L’énergie du XXI ème siècle

1. L’énergie du XXIème siècle Conférence-débat Charles Hirlimann Chercheur à l’institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg Directeur adjoint : affaires européennes Direction des relations internationales du CNRS

2. L’énergie peut prendre deux ensembles de formes Unité = Joule L’énergie potentielle E = m g h statique L’énergie cinétique dynamique E = ½ m V2

3. Encensoir de Compostelle 80 kg

4. L’énergie change de forme L’énergie potentielle E = m g h = 80 kg . 10 . 10 m = 8000 J L’énergie cinétique V = ( E / 2 m) ½ = ( 8000 / 2 . 80) ½ =7 m/s

5. L’énergie est polymorphe Travail = déplacement d’une force Chaleur = agitation des atomes Électricité = déplacement d’électrons Éolien, photovoltaïque, hydraulique

6. La mesure de l’énergie 1 1 joule = travail d’une force de 1 Newton sur un mètre Élévation d’un poids de 100 g sur un mètre 1 N ≈ 0,1 kg x g (10 m/s2) Sur la Lune la gravité est 6 fois moindre Il faut lever un poids de 600 g Le Joule est une petite unité, il faut effectuer un travail de 1000 J = 1 kJ pour remonter 10 l d’eau d’un puits de 10 m

7. La mesure de l’énergie 2 La puissance = énergie/seconde 1 kW = 1 000 Joules / 1 seconde 1 kWh = 1 kW x 3 600 secondes = 3 600 000 J = 3600 kJ La puissance électroménager ≈ kW Les consommations = milliers de kJ

8. La mesure de l’énergie 3 1 calorie = 4,18 J Pour 100g Valeur énergétique moyenne : 456 kcal ou 1917 kJ Protéines : 6,4 g Glucides : 71g dont sucres 31,4 g Lipides : 16,3 g dont saturés 9.5 g Fibres : 2,8g Sodium : 0,18g

9. Thermodynamique Premier principe de la thermodynamique L’énergie se conserve Interdit les mouvements perpétuels de première espèce sans sources de chaleur Second principe de la thermodynamique Les transformations sont irréversibles Interdit les mouvements perpétuels de seconde espèce à une source de chaleur

10. Un homme en bonne santé peut produire environ 75 W en continu X 30

11. Petite voiture 60 ch La disparition de l’esclavage coïncide avec l’apparition de la machine à vapeur équivalent « esclaves » = 600

12. Un athlète entraîné peut développer en continu 400 W sur une période assez longue Le GossamerAlbatross À son bord, Bryan Allen (en) franchit la Manche le 12 juin 1979 en 2 h et 49 min pour les 36 km, soit à une vitesse de 13 km/h.

13. Les formes primaires d’énergie Fission Fusion Gravitation

14. Les formes secondaires d’énergie L’énergie est multiforme sa forme finale est la chaleur Chimique : feu Électromagnétique : lumière Mécanique : travail Calorifique : géothermie

15. Principe d’une centrale au charbon

16. Centrales thermiques Permanente, txp ≈ 95% Modulables au gaz Forte production de CO2 Durée de vie ≈ 50 ans Puissance : 100 MW à 500 MW http://energie.edf.com/en-direct-de-nos-centrales-45641.html

17. Coûts indirect du charbon EUA 2010 • 80% frais de santé • Cardiovasculaire • pulmonaire • saturnisme • pollution nucléaire • thorium • pollution atmosphérique • CO2 azote • Pollution phréatique 1 kWhe = 7,15 cts 1 kWhi = 19,95 cts 250 M€ de coûts indirects sont externalisés donc payés par les impôts

18. Centrales nucléaires, fission E = m c2 La masse finale est plus faible que celle de U235 Énergie cinétique de neutrons Fission Réaction en chaîne

19. Réacteur à eau bouillante 1 - barre d'arrêt d'urgence 2 – barre de contrôle 3 – assemblage combustible 4 – protection biologique 5 – sortie de vapeur 6 – entrée de l’eau 7 – protection thermique

20. Centrales nucléaires, fission Partiellement modulables Durée de vie ≈ 50 ans Puissance : 500 MW à 1 GW par tranche Production de déchets nucléaires

21. Statistiques OCDE 2008 pour la France 62 millions d’habitants, 4300 tués sur la route Approvisionnement total en énergie : 270 Mtep • Production d’énergie : 136 Mtep dont • 413,3 TWh nucléaires (76,2%) électrique, 35 Mtep • 20,25 Mtep renouvelables Centrales nucléaires : 59 (+1) JP 54 (25%), EUA 104 (20%)

22. Bilan énergétique 2008 pour la France

23. I nternational T hermonuclear E xperimental R eactor Fusion

24. Éruption solaire

25. Énergie solaire photovoltaïque 2 Constante solaire : 1,367 kW/m² Un carré de 330x330 m2 suffirait aux 4,7 PWh/an de la France MAIS Pertes : orientation, saison, albédo, latitude 1210 kWh/m2/an à Strasbourg Un carré de 60x60 km2 est nécessaire aux 4,7 TWh/an de le France http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=fr&map=europe

26. Énergie solaire photovoltaïque 1 Intermittente prédictible, txp ≈ 7% DE, 16% US Coût élevé, mais en baisse Peu de maintenance, mais rendement limité Silicium : mono-cristallin, r ≈ 15% polycristallin, r ≈ 10% amorphe, r ≈ 8% Amortissement énergétique en baisse Durée de vie ≈ 20 ans Txp = taux de production annuel

27. Énergie solaire éolienne Intermittence : txp 20% (RTE, 2010) Instabilités de réseau -> centrale au gaz Maintenance : localisation et dispersion Durée de vie ≈ 25 ans Puissance : 1 MW à 5 MW Technologie de + en + lourde mais qui reste simple

28. merci pour votre attention

29. Références L'énergie Wilson Mitchell et les rédacteurs de Time-Life, 1965 Energia per l'astronave Terra NicolaArmaroli, Vincenzo Balzani Zanichelli, Bologne 2008 SustainableEnergy, without the hot air David JC MacKay UIT, Cambrige UK, 2009 Wikipedia

30. De tout temps l’homme a été fasciné par le danger Ötzi C’est toujours en surmontant ses craintes qu’il a su progresser

31. Genèse 1 v 22 Croissez et multipliez, et remplissez les eaux dans les mers; et que les oiseaux multiplient sur la terre.