Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les combustibles fossiles ont fourni à l'humanité de l'énergie bon marché et concentrée qui a permis d'atteindre, pour la majorité des habitants, un niveau de vie encore jamais égalé dans le passé. Ces richesses fossiles sont toutefois finies, et leur utilisation massive rejette du gaz carbonique (CO2) qui contribue à accroître l'effet de serre avec des implications négatives pour le climat. L'humanité est confrontée aujourd'hui à un défi énergétique qui consiste, d'une part à réduire ses émissions de CO2, et d'autre part à substituer progressivement les combustibles fossiles par d'autres sources d'énergie non émettrices de gaz à effet de serre. Pour répondre à ce défi, il va falloir accroître la contribution des énergies décarbonées (renouvelables et nucléaires) mais surtout être plus sobre et utiliser plus efficacement l'énergie. Les différentes sources d'énergie, leurs applications et les perspectives sont brièvement introduites dans cet article.
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Christian NGÔ : Edmonium Conseil
INTRODUCTION
L'énergie est indispensable au développement économique. Les civilisations modernes se sont développées depuis environ deux siècles grâce aux combustibles fossiles qui ont permis de disposer de sources d'énergie concentrées et peu chères. Ils couvrent environ 80 % des besoins énergétiques mondiaux mais sont en quantité finie. De plus, l'utilisation des combustibles fossiles rejette du gaz carbonique ce qui augmente l'effet de serre. Le défi énergétique auquel l'humanité est confrontée aujourd'hui dans le domaine énergétique est de réduire les émissions de CO2 et, progressivement, de substituer les combustibles fossiles par d'autres sources d'énergie n'émettant pas de CO2 (dites décarbonées). Pour répondre à ce défi, il faut faire des économies d'énergie, utiliser des dispositifs plus efficaces et utiliser à grande échelle des sources d'énergies décarbonées (renouvelables et nucléaire). Les principaux usages de l'énergie sont, par ordre de consommation décroissante, la production d'énergie thermique, les transports et l'électricité.
L'électricité est produite, au niveau mondial, majoritairement avec du charbon mais ce vecteur énergétique peut néanmoins être généré pratiquement à partir de toutes les sources d'énergie, notamment les sources décarbonées. En revanche, les transports dépendent presque entièrement du pétrole. Pour ce qui est de la chaleur ou du froid, on pourrait, dans le principe, se passer dans le futur de combustibles fossiles.
Le stockage de l'énergie est le point faible de la filière énergétique et de gros progrès restent à faire dans ce domaine qui est notamment essentiel pour exploiter les sources d'énergie intermittentes. L'habitat et les transports consomment une bonne part de l'énergie mondiale. Des gains importants en matière d'énergie sont possibles dans l'habitat. Par contre, pour les transports, le problème est plus difficile. L'hydrogène, vecteur énergétique sur lequel beaucoup pariaient à court terme pour les transports, sera surtout utile pour fabriquer des carburants liquides et pour la pétrochimie. Il faut aussi noter que la quantité d'énergie que peut délivrer une source n'est pas le seul paramètre important et que l'on a parfois aussi besoin de grandes puissances dans certaines applications industrielles, fortes puissances continues que beaucoup de sources renouvelables sont incapables de fournir.
Dans ce dossier, un panorama du domaine énergétique introduit les nombreux dossiers des techniques de l'ingénieur relatifs à ce sujet.
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- Version courante de avr. 2017 par Christian NGÔ
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Électricité8. Quel futur pour l'énergie nucléaire ?
L'énergie nucléaire est une source d'énergie concentrée, typiquement 1 million de fois plus concentrée que le pétrole. Son intérêt est de produire de l'électricité peu chère par rapport aux autres sources d'énergie avec un coût qui reste stable dans le temps. Il est donc intéressant pour la population et l'industrie de quelque pays que ce soit. Cependant, cette énergie demande de gros investissements (analogue d'ailleurs, par kilowatt installé, à d'autres énergies renouvelables) et des délais assez long de mise en œuvre. La maîtrise de l'énergie nucléaire demande aussi un niveau technologique élevé et nécessite la gestion des déchets nucléaires associés.
La stabilité du prix du kilowatt-heure nucléaire au cours du temps vient de la faible part du prix de l'uranium naturel. Une multiplication par 10 du prix de l'uranium naturel augmente ce coût de moins de 40 %. Une augmentation analogue du prix du gaz naturel conduirait à une multiplication par 7 du prix du kWh électrique.
Dans les réacteurs nucléaires actuels, on libère de l'énergie en fissionnant des noyaux d'235U par des neutrons lents. Ces derniers sont obtenus par ralentissement des neutrons rapides émis lors du processus de fission. Comme il n'y a que 0,7 % d'235U dans l'uranium naturel, on n'exploite qu'une faible part de l'énergie potentiellement contenue dans l'uranium naturel. Avec la consommation actuelle et les réserves connues, on a de l'ordre d'un siècle de réserves mais il faut reconnaître qu'il n'y a pas eu pendant longtemps de gros efforts de recherche de minerai d'uranium. La figure 11 montre les 10 pays ayant les plus grandes réserves mondiales d'uranium.
Le rendement électrique des centrales actuelles n'est aussi pas très bon, limité par le principe de Carnot. Il est d'environ 1/3 si bien que 2 kWh de chaleur sont rejetés dans l'environnement pour 1 kWh d'électricité produit. Les nouvelles centrales, comme l'EPR par exemple, sont prévues pour durer 60 ans et ont un rendement légèrement meilleur.
La technologie des réacteurs à neutrons rapides permet de mieux utiliser l'énergie contenue dans l'uranium naturel en valorisant l'238U qui représente 99,3 % de ce dernier. Les réserves seront alors supérieures...
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Quel futur pour l'énergie nucléaire ?
BIBLIOGRAPHIE
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BALLERINI (D.) - Les biocarburants. - Technip (2006).
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NGÔ (C.) - Quelles énergies pour demain ? On se bouge ! - Spécifiques éditions (2007).
NGÔ (C.) - Demain l'énergie. - Dunod (2009).
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ROUX (D.) - Comment faire rimer habitable et durable ? On se bouge ! - Spécifiques éditions (2008).
SAFA (H.) - Le nucléaire, quel intérêt pour la...
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