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L’énergie du XXIème siècle, Société philomatique d ’Alsace et de Lorraine, Strasbourg le 3 mai 2011

L’énergie du XXIème siècle

Conférence-débat

1

Charles Hirlimann

Chercheur à l’institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg

Directeur adjoint : affaires européennesDirection des relations internationales du CNRS


L’énergie peut prendre deux ensembles de

formes

L’énergie

potentielle

L’énergie

cinétique

E = m g h

E = ½ m V2

statique

dynamique

Unité = Joule


Encensoir de Compostelle

80 kg


L’énergie change de

forme

L’énergie

potentielle

L’énergie

cinétique

E = m g h = 80 kg . 10 . 10 m = 8000 J

V = ( E / 2 m) ½ = ( 8000 / 2 . 80) ½ = 7 m/s


L’énergie est polymorphe

Chaleur = agitation des atomes

Travail = déplacement d’une force

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


1 kW = 1 000 Joules / 1 seconde

1 kWh = 1 kW x 3 600 secondes

= 3 600 000 J = 3600 kJ

La puissance = énergie/seconde


La puissance électroménager ≈ kW

Les consommations = milliers de kJ



baril d'équivalent pétrole

bep 6,12.109 J

tonne d'équivalent pétrole

tep4,19.1010 J

1 calorie = 4,18 J Pour 100gValeur énergétique moyenne : 456 kcal ou 1917 kJProtéines : 6,4 gGlucides : 71g dont sucres 31,4 gLipides : 16,3 g dont saturés 9.5 gFibres : 2,8gSodium : 0,18g


L’énergie se

conserve

Premier principe de la thermodynamique

Second principe de la thermodynamique

Interdit les mouvements perpétuels de première espèce sans sources de chaleur

Les transformations

sont irréversiblesInterdit les mouvements perpétuels de seconde espèce à une source de chaleur

Thermodynamique


Un homme en bonne santé

peut produire environ 75 W

en continu

X

30


Petite

voiture

60 ch

équivalent « esclaves » =

600

La disparition de

l’esclavage

coïncide avec

l’apparition de la

machine à vapeur


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.

Un athlète

entraîné peut

développer en

continu 400 W

sur une période

assez longue

Le Gossamer Albatross

http://fr.wikipedia.org/wiki/Daedalus_(avion)





Les formes primaires d’énergie

Fusion

Fission

Gravitation


Les formes secondaires d’énergie

L’énergie est multiformesa forme finale est la chaleur

Chimique : feu

Électromagnétique : lumière

Mécanique : travail

Calorifique : géothermie


Principe d’une centrale au charbon


http://energie.edf.com/en-direct-de-nos-centrales-45641.html

Centrales thermiques

Modulables au gaz

Forte production de CO2

Puissance : 100 MW à 500 MW

Permanente, txp ≈ 95%

Durée de vie ≈ 50 ans


250 M€ de coûts indirects sont externalisés donc payés par les impôts

1 kWhe = 7,15 cts

1 kWhi = 19,95 cts

Coûts indirect du charbon EUA 2010

- 80% frais de santéCardiovasculairepulmonairesaturnisme

- pollution nucléairethorium

- pollution atmosphérique

CO2 azote- Pollution phréatique


Réaction en chaîne

Centrales nucléaires, fission

Fission

E = m c2

La masse finale est plus faible que celle de

U235

Énergie cinétique de neutrons


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


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 MtepProduction 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

45%

31%

15%

5%5% électricité

pétrolegaz naturelrenouve-lablescharbon


I

nternational

T

hermonucle

ar E

xperimental

R eactor

Fusion


Éruption

solaire


Énergie solaire photovoltaïque 2

Constante solaire : 1,367 kW/m²

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=fr&map=europe

1210 kWh/m2/an à Strasbourg

Pertes : orientation, saison, albédo, latitude

Un carré de 330x330 m2 suffirait aux 4,7 PWh/an de la France

MAIS

Un carré de 60x60 km2 est nécessaire aux 4,7 TWh/an de le France


Énergie solaire photovoltaïque 1

Intermittente prédictible, txp ≈ 7% DE, 16% US

Txp = taux de production annuel

Amortissement énergétique en baisse

Peu de maintenance, mais rendement limité

Silicium : mono-cristallin, r ≈ 15%polycristallin, r ≈ 10%

amorphe, r ≈ 8%

Coût élevé, mais en baisse



Énergie solaire éolienne

Intermittence : txp 20% (RTE, 2010)

Instabilités de réseau -> centrale au gaz

Puissance : 1 MW à 5 MW

Maintenance : localisation et dispersion

Technologie de + en + lourde mais qui reste simple



merci pour votre attention

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L'énergieWilson Mitchell et les rédacteurs de Time-Life, 1965

Energia per l'astronave TerraNicola Armaroli, Vincenzo BalzaniZanichelli, Bologne 2008

Sustainable Energy, without the hot airDavid JC MacKayUIT, Cambrige UK, 2009

Références

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

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