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Sommaire

Les bases minimales d’information sur l’énergie

jeudi 29 mars 2012 par Jean-François

Il y a 2 messages en réponse à cet article.

Résumé de l’article
On distingue 3 types d’énergie :
- Les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz). Ce sont des énergies de stock, donc non renouvelables.
- L’énergie nucléaire. C’est aussi une énergie de stock mais dont l’usage pourrait être très fortement prolongé.
- Les énergies renouvelables (dites de flux) : éolien, solaire, hydraulique, énergie des mers, géothermie, biomasse.
Notion de rendement : la transformation d’une forme d’énergie en une autre (notamment en énergie mécanique) produit de la chaleur, qui est généralement perdue.

1. Définitions et unités

Définitions illustrées par quelques exemples

L’énergie, c’est ce qui permet de modifier l’état d’un système : la chaleur permet de faire bouillir de l’eau, l’énergie mécanique permet de mettre un véhicule en mouvement, etc.
La puissance est la quantité d’énergie développée par unité de temps.

Si on fait fonctionner un fer à repasser d’une puissance de un kilowatt pendant une heure, il consomme une énergie de 1 kilowatt heure (Kwh)

L’homme (ou la femme) au repos absorbe environ 2,3 Kwh par jour (l’équivalent d’une ampoule de 100 watts, on est bien peu de chose...)

A noter que Gaston a besoin d’un peu moins d’énergie (vous pouvez cliquer sur une photo pour l’agrandir).

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Gaston en pleine activité

Unités

- L’unité officielle de l’énergie est le « Joule ».
- L’unité officielle de puissance est le watt.
- Dans le domaine automobile, on employait aussi le « cheval ». Une voiture moyenne développe une puissance de 100 chevaux (à ne pas confondre avec les « chevaux fiscaux » dont l’utilité est purement fiscale).
- Dans le domaine qui nous concerne, les deux unités d’énergie les plus couramment utilisées sont :
Le « WattHeure » (Wh) et ses multiples par mille (Kilowattheure, Mégawh, Gigawh, Térawh)
La Tonne équivalent pétrole (Tep) et ses multiples (Ktep, Mtep, Gtep, …). C’est l’énergie qu’on récupère en faisant brûler une tonne de pétrole. Cette unité permet de faire la comparaison entre les différentes formes d’énergie : une tonne de charbon ne correspond qu’à 0,6 Tep, une tonne de gaz à 1,09 tep, etc.

Si vous voulez convertir les unités d’énergie, sachez que :
- Un cheval heure vaut 746 watts heure.
- 1 Mwh vaut 0,086 Tep.

2. Les sources d’énergie primaire

On appelle primaires les énergies directement tirées de la nature, avant toute transformation.

Elles sont de trois types :
- Les énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon),
- L’énergie nucléaire,
- Les énergies renouvelables : éolien, solaire (thermique et photovoltaïque), hydraulique, géothermie, biomasse, énergie des mers (hydrolienne, marémotrice).

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Puits de pétrole

Les énergies fossiles proviennent de la longue (millions d’années) transformation des plantes qui, à la suite de divers bouleversements terrestres, se sont fossilisées dans le sol.
Ces énergies proviennent donc du rayonnement solaire qui a permis la photo-synthèse. Il s’agit d’un stock accumulé au cours des temps géologiques, on puise dans le stock qui va nécessairement s’épuiser un jour.

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La centrale nucléaire de Bugey

L’énergie nucléaire provient de la fission ou de la fusion d’atomes. Il y a perte de masse et, en vertu de la célèbre équation d’Einstein (E=mc²) émission d’une formidable quantité d’énergie, essentiellement sous forme de chaleur.
L’uranium actuellement utilisé dans les centrales à fission nucléaire est tiré d’un stock, donc non renouvelable. Toutefois l’usage de ce stock serait considérablement augmenté avec les centrales de 4ème génération (par exemple surgénérateurs).
A plus long terme (2120 ?), la fusion nucléaire reposerait sur un stock pratiquement inépuisable).

Pour avoir une information basique sur la physique nucléaire, cliquer ici.
Pour une information sur les filières de production nucléaire, cliquer ici.

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Éoliennes et panneaux solaires

Les énergies renouvelables proviennent (presque toutes) du rayonnement solaire :
- L’éolien provient du vent engendré par des différences de température et donc du rayonnement solaire à différents endroits du globe.
- Le solaire provient… du rayonnement solaire ( !).
- L’hydraulique provient de la pluie, donc de l’évaporation, donc du rayonnement solaire.
- La biomasse provient de la photosynthèse et donc aussi du rayonnement solaire (on peut d’ailleurs se dire que, dans quelques millions d’année, elle se transformera naturellement en pétrole, gaz ou charbon).

Ces énergies renouvelables proviennent du flux apporté au quotidien par le rayonnement solaire, elles sont donc renouvelables et quasi inépuisables (du moins tant que durera le soleil mais, comme dit Abraracourcix, c’est pas demain la veille qu’il s’éteindra)

Deux énergies renouvelables ne proviennent pas du rayonnement solaire :
- La géothermie (profonde) qui provient essentiellement de réactions nucléaires dans le manteau terrestre.
- Les énergies des mers, du moins celles qui proviennent des mouvements de marées et donc de l’attraction des corps célestes (lune, soleil)

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Usine marémotrice de la Rance

3. Transformations entre énergies, notion de rendement

Contrairement à ce qui est souvent écrit (ou dit) on ne produit pas d’énergie : l’énergie totale d’un système isolé est constante. On peut seulement transformer l’énergie d’une forme dans une autre :
- On transforme l’énergie d’une chute d’eau en électricité.
- On transforme l’énergie électrique en chaleur, etc.

Toutes ces transformations respectent le principe de conservation de l’énergie totale. Pour autant, ces transformations sont loin d’être satisfaisantes par rapport au but recherché.

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A fond la caisse
30% de rendement ?

Prenons l’exemple d’une voiture et de son moteur : on souhaiterait que l’énergie contenue dans le réservoir soit intégralement convertie en avancement de la voiture (énergie cinétique). C’est loin d’être le cas : seulement 30% de l’énergie de l’essence est transformée en mouvement, le reste (70%) est transformé en chaleur (dans l’eau du circuit de refroidissement et finalement dans l’air, dans les gaz d’échappement…). On dit que le rendement du moteur thermique est de 30%.

Plus généralement, les transformations de chaleur en énergie mécanique ont pratiquement un rendement maximum de 40%.

Les transformations d’énergie subissent toutes cette altération, avec un rendement inférieur à 100% (sauf si l’on souhaite produire de la chaleur, qui est la forme la plus dégradée de l’énergie).

Dans un système complexe, les pertes dues aux rendements se multiplient. Prenons l’exemple d’une ampoule électrique classique alimentée par une centrale thermique à gaz. Supposons qu’on dispose au départ d’une énergie primaire de 100.
- La centrale thermique a un rendement de 40%, il nous reste 40 (en électricité).
- Le transport sur le réseau a un rendement de 97%, il nous reste 38 (toujours en électricité).
- L’ampoule électrique a un rendement de 5%, il nous reste 2 (en énergie lumineuse).
Le rendement global du système est de 2% !

La co-génération

Compte tenu de ce problème de rendement, quand on transforme une énergie en une autre (par exemple de l’énergie mécanique en électricité), on produit toujours de la chaleur, chaleur qui est a priori perdue.
Mais on peut aussi décider de récupérer cette chaleur pour un usage secondaire, c’est la co-génération. Par exemple dans une centrale électrique, on peut récupérer de l’eau chaude et s’en servir pour un chauffage urbain, ou pour chauffer des serres.
Le co-génération, quand elle est possible, est un excellent moyen de faire un meilleur usage de l’énergie primaire utilisée dans le processus de production.


Messages

  • Merci pour ce rappel, surtout les unités qui sont bien utiles...
    Si Gaston qui n’est pas nerveux, consomme une ampoule de 40 W est-ce que c’est seulement son corps pour fonctionner et se réchauffer ou bien est-ce que cela comporte la fabrication de sa parka et de ses espadrilles effilochées, le fonctionnement de son automobile et des ses inventions (pas toujours plus loufoques que certaines inventions réelles) .
    Parce que Jean m’a dit que moi (qui mange comme un oiseau, prends le bus et me chauffe à 19°) je consomme 3 tonnes d’équivalent pétrole par an alors là je crois qu’il y a une erreur de calcul !
    Myriam

    • Dans mon article, il s’agit de la consommation minimale de survie, c’est à dire celle nécessaire au métabolisme humain.

      Les 3 tep que tu consommes (à la rigueur un peu moins), c’est l’ensemble de ce qui est nécessaire chaque année à ton confort, ton information, ta santé, tes transports... c’est à dire ton chauffage, ton ordinateur, tes douches, tes examens médicaux, la part d’infrastructure des transports en commun que tu utilises, ta voiture, son carburant et les routes que tu uses (un petit peu), la construction de ton appart (amorti sur sa durée de vie), etc. etc.

      L’énergie de survie dont on a besoin est la même que celle d’un Africain, mais on vit dans un environnement extraordinairement développé (et donc consommateur d’énergie : 3tep par an et par Français), comparé à l’environnement d’un Africain, qui ne consomme annuellement que 0,6 tep !

    • Répondre à ce message (647)



    Répondre au message 645 du 2 avril 2012, 11:13, par mimi


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