L’énergie du XXI
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L’énergie du XXI ème 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. L’énergie peut prendre deux ensembles de formes.

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L’énergie du XXI ème siècle

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Presentation Transcript


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


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


Encensoir de Compostelle

80 kg


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


L’énergie est polymorphe

Travail = déplacement d’une force

Chaleur = agitation des atomes

Électricité = déplacement d’électrons

Éolien, photovoltaïque, hydraulique


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


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


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


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


Un homme en bonne santé peut produire environ 75 W en continu

X 30


Petite voiture

60 ch

La disparition de l’esclavage coïncide avec l’apparition de la machine à vapeur

équivalent « esclaves » = 600


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.


Les formes primaires d’énergie

Fission

Fusion

Gravitation


Les formes secondaires d’énergie

L’énergie est multiforme

sa forme finale est la chaleur

Chimique : feu

Électromagnétique : lumière

Mécanique : travail

Calorifique : géothermie


Principe d’une centrale au charbon


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


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


Centrales nucléaires, fission

E = m c2

La masse finale est plus faible que celle de U235

Énergie cinétique de neutrons

Fission

Réaction en chaîne


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


Centrales nucléaires, fission

Partiellement modulables

Durée de vie ≈ 50 ans

Puissance : 500 MW à 1 GW par tranche

Production de déchets nucléaires


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%)


Bilan énergétique 2008 pour la France


I nternational T hermonuclear E xperimental R eactor

Fusion


Éruption solaire


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


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


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


merci pour votre attention


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


De tout temps l’homme a été fasciné par le danger

Ötzi

C’est toujours en surmontant ses craintes qu’il a su progresser


Genèse 1 v 22

Croissez et multipliez, et remplissez les eaux dans les mers; et que les oiseaux multiplient sur la terre.


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