouvelles publications (il y a bien un vieux système de newsletter…) Aussi ai-je utilisé le service gratuit de * pour créer un flux RSS à partir de la page web listant les nouveautés, et ça marche ! Le .

(*avant j’utilisais PonyFish.com mais ce service a été supprimé, puis FeedEyes qui ne marchait plus bien…)

Les livres:

Hervé le Treut, Jean-Marc Jancovici, “ ”, 2001 (réédité en 2004 ), Flammarion
Jean-Marc Jancovici (2002). L'avenir climatique. Seuil.
Jean-Marc Jancovici, Alain Grandjean, “ ”, 2006, Seuil (réédité en poche en 2008 )
Jean-Marc Jancovici, “ ”, 2009

Energie Hydrolienne

Sun, 07 Sep 2008 00:00:00 +0000

Dans un , j’ai mentionné que les turbines Pelton et Francis utilisées en hydroélectricité ont un rendement très supérieur (~90%) aux hélices des éoliennes, qui ne peuvent dépasser la , égale à 16/27 = 59%. Cette limite n’est pas due au fluide, air plutôt qu’eau, mais aux caractéristiques d’un écoulement ouvert : si une hélice a une surface trop grande et freine trop l’air, le vent va contourner l’hélice plutôt que de passer à travers. L’air étant peu dense, il ne fournit beaucoup d’énergie que dans des vents assez violents , et qui sont de plus peu prévisibles.

Par contre, l’eau ayant une densité 800 fois supérieure à l’air, il pourrait être intéressant d’installer des

\[1\]

sous l’eau, dans les courants marins et en particulier dans les courants de marée, plus rapides et parfaitement prévisibles. Les sites idoines ne sont pas nombreux mais le potentiel européen est tout de même estimé à 10 TWh, essentiellement dans la Manche. Ce potentiel équivalent à celui de l’éolien en France a convaincu EDF d’installer quelques hydroliennes pilotes au large de Painpol d’ici 2011

\[2\]

Quelques entreprises proposent déjà différents types d’hydroliennes:

l’entreprise française propose des modules de 5 hélices de 10m produisant 1MW
a axé ses développements sur un inconvénient des hydroliennes : la difficulté d’entretien. Leurs solutions permettent de remonter facilement les hélices en surface

La "Pentland Firth Turbine" de Tidal Stream, avec 4 hélices de 20m produisant 4MW. A coté, une éolienne de la même puissance.

est la plus avancée : elle a déjà réalisé deux installations pilotes en Angleterre:
- SeaFlow fournit 300 KW à depuis 2003
- , d’une puissance de 1.2 MW, installé cette année à en Irlande

le bras de SeaGen, portant 2 hélices de 15m de diamètre

D’autres idées émergent pour exploiter les courants marins, comme cet aileron de requin géant projeté par

\[3\]

Un aileron de 15m de haut pourrait produire 2 MW avec un rendement de 90%. Le chiffre parait haut, mais il est vrai que peu de poissons préfèrent les hélices…

sources :

sur Wikipedia
sur
, un blog entièrement consacré à ce sujet

Potentiel hydroélectrique

Sat, 06 Sep 2008 00:00:00 +0000

En Suisse, les barrages alpins construits au milieu du siècle passé produisent 60% de l’électricité. En France, ce n’est “que” 14%, mais c’était plus de 50% dans les années 1950. L’opinion générale est que le potentiel hydroélectrique a été utilisé, donc qu’il faut désormais tabler sur les “nouvelles énergies renouvelables” que sont le solaire et l’éolien, ce qui sous-entend que l’hydraulique en est une vieille, dépassée. Est-ce juste ?

Selon un rapport récent du MINEFI

\[2\]

, la France n’exploite que 70 TWh de son potentiel de 98TWh et pourrait produire 23TWh de plus simplement en développant ses installations existantes, en encore 5TWh avec de mini turbines qui produisent de l’électricité plus chère (mais on pourquoi pas ceux à eau ? ) Pour quelques milliards, EDF pourrait donc accroitre de 5% la part d’hydroélectricité, qui offre donc un potentiel supérieur à l’éolien (2% environ) à un cout moindre.

Le barrage d’Emosson, à la frontière franco-suisse. Il appartient en partie à EDF et en partie au CFF, les chemins de fers suisses, et sert de base à la future installation de turbinage-pompage "Nant de Drance"

Une énergie modulable

De plus, l’hydroélectricité a deux avantage décisifs sur toutes les sources d’énergie électrique disponibles actuellement :

on peut mettre en service en 3 minutes chrono une turbine électrique au moment où la consommation d’énergie augmente (elle varie typiquement de 30% en fonction des heures de la journée). Il faut 11h pour une centrale thermique et 40h pour une tranche nucléaire \[1\]. La production solaire suit par chance grosso-modo la variation de la demande, quand il y a du soleil (ce qui fait qu’il est aberrant de vouloir produire de l’hydrogène par électrolyse avec du courant solaire). Et les éoliennes, elles marchent quand ça souffle…
c’est actuellement le seul moyen de stocker de grosses quantités d’énergie. Quand les centrales nucléaires et thermiques produisent trop d’électricité, ce qui arrive toutes les nuits, la seule chose que l’on puisse faire aujourd’hui est de pomper de l’eau dans les barrages pour la turbiner le lendemain. Le rendement énergétique d’un cycle est très bon, proche de 80% pour des installations récentes, et le rendement économique est fantastique : le kWh acheté 4 centimes la nuit peut parfois être revendu plus d’un franc 12 heures plus tard ! Un placement à 2500% par jour, en liquide, ça vous dirait ?

L’hydroélectricité n’est dont pas une alternative parmi d’autres : c’est un élément indispensable pour un approvisionnement en électricité optimisé, et son potentiel n’est pas épuisé, loin s’en faut.

Une énergie concentrée + un rendement élevé

L’eau de pluie est collectée naturellement dans les bassins versants et concentrée dans des cours d’eau que l’on peut exploiter de deux façons :

en altitude, on la capte à l’aide de barrages dans des conduites forcées et on l’injecter sous haute pression après une chute de l’ordre de 1000m sur une , une antique turbine conçue en 1879 (oui, plus d’un siècle)
sur les fleuves, de petits barrages font tomber des masses d’eau de quelques mètres sur des , inventées aussi au XIXème siècle.

Voici les caractéristiques de ces antiquités comparées à une éolienne et à des cellule photovoltaïques du 21ème siècle, pour ne pas dire du futur (il m’arrive de douter légèrement du progrès, pas vous ? ) :

	Pelton	Francis	Eolienne	Photovoltaïque
diamètre	1-3m	1-10m	80m	144m (16'000 m2)
rendement	90%	80 - 95%	max 59% ( )	10-40%
puissance	60-400 MW	1 - 100 MW	2 MW	2 MW

Ces chiffres montrent qu’un tout petit potentiel hydroélectrique est équivalent à un énorme potentiel éolien ou solaire grâce à l’effet d’entonnoir naturel décrit plus haut, et à la densité de l’eau.

Conclusion:

L’hydroélectricité produit 90% de l’énergie renouvelable de la planète et reste une technologie très compétitive et efficace. Construire des barrages est un travail de titan, avec des retombées humaines et écologiques non négligeables comme on l’a vu d’ aux , mais il n’existe pas d’autre moyen de produire de l’électricité de façon aussi propre, flexible et efficace.

Le potentiel de cette source d’énergie est très important dans de nombreux pays en développement, notamment en Afrique, où il peut fournir de l’électricité à un prix très bas comparé au solaire qu’on voudrait leur fourguer sous prétexte que là bas il y a du soleil.

Dans les pays industrialisés, les sites facilement exploitables ont été exploités pendant près de 50 ans. Maintenant, avec les techniques modernes, les barrages peuvent être agrandis, l’eau captée dans des bassins secondaires, et le stockage par turbinage-pompage permet maintenant de rentabiliser des investissements qui ne se justifiaient pas il y a quelques années.

Avant de subventionner les énergies diluées que sont l’éolien et le solaire, nous devons exploiter au mieux toute l’eau disponible, la seule source d’énergie à la fois propre, flexible et bon marché.

Sources:

“ ”, Actu-Environnement.com - 17/01/2007
. Mars 2006
un site très complet sur l’électricité, et la production et consommation en Suisse en particulier.

Rentabilité des éoliennes

Sat, 30 Aug 2008 00:00:00 +0000

de ce week-end consacre à l’énergie éolienne, décrite dès les premiers mots comme “particulièrement rentable”. Voyons s’il faut vraiment investir dans le vent.

Selon l’article, la , mise en service récemment à Collonges a couté 5 Millions de francs suisses et en rapportera 850'000 par an, ce qui permettra de l’amortir en 5 ans. D’abord, 5'000'000/850'000 ça fait 5.8 , donc plutôt 6 ans que 5, et seulement si on ne doit pas payer d’intérêts sur les 5 millions. Avec un taux raisonnable de 5%, c’est près de 9 ans qu’il faut pour amortir l’installation. Passe encore.

Mais surtout, l’éolienne produira 4.4 millions de kWh par an, et en divisant 850'000 Frs par ce nombre on obtient le prix de revient du kWh produit par cette merveille technologique : 19.8 centimes*, soit le double du prix du kWh produit par les installations hydroélectriques et le quadruple de celui des centrales thermiques, nucléaires ou à gaz !

Selon les lois du marché, cette éolienne est une aberration économique car personne de sensé n’achèterait de l’électricité à ce prix là. Mais voilà, des décisions politiques ont faussé le jeu : à coups de subventions mais surtout en obligeant les distributeurs d’électricité à , il devient intéressant de construire des moulins à vent parce que les clients sont obligés d’acheter !

Il ne faut donc pas s’y tromper : ce qui est “particulièrement rentable”, ce n’est pas l’énergie éolienne, mais bien de puiser dans le porte-monnaie du contribuable-consommateur.

A quelques kilomètres de Collonges, l’installation du va produire 1500GWh par an, soit l’équivalent de 341 énormes éoliennes. L’installation coutera 700 millions de francs suisses, soit le prix de 140 éoliennes “seulement”. Elle produira donc du courant tout aussi propre, sans bruit et avec un impact minime sur le paysage, mais surtout à moins de la moitié du prix de l’éolienne… Et en plus, le Nant de Drance produira l’électricité quand on en aura besoin, pas seulement quand il y aura du vent.

Le plus incroyable, c’est que les installations comme le Nant de Drance seront obligées par la loi à acheter le courant éolien produit la nuit quand personne n’en veut, l’utiliser pour pomper de l’eau vers les hauteurs, puis à la turbiner en journée pour revendre cette énergie, avec une perte à la fois énergétique et financière.

Voilà comment une énergie renouvelable chère devient “rentable” en renchérissant une autre énergie renouvelable bon marché…

Note* ajoutée en 2011 : centimes de francs suisses, environ 15 centimes d’Euro

Références:

“ ” sur ifrap.org. (ajouté le 6.9 : un très bon article sur la situation en France)
“ ”, Groupe de Réflexion sur l’énergie et l’environnement au XXIème siècle de la Société Française d’Energie Nucléaire ( )

Stockage du CO2 : rêve et réalité

Fri, 01 Aug 2008 00:00:00 +0000

Réduction du CO2 : rêve et illusion

Le est du en (très) grande partie au dégagement de CO2 du aux combustibles fossiles : pétrole (42%), gaz (18%) et, ne l’oublions pas, charbon(40%).

Espérer résoudre ce problème en limitant la consommation de ces combustibles est illusoire:

d’une part il est trop tard : des réductions de quelques pourcent du CO2 dégagé n’auront vu le taux de CO2 déjà présent dans l’atmosphère.
d’autre part est non seulement inévitable, mais planifié.

Si on réalise que le “pic pétrolier” que nous sommes en train de traverser signifie que seule la moitié du pétrole facile à extraire a déjà été brulé, que le “pic du gaz” n’arrivera que dans quelques décennies et celui du charbon dans un siècle et que des raisons économiques font qu’ , il faut se rendre à l’évidence : la réduction du CO2 par la réduction de la consommation est une illusion.

Captage et stockage

Une autre voie est possible : le captage et le stockage du CO2 sous une forme moins néfaste. Les idées sont sorties des labos et les premières expérimentations à taille industrielle sont en cours, encouragées entre autres par le lancé par Richard Branson en février 2007. Il offre " un prix de $25m a quiconque peut démontrer à la satisfaction des juges un système commercialement viable qui résulte en la soustraction de gaz à effet de serre d’origine humaine de façon à contribuer matériellement à la stabilité du climat de la Terre."

Le problème peut être décomposé en 2 sous-problèmes :

capter le CO2, soit à la sortie des chaudières et moteurs où il est produit, soit une fois dilué dans l’atmosphère
stocker le CO2, ou surtout le Carbone.

Le cycle du carbone

Commençons par analyser le et les phénomènes naturels qui absorbent directement le CO2 de l’atmosphère, les “ ”:

la photosynthèse : la végétation capte chaque année 62 Milliards de tonnes de Carbone (GtC), 10 fois plus que les 6 GtC correspondant aux 22 Gt de CO2 dégagés par l’activité humaine ! Ou est le problème alors ? Et bien la biosphère rejette 60 GtC/an pour la respiration. Il reste quand même 2 GtC/an, l’équi transformés en bois, en feuilles mortes, en aliments ou en biocarburant. Mais la déforestation actuelle dégage 1.9 GtC/an et annule donc presque totalement l’effet de la photosynthèse.
De même 2GtC/an se dissolvent dans l’océan, qui contient 52 fois plus de CO2 que l’atmosphère, mais seuls 0.4 GtC/an sont transormés en calcaire (et en fossiles) par le corail et autres bestioles. Petit rappel : les montagnes calcaires comme le Jura ont été formées ainsi et contiennent l’équivalent de 37'000'000 de GtC (37 millions de gigatonnes = 37 pétatonnes, ou exakilos ou encore zettagrammes de Carbone), l’équivalent de 50 millions d’années de pollution humaine …

Dans cet article , l’auteur estime qu’il faut extraire le CO2 directement de l’air et cite différents procédés pour le faire. Mais les puits de carbone naturels fonctionnent grâce à leur énorme surface permettant de capter le CO2 qui ne représente que 0,0375% de la composition de l’air. De ce fait, je suis assez sceptique sur les approches du type “ ”…

Par contre, faciliter le travail de la nature me parait une approche intéressante. Des expériences de ont montré que la chose est possible, à défaut d’être réellement efficace pour l’instant.

Le Captage

Une partie importante du CO2 est dégagé par de grandes installations : les centrales thermiques (34%), l’industrie lourde (25%). Et si nos véhicules fonctionnaient à l’hydrogène, le CO2 qu’elles dégagent actuellement (23%) proviendrait des

C’est pourquoi des entreprises comme ont développé des technologies de captage qui sont aujourd’hui en phase d’expérimentation avant d’être disponibles industriellement autour de 2014. Il y a :

le “captage en postcombustion” qui permet d’extraire ~90% du CO2 des gaz d’échappement de centrales à charbon à l’aide d’amoniaque réfrigéré
l’“oxycombusion” consiste à bruler les combustibles dans de l’oxygène pur au lieu d’air. On obtient ainsi des gaz composés uniquement de CO2 et d’eau, et après refroidissement, du CO2 pur. Le problème est alors d’obtenir de l’oxygène aussi bon marché que pur, et il existe deux voies :
1. avec la séparation cryogénique, on distile l’air : à -185°, l’oxygène se liquéfie et l’azote reste gazeux. Refroidir pour mieux brûler … le procédé est gourmand en énergie…
2. la “combustion chimique en boucle” (CLC : ) est un nouveau procédé utilisant un oxyde de métal alternativement oxydé par l’air et réduit par le combustible. Etonnant est prometteur.
la “précombustion” consiste à ôter le carbone des combustibles fossiles avant de bruler ce qui reste, à savoir de l’hydrogène. C’est ainsi actuellement, mais Alstom n’a pas l’air d’y croire comme moyen industriel de produire de l’énergie car cette approche ne s’adapte pas aux centrales existantes.

Le stockage

Une fois capté, que faire de tout ce CO2 ? Il existe déjà plusieurs et de nombreux autres sont sur le point de démarrer. Fondamentalement, il existe

le “stockage structurel” consiste à emprisonner le CO2 gazeux dans des poches géologiques. En gros, on “gonfle des trous” avec du CO2. [Depuis peu ]( ) par exemple, 100 tonnes de CO2 provenant d’une sont injectées quotidiennement à 700m de profondeur dans une couche d’argile en Allemagne. Mais il subsiste le risque qu’un défaut d’étanchéité libère le gaz dans quelques années ou quelques siècles.
le “stockage résiduel” consiste à faire absorber le CO2 à des sols “spongieux” dans lesquels des bulles de CO2 se retrouvent emprisonnées dans des cavités minuscules. On envisage injecter ainsi du CO2 gazeux dans des gisements de pétrole épuisés, mais ça pourrait marcher aussi avec du CO2 liquide dans du sable. Ce type de stockage serait plus durable et plus sur : par analogie, il faut écraser une éponge sous l’eau plusieurs fois pour qu’elle relâche l’air qu’elle contient. Dans un monde parfait, on pourrait même optimiser l’extraction de pétrole d’un puits en y injectant le CO2 produit par le reformage sur place du pétrole en hydrogène, le tout produisant un mix d’électricité, d’hydrogène, de pétrole voire d’eau …
le stockage par solution dans l’eau. Comme on le voit avec une bouteille d’eau minérale, le CO2 se dissout très bien dans l’eau. on pourrait donc l’injecter “facilement” dans l’océan. Cependant, ceci accélèrerait qui pourrait avoir des effets très néfastes à long terme. Comme on le voit sur le graphique, la diminution du pH déjà notée en surface mettra 400 ans à se répercuter au fond des océans … D’un autre côté, si on considère qu’il y a déjà 37'000 Gt de CO2 dissous dans les mers, ce n’est pas quelques dizaines de plus qui devrait causer un gros changement… cite plusieurs méthodes possibles d’injection de CO2 dans l’océan et mentionne le fait, qu’injecté à grande profondeur, le CO2 pourrait y rester de manière stable sous forme d’hydrates liquides qui ne contribueraient pas à l’acidification.
le stockage sur et à long terme, c’est le stockage minéral. Dans plus de 10'000 ans, le corail aura transformé une bonne part de notre pollution en montagnes de calcaire. Si on n’a pas la patience d’attendre, on peut accélérer le mouvement en injectant le CO2 par exemple dans le basalte des fonds marins, qui est basique (le contraire d’acide…) ce qui produit de la calcite, de la magnésite et de la sidérite (voir [l’excellent article de Benjamin ]( .

Economiquement viable ?

Les scientifiques ne manquent donc pas d’idées pour capter et stocker de grandes quantités de CO2. Sur le plan technique, on sait le faire et on est en train de tester ces procédés à grande échelle. Mais pourra-t-on les financer ? Ce n’est pas seulement Richard Branson qui demande une solution commercialement viable, mais toute l’économie : si c’est trop cher, on continuera à polluer.

Le système de stockage allemand a coûté €35 Millions et permet de stocker la production de CO2 de 22000 voitures. Si on admet qu’il durera aussi longtemps que les véhicules (disons 10 ans), ça représente €1590 par véhicule auxquels il faut ajouter les coûts de fonctionnement de l’installation. Pas bon marché, mais jouable, surtout si on considère que ce n’est qu’une installation pilote de faible capacité.

Oui, le stockage du CO2 sera probablement économiquement viable. Peut-être même plus que les “énergies renouvelables”. Après les fonds d’investissements verts, les noirs ne vont pas tarder.

Idées à $25m

Voici quelques idées pour gagner les $25 millions du . Si vous gagnez grâce à l’une d’elles, pensez à moi, je me paierais bien une Lamborghini à hydrogène un de ces jours…

Arrêter la déforestation. Ca représenterait à la fois une réduction de 25% des dégagements de CO2 et un système de captage de 1/3 du CO2 produit. Qui dit mieux ?
Favoriser la pousse du corail. Actuellement le réchauffement de l’eau cause plutôt des ravages sur les récifs, mais si des espèces plus adaptées apparaissent ou sont favorisées (du corail OGM, M. Monsanto ?), le corail n’aura aucun problème à pousser aussi vite que la hausse du niveau des mers, et protéger les iles menacées de disparition par la même occasion.

Références

, Cité des Sciences
, Nouvel Obs, 1.7.2008
sur le Bacterioblog de Benjamin
, vidéo de Science Friday sur la séquestration de CO2 dans les océans

le dessous des cartes de l'énergie

Thu, 12 Jun 2008 00:00:00 +0000

S’il y a une émission francophone qui arrive au niveau des pour éclairer le monde d’une synthèse rigoureuse de faits imparables, c’est sur Arte (le samedi à 20h). Malheureusement, elle n’est pas disponible sous forme de , mais les au prix de 1€ le visionnement.

C’est vraiment dommage qu’Arte espère grapiller ainsi quelques euros au lieu de mettre ces chefs-d’oeuvre au patrimoine gratuit de l’humanité en se faisant au passage un peu de pub.

D’autant qu’évidemment, , on trouve “illégalement” toutes les émissions sur les sites de vidéo en ligne, ce qui permet de les faire connaitre à ceux qui en ont besoin. Voici par exemple des faits, rien que des faits, et un tout petit peu d’extrapolation à moyen terme (2030) sur les besoins de l’humanité en énergie:

\[dailymotion id=xt5sfr\]

Je sais que ce n’est pas très permis, mais monsieur Victor je vous aime, je vous fais de la pub, j’achète , alors c’est pour la bonne cause…

(13.5.2013 : remplacé le lien vidéo cassé, peut être pas exactement la même vidéo)

Chauffage : Bois, Mazout, ou Electricité ?

Thu, 29 May 2008 00:00:00 +0000

En entassant 2 stères de bois dans notre garage, je me suis demandé quelle énergie ils dégageraient en brûlant dans le poêle l’hiver prochain, et quelle économie de chauffage nous réaliserons ainsi. Voilà la réponse, d’après , en simplifiant :

source : ITEBE

Nous avons payé Frs 120.- / stère, donc en comparant les énergies équivalentes:

Frs 90.- pour les 3/4 de stère
Frs 124.- pour 1000 kWh d’électricité au que nous utilisons pour nos radiateurs à accumulation
Frs 134.- pour les 100l de mazout (=fioul hexagonal) au du jour

Pas de doute : en brûlant 3 à 4 stères de bois chaque hiver, nous économisons environ Frs 120.- d’électricité. Ca vaut la peine si on ne compte pas le temps passé à faire le tas … Et si on avait un chauffage au mazout, ou du terrain, ce serait le moment de passer à la pompe à chaleur.

L'essence à prix d'or noir

Sat, 24 May 2008 00:00:00 +0000

Dans son article , Yvette Jaggi constate que l’augmentation du prix de l’essence souhaitée par les Verts n’a pas d’effet sur la consommation. J’y ai soumis le commentaire suivant:

Irving Oil refinery par TheProgrammerAnalyst sur Flickr

La demande en essence est notoirement “inélastique” : une hausse des prix de 10% ne provoque une baisse de consommation que de s. Ceci pourrait changer brutalement si le pétrole devenait plus cher qu’une énergie de remplacement. Comme un litre d’essence fournit l’équivalent de 13.7 kWh d’électricité, soit Frs 2.70 à 20 cts/kWh, on peut donc penser que le moment approche où la mobilité basée sur le pétrole sera remise en question.

Mais si on considère qu'1 Fr par litre est en réalité un impôt et qu’à long terme l’Etat devra soit également taxer l’hydrogène ou l’électricité utilisée pour la mobilité individuelle, soit augmenter d’autres impôts, il faut se rendre à l’évidence : le prix du brut doit encore tripler avant que les énergies de substitution deviennent compétitives.

De plus, si le pétrole vaut aujourd’hui 130$ le baril, il faut savoir que seuls les gisements où les couts d'extraction sont inférieurs à $15 le baril sont actuellement exploités. Même en comptant le transport, le raffinage et de gros bénéfices, les pays producteurs de pétrole ont une large possibilité de maintenir les prix du pétrole au dessous du prix des énergies alternatives jusqu’à l’épuisement de leurs gisements. Qui peut leur reprocher d’exploiter au maximum leur ressources naturelles, et même d’en abuser si elles ne leur coutent pratiquement rien?

D’autres pays, comme le Canada par exemple, attendent avec impatience que les prix du pétrole montent de façon définitive à des niveaux leur permettant d’exploiter à leur tour de lucratifs gisements de schistes bitumineux ou de charbon…

Le prix actuel du pétrole est un peu du à la spéculation, un peu à la hausse du dollar, beaucoup à la baisse de la production russe suite à une énorme taxe à l’exportation imposée par le Kremlin. Mais à long terme il n’y a que peu de doute : le prix du pétrole augmentera encore, puis se maintiendra pendant des décennies juste en dessous des énergies favorisées par les “verts” et ceci jusqu’à épuisement des ressources.

Le roadster Tesla disponible en Europe

Tue, 06 May 2008 00:00:00 +0000

La voiture de sport électrique américaine “Tesla” dont j’ai déjà causé va prochainement être . Ce n’était apparemment pas prévu, mais Tesla Motors a soudain décidé de réserver 250 exemplaires à ce côté ci de l’Atlantique. Le prix de €99'000, à comparer aux $109'000 que coute la machine aux USA, explique peut-être le soudain intérêt de Tesla pour l’exportation…

La voiture accélère de 0 à 100 km/h en 4 secondes grâce à un moteur de 185 kW (~248 chevaux!) qui fournit 270 Nm de 0 à 6000 tours. Elle atteint 200 km/h en pointe (à 13'000 tours) et roule 365 km avant de nécessiter une recharge pendant 3h½.

Conçue sur une base de Lotus Elise, la Tesla n’est pas très grande mais pèse tout de même 1.2 tonnes, soit 300kg de plus que sa maman à essence. La faute à 400 kg de batteries lithium-ion, qui rendront l’âme vers 160'000 km.

L’idée de lancer des véhicules électriques dans le haut de gamme me parait excellente : les clients prêts à payer (trois fois plus cher) pour un véhicule propre et silencieux que pour son équivalent pétaradant ne sont pas très nombreux, donc autant viser ceux qui sont attirés par l’exclusivité ou qui souhaite apparaitre comme écolopolitiquement corrects. Pour les autres, …

sources:

les différents de l’entreprise.
sur AutoblogGreen

Radiateurs à Téraflops ?

Sat, 17 Nov 2007 00:00:00 +0000

"Human Energy" par Caneles

En réfléchissant un peu sur le sujet des , je me demande si je ne devrais pas également remplacer mes radiateurs électriques * par des appareils utilisant plus efficacement l’énergie.

Le problème est que, par définition, un radiateur électrique a un rendement de 100% : 100% de l’électricité consommée est convertie en énergie considérée comme utile, soit de la chaleur. Apparemment on ne peut pas faire mieux.

Heureusement, la chaleur a la particularité d’être l’énergie de “qualité” la plus basse, celle qui en définitive résulte de tous les processus physiques normaux (frottements, combustion et oxydation, résistance électrique, induction etc), alors que l’électricité est la forme d’énergie la plus noble : on peut en faire ce qu’on veut avec un excellent rendement. C’est-ce qu’on appelle l’ .

Donc pourquoi faire de la chaleur directement en passant un courant électrique dans un corps de chauffe ? c’est un gaspillage inouï ! Autant en faire quelque chose de plus utile, qui lui-même produira de la chaleur par effet secondaire. C’est notamment le cas avec les à incandescence, faites pour faire de la lumière, mais qui chauffent aussi.

Mais le meilleur radiateur que l’on puisse faire actuellement, c’est sans doute l’ordinateur ! Une armoire renfermant quelques dizaines de processeurs chauffe autant qu’un radiateur de quelques kilowatts. Actuellement, les processeurs consomment environ 6W pour une puissance de calcul d’un gigaflop (un milliard d’opérations en virgule flottante par seconde), donc je devrais arriver à remplacer mon radiateur à accumulation de 6KW par un super-ordinateur fournissant 1 Teraflop !

Avec toute cette puissance, tout en chauffant, je peux aider la recherche sur le cancer et de nombreux autres projets scientifiques (voir ), ou calculer les images de synthèse des prochains films à grand succès, ou et autres projets inutiles. Je peux peut-être même revendre une partie de cette puissance de calcul au CERN voisin. Et tout ça en retrouvant les 100% de rendement thermique de mon radiateur !

Bien sur, pour l’instant mon chauffage à processeurs coute encore un peu cher, mais un jour peut-être, un corps-de-chauffe en silicium viendra remplacer le bout de ferraille actuel pour un prix compétitif …

*Note: Oui, je chauffe à l’électrique, Non, j’ai pas le choix, c’est une maison du XVIIème siècle, pas excavée, et bientôt on chauffera tous par accumulation d’électricité nucléaire la nuit plutôt que de brûler du (le prix où il est )

Terre by Night

Sat, 17 Nov 2007 00:00:00 +0000

La sonde Rosetta en route pour la comète “Churyumov-Gerasimenko” vient de repasser près de la Terre en prenant cette magnifique image de notre planète, avec ses villes illuminée :

Dans les commentaires de l’article un fan de Google Earth explique comment visualiser la même image à partir de photos prises par la NASA :

utiliser spécialement préparé par ses soins
sélectionner la couche Galerie/Nasa/Earth City Lights

On obtient l’image “langue au chat” suivante, car moins noire elle permet de retrouver ses repères géographiques :

Si vous n’aviez pas vu l’Afrique, c’est normal : elle est noire … ou très économe en énergie, au choix.

Le prix de l’essence

Wed, 07 Nov 2007 00:00:00 +0000

Pierre est un doux rêveur. Il m’a transmis un appel au boycott des compagnies Shell et Exxon dans l’espoir de faire baisser le prix de l’essence.

Quelques infos et idées en vrac pour commencer :

. En 2005, l’article en discutait déjà fort à propos.
En Suisse sur un carburant vendu 1 fr. 80 le litre, seuls 80 centimes sont liés au coût du produit. Le reste finance des taxes d’importation, des impôts (74,5 centimes), la distribution et la TVA ( ). Boycottez plutôt les impôts !
Le prix du pétrole n’est plus dicté par les compagnies pétrolières depuis la première crise du pétrole en 1973, quand les pays membres de l’OPEP ont nationalisé leur production et fixé un prix de vente (quadruple des redevances qu’ils touchaient précédemment) aux compagnies. Depuis, le prix du pétrole est uniquement dirigé par l’offre et la demande sur les marchés internationaux (très intéressant article ). Il en résulte que transférer nos achats d’une compagnie vers une autre n’aura strictement aucun effet sur les prix.
Une faible baisse des prix peut théoriquement être causée par une baisse de la demande. Plus radical que d’économiser quelques réservoirs de voiture, ne faites pas le plein de mazout de chauffage, et priez pour que l’hiver soit clément : ça ça représente une baisse de demande importante …
En fait c’est plutôt du côté de l’offre qu’il faut regarder. Actuellement, l’Arabie Saoudite est le seul pays capable d’ouvrir les vannes pour produire plus. Tous les autres pays sont au maximum de leurs possibilités (voir plus bas pourquoi) En plus les incertitudes politiques font que la spéculation est plutôt à la hausse, donc que les prix sont proches de leur maximum. (Rappel : vous faites de la spéculation quand vous remplissez votre citerne ou votre réservoir lorsqu’il n’est pas vide, croyant que le prix va augmenter…) Or l’Arabie Saoudite n’a aucun intérêt à ce que les prix baissent (voir ).
La situation redeviendra “normale” lorsque la pression politique sur l’Iran (et la région) s’abaissera, et que la demande baissera (au printemps), ce qui fera que les pays producteurs seront de nouveau en surcapacité, donc en concurrence.

A part celà j’en reviens à deux notions plus fondamentales:

l**’essence est extraordinairement bon marché !** Comme je l’ai montré dans “ ”, l’énergie contenue dans un litre d’essence sera au même prix que celui de l’électricité quand l’essence (taxée) coutera Frs 3.- (= €1.70). Si on ne tient pas compte des taxes, le prix de l’essence (80 cts) peut quadrupler avant de couter aussi cher que l’électricité (ou que l’ , en passant)
Pour savoir ce qui nous attend, il faut absolument connaitre la notion de “ ”. C’est un peu technique, mais indispensable de bien comprendre :
1. la consommation de pétrole dans le monde s’accroit (Chine, Inde en veulent aussi)
2. dans le temps on trouvait très facilement des gisements de pétrole. Maintenant on en trouve de nouveaux de moins en moins souvent
3. le “pic pétrolier” (ou “ ”) correspond à l’année ou on découvre moins de “nouveau” pétrole que l’augmentation de la demande. A partir de ce moment, on doit commencer à “taper dans les réserves” : ça s’appelle la “déplétion”.
4. Le pic ne correspond pas (encore) à un manque de pétrole pour satisfaire la demande, mais la théorie indique que le pic pétrolier a lieu au moment ou la moitié du pétrole a été extrait, et les mesures correspondant aux nombreux pays qui ont dépassé ce pic plus ou moins largement (Iran et Norvège par exemple) confirment l’exactitude de la prédiction.
5. Ces mesures montrent aussi clairement que les “réserves prouvées” de pétrole annoncées par les compagnies pétrolières sont largement surévaluées : il y a moins de pétrole dans le sol que ce que Shell prétend. Mais si elle l’avoue, ses actions chutent…
6. la plupart des experts estiment que le pic pétrolier mondial a déjà eu lieu, ou aura lieu entre 2006 et 2015.
7. à partir d’à peu près maintenant, la production mondiale va irrémédiablement baisser progressivement et il va être de plus en plus difficile de produire la quantité croissante de pétrole demandé : les prix vont irrémédiablement monter
8. Seuls les pays qui n’ont pas atteint leur “pic pétrolier” (comme l’Arabie Saoudite, encore!) auront la possibilité d’augmenter temporairement leur production pour maintenir les prix à un niveau acceptable pour eux ! Et comme il est montré dans “ ”, le prix maximum admissible pour le producteur de pétrole est celui de la technologie de substitution la meilleur marché.

Conclusion : le prix de l’essence augmentera rapidement (en quelques années) jusqu’autour de Frs 4.- (actuels, soit ) le litre :

3 Frs pour l’énergie, au même prix que l’énergie de substitution électrique ou hydrogène
+ 1 Frs de taxes etc comme maintenant.

Une ampoule, ça chauffe énormément

Wed, 07 Nov 2007 00:00:00 +0000

Heatball (cliquez pour bien rigoler) :-D

Voici un mail envoyé à l’émission ABE (à bon entendeur) de la TSR à propos de leur reportage sur les

Bonjour, votre émission d’hier soir était très intéressante, à plusieurs titres.

Elle a commencé par une horreur qui m’a fait bondir de mon siège lorsque la représentante du WWF a prétendu que produire de l’électricité dégageait du CO2, et que les ampoules économiques permettrait de réduire cette pollution. Or l’électricité suisse est à 60% hydroélectrique, donc “renouvelable”, et à 40% de centrales nucléaires (domestique et Françaises), qui ne dégagent aucun CO2, n’en déplaise au WWF.

Ensuite il a fallu atteindre la fin de l’émission pour un chiffrage de l’économie réalisée avec ces ampoules, mais qui ne mentionne pas “l’énergie grise”, soit l’énergie nécessaire pour produire une ampoule, bien plus élevée pour une “économique” que pour une lampe incandescente…

Enfin, si la géniale invention d’Edison ne convertit que 5 à 10% de l’énergie électrique en lumière, il ne faut pas oublier que les 90% restants partent en chaleur, donc en chauffage en hiver du moins ! Que l’on chauffe au mazout ou à l’électricité (mon cas dans une vieille maison rénovée), une bonne partie de l’énergie économisée dans l’éclairage se retrouve sur la facture du chauffage !

L’énergie de la foudre

Sun, 09 Sep 2007 00:00:00 +0000

Incorrigible. Voilà le type de question que je me suis posé récemment dans mon lit, pendant un bel orage nocturne : “Comment récupérer l’énergie de la foudre ?”

fournit plein d’informations intéressantes comme:

la puissance d’un éclair est d’environ 20 GigaWatts, soit 20 centrales nucléaires !
mais il ne dure que 25 millisecondes, donc l’énergie n’est que de 140 kWh, soit Frs 30.- d’électricité à tout casser…
Si on parvenait à capter l’énergie de tous les éclairs frappant la France, ça pourrait alimenter environ 5000 ménages. Seulement.

Bref, contrairement à une idée répandue que je partagais jusqu’ici, la foudre n’est pas une source d’énergie renouvelable potentielle et miraculeuse, même si veulent y croire…

De plus, même si on le voulait, on ne sait pas comment injecter 20 GW d’un coup sur le réseau. En fait, ça arrive accidentellement lorsque la foudre touche une ligne à haute tension, et en général on se retrouve dans le noir grâce aux “fusibles” du réseau.

L’alternative consisterait à stocker l’énergie pour la restituer plus lentement, mais là encore, il n’y a aujourd’hui aucune technologie permettant de stocker 140 kWh en 25 millisecondes. On pourrait penser à:

des condensateurs, mais comment les charger sous la tension de 100'000'000 Volts typique d’un éclair sans qu’il ne claquent ?
un anneau supraconducteur. Sur , on mentionne un anneau en développement qui serait capable de stocker 0,14 kWh en 1 seconde. Il faut encore gagner un facteur 1000 sur la capacité et 40 sur la vitesse. Ce n’est pas pour demain donc
une idée folle qui m’a traversé l’esprit, mais il faudrait faire des calculs pour évaluer son degré de folie : l’utilisation de . Intuitivement l’idée est la suivante:
1. foudroyer une tas de PZT, ce qui provoque une déformation mécanique très rapide (moins d’une milliseconde) : le matériau se comprime comme un ressort
2. restituer l’énergie en laissant le piezo se relaxer lentement.

L’Hydrogène, énergie du futur ?

Thu, 06 Sep 2007 00:00:00 +0000

Dans la du 4 septembre, Anne-Muriel Brouet expose un point de vue courant selon lequel “l’hydrogène est une, si ce n’est l’énergie de l’avenir”. Et, bien que le mot “source” n’apparaisse nulle part dans son article, le chapeau énonce clairement que l’hydrogène serait “un espoir de ressource propre”.

Malheureusement, l’hydrogène n’est pas une “ressource”, encore moins une source d’énergie. C’est un “vecteur énergétique”, un moyen de stocker et de transporter de l’énergie d’un point à un autre, par exemple dans le réservoir d’un véhicule, mais l’énergie produite dans la pile à combustible ou tout autre dispositif brulant de l’hydrogène provient d’une autre source d’énergie : celle qui a permis de produire l’hydrogène.

En effet, s’il n’y a plus d’hydrogène libre sur Terre, c’est qu’il a déjà brulé. Mais vous pouvez vous baigner dans ses cendres : l’eau est de l’hydrogène brulé, ce qui rend d’ailleurs impossible le fameux “moteur à eau” dont les plans auraient été cachés par les géants du pétrole…

Mais on peut “dé-bruler” l’eau en l’électrolysant : avec un courant électrique, on dissocie les molécules H2O de l’eau en Oxygène et en 2 Hydrogène. Une pile à combustible fait ensuite l’inverse et produit exactement la même quantité d’eau et la même quantité d’énergie électrique que ce qui a été nécessaire pour l’électrolyse. Pas plus. Plutôt moins en raison des pertes.

Si 99% de l’hydrogène est produit par “reformage du gaz naturel”, c’est simplement parce qu’il est beaucoup moins cher de puiser dans une ressource existante que de la produire. Le méthane étant du CH4, “il suffit de” séparer le Carbone des 4 Hydrogène. Ceci se fait à haute température et haute pression, et a pour résultat de transformer 1 Kg de gaz inflammable produisant 50'000 kJ lorsqu’il brule en 250 grammes d’un autre gaz, encore plus inflammable voire explosif, difficile à transporter, et qui ne dégage que 30'000 kJ en brulant !

Avec cette solution, l’automobile “du futur” ne crachera effectivement que de l’eau, mais continuera à consommer des ressources non-renouvelables et délèguera le problème de l’élimination du carbone à une raffinerie d’hydrogène qui consommera 40% de l’énergie du méthane pour donner une belle conscience verte à ses consommateurs, tout en présentant des risques d’accident considérables par rapport à une raffinerie de pétrole…

, va probablement réussir à vendre des produits que l’on est maintenant capables de réaliser techniquement à un marché avide de solutions propres. Mais l’hydrogène n’étant qu’un vecteur, la question de la source d’énergie reste entièrement posée et, comme je l’ai déjà montré dans “ ”, il n’y aura pas de solution tant qu’il restera du pétrole ou qu’on arrive à exploiter la .

Références:

Energie éolienne (et solaire) à prix coutant ?

Sun, 26 Aug 2007 00:00:00 +0000

L’émission “Temps Présent” de cette semaine sur la société à 2000 W présente un léger progrès par rapport à la situation décrite dans : le solaire et l’éolien sont désormais présentés comme de “nouvelles énergies renouvelables” alors que l’hydraulique, qui fournit 60% de l’électricité en Suisse, est une vieille énergie renouvelable, mais qui ne vaut toujours pas la peine qu’on en parle.

Et j’apprends avec stupéfaction que le Parlement Suisse a voté une loi obligeant les distributeurs d’électricité à acheter l’énergie solaire et éolienne produite en Suisse “à prix coûtant”, alors que l’énergie hydraulique est soumise à 100% aux lois du marché !

Avec ce genre de conséquences par exemple :

le fermier qui couvre un pan de sa grange de panneaux solaires produit pendant la journée plus d’énergie qu’il n’en consomme : il la vend au prix coûtant, soit elle est revendue instantanément 25 cts/kWh sur le réseau. Le soir pour sa télé, il rachète de l’électricité nucléaire+hydraulique, voire éolienne s’il souffle. J’espère seulement qu’il est obligé de la payer 1 Frs aussi, et pas 25 cts …
la nuit, lorsque nos barrages achètent le surplus d’énergie nucléaire autour de 4 cts/kWh, ils devront aussi acheter à plus de 20 cts/kWh celle des éoliennes qui tournent, pour la revendre ensuite autour de 10 cts/kWh en moyenne, donc à perte alors qu’ils ont fourni le service de la stocker proprement !

Tout comme le plan Wahlen avait fait planter des patates à 1500m d’altitude dont il ne reste plus trace, le “ ” réclamé par les Verts consiste à planter des éoliennes dans un pays connu pour être mal venté:

Le problème n’est pas qu’elles ne tourneront pas, mais qu’elles produiront de l’énergie plus chère que les éoliennes hollandaises ou normandes, et plus chère que les barrages suisses, donc d’une manière économiquement non viable sur le long terme.

Le problème n’est pas très différent pour le solaire :

carte du rendement photovoltaïque en Europe

le solaire marche, mais 60% moins bien sur le Plateau qu’en Provence.

Si un privé motivé veut monter des panneaux solaires sur sa maison, pourquoi pas, mais est-ce bien raisonnable subventionner “à prix coutant” à l’échelle du pays des productions dont on sait qu’elles ne pourront pas être compétitives ? La Suisse doit investir massivement dans l’énergie renouvelable pour laquelle elle dispose d’avantage compétitifs majeurs : l’hydraulique.

En cherchant des infos, je suis tombé sur ces excellentes pages:

On brulera vraiment tout

Fri, 25 May 2007 00:00:00 +0000

"Dimday of Our Time" par A. Radonic sur Flicker

Il y a 3 ans, j’avais publié “ ”, qui dit en substance que le pétrole et le charbon étant tellement bon marché par rapport à toute énergie “alternative”, l’humanité consommera de toutes façons toutes les réserves disponibles.

Dans le “Pour la Science” de juin 2007, Ivar Ekeland

\[1\]

confirme mon “intuition” par des arguments purement économiques, simples et imparables. Pour commencer, il pose que le prix maximal que peut atteindre le pétrole est celui de la solution de substitution la meilleure marché.

l’idéal pour les producteurs serait que (ce prix maximal du pétrole) soit atteint exactement au moment au moment ou les réserves sont épuisées". Selon lui, c’est “la perspective d’avoir sur les bras d’immenses réserves dépourvues de valeur (le jour où une énergie de substitution sera meilleur marché) qui fera peser sur le prix du pétrole une pression suffisante pour le faire baisser, ce qui stimulera la consommation.

Il en tire donc la même conclusion que moi : Le résultat final est que le prix du pétrole s’ajustera de manière à ce que tout le pétrole présent dans le sol soit rejeté dans l’atmosphère au moment où la technologie de substitution deviendra compétitive.

Et il va même plus loin:

Paradoxalement, l’existence de cette technologie va accélérer les émissions de carbone : les producteurs de pétrole vont tout mettre en oeuvre pour vider leurs réserves à un horizon d’autant plus rapproché que la technologie en question est moins coûteuse!

Subventionner la technologie de substitution ne ferait qu’aggraver le phénomène en rapprochant l’échéance

On comprend aussi pourquoi (les producteurs de pétrole) s’intéressent tant aux technologies de substitution (…) : c’est pour avoir une meilleure estimation de la date où ils devront avoir fermé boutique et liquidé leur stocks.

Référence :

Ivar Ekeland “ ", Pour la Science No 356, juin 2007,

5 minutes de répit pour la planète

Thu, 01 Feb 2007 00:00:00 +0000

Les associations de défense de l’environnement ont lancé une action consistant à cesser volontairement toute consommation d’énergie entre 19h55 et 20h00 le 1er février.

L’aspect politico-symbolique étant amplement couvert ailleurs, je me suis intéressé au conséquences de cet événement sur la production d’énergie, ce qui permet de lancer une petite réflexion sur un de ses aspects méconnus.

Le qui permet de suivre la est catégorique : l’action n’a pas été suivie. On peut à peine distinguer un minuscule creux autour de 20h, à tout casser 2% de baisse de consommation par rapport à une courbe “lissée”.

Mais si la consommation avait baissé brusquement de 10% comme l’espéraient les organisateurs, ça aurait pu poser un sérieux problème : ces 10% à une heure de forte consommation correspondent à 3 grosses centrales thermiques (nucléaires, charbon ou fuel). Or la particularité de l’électricité est qu’elle ne se stocke pas :

il faut produire exactement la puissance consommée en temps réel.

Or il est impossible d’arrêter la production des centrales thermiques si vite, et encore moins de la redémarrer 5 minutes après. Pour absorber une telle variation, on ne peut que combiner quelques solutions:

les échanges internationaux grâce à l’interconnexion du réseau
l’arrêt / mise en route de (petites) centrales hydro-électriques, qui peuvent être mises en/hors service en quelques minutes
le pompage : certaines usines hydro-électriques peuvent refouler de l’eau de la plaine vers les lacs d’altitude, ce qui permet de la réutiliser pour produire de l’énergie au moment voulu.

Avant de revenir sur ce dernier point, une spécialité suisse souvent méconnue, voyons comment les producteurs d’électricité ont anticipé l’effet des “5 minutes de répit pour la planète”. Ils ont probablement désactivé un peu plus tôt une centrale à gaz ou à fuel dont la fermeture était prévue pour la nuit, en la remplaçant par quelques petites productions hydro-électriques qui ont absorbé la variation puis été débranchées au fur et à mesure de la réduction habituelle de la consommation pendant la nuit.

Energies renouvelables

On mesure souvent la production d’énergie solaire en KWh/an, ou en nombre de ménages : par exemple sur le , on lit que leur centrale solaire produit l’équivalent de la consommation de 140 familles. Ok, mais quand ? Comme on le voit sur la même page, la centrale produit de l’énergie quand il y a du soleil. Le jour. Pas le soir. Le soir, quand la consommation d’électricité est très élevée, le solaire ne produit rien. Et les éoliennes produisent quand il y a du vent. Si c’est à 4h du matin, quand la consommation est minimale et qu’on ne sait pas que faire de l’électricité, ça ne sert à rien.

En résumé:

les centrales thermiques (nucléaires et autres) fournissent une grande puissance “de base”, mais peu modulable en fonction de la demande. On la gère par une planification à long terme (plusieurs semaines)
le solaire produit de l’énergie à heures fixes, en fonction de la météo, plus ou moins prévisible à quelques jours
l’éolien est encore plus capricieux
l’hydro-électricité est la seule source d’électricité modulable à volonté et en plus capable de stocker l’énergie surproduite en raison de la faible modulabilité des autres sources d’énergie.

Dans , je montre que la Suisse, loin d’être en retard sur le plan des énergies renouvelables, est à la pointe européenne grâce à l’hydroélectricité. Avec l’Autriche, la Suisse est un maillon essentiel de l’approvisionnement électrique européen grâce à sa capacité à fournir la puissance nécesaire aux heures de pointe, et à absorber la surproduction nocturne, et cette position se renforcera encore.

Ce point ne doit pas être oublié lorsqu’on parle de l’énergie en Suisse : dire que notre pays e n’est pas autosuffisant car elle importe plus de KWh qu’elle n’exporte est un non-sens, car 1KWh exporté à midi vaut beaucoup plus que le même KWh importé à 4h du mat. Mon ami Jacky qui bosse dans ce domaine m’a parlé de certains jours de la canicule d’été 2003 ou le KWh acheté 2 cts la nuit pour pompage a été revendu plus d’un franc 12h plus tard ! Un facteur 10 est plus habituel, et se produit jour après jour, toute l’année.

Le pompage est l’investissement le plus incroyablement rentable qu’on puisse imaginer. Un jour viendra peut-être où les barrages valaisans se rempliront et se videront totalement chaque jour…

Voitures de sport électriques

Thu, 24 Aug 2006 00:00:00 +0000

Les journaux ont parlé d’un futur bolide électrique accélérant de 0 à 100 en 4 secondes et doté d’une autonomie de 400 km : la . Les 100 premiers exemplaires sont déjà vendus, et on peut réserver un exemplaire en versant 85% d’acompte sur le prix de $100'000…

La marque française produit également depuis 2004 un roadster électrique, la “Fetish” aux performances similaires, mais pour un prix de €450'000…

la fusion thermonucléaire

Sun, 11 Dec 2005 00:00:00 +0000

pourquoi il ne faut pas trop compter sur cette “source inépuisable d’énergie abondante, bon marché et non-polluante”

La ? c’est quoi ?

C’est ce qui fait briller les étoiles : aux pressions et températures extrêmes qui règnent au centre des étoiles, les atomes légers peuvent fusionner en atomes plus lourds, en dégageant beaucoup d’énergie.

Cette réaction fait également produire de la matière aux étoiles, convertissent ainsi peu à peu l’hydrogène qui constitue encore 98% des atomes de l’Univers en helium, qui en constitue 1%. Lorsqu’une étoile est trop “polluée” par de l’hélium, la réaction s’arrête, l’étoile s’effondre sur elle-même, et, si elle est assez massive, se chauffe suffisamment pour faire démarrer une fusion de l’hélium et ainsi de suite, en produisant, l’azote, le carbone, l’oxyogène etc.

La machine s’arrête avec le fer, qui est l’atome le plus “stable” : fusionner du fer ne produit pas d’énergie, mais en consomme. C’est ainsi que les atomes encore plus lourds comme l’uranium qui sont formés par accident “contiennent de l’énergie solaire” qui sera restituée lorsque ces atomes se casseront par la fission nucléaire exploitée dans les centrales nucléaires “classiques”, ce qui n’a donc rien de commun avec la fusion.

Et sur Terre ?

La fission nucléaire a été comprise dans les années 1930, utilisée dans la bombe A d’Hirsohima en 1945 et exploitée de manière “civile” pour la production d’énergie dès les années 1950. La fusion a été prévue par Andreï Sakharov et Ilia Frank dans les années 1940. Sakharov a ensuite mis au point la terrible bombe H dès 1952 avant de devenir dissident et Prix Nobel de la Paix.

La bombe H est en fait une bombe A “à charge creuse” dont l’explosion est concentrée sur un peu d’hydrogène (plutôt du deuterium comme on le verra plus loin). L’hydrogène est alors tellement comprimé et chauffé qu’il fusionne, multipliant par plus de 100 la puissance de la bombe A.

Au chalet nous avons un petit livre sur la fusion thermonucléaire datant des années 60 dont l’introduction dit en gros : dans 30 ans (donc en 1990…), la fusion thermonucléaire fournira la planète en électricité. Depuis 50 ans des milliers de physiciens essaient désespérément de faire produire un peu d’électricité par fusion, alors qu’il avait suffi de 10 pour passer de la bombe A à la centrale nucléaire à fission.

Pourquoi ça ne marche pas ?

“Fusionner des atomes”, c’est en fait fusionner les noyaux des atomes, et les noyaux d’hydrogène sont en fait composés d’un seul proton. Un proton c’est:

une petite masse
minuscule
chargé électriquement positivement

Pour en faire fusionner 2, il faut qu’ils se télescopent assez violemment, et c’est difficile parce que:

comme les deux ont la même charge (+), ils se repoussent l’un l’autre, donc il faut les catapulter l’un vers l’autre avec une vitesse assez grande pour que l’énergie de répulsion soit moins forte que l’énergie cinétique des noyaux
comme ils sont tout petits, il faut “bien viser” : si les deux atomes ne sont pas en collision frontale, leur charge les fera s’écarter.

Dans les étoiles, la recette est la suivante:

on met énormément d’atomes dans un petit volume grâce à une pression colossale
on chauffe un petit peu (quelques millions de degrés suffisent…) pour que les noyaux aient une bonne énergie cinétique
si une collision échoue, ce n’est pas grave car la probabilité qu’une collision se produise après reste très élevée.

Sur Terre, le problème est qu’$ part dans une bombe atomique, on arrive pas à créer une pression approchant le millième de celle qui règne au centre d’une étoile, donc:

on doit chauffer beaucoup plus pour que les noyaux aient une vitesse encore plus élevée et ainsi obtenir la même probabilité de collision que dans une étoile
on doit faire en sorte que ces particules beaucoup plus rapides restent dans une zone ou elles ont une forte probabilité de collision.

Deutérium et Tritium

En fait on est obliger de “tricher” pour avoir une petite chance d’espérer : on n’utilise pas de l’hydrogène “simple” mais du deutérium qui est un isotope de l’hydrogène avec un neutron collé au proton, ce qui double la masse des noyaux à fusionner, donc double l’énergie cinétique des noyaux en gardant la même répulsion électrique, ce qui permet de moins chauffer. Le deutérium représente environ 2% de l’hydrogène présent sur Terre, donc en quantité quasi-infinie dans les océans, mais il faut quand même l’extraire et ce n’est pas trivial.

Par désespoir on en est même venus à vouloir utiliser du tritium, isotope de l’hydrogène doté de 2 neutrons, mais cet élément très rare et instable doit être “fabriqué” lors d’une réaction qui émet des neutrons. On s’éloigne donc encore plus du principe de l’“énergie des étoiles”. Dans le paragraphe “Helium 3” ci-dessous j’explore une alternative osée à cette approche.

Confinement

Dans une étoile flottant librement dans l’espace, la zone de fusion est de forme sphérique et entourée par des milliers de kilomètres de gaz qui servent à la fois de combustible, d’enceinte à pression et d’isolant thermique, puisque la surface du soleil n’est qu’à 5000° environ.

Sur Terre il faut créer un “isolant” capable de maintenir un plasma de gaz à plusieurs millions de degrés, si possible sous “pression”, à quelques mètres de matériaux qui n’en supportent pas plus de quelques centaines. Il faut accessoirement chauffer ce plasma jusqu’à ce que la réaction s’amorce sans pouvoir rien “tremper” dedans, et trouver un moyen de faire revenir dans la zone de fusion des noyaux rapides qui ne pensent qu’à s’en écarter…

Un tokamak avec un monsieur dedans pour donner l’échelle…

Les “tokamaks” actuels et le futur ITER confinent le plasma en forme de tore (=“pneu”) à l’aide de très puissants champs magnétiques dont les lignes de champ fermées permettent de satisfaire le cahier des charges ci-dessus, mais encore une fois de manière très différente de ce qui se passe dans les étoiles.

Helium 3

Une réaction de fusion non-radioactive et qui se déroule à température moins élevée est He3 + D -> He4 + H

He3 est l’isotope 3 de l’hélium, qui a le léger défaut de n’être produit sur Terre qu’en très faible quantité (15 kg/an). Par contre, il existe4 sur la Lune en quantités énormes : il est produit dans la couronne solaire et transporté par le vent solaire, dévié par le champ magnétique terrestre, il n’arrive pas sur Terre, mais imbibe le sol lunaire.

Il est très possible que l’Helium3 soit non seulement la seule ressource naturelle intéressante de la Lune, mais que son exploitation commerciale puisse devenir une industrie aussi rentable que le pétrole, disons dans un siècle. Certaines entreprises se préparent déjà à la course.

Conclusion

La fusion contrôlée est donc beaucoup plus complexe à mettre en œuvre que la fission, dans laquelle “yaka faire une bombe atomique qui pète lentement”. De plus, alors qu’on dit souvent que la fusion est un “Soleil en laboratoire”, propre, écologique etc, on va en fait vers l’utilisation d’une réaction différente de celle existant dans la nature, mise en oeuvre de manière très différente aussi. Les physiciens ne sont donc pas en train de reproduire un phénomène naturel existant, mais d’en inventer un complètement nouveau.

Ceci va vraisemblablement prendre beaucoup de temps, pour autant que ça réussisse. On parle aujourd’hui de 50 ans à un siècle avant que cette forme d’énergie soit exploitable commercialement. Il est très probable que ça ne sera pas prêt au moment de l’épuisement du pétrole, donc que l’humanité devra trouver autre chose entre la fin des énergies fossiles et le début de la fusion.

Références

Les énergies renouvelables en Suisse

Tue, 25 Jan 2005 00:00:00 +0000

Des articles et reportages récents prétendent que la Suisse a “perdu son avance” dans le domaine des énergies renouvelables. Or la Suisse est depuis longtemps un champion de hydro-électricité qui produit 60% de l’électricité du pays !

Qu’est-ce que l’énergie “renouvelable” ?

Les medias suisses ne mentionnent souvent que le solaire, l’éolien, la biomasse et éventuellement la géothermie dans cette catégorie.

Partout ailleurs dans le monde, l’énergie hydroélectrique est considérée a juste titre comme renouvelable, puisqu’elle n’épuise aucune ressource naturelle. En fait, tout comme le solaire ou l’éolien, elle capte une part de l’énergie solaire, par l’intermédiaire des phénomènes météorologiques créant les précipitations sur nos Alpes.

En fait, l’énergie hydroélectrique représente 90% des énergies renouvelables de la planète ! Comme 20% de l’énergie mondiale provient de sources renouvelables actuellement, l’hydro-électricité représente environ 18% de la production mondiale d’énergie, et le solaire+éolien+autres, 2% au total.

la Suisse “en avance” ou pas ?

Avec moins de 1% de solaire+éolien, la Suisse est effectivement à la moitié de la moyenne mondiale, loin derrière les pays à soleil et à vent. Mais avec son eau, qui produit 60% de son électricité, elle est au triple de la moyenne mondiale de l’énergie renouvelable, devant tous les pays européens !

La Suisse a été est est encore leader dans le domaine de l’hydro-électricité. Les ingénieurs en barrages, mais aussi les turbines et conduites forcées made in Switzerland sont exportées dans le monde entier.

Lors que je vois à la télévision un ingénieur spécialiste du solaire prétendre que l’hydro-électricité est une technologie des années soixante, j’aimerais lui demander quelle autre source d’énergie offre un rendement supérieur à 85% ? Un très bon panneau solaire restitue sous forme d’électricité 15% de la lumière reçue, une éolienne 20% de l’énergie de l’air qui la traverse. Les centrales thermiques (nucléaires, à gaz, charbon ou pétrole) ne restituent en électricité que 40% de la chaleur dégagée.

Le rendement est un point clé, souvent omis des raisonnements énergétiques : un bon rendement c’est une installation nécessitant peu d’espace au sol et rejetant peu d’énergie sous forme parasite (chaleur, bruit) dans l’environnement, et surtout un prix de l’énergie bas. Si le KWh éolien ou solaire sont si chers, c’est parce qu’ils sont péniblement extraits de l’énergie solaire. L’énergie hydro-électrique est 5x moins chère que le solaire, et elle a justement un rendement 5x meilleur.

La souplesse de son utilisation et d’autres avantages font de l’hydro-électricité une source d’énergie idéale que la Suisse aurait grand tort de négliger.

Références

, 6/5/2005 p. 7
journal RSR le 25/1/2005 à 9h

On brûlera tout !

Tue, 29 Jun 2004 00:00:00 +0000

Article paru au courrier des lecteurs de la du mardi 29 juin 2004

La taxe C02, motivée par les meilleurs arguments du monde, ne changera rien au problème du climat car on brûlera tout le pétrole de toutes manières !

Le pétrole et le gaz sont extrêmement bon marché car ce sont des réservoirs d’énergie fossilisée dans lesquels il n’y a qu’à puiser. Comme je le disais à quelqu’un qui pestait à la pompe : “Poussez votre voiture sur 15km pour avoir une idée de l’énergie contenue dans un litre d’essence !”. Toutes les ressources dites renouvelables consistent en fait à capter l’énergie que nous recevons du Soleil soit directement, soit indirectement par les phénomènes météorologiques (précipitations collectées dans les barrages, vent, pompes à chaleur etc.).

Petit calcul approximatif : une voiture moyenne a une puissance de 60Kilowatts et roule 60 km en une heure en moyenne, ça fait 1KWh par kilomètre soir grosso-modo 20 centimes d’électricité. Fois 15 km pour retrouver notre litre d’essence : 3 Frs. Il faudrait que le prix de l’essence (taxée) double, voire triple pour qu’une voiture électrique non taxée devienne compétitive…

Maintenant supposons que notre conscience écologique s’améliore quand même. A ce propos, une lettre de lectrice du samedi 26 juin, prétend que le Suisse est le 4ème pollueur de la planète. Je ne sais d’où sort ce chiffre : sur je lis qu’avec 5.7 tonnes de C02 par habitant et par an, la Suisse est 49ème après (ou plutôt avant) tous les pays industrialisés, les USA étant 5èmes avec 19.84 tonnes (3x plus !) derrière 4 pays du Golfe.

Supposons donc que nous ne dégagions plus que la moitié du C02. Mieux encore, que tous les pays du monde en fassent autant, que se passerait-il ? Nous mettrions 2 fois plus longtemps à brûler tout le pétrole restant, disons un siècle au lieu de 50 ans. Idem pour le gaz et le charbon. Mais en définitive, tout le CO2 sera émis. Le réchauffement sera plus ou moins rapide, certes, mais le résultat final sera strictement le même, à plus forte raison pour la réduction de 10% seulement prévue par le protocole de Kyoto.

Pourtant je ne suis pas opposé à la taxe CO2 car elle aura un effet secondaire intéressant : celui de favoriser l’utilisation efficace de l’énergie, donc les activités privilégiant la valeur ajoutée. La Suisse est déjà en tête dans ce domaine : avec 1 kg de pétrole, nous produisons 7.5 $ de PIB [\[2](http://www.undp.org/hdr2003/indicator/indic_312_1_1.html)\], plus que la plupart des pays européens et nettement mieux que les USA qui, avec seulement 4.2 $ de PIB par kg de pétrole, démentent leur propre credo sur l’énergie facteur de richesse.