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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Sobriété et efficacité énergétique10. Stocker l'électricité et l'énergie thermique
Le stockage de l'énergie est le point faible de la filière énergétique. Il est toutefois d'une grande importance stratégique et économique. Alors que 85 g d'essence contiennent 1 kWh, il faut environ 25 kg de batterie au plomb pour avoir la même énergie ou disposer de 3 600 litres d'eau à une hauteur de 100 m pour obtenir 1 kWh en turbinant celle-ci.
Le stockage de l'électricité est important pour lisser la courbe de consommation électrique. La grande hydraulique, comme le barrage de Grand Maison par exemple, permet de stocker l'électricité d'origine nucléaire produite aux heures creuses pour l'utiliser aux heures de pointes. Le stockage de l'électricité est aussi crucial pour mieux utiliser les sources d'énergie intermittentes. En effet, dans un site isolé alimenté par des panneaux solaires photovoltaïques, on peut avoir besoin d'électricité la nuit alors qu'il n'y a pas de soleil. De même, lorsque l'on utilise une éolienne, les besoins ne sont pas toujours en phase avec la disponibilité du vent.
Stocker l'électricité est aussi intéressant car le prix de l'électricité est faible aux heures creuses et élevé aux heures de pointes. Le stockage peut aussi s'avérer nécessaire pour disposer d'une électricité de bonne qualité ou éviter les coupures.
Le stockage de la chaleur est aussi un objectif important, notamment le stockage intersaisonnier. Il s'agit de stocker la chaleur l'été pour l'utiliser l'hiver. Malheureusement, c'est encore très coûteux et demande des volumes considérables de stockage. Par contre, comme nous l'avons vu plus haut, le stockage de la chaleur est utilisé tous les jours par les gens possédant un cumulus. Le stockage de la chaleur peut utiliser la chaleur sensible des matériaux, les chaleurs latentes lors d'une transition de phase (solide ↔ liquide ou liquide ↔ gaz, par exemple), ou des réactions chimiques. L'eau est un bon matériau pour stocker la chaleur et l'encadré donne quelques ordres de grandeur correspondant à une énergie thermique de 1 kWh.
Avec 1 kWh on peut :
-
faire fondre 10 kg de glace ;
-
porter 10 kg d'eau de 20 oC à 100 oC ;
-
faire bouillir 1,5 kg d'eau.
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BIBLIOGRAPHIE
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