L’énergie électrique, principalement produite avec des énergies fossiles
L’énergie électrique est une forme d’énergie qui est produite à partir d’autres formes d’énergies. Cette transformation a lieu à une échelle microscopique et n’est pas observable pour les yeux nus de l’Homme. Elle est reproduite à très grande échelle pour pouvoir répondre aux besoins énergétiques mondiales et notamment ceux de France[1] [2] . C’est seulement quand l’énergie est sous la forme électrique qu’elle est envoyée dans les lignes hautes tension pour pouvoir alimenter tous les foyer français, les autres types d’énergies non transformées ne le permettent pas.
L’énergie nucléaire
L’énergie nucléaire est l’énergie stockée au cœur des atomes, plus précisément dans les liaisons entre les protons et les neutrons qui constituent leur noyau.
Dans une centrale nucléaire, la fission des atomes d’uranium produit de la chaleur, chaleur qui transforme alors de l’eau en vapeur et met en mouvement une turbine reliée à un alternateur qui produit de l’électricité.
La fission nucléaire est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau lourd instable éclate sous l’impact d’un neutron pour former deux noyaux plus légers, avec l’émission éventuelle de particules et d’énergie.
Schéma d’une réaction nucléaire de fission possible pour un atome d’uranium 235
| 1 235 140 93 3 0n + 92U = 56Ba + 36Kr + 0n + Ɛ |
La réaction de fission de l’uranium 235 libère plus de neutrons qu’elle n’en consomme et chacun d’eux peut alors produire une nouvelle fission. C’est ce qu’on appelle une réaction en chaîne.
On remarque dans cette réaction nucléaire, que les nombres de masses et de charges sont conservés, ce sont les lois de conservation ou lois de Soddy.
Conservation du nombre de masse: 1 + 235 = 236 = 140 + 93 + 3
Conservation du nombre de charges: 0 + 92 = 92 = 56 + 36 + 0
Dans un réacteur la fission est contrôlé par l’absorption de certain des neutrons libérés, en l’absence de ce contrôle, le processus de fission s’emballerait jusqu’à provoquer une explosion. Ce type d’accident nucléaire s’est déjà produit depuis que l’Homme utilise l’uranium 235 pour fabriquer de l’électricité.
C’est le cas de l’accident majeur de Tchernobyl qui a commencé en actuelle Ukraine le 26 avril 1986. Il est classé niveau 7 sur l’échelle internationale des événements nucléaires dite (INES). Il s’agit du niveau le plus élevé de celle-ci. C’est en fait suite à cet événement que l’AIEA (Agence Internationale de l’Energie Atomique) et l’AEN (Agence pour l’énergie nucléaire) ont décidé de l’élaborer en 1990.
Échelle internationale des événements nucléaires (INES) 11e0a1b11ae100
Avantages et défauts des énergies renouvelables
Les énergies renouvelables, contrairement aux énergies fossiles, utilisent des sources d’énergies propres, ayant un impact minime sur l’environnement.
L’éolien
L’éolien fait partie des énergies « propres », sans émission de gaz ni pollution. Son fonctionnement repose en effet sur la force cinétique du vent faisant tourner les pales entraînant elles-même un générateur électrique. (Voir fonctionnement de l’éolienne, maquette). Toutefois, on peut remarquer que les éoliennes ont un impact sur la mortalité chez les populations des oiseaux et des chauves-souris qui se prennent dans les pales. Plusieurs dispositifs ont alors été développés pour la protection des espèces, notamment l’intégration des études d’impact sur l’avifaune dans les dossiers éoliens . Si, pour fonctionner, une éolienne n’émet pas de gaz à effet de serre, elle utilise des matières premières et de l’énergie dans sa phase de construction et de mise en place physique, ce que les chercheurs appellent « l’énergie grise » (dépense énergétique totale pour l’élaboration d’un matériau, tout au long de son cycle de vie, de son extraction à son recyclage en passant par sa transformation, une énergie évaluée en kWh/tonne). Le principal problème consiste dans l’utilisation des “terres rares”, un ensemble de métaux causant de graves dommages environnementaux par leur extraction. Mais les producteurs éolien commencent à se tourner vers des alternatives à ces métaux. De plus, l’éolien a un impact sur les paysages. En effet, les éolienne ont une taille considérable. De plus, l’éolien crée une nuisance sonore très puissante et continue même a distance: 55 décibels, soit le son de la voix. Cela a un impact sur les population : dès qu’un parc éolien est installé, les populations alentour désertent la zone pour aller s’installer ailleur
le solaire
L’utilisation du solaire a deux options : les panneaux photovoltaïques et les centrales solaires, qui appliquent 2 principes totalement différents
Panneaux photovoltaïques
Les panneaux photovoltaïques au silicium cristallin sont constitués de matériaux recyclables. En effet, le panneau photovoltaïque est principalement constitué de verre et d’aluminium, des matériaux recyclables à l’infini. De plus, le silicium est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre après l’oxygène. La fabrication de ces panneaux, si elle rejette polluants, vapeurs de solvants, poussières fines et gaz à effet de serre possède des moyens de traiter lesdits rejets: les polluants sont absorbés dans de l’eau ajustée en Ph lors du passage des vapeurs dans des tours de lavages. S’ensuit un traitement de l’eau classique. Les valeurs de solvants sont condensées et brûlées. Les gazs à effets de serres sont craqués à haute température (>1100°C) afin de les décomposer en éléments pouvant être traités dans une tour de lavage. Enfin, des filtres limites le rejets de poussières fines. Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque ne génère aucune nuisance pour l’environnement. En effet, les photons de la lumière solaire ont la particularité de pouvoir transférer leur énergie au électrons des cellules de certains matériaux appelé semi-conducteur, dont fait parti le silicium. Les électrons de ce dernier se mettent alors en mouvement et génèrent une tension électrique.
Les centrales solaires
Au maroc, ou en californie, par exemple, le solaire a une très grande importance énergétique. En effet, leur énergie est produite essentiellement grâce à des centrales solaires, qui reprennent le même principe des centrales nucléaires. Rappelons le système de fonctionnement d’une centrale nucléaire : la fission continue d’ atomes d’uranium libère de la chaleur. La chaleur fait bouillir de l’eau, qui, en s’évaporant dans un conduit, fait tourner une turbine. Un alternateur transforme l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique ( à l’image d’un dynamo). Les centrales solaires sont placées essentiellement dans le désert. Il s’agit d’un jeu de miroir qui font converger la lumière en un certain point. La chaleur accumulée est très élevée, et est utilisée pour faire chauffer des sels a une température très élevée. Les sels sont une alternative à la nuit : ils conservent la chaleur. Ainsi, ils peuvent chauffer l’eau jour et nuit. le principe de turbine reprends celui de la centrale nucléaire.
Centrales hydraulique
Un grand inconvénient des installations d’énergie hydraulique est leur impact sur l’environnement immédiat. Les poissons ne peuvent plus se déplacer au-delà du barrage, ce qui a des répercussions sérieuses sur le cycle de vie de certaines espèces comme le saumon. Cependant, de plus en plus de centrales hydrauliques ont recours à des “passes à poissons”, qui leurs permettent de franchir les obstacles créées par l’Homme.
Les fleuves sur lesquels des barrages sont construits changent également de caractère : le courant qui, jusque là, fluctuait fortement selon les saisons, est généralement plus uniforme. Ce qui influence la fertilité des terres en aval du barrage. Et une partie des terres en amont du barrage est immergée, ce qui réduit ainsi les surfaces cultivées ou habitées. Mais le développement des centrales hydraulique est de plus en plus encadré, notamment avec la loi de Programmation et d’orientation sur la politique énergétique (POPE) de juillet 2005. Les installations hydroélectriques doivent donc respecter des critères précis. Enfin, l’utilisation de l’énergie hydraulique ne requiert par l’émission de CO².
Des sources d’énergies “inépuisables”
Les éoliennes utilisent l’énergie du vent, qui, rappelons le, provient de l’énergie solaire. Celle-ci ne se répartit pas uniformément sur la surface terrestre ce qui conduit à la naissance d’anticyclones (zones de haute pression atmosphérique) et de dépressions (zones de faible pression), zones à l’origine du vent.
De leur coté, les panneaux photovoltaïques utilisent les photons envoyés par le soleil afin de mettre en mouvement des électrons, ce qui crée un courant électrique.
Les centrales hydrauliques emploient l’énergie du cycle de l’eau : sous l’action du soleil, l’eau des océans et de la terre s’évapore. Elle se condense en nuages qui se déplacent avec le vent. La baisse de température au-dessus des continents provoque des précipitations qui alimentent l’eau des lacs, des rivièreset de fleuves et qui retourne dans les océans.
Les utilités des énergies renouvelables
Aujourd’hui, l’énergie électrique en France est principalement utilisée dans deux grands secteurs : le bâtiment et l’automobile.
Sur le point de vue écologique : En effet, sur la totalité de la production, un français consomme en moyenne 44% de sa consommation totale pour son habitation, et 32% pour son déplacement. Un français parcourt en moyenne 20 000 km chaque année avec son automobile. Sachant que 100 km parcourus équivaut à 7 litres d’essence, alors la consommation annuelle est de 140 000 litres d’essences. Employer une voiture électrique consommant 0,16 kWh réduirait considérablement l’empreinte carbone, car les panneaux solaires ont largement la capacité de rentabiliser ce besoin en énergie.
Pour le bâtiment, l’emploi des énergies renouvelables a pour but de créer des Zero Energy buildings Ces bâtiments sont équipés afin de produire la quantité d’énergie nécessaire aux besoin énergétiques des occupant de l’infrastructure. Isolés, les pertes sont minimes. La quantité d’énergie à produire est donc beaucoup moins forte. la production peut alors égaliser la consommation, et voir même la dépasser. Problème : ces immeubles constituent seulement 1% du bâtiment francais. On ne peut évidemment pas raser la totalité de tous les bâtiments de France pour en construire d’autre. En revanche, on peut les rénover. Les immeubles du centre historique de Paris sont très mal conçus. En effet, les habitations sont très mal isolées, et un ???
économiquement :le coût de l’électricité est plus élevé ,mais la consommation est fortement réduite : exemple :
on sait que 1 litre d’essence correspond à environ 12 kWh.
Or, une voiture électrique a une dépense en moyenne 12 kWh au 100 km.
Soit W le nombre de kWh dépensé par une voiture électrique lors d’un voyage de 800 km.
W = (12*800)/100 = 96 kWh
Une voiture dépense donc 96 kWh sur ce voyage.
Soit Pe le prix que paie le conducteur en électricité pour recharger sa voiture dans les bornes mises en places dans les aires de service. Soit Pw le prix du kilowattheure et B la batterie moyenne de la voiture.
On sait que B = 43 kWh
On sait que Pw = 0,146€
Pe = B x Pw
donc Pe = 43 x 0,146
donc Pe = 6,08 euros
Le conducteur doit recharger la voiture 2 fois donc Pt = 2Pe = 6.08 = 12.16 euros Donc pour tout le voyage, le conducteur paye 12,16 euros.
Or on sait que le conducteur doit payer environ 1,5 euros le litre d’essence.la consommation moyenne d’une voiture est de 7 litres au 100 km. Soit Pe le prix de l’essence durant le trajet. soit C la consommation au 100 km et soit D la distance à parcourir et P le prix de l’essence on a D = 800.
Pe = (C x D) x P
Pe = (7.8) x P
Pe = 56 x 1,5
Pe = 84€
Donc pour un trajet de 800 km, le propriétaire de la voiture à essence dépense 84 euros en moyenne alors que le propriétaire de la voiture électrique dépense seulement 12,06 euros. On remarque donc qu’il est 7 fois moins cher de rouler avec une voiture électrique mais que cependant il faut laisser recharger sa voiture plus souvent. De plus, les stations de recharge électrique sont très peu répandus en France et plus généralement dans le monde entier comparé aux stations essence