Inconséquence climatique…

La question climatique tourne souvent à la discussion de comptoir. On y va de grandes déclarations, de grandes certitudes auxquelles s’opposent d’aussi grandes réfutations. On jure, on se moque, on alerte, on amalgame, on s’emporte…

Bref ! On se querelle et l’on tourne en rond.

Revenons alors aux fondamentaux. Je ne vous demande pas de me croire sur parole. Testez, expérimentez et faites-moi part de vos conclusions.


1 – Principe de causalité

« À une action sur un système se produit une réaction de ce système ! » L’on a tous appris cela à l’école ou au collège. L’action est la cause, qui a pour conséquence la réaction du système.

Si l’on tient une balle de tennis entre le pouce et l’indexe, la pression exercée (action) sur la balle la maintient entre nos doigts (réaction). Si l’on écarte les doigts (action), la balle tombe vers le sol (réaction), sous l’effet de la gravité terrestre…

Les équilibres thermiques reposent sur le même principe.

Prenez une casserole pour porter de l’eau jusqu’à tout juste frémir (pour préparer un thé, par exemple). Si l’on diminue la puissance de chauffage sous la casserole (action), le frémissement faiblit et cesse (réaction). Si, au contraire, on augmente la puissance de chauffage (action), un bouillonnement de plus en plus important va apparaître (réaction)…

Pour plus de démonstration, je vous invite à faire l’expérience avec du lait. Là, l’action d’augmenter la chaleur sous la casserole aura pour réaction de faire déborder le lait de celle-ci, avec des conséquences bien plus contraignantes pour le ménage…

C’est un peu ce qui se passe avec le réchauffement climatique anthropique que nous connaissons.

2 – Le déséquilibre thermique dû aux activités humaines

La Terre connaît depuis quelque huit mille ans une stabilité inédite de sa température de surface (son biotope), qui a permis à nos ancêtres de sortir des cavernes, d’inventer l’agriculture et d’édifier toutes les civilisations antiques connues…

C’est le “juste frémissement de l’eau du thé”…

Mais, avec la révolution industrielle, aux XVIIIe siècle, et principalement depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale, les activités humaines ont fait un usage croissant des énergies tirées des entrailles de la Terre. Cette chaleur* s’ajoute au bilan thermique naturel de la Terre ! On augmente la chaleur à dissiper (action), ce qui entraîne une augmentation de la température d’équilibre (réaction).

*La chaleur est la forme dégradée de toute énergie (désordre maximum de l’agitation moléculaire).

Cela marche exactement comme le chauffage de votre logement. Si vous augmentez la puissance de la chaudière ou des convecteurs, toutes choses égales par ailleurs, la température du logement va s’élever jusqu’à trouver un nouvel équilibre entre la chaleur entrante, par le système de chauffage, et la chaleur sortante du logement (toit, murs, fenêtres…)

Cela n’a rien de surnaturel. C’est au contraire parfaitement prévisible et même prédictible…


3 – Estimation de l’élévation de la température d’équilibre de la planète due aux activités humaines…

La température d’équilibre de la Terre, issu du bilan naturel, essentiellement sous l’effet du rayonnement solaire*, est d’environ 15 °C, soit 288 K, en température absolue.

*En toute rigueur, il faudrait intégrer la chaleur tellurique, venant du noyau de la Terre et de son manteau, dont les régions froides sont les portes de sortie vers l’espace. Toutefois, ceci étant intégré dans la température d’équilibre, on peut ne pas en tenir compte pour estimer l’élévation thermique due à l’action de l’Homme.

L’exploitation des énergies endogènes (non issues du Soleil) est d’un peu plus de 16 TW (donnée 2014), qui s’ajoutent au bilan naturel de la Terre, de quelque 170 000 TW.

Cet apport d’énergie conduit à une élévation de la température terrestre de 2,7 °C/siècle, avant même qu’intervienne un quelconque effet de serre…

Si cette première estimation est assez grossière, elle amène trois observations majeures sur le réchauffement climatique :

  1. Quelque soit l’importance du ratio des énergies endogènes par rapport à l’apport solaire (soit environ 0,0094 %, en 2014), cela entraîne inéluctablement une élévation de la température d’équilibre de la Terre.
  2. Aucun instrument scientifique n’a une sensibilité suffisante pour mesurer directement le réchauffement anthropique.
  3. Le réchauffement climatique ne peut alors s’apprécier que sur le long terme (plusieurs décennies, comme dans le rapport onusien : Rio+20, qui indique un ∆T de + 0,4 °C entre 1992 et 2010).

Cette première estimation nous encourage à regarder de plus près la façon dont peut se produire le réchauffement climatique sous l’action des activités humaines. Or, l’élévation de la température d’un degré Celsius par siècle de toute la troposphère, là où se produisent les effets météorologiques, nécessite seulement 1,3 TW…

Cela conforte l’ordre de grandeur de la première estimation et pointe une responsabilité de premier rang vers l’exploitation des énergies endogènes dans le réchauffement climatique.


4 – Quid de l’effet de serre ?

Dès sa création, en 1988, le GIEC n’a envisagé qu’une seule hypothèse pour expliquer le réchauffement climatique, celui de l’effet de serre, s’appuyant sur le rapport Hansen de la NASA, publié quelques mois plus tôt…

La principale faiblesse de la théorie de l’effet de serre est de ne reposer que sur des simulations mathématiques, sans corroboration physique… Ainsi, en 1909, Robert W. Wood a invalidé expérimentalement la théorie de l’effet de serre proposée par Svante Arrhénius, en 1896, pour montrer que les échanges thermiques au sein d’une serre était principalement du fait des courants convectifs établis par le déplacement de l’air chauffé au contact du sol et refroidi à la surface de la verrière (espace confiné)…

Cela ne veut pas dire pour autant qu’il n’y a pas d’interactions moléculaires dans le rayonnement infrarouge (dit “d’effet de serre”), mais que son importance est à revoir à la baisse, pour tenir compte de phénomènes plus complexes que ceux pris en considération dans un modèle théorique…


5 – L’arbre qui cache la forêt

Le CO2 est une molécule stable, qui reste à l’état gazeux, partout dans l’atmosphère. Il s’en suit que sa concentration est mesurable, y compris dans la haute atmosphère, quand la vapeur d’eau se cantonne à la troposphère…

Alors que 80 % des énergies endogènes sont d’origines fossiles, le CO2 est un assez bon traceur de l’activité humaine. L’on peut légitimement faire un parallèle entre le réchauffement climatique et l’activité humaine, via ce marqueur*.

* Une corrélation semblable pourrait être faite avec la production d’acier ou de béton…

En conclure, qu’il y a causalité est par contre abusif. Même si le CO2 a un comportement singulier vis-à-vis des infrarouges lointains, il n’est qu’un élément parmi tant d’autres pouvant avoir un impact sur le climat, comme les énergies endogènes et le cycle de l’eau…

Son impact est donc à revoir à la baisse, en même temps que les phénomènes thermiques propres à la troposphère doivent être considérés à leur juste place…

Suffit-il de faire la chasse au CO2 pour échapper au réchauffement climatique ?
La France se targue de sa faible émission de gaz à effet de serre, grâce à son parc nucléaire. Or, celui-ci émet autant de chaleur et génère autant de vapeur d’eau pour refroidir ces centrales que les énergies fossiles.
La vertu de la France ne repose que sur la focalisation que l’on fait sur le carbone…


6 – Un arbitrage nécessaire

Rapport après rapport, le GIEC révise systématiquement à la hausse les prévisions issues de son modèle mathématique…

Cette dérive est-elle un signe de confiance de la représentativité de leur modèle de simulation ?

Nous avons vu, plus haut, que l’exploitation des énergies endogènes entraîne un réchauffement de la température d’équilibre, à la surface de la planète, pouvant aller jusqu’à 2,7 °C par siècle*…

*Cette valeur ne peut qu’augmenter proportionnellement au recours aux énergies endogènes pour satisfaire la demande des pays émergents et faire face à l’explosion démographique du demi-siècle à venir…

Et là, il ne s’agit pas d’une spéculation, mais de l’application du principe fondamental de la conservation de l’énergie. Les discussions éventuelles porteront sur le taux et le mode de dissipation, mais pas sur le principe même.

S’il y a effet de serre, celui-ci ne peut que s’ajouter à celui des énergies endogènes, qui sont produites au sein même du biotope dans lequel on constate les effets du réchauffement climatique…


7 – Il est grand temps de recenser les différentes causes du réchauffement climatique, introduites par les activités humaines.

D’autres phénomènes introduits par les activités humaines agissent sur le climat. L’on peut citer les perturbations du cycle de l’eau, régulateur climatique crucial. La combustion du pétrole produit, en volume, autant de vapeur d’eau que de CO2… Cette vapeur d’eau s’ajoute à celle contenue dans l’atmosphère par vaporisation des cours d’eau et des océans, mais aussi des canaux d’irrigation, des fontaines et autres piscines domestiques…
Les activités industrielles, agricoles et domestiques contribuent à une forte augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, tandis que le durcissement des sols et l’urbanisation pénalisent la régénération des nappes phréatiques…

Ce sont là autant de facteurs qui modifient les climats locaux et, de proche en proche, le climat global…

L’appréciation de leur impact est à établir…

En attendant, on peut remarquer qu’à des périodes de sécheresse importantes succèdent des périodes de fortes précipitations…

Il est grand temps de sortir d’une position dogmatique du réchauffement climatique dû à un seul facteur : l’effet de serre, pour avoir une approche plus réaliste, sans doute plus humble quant à notre capacité à la modéliser…

Nous reviendrons plus à fond sur ce sujet dans un prochain article.

8 – Arrêtons de tergiverser

La prise en compte des lois fondamentales de la physique implique l’augmentation de la température avec l’afflux de chaleur.

Cela devrait convaincre les climato-septiques les plus incrédules. Il n’est pas nécessaire d’attendre des effets indiscutables, c’est une question de logique. Le réchauffement est aussi prévisible que lorsqu’on allume le chauffage de nos logements…

Cela devrait également faire redescendre les spécialistes du GIEC sur Terre… Que vaut un modèle mathématique, aussi sophistiqué qu’il soit, s’il ne prend pas en compte les lois de la physique ?

L’on ne peut sortir de la crise climatique que si l’on coupe la source qui l’alimente, à commencer par la première d’entre elles : l’exploitation des énergies endogènes, celles qui s’ajoutent au bilan thermique naturel de la Terre…

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Agir pour un retour à l’état naturel du climat


Le réchauffement n’est pas (encore) une fatalité

 

Résumé

Nous avons aujourd’hui suffisamment de recul pour constater le réchauffement anormal du climat et en attribuer la responsabilité aux activités humaines.

Pour autant se pose un problème d’appréciation du mécanisme même de ce réchauffement.
Si l’on peut en observer les effets, il est impossible de le mesurer directement. Les instruments ne sont pas assez précis pour cela. L’on doit alors construire un scénario à partir d’indices épars que l’on tente de valider en le confrontant aux effets constatés.
C’est la mission des climatologues…

Le problème, c’est qu’un seul scénario a été étudié : celui de l’effet de serre. C’est une approche du climat de la Terre, vu de l’espace. Elle est valable à 99 %… ce qui est toutefois insuffisant pour en faire une certitude. Une différence d’appréciation entre 99,995 % et 99,985 % entraîne une inversion de tendance. On passe du réchauffement au refroidissement…
C’est l’effet papillon ! Une petite variation des données dans les calculs en change le sens…

Le scénario de l’effet de serre est donc hautement spéculatif. Ce postulat est d’autant plus étonnant que le mécanisme de l’effet de serre a été réfuté par les travaux du physicien R. W. Wood au début du siècle dernier.
Il se heurte de surcroît à la contradiction entre la brutale accélération actuelle du réchauffement terrestre (20 fois plus rapide que lors des périodes interglaciaires) et la perte d’influence du C02 depuis l’avènement de l’ère industrielle (10 fois plus faible que lors de ces mêmes périodes)*…

* Voir l’analyse au § 1 et 4

Le scénario « effet de serre » ne tient compte que des flux thermiques des hautes couches atmosphériques en provenance du Soleil ou vers l’espace, à l’exclusion des courants tangentiels de la troposphère (là où évoluent les nuages), qui capturent une partie de la chaleur terrestre pour la maintenir dans notre environnement immédiat.

Or, c’est précisément là que se déverse la chaleur dégagée par les activités humaines, en quantité suffisante pour expliquer le réchauffement climatique. C’est également là que l’on constate les effets de la crise climatique…

Alors, il est surprenant que cet élément essentiel ait été occulté par les experts du climat. C’est d’autant plus regrettable que les conclusions en sont radicalement différentes des prévisions pessimistes auxquelles conduit celui de l’effet de serre.

Ce scénario alternatif nous permet d’agir efficacement pour enrayer la crise climatique et même de retrouver un équilibre thermique naturel de la Terre d’ici la fin du siècle (mieux que les objectifs de la COP21).

Pour cela nous n’avons pas d’autre solution que de remplacer les énergies tirées des entrailles de la Terre (les énergies fossiles ; le nucléaire ; la géothermie profonde*) pour exploiter de nouvelles technologies de domestication de l’énergie solaire, sous toutes ses formes !

* Les énergies renouvelables, comme la géothermie profonde, ne sont pas un label qui garantisse l’absence d’impact sur le climat…

Or, depuis trente ans, nous n’avons rien entrepris sérieusement en ce sens, nous contentant de mettre au goût du jour des technologies anciennes.

La production mondiale d’énergie correspond à moins d’une heure d’énergie solaire reçue par la Terre… Il y a de quoi attiser l’imagination des chercheurs. Encore faut-il que les décideurs, politiques ou privés, leur allouent les moyens financiers nécessaires à ces études…

Cela exige un programme ambitieux de recherche et développement de nouvelles technologies comme la production d’hydrocarbures de synthèse dans des fours solaires, par exemple…

Il n’est pas encore trop tard, mais l’on a perdu assez de temps à se résigner face à la vision fataliste d’un réchauffement climatique irréversible et durable lié à la théorie de l’effet de serre !

 

Approfondir la question climatique

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Transition énergétique vers le tout électrique ?

Les écologistes et les citoyens roulés dans la farine…

Face au mouvement des « Gilets jaunes » qui s’est cristallisé à l’occasion de l’application de nouvelles taxes sur les carburants, plus particulièrement sur le gazole, le gouvernement oppose l’urgence d’une « transition énergétique »…

L’idée générale est de bannir le « thermique » au profit de l’« électrique », à l’instar de la voiture dont les gouvernants souhaitent la mutation totale à l’horizon 2040. Il en est de même pour les chaudières au fioul, comme il le sera un jour pour celles au gaz…

Voitures électriques, pompes à chaleur… avec quelle électricité ?

Il ne suffit pas de consommer plus d’électricité, il faut la produire ! Comment ?
La question est d’autant plus légitime qu’il n’est question que de fermeture des centrales nucléaires vieillissantes sans réelle stratégie de remplacement. Certes, les particuliers sont fortement incités à investir dans le photovoltaïque par des prix de rachat de l’électricité particulièrement attractif, comme ils sont encouragés à changer leurs voitures thermiques (notamment les diesels) pour des véhicules électriques.

Il y a là une singulière incohérence… Comment peut-on compter sur le photovoltaïque, qui ne peut produire de l’électricité que le jour, pour recharger les batteries des voitures électriques la nuit ?…

À quels besoins doit servir la production photovoltaïque et par quelle astuce va-t-on satisfaire les besoins d’un parc automobile converti à l’électrique d’ici à vingt ans ?
Le sujet est complexe. Nous vivons des mutations multiples qui rendent les prospectives hasardeuses. Toutefois, prévoir n’est pas prédire l’avenir, mais envisager les différentes possibilités…

Alors, tant pis si nous n’avons pas toutes les informations souhaitables pour étayer une hypothèse solide. Contentons-nous de dégager les grandes tendances de cette mutation voulue vers le tout électrique. Il s’agit de mettre en lumière les points critiques d’un projet et de fournir les axes d’approfondissement. Nous ferons donc avec les informations que nous avons pu collecter pour asseoir une première réflexion.

1 – État des lieux

Avez-vous le profond sentiment de faire un geste pour sauver la planète lorsque vous mettez votre cafetière électrique en marche le matin ? D’où vient cette électricité ? D’une éolienne ? D’un panneau solaire ? D’un barrage ? Elle provient sans doute d’une centrale nucléaire ou peut-être d’une centrale à charbon… Un peu de tout ça en fait. L’électricité n’a pas d’odeur, pas de signature distinctive. La production française en 2017 était d’origine nucléaire à plus de 70 % pour environ 10 % de centrales thermiques, autant que l’électricité d’origine hydraulique, le reste se partageant entre l’éolien, le solaire et les bioénergies. Cela veut dire que nous sommes tributaires à plus de 80 % d’énergies endogènes (ne provenant pas de l’action solaire).

En l’état, il y a donc un très gros effort à faire pour parvenir à une transition énergétique neutre sur le climat… Voyons donc les ordres de grandeur de ce que représente le parc automobile, d’une part, et celui des chaudières à fuel, d’autre part…

Voyons d’abord ce qu’il en est du transport routier.

Celui-ci représentait une consommation de 48,8 Mtep en 2014, soit l’équivalent de 566 TWh. Cela dit, il ne s’agit pas d’une énergie électrique disponible sur le réseau. L’on ne peut pas la comparer directement à la production électrique des centrales. Pour celles-ci on mesure l’énergie fournie au réseau et non celle consommée. À titre de comparaison, la France a produit 529 TWh d’électricité en 2017…

Il faut donc se livrer à une délicate estimation de l’équivalence électrique du besoin du transport routier. Une première approche est de comparer le rendement d’un moteur électrique à son homologue thermique. L’on est alors dans un rapport de 1 à 3… Mais, il s’agit là de cas d’utilisation optimale des moteurs au banc d’essai, en dehors des contraintes d’utilisation pratiques. Une voiture thermique consomme du carburant même à l’arrêt (au feu rouge, par exemple, ou dans les embouteillages), là où la voiture électrique ne consomme que si elle roule…

Enfin, ça ce sont les arguments avancés par les vendeurs de véhicules électriques. Tout n’est pas aussi rose. Pour avoir une autonomie qui permette de sortir du trajet périphérique local, il faut embarquer plus de batteries… Ce qui signifie plus de poids. C’est comme si nous roulions avec plusieurs passagers supplémentaires à bord. – Cela pose un énorme problème pour les véhicules utilitaires qui voient ainsi la charge utile sérieusement amputée –. Ce poids se paie par un excès de consommation lors des accélérations (démarrages, dépassements) ou lors de circulation sur des routes vallonnées…

Un autre point concerne l’autonomie l’hiver. Dans les voitures thermiques le chauffage est gratuit. L’on introduit dans l’habitacle une partie de l’air réchauffé par le radiateur… La voiture électrique n’ayant pas de radiateur, c’est une résistante chauffante qui est alimentée, que la voiture roule ou non… Or un habitacle automobile est une véritable passoire énergétique : pas d’isolation de la carrosserie, pas non plus de doubles vitrages !

Alors avantage à la voiture électrique, en ville, sur le plat et en été. Mais, avantage à la voiture thermique l’hiver sur les routes de montagnes…

À défaut de pouvoir chiffrer ces données nous resterons sur notre première approche, quitte à revoir cette donnée ultérieurement. Ce qui nous donne une équivalence électrique des besoins du transport routier de 189 TWh, soit la moitié de la production nucléaire en 2017.

Voyons maintenant ce qu’il en est d’une mutation des chaudières au fioul vers des pompes à chaleur.

En 2014, la consommation de fioul domestique a été de 6,4 millions de tonnes, soit 75 TWh thermique.

Là aussi il faut se poser la question de l’équivalence de ce besoin en termes de consommation électrique. Une pompe à chaleur air-air ou air-eau a un COP (cœfficient de performance) annoncé allant jusqu’à 4. Cela veut dire que pour 1 TWh électrique consommé la pompe fournit jusqu’à 4 TWh thermique (par pompage des calories contenues dans l’air extérieur).

Il s’agit là de conditions optimales. En cas de températures négatives ce rendement baisse très sérieusement et il peut être nécessaire de recourir à un chauffage d’appoint ou une résistante chauffante intégrée dans le système. Nous retiendrons donc un COP moyen de 3 pour tenir compte d’une consommation moyenne, soit un besoin de 25 TWh électrique…

Nous obtenons donc un besoin supplémentaire prévisionnel de 214 TWh de consommation électrique (chiffres de 2014) à l’horizon de 2040. Cela représente une augmentation de 40 %. Soit une consommation totale d’environ 743 TWh… pratiquement deux fois la production électrique du parc nucléaire français (379 TWh en 2017).

Il n’est donc pas nécessaire de fermer des centrales nucléaires pour parvenir aux objectifs de la transition énergétique fixés par le gouvernement de ramener la part du nucléaire à 50 % de la production électrique en France. Il suffit d’amener les Français à consommer plus d’électricité. Comme quoi la transition consiste à ne surtout rien changer de fondamental

2 – Comment produire 40 % d’électricité en plus d’ici 2040 ?

Voyons d’abord la typologie des besoins nouveaux

Les besoins pour le chauffage sont saisonniers, avec un maximum au cœur de l’hiver. La demande d’énergie pour le transport sera mieux répartie, bien que nous avons vu que le besoin de chauffage en hiver entraînera une certaine dissymétrie saisonnière. Nous aurons à faire surtout un cycle journalier. La recharge en heures creuses concentrera la demande sur un tiers de la journée (≈ 22 h à 6 h…), ce qui veut dire que la puissance nominale du parc devra être 3 fois supérieure à la demande lissée sur l’année.

Les centrales nucléaires sont incapables de répondre à ce type de variation de la demande. Elle marche en tout ou rien. Leur production annuelle correspond à leur puissance nominale pour le temps moyen de fonctionnement (c’est-à-dire en dehors des opérations de maintenance).

Il est évident que, structurellement, la ressource ne peut pas venir du solaire. Ce ne peut l’être non plus par l’hydraulique (les capacités sont déjà absorbées).

Il reste les centrales thermiques et l’éolien. Celles-ci représentaient respectivement une contribution à la production électrique de 54 et 24 TWh… Sur le papier, en ne regardant que la production annuelle, il faudrait déjà multiplier par 4 leurs capacités pour pouvoir subvenir aux besoins nouveaux… Toutefois, l’éolien ne présente pas suffisamment de souplesse de pilotage pour répondre aux variations aléatoires de la demande. Seul le thermique présente cette caractéristique.

Essayons maintenant d’évaluer les puissances nécessaires

Il faut différencier les besoins pour le chauffage saisonnier de ceux du transport. La demande la plus forte porte sur une période de six à huit semaines au cœur de l’hiver. Elle connaît peu de variations à court terme, mais dépendra de la rigueur de l’hiver. Nous ne pouvons pas nous baser sur les derniers hivers, plutôt doux, pour évaluer les pics de besoins. Il faut compter sur une puissance nominale de 6 à 7 GW pour répondre à ce besoin, soit l’équivalent de trois centrales comme celle de Porcheville, en région parisienne (arrêtée depuis mai 2017)…

Pour les véhicules électriques, nous avons des variations qui peuvent être importantes au cours de la journée, avec sans doute une certaine tension de la demande la veille des week-ends et des départs en vacances, qui nous orienteront vers la valeur haute de notre fourchette. Nous arrivons à 65 GW, une petite trentaine de centrales de la taille de celle de Porcheville…

L’ampleur de ces chiffres amènera à étaler la période de recharge nocturne et d’encourager les charges partielles diurnes (parking d’entreprises, bornes de stationnement – une nouvelle façon de concevoir les parcmètres…)

Il est fort à parier que les pouvoirs publics plancheront d’ici 2040 sur cette question pour éviter l’implantation de trente centrales thermoélectriques de forte puissance…

3 – Le réseau ? Un maillon faible…

Une chaîne a la résistance de son maillon le plus faible… Le réseau électrique est vieillissant. Aujourd’hui, il est à la limite de ce qu’il peut supporter. Depuis la panne européenne du 4 novembre 2006, des coupures de délestage sont prévues lors des pics de consommation, au cœur de l’hiver. La relative douceur de ceux-ci ces dernières années nous a épargné leur mise en application, mais il n’est pas sérieusement envisageable de consommer plus d’électricité sans revoir l’ensemble du réseau…

Là, nous ne pouvons pas raisonner en termes de prévision des consommations. Il faut pouvoir passer toute la puissance nominale de nos sources de production pour répondre aux pics de besoins. Imaginez une coupure générale. Avec les véhicules électriques, c’est tout le pays qui se trouve à l’arrêt… Il n’y a pas de service minimum. Sans voiture, les infirmières ne pourront pas faire leur tournée, pour ne citer que cet exemple…

L’ensemble des moyens de production en France représente une puissance nominale de 130 GW, qu’il faut porter à 200 GW pour les besoins de la transition énergétique. Cela représente globalement un accroissement de la capacité du réseau d’un peu plus de 50%. Localement, cela peut aller nettement plus haut, notamment pour alimenter des bornes de recharge rapide…

4 – Des solutions alternatives

Est-il urgent et opportun de changer de voiture pour en acheter une autre consommant 10 ou 15 % de moins ? L’on voit très bien l’intérêt pour l’industrie automobile dans son ensemble, mais l’on peut se demander quel est le gain pour la transition énergétique de cette obsolescence réglementaire de nos véhicules et de nos chaudières ?

Il y a mieux et plus durable à faire. Le moteur Pantone, qui consiste à injecter de l’eau dans les cylindres, permet de diminuer la consommation et la pollution de façon sensible.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Quand l’eau est injectée dans le cylindre (non pas dans l’alimentation en air en amont du moteur – attention à certains kits faciles à monter) elle se pulvérise en vapeur, participant à la pression moyenne qui repousse le piston. Cela revient à ajouter une machine à vapeur au moteur traditionnel. Ce gain de puissance a été utilisé en Formule 1 dans les années 80. Il s’accompagne d’un abaissement de la température de combustion, ce qui permet de diminuer les contraintes thermiques sur les pièces mécaniques et de limiter fortement la formation des oxydes d’azote…

L’autre voie consiste à changer l’origine du carburant. C’est alors tout le parc automobile existant qui se trouve amélioré…

Il y a bien sûr les biocarburants. Toutefois il faut veiller à ne pas détourner les terres agraires de leur vocation à nourrir la planète. C’est là le principal frein à leur développement.

À Alicante, en Espagne, une société cultive des microalgues qui recyclent le CO2 pour produire du pétrole de synthèse… Il s’agit là d’un biocarburant à développer directement utilisable par le parc existant… C’est une technologie disponible depuis quelques années déjà. Mais y a-t-il une vraie volonté de trouver une alternative aux produits pétroliers ?

Si vous en avez l’occasion allez visiter le four solaire d’Odeillo, à côté de Font Romeu. Vous lirez sur les panneaux d’exposition que ce centre de recherche a notamment obtenu de l’hydrogène par cracking de l’eau à haute température.

L’on devine aisément l’intérêt des fours solaires pour la chimie. L’énergie est gratuite et disponible à un niveau d’intensité sans pareil… Mais pourquoi financer des études pour réaliser un carburant de synthèse alors que le pétrole était bon marché ? Qui avait intérêt à l’aboutissement de tels travaux ? C’est sans doute pourtant aujourd’hui la voie la plus intéressante à développer.

Les hydrocarbures constituent la forme de stockage de l’énergie la plus dense et la plus simple d’usage. L’utilisation de l’énergie solaire assure la neutralité du processus vis-à-vis du bilan thermique de la Terre. Cela évite de jeter le parc existant, moyennant parfois une adaptation (comme pour le GPL).

Voyons un peu de quoi il retourne. Un hydrocarbure est une chaîne d’atomes de carbone et d’hydrogène, dont la combustion produit du CO2 et de l’eau… et beaucoup de chaleur.

Inversement, on peut recycler ce CO2 et cette eau en un nouvel hydrocarbure grâce aux très hautes températures que permet d’atteindre un four solaire.

5 – Y a-t-il une véritable vision pour sortir de la crise climatique ?

Nous pouvons discuter des engagements de fermeture de certains réacteurs nucléaires et de la part effective qu’aura le parc éolien en 2040. L’on peut ergoter sur les hypothèses concernant les relations entre énergies thermiques et électriques que nous avons prises pour établir ce tableau prospectif… Quoi de plus normal, puisque le but d’une telle étude est justement de faire réagir ?

Le choc pétrolier de 1973, les accidents nucléaires de Three Mile Island (Pennsylvanie, USA), en 1979, et de Tchernobyl (Ukraine, URSS), en 1986, auraient dû être un terreau de réflexion sur notre dépendance énergétique, nous sensibilisant aux recommandations du protocole de Kyoto, signé en 1997, lors de la COP3.

Nous sommes à mi-chemin entre cette prise de conscience concrète et l’horizon 2040. Qu’avons-nous fait ? L’ensemble des énergies nouvelles (éolien + solaire + biocarburants) représente moins de 8 % de la production française d’électricité en 2017… Comment pouvons-nous espérer subvenir aux 40 % supplémentaires dus à la transition énergétique ?

Changer sa voiture diesel contre une voiture électrique ne fait que déplacer le problème, au risque même de l’aggraver (coûts écologiques de déconstruction du parc existant, exploitations de ressources rares, durée de vie des batteries…)

Nous n’avons rien fait pour développer la technologie Pantone, qui apporte des gains de consommation et de pollution. Nous n’avons pas encouragé les recherches de carburants de synthèse. Les carburants d’origine bio-marine, comme celui développé à Alicante, reste à l’état de vitrine…

Le courage politique consiste-t-il uniquement à faire porter aux citoyens la responsabilité du réchauffement climatique et à courber l’échine face aux lobbies de l’énergie ?

Y a-t-il autre chose qu’un langage verbeux derrière les discours solennels sur la transition énergétique ?

La COP21 a été un succès diplomatique remarquable. Mais la diplomatie est l’art de la langue de bois. On s’en tient à des vœux pieux, sans qu’aucune ligne directrice soit clairement donnée pour sortir de la crise climatique en 2100. D’ailleurs, aucun engagement n’a été pris après cette date.

L’on s’engage dans la lutte contre le réchauffement climatique par une politique de petits pas, de mesures à courte vue… Nous agissons comme le ferait un candidat de la course du rhum (course transatlantique reliant St Malo à la Guadeloupe) qui n’aurait que la carte du port de St Malo pour construire sa stratégie de route…

Nous avons les outils. Nous sommes conscients du besoin. Nous avons les compétences requises. Alors, qu’attend le gouvernement pour s’atteler au vrai problème ?
Ce dont nous avons besoin, c’est de développer des ressources énergétiques exploitant de façon intelligente la source solaire, gratuite, renouvelable et neutre sur le bilan thermique de la Terre…

Sources :
https://www.connaissancedesenergies.org/les-transports-en-france-chiffres-cles-retenir-160318
https://www.faq-logistique.com/TL&A-Focus-Feuillet-Environnement-Consommation-Energie-Dans-Transports.htm
https://prix-elec.com/energie/comprendre/statistiques-consommation-france
https://fr.statista.com/statistiques/492730/consommation-fioul-domestique-france/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fioul_domestique_en_France
https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres
https://www.challenges.fr/automobile/dossiers/la-verite-sur-la-consommation-des-voitures-electriques_2623
https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/production-delectricite
http://bilan-electrique-2017.rte-france.com/production/le-parc-de-production-national/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Panne_de_courant_du_4_novembre_2006_en_Europe
https://www.robert-schuman.eu/fr/questions-d-europe/0046-la-panne-electrique-du-4-novembre-2006-un-plaidoyer-pour-une-veritable-politique-europeenne-de
https://www.lemonde.fr/europe/article/2006/11/05/les-precedentes-grandes-pannes-d-electricite-en-france-et-en-europe_830941_3214.html
https://www.econologie.com/avantages-inconvenients-moteur-pantone/
https://www.econologie.com/injection-eau-en-formule-1-renault/
https://news.autojournal.fr/news/1495001/Injection-%C3%A0-eau-moteur-turbo-BMW-Serie-1
http://avenirsanspetrole.over-blog.com/article-micro-algues-faut-il-croire-au-miracle-annonce-72135324.html
http://parisinnovationreview.com/article/des-micro-algues-au-petrole-bleu
http://www.foursolaire-fontromeu.fr

(Climat & Avenir : 2 décembre 2018)

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L’hydrogène : énergie de tous les fantasmes…

L’hydrogène est régulièrement cité comme une énergie d’avenir, une énergie propre, une énergie qui ne produit que de l’eau…

1 – Les raisons à l’origine de tant de fantasmes

À l’état naturel, l’hydrogène est un gaz incolore et inodore. Aucun risque de pollution visqueuse sur les plages. Pas d’odeurs nauséabondes à la sortie des pots d’échappement. Pas de traces noires sur les monuments… L’hydrogène à tous les arguments d’une énergie propre.

En outre, il contient trois fois plus d’énergie que les hydrocarbures à masse égale… De quoi faire rêver bien des décideurs.

2 – Le revers de la médaille

Bien qu’identifié dans la seconde moitié du dix-huitième siècle (il y a quelques deux cent cinquante ans), il fait toujours figure d’un gaz d’avenir, c’est que cette rose a de grandes épines…

C’est le gaz le plus léger. Il a été utilisé au début du siècle dernier dans les dirigeables, comme le Zeppelin. Quatorze fois plus léger que l’air à l’état gazeux et quatorze fois plus léger que l’eau à l’état liquide, sa faible densité rend son stockage encombrant. Il contient ainsi cinq fois moins d’énergie que le gasoil à volume égal…

Si l’hydrogène représente les trois quarts de la masse de l’univers, il est concentré à 99,999999999 % dans les étoiles. Sur Terre, il ne représente que 0,000003 % de la masse de l’atmosphère. On le trouve essentiellement dans des corps composés, comme l’eau et les matières organiques (associé au carbone).

La petite taille de sa molécule lui permet de migrer dans les matériaux par porosité. Cela a deux conséquences : la nécessité d’une étanchéité renforcée et une fragilisation des matériaux à son contact.

C’est en outre un gaz à la combustion détonante, incompatible avec les moteurs actuels. Il ne peut donc se substituer aux hydrocarbures avec un simple kit d’adaptation comme pour le GPL…

Cela rend son utilisation pratique délicate et pas forcément pertinente.

3 – Une énergie « courroie de transmission »

L’hydrogène ne constitue pas une source énergétique sur Terre. Pour l’utiliser, il faut le produire. L’eau représente la plus grande source d’hydrogène. On peut l’obtenir assez facilement par électrolyse. Toutefois, cela consomme plus d’énergie électrique, que la combustion de l’hydrogène n’en produira…

Comme l’électricité, l’hydrogène n’est qu’une sorte de courroie de transmission (voir l’article : Blanchiment d’énergie sale). Le bilan énergétique s’alourdit donc à chaque étape de la chaîne de production. Sa qualification d’énergie propre est à vérifier en remontant la chaîne de sa production…

4 – Gaspillage énergétique

« Il n’y a qu’à faire de l’hydrogène à partir de l’électricité des panneaux photovoltaïques… » Tel est le challenge du bateau expérimental Energy Observer.

Nous voudrions pouvoir applaudir à une telle initiative, mais nous devons nous interroger sur la pertinence d’un tel projet. Analysons la chaîne énergétique proposée :

Nous voyons sur le schéma ci-dessous, que chaque opération s’accompagne d’une perte plus ou moins importante de l’énergie transformée.

Ainsi, la transformation du potentiel chimique d’un combustible (hydrogène comme pétrole) en énergie motrice (mécanique ou électrique) s’accompagne d’environ 75 % de perte en chaleur…

Est-il donc judicieux d’utiliser l’électricité chèrement produite pour former un combustible chimique ? L’on répète alors un processus créateur de pertes d’énergie en cascades…

Le rendement global de la chaîne énergétique utilisant l’hydrogène est de l’ordre de 5 %. C’est-à-dire que ce processus génère 95 % de pertes énergétiques…

Ce rendement est encore pire avec l’utilisation de cellules photovoltaïques comme source primaire d’électricité puisque leur rendement moyen (suivant les technologies) est deux fois inférieur à celui des machines thermiques.

Incidence sur le retour énergétique global

L’argument d’une source primaire renouvelable et propre (rayonnement solaire) est à tempérer par le coût énergétique investi pour la fabrication des cellules photovoltaïques (énergie grise quasi proportionnelle à leur rendement).

Notons que ce rendement varie avec la latitude et la saison de navigation. Il sera optimum sous l’équateur pour se dégrader fortement vers les hautes latitudes.

La chaîne hydrogène (désalinisation – électrolyse – stockage haute pression – pile à combustible) augmente ce passif énergétique, tout en divisant par quatre la production d’énergie utile. Le retour énergétique du système que propose Energy Observer est donc autour d’une quinzaine d’années…

Où est le progrès par rapport à 1984 où ce catamaran, qui s’appelait alors Formule Tag, établissait un record de distance parcourue en 24 heures avec 512,5 miles nautiques (948 km), propulsé par une simple voile ?

5 – Moralité

Les défenseurs des piles à combustible à hydrogène insistent sur le bon rendement de celle-ci par rapport à celui d’un moteur thermique. Ils omettent simplement de dire qu’il ne s’agit que du dernier maillon d’une chaîne de transformations qui accumulent les déperditions. On est dans un discours partisan. Il est dommage pour la planète que des mots sensibles comme « énergie renouvelable », « hautes technologies » ou « transition énergétique » soient de puissants anesthésiants de l’esprit critique des financeurs, pour que tant de millions d’Euros puissent être ainsi investis dans des projets énergétiquement si peu rationnels.

6 – Une voie alternative…

Si l’on tient à utiliser l’hydrogène, autant produire ce combustible directement par cracking de l’eau. Des fours solaires à concentration, tels ceux de Thémis ou d’Odeillo, dans les Pyrénées-Orientales, sont capables d’obtenir les températures élevées nécessaires pour casser la molécule de monoxyde d’hydrogène (H2O) en ses atomes constituants (2H + O).
Non seulement le rendement de cette transformation sera bien meilleur que celui des cellules photovoltaïques (≈ 10 %), mais l’énergie grise nécessaire est bien inférieure…

À cette condition l’hydrogène serait une énergie relais bien plus propre.

Références :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A8ne
https://www.college-de-france.fr/media/jean-marie-tarascon/UPL56760_cours9mars2011.pdf (pages 13, 14 et 4)
http://www.energy-observer.org/#bateau/inside-bateau
http://fr.solarpedia.net/wiki/index.php?title=Temps_de_retour_%C3%A9nerg%C3%A9tique_des_fili%C3%A8res_photovolta%C3%AFques

 

(Climat & Avenir : 21 avril 2018)

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Blanchiment d’énergie sale

Vingt mars, c’est le printemps !
Et avec lui un grand coup de nettoyage sur un discours écologiquement correct : celui des véhicules propres…

1 – Énergie et transmission

Durant des millénaires l’homme a utilisé la force animale ou les composantes mécaniques de l’énergie solaire (vent et cours d’eau*) pour se déplacer, construire des cités et façonner la matière.

Les moyens de transmissions ont permis de démultiplier la force motrice ou de solidariser un arbre moteur à un arbre récepteur grâce à un système de poulies et de courroies.

La machine à vapeur a permis de s’affranchir de la proximité des cours d’eau et des caprices des vents en même temps qu’accroître considérablement la puissance motrice.

Dans ces deux configurations il suffisait de suivre la courroie de transmission pour connaître la nature de l’énergie à la source de la force motrice…

2 – Complexification des transmissions

Très vite au cours du 19e siècle l’on a séparé la production de l’énergie motrice des ateliers de fabrication par l’implantation d’arbres moteurs intermédiaires.

Impossible, avec cette disposition, de remonter à la source de l’énergie motrice en remontant les courroies de transmission. Les murs des ateliers formant écran, les personnels des ateliers ne connaissaient que le cheminement de l’arbre récepteur des machines à l’arbre moteur intermédiaire (courroie et poulies vertes), tandis que les machinistes étaient cantonnés à surveiller les paramètres des machines à vapeur (température et pression) et la tension de la transmission primaire (courroie et poulies rouges).

De fait, l’arbre moteur intermédiaire joue un rôle similaire à celui des banques des paradis fiscaux dans le blanchissement de l’argent sale… Il dissimule l’origine exacte de l’énergie source.

3 – Un intermédiaire opaque

L’apparition de l’électricité au cours du 19e siècle a découplé le lien tangible entre l’utilisateur et les sources de production de cette énergie intermédiaire.

Contrairement aux systèmes bancaires ou à l’industrie alimentaire, il n’existe aucune indication d’origine de l’énergie électrique consommée.

4 – Consommer toujours plus au nom du développement durable…

On peut s’arrêter aux apparences pour se donner une bonne conscience écologique, comme l’ont fait les gouvernements qui ont largement encouragé les véhicules Diesel pendant des décennies…

Ainsi les vignettes Crit’Air font la part belle aux véhicules tout électrique et à hydrogène (pastille verte) les adoubant du statut de véhicules non polluants…

Certes, les véhicules électriques n’ont pas de pots d’échappement. C’est une longue chaîne de transmission invisible qui les relie aux énergies sources de production de l’électricité qu’ils consomment.

La principale source d’énergie propre de par le monde est due aux barrages hydro-électriques. Mais leur production est déjà absorbée par les besoins actuels. Cette ressource ne peut donc pas accompagner un développement massif des véhicules électriques. Ce n’est pas le mode de consommation de l’énergie qui importe, mais son mode de production.

Ni l’électricité ni l’hydrogène n’étant des énergies primaires, il faut donc les produire. Cela revient à polluer davantage les campagnes au bénéfice des villes. C’est une vision à courte vue, une vision purement urbaine qui nuit au bilan thermique global de la planète !
Quid de l’énergie grise due au cycle des batteries, par exemple ?
Quel est l’impact des quelque 200 kg de batteries, l’équivalent de trois passagers adultes en permanence, sur la consommation d’énergie ?
Enfin, à qui profite l’obsolescence organisée du parc des véhicules existants ?

5 – Consommer autrement…

Un pétrole de synthèse à partir de la photosynthèse des algues pourrait être une solution d’avenir. D’autres solutions pourraient émerger pourvu que l’on investisse dans la recherche de solutions alternatives.

Changer la nature du carburant tout en conservant l’existant permet un bénéfice climato-écologique rapide. À titre d’exemple, le GPL ne nécessite qu’un kit d’adaptation pour rendre les moteurs essence compatibles à ce carburant moins polluant… Un GPL de synthèse à partir de CO2 et d’eau est théoriquement possible. Des centrales solaires à concentration peuvent aisément fournir l’énergie à haute température nécessaire…

Au contraire, l’ampleur de la mutation technologique actuellement envisagée présente deux inconvénients pour le climat : une importante consommation énergétique pour le remplacement du parc existant et l’impact non maîtrisé du démantèlement d’un tel volume de rebus…

* Les cours d’eau sont une résultante de l’évaporation due à l’action du rayonnement solaire. Les barrages hydro-électriques sont une variante, à une échelle supérieure, des moulins à aubes.

 

Références :
http://mecadyn.over-blog.com/article-poulies-et-courroies-107042358.html
https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_de_l%27%C3%A9lectricit%C3%A9#Premi%C3%A8res_machines_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiques_%C3%A0_but_m%C3%A9canique
https://www.service-public.fr/particuliers/vosdroits/F33793
http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/Espace-Decouverte/Les-grands-debats/Quel-avenir-pour-les-biocarburants/La-fabrication-des-biocarburants-3-generations/La-production-de-biodiesel-a-partir-d-algues
http://www.enerzine.com/du-petrole-dalgues-un-processus-qui-ne-prend-que-quelques-minutes/16888-2013-12
http://www.amisdelaterre.org/Micro-algues-solution-ou-probleme.html
(Climat & Avenir : 20 mars 2018)
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Retour Énergétique et Développement Durable (2/2)

1 – Application pratique

Nous avons vu dans l’article précédent que seule une stratégie de croissance modérée du parc d’énergies renouvelables est compatible avec une décroissance des énergies endogènes (fossiles et nucléaires).

L’objectif, ici, est d’illustrer cela sur la situation énergétique mondiale, actuelle et dans un futur proche (2030), en cohérence avec les accords de Paris sur le climat. Nous y transposerons les objectifs affichés par le gouvernement français d’atteindre 32 % des besoins mondiaux couverts par des énergies renouvelables en 2030.

Données mondiales de la production énergétique

En 2016, la production mondiale d’énergie était de 14,4 Gtep (Giga tonnes d’équivalents pétrole), dont 11,9 Gtep pour les énergies endogènes (fossiles et nucléaires) et 2,53 Gtep pour les énergies renouvelables, soit respectivement 82,4 % et 17,6 %.

Parmi les énergies renouvelables la biomasse et l’hydroélectrique représentaient l’essentiel avec 2,23 Gtep, soit 15,5 % de la production totale. Le photovoltaïque et l’éolien représentent 0,3 Gtep, soit 2,1 %.

En 2030, la demande énergétique mondiale prévisible aura crû d’environ 12 %, soit une production totale attendue de 16,1 Gtep.

N. B. Pour plus de clarté nous considérerons la participation des biocarburants ou des barrages hydroélectriques constante tout au long de cette période.

Le tableau ci-dessous récapitule les données de l’évolution souhaitée du parc énergétique mondial.

Hypothèses d’évaluation

La littérature donne des fourchettes assez larges sur les retours énergétiques, sans toujours préciser le mode de calcul de ceux-ci. Ceci est toutefois secondaire dans un objectif qualitatif (comparaison des retours énergétiques et non le choix d’une technologie).

Pour l’éolien la fourchette varie de 4 à 9 mois (en fonction inverse de la taille des éoliennes), tandis que pour le photovoltaïque, la fourchette est de 2 à 5 ans.

Pour l’étude nous avons arbitrairement choisi un retour énergétique de 1 an pour l’éolien et de 3 ans pour le photovoltaïque.

2 – Trois scénarios de croissance

Nous évaluerons successivement l’impact d’une croissance conjuguée du parc éolien et du parc photovoltaïque, puis celui d’un développement exclusif de chacun des deux parcs, pour atteindre les objectifs en 2030.

La lecture des graphiques de gauche à droite situe le niveau de production de chacune des familles technologique : en 2016 ; les objectifs pour 2030 (colonne grisée) ; la situation effective due à l’impact des retours énergétiques des technologies développées. Et tout à fait à droite figure l’écart avec les objectifs.

A – Croissance conjuguée des parcs photovoltaïques et éoliens

L’atteinte d’une capacité de production de l’ordre de 3 Gtep nécessite de décupler la capacité de chacun des deux parcs.

Pour l’éolien [avec un RE = 1 an], la capacité nominale du parc passe de 0,2 à 2,2 Gtep, mais sa contribution effective au réseau n’est que de 1,53 Gtep.

Pour le photovoltaïque [avec un RE = 3 ans], la capacité nominale du parc passe de 0,08 à 0,8 Gtep, mais sa contribution effective au réseau n’est que de 0,3 Gtep.

La courbe en vert représente la contribution totale des énergies renouvelables (éolien + photovoltaïque) et de la part des EnR classiques (biomasse et hydroélectrique) gardée constante pour 2,5 Gtep.
L’on constate un déficit effectif de 1,2 Gtep qu’il faut compenser par les énergies endogènes (en rouge) pour répondre à la demande mondiale (courbe en gris foncé). Ainsi l’objectif de décroissance de la part des énergies endogènes de 0,9 Gtep se traduit par une augmentation de 0,2 Gtep…

B – Croissance centrée sur le parc photovoltaïque

Dans cette hypothèse le parc éolien demeure à son niveau de 2016, avec une contribution de 0,2 Gtep.

La capacité nominale du parc photovoltaïque est ainsi portée de 0,08 à 2,7 Gtep (x 36).

Toutefois, sa contribution effective au réseau en 2030 ne serait que de 0,3 Gtep.

Le déficit de 2,5 Gtep est dû à l’énergie grise investie dans la croissance du parc, trop rapide par rapport à la valeur du retour énergétique [RE = 3 ans, dans notre exemple].

Cela se traduit par une forte croissance des énergies endogènes (+ 1,6 Gtep) au lieu de la décroissance attendue (- 0,9 Gtep)…

C – Croissance centrée sur le parc éolien

Dans cette hypothèse le parc photovoltaïque demeure à son niveau de 2016, avec une contribution de 0,08 Gtep.

Le développement du parc éolien est doublé par rapport à la première hypothèse (x 21).

La capacité nominale du parc éolien est ainsi portée de 0,2 à 4,6 Gtep (point bleu) pour une contribution effective au réseau n’est que de 2,9 Gtep, conforme à notre objectif pour 2030.

La production totale effective des EnR est bien de 32 % (courbe verte).

La décroissance de la part des énergies endogènes est confirmée (courbe rouge).


3 – Discussion

Si l’on se place en 2031, la contribution effective au réseau correspondra à la capacité nominale des parcs installés…

Toutefois, cela suppose de figer les parcs d’énergies renouvelables en l’état. Or, on doit aller bien au-delà des 32 % d’énergies renouvelables si l’on veut sortir de la crise climatique.


4 – Conclusion

La valeur des Retours Énergétiques des technologies développées a un impact primordial sur la transition vers les énergies renouvelables.

Il est donc essentiel de privilégier les technologies qui présentent les Retours Énergétiques les plus courts et de s’assurer de maintenir des taux de croissance compatibles avec les valeurs des Retours Énergétiques moins favorables.

Références :
http://www.enr.fr/editorial/65/Les-enjeux-pour-la-France
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ressources_et_consommation_énergétiques_mondiales
http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/avis-ademe-eolien-08112013.pdf
https://eolienne.f4jr.org/energie_grise_d_une_eolienne
http://tdelarochelambert.blog.lemonde.fr/2013/02/24/energie-eolienne-une-analyse-du-cycle-de-vie-performante/
http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/avis-ademe-eolien-08112013.pdf
https://eolienne.f4jr.org/energie_grise_d_une_eolienne
http://tdelarochelambert.blog.lemonde.fr/2013/02/24/energie-eolienne-une-analyse-du-cycle-de-vie-performante/
http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/avis-ademe-sur-solaire-photovoltaique-2013.pdf
http://www.photovoltaique.info/Temps-de-retour-energetique.html
(Climat & Avenir : 1er mars 2018)
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Retour Énergétique et Développement Durable (1/2)

1 – Retour énergétique

Nous avons besoin d’énergie pour vivre, que ce soit pour nos besoins physiologiques de base ou pour nos activités industrielles. Tout ce que nous faisons a un coût énergétique (souvent désigné sous l’appellation d’énergie grise). Lorsque nous prenons notre voiture pour faire nos courses, le carburant consommé s’ajoute aux coûts énergétiques de nos achats. Mais la construction de la voiture elle-même, sa livraison et son recyclage de fin de vie représentent également un coût énergétique.

Il en est de même pour les installations de production de l’énergie (barrage hydroélectrique, puits pétroliers, centrales nucléaires, éoliennes…). Il est alors intéressant de voir en combien de temps ces centres d’énergie remboursent leur dette énergétique.

Le « Retour Énergétique » est le quotient de l’énergie investie dans la construction de l’installation (énergie grise) par la capacité de production de celle-ci une fois mise en service :

C’est l’équivalent du « point mort » pour une entreprise (délai au bout duquel celle-ci produit des profits).

La notion de Retour Énergétique est un élément important à appréhender lorsque l’on s’inscrit dans une politique de développement durable et tout particulièrement dans une phase de transition énergétique.
Là, il s’agit de rupture technologique et de développement d’un parc énergétique en remplacement d’installations amorties…

2 – Phase de latence

On peut définir la phase de latence par la période durant laquelle l’on va constituer le parc énergétique pour atteindre le seuil de production souhaité.

Un temps de latence unitaire peut être défini par le temps nécessaire au parc pour doubler sa capacité de production.

L’on voit également que le retour énergétique correspond au temps nécessaire à une installation d’une technologie donnée pour la construction en autonomie d’une seconde unité.

Il est alors intéressant d’observer la relation qu’il y a entre le développement d’un parc énergétique et le retour énergétique de la technologie développée.

 

3 – Impact du rythme de croissance

A – Croissance autonome

Lorsque le temps de latence unitaire correspond au temps du retour énergétique de l’installation, le parc se construit d’une façon autonome : toute sa production d’énergie, mais rien que sa production, est investie dans la construction du parc.

Ce n’est qu’à la fin de la constitution de celui-ci que la capacité de production sera capable de se substituer aux anciens moyens de production.

Il s’agit bien évidemment d’une limite théorique entre une croissance forcée et une croissance lente.

B – Croissance forcée

Il peut être légitime de désirer accélérer la croissance du parc d’énergies renouvelables.

Le temps de latence unitaire est alors inférieur au retour énergétique du parc en cours de croissance.

Ce rythme forcé nécessite une sollicitation supplémentaire des moyens énergétiques « classiques », ceux précisément que l’on souhaite remplacer…

C – Croissance lente

Si l’on choisit un temps de latence unitaire supérieur au retour énergétique, la croissance du parc consomme seulement une partie de la puissance installée. Le complément est délivré aux activités de consommation et permet la décroissance des installations anciennes.


4 – Quelle stratégie adopter ?

Nous sommes dans une stratégie de rupture. Nous souhaitons un futur radicalement différent du passé (encore terriblement présent). Cela implique une double transition : la croissance du futur parc énergétique et le démantèlement de l’ancien… Or, l’on voit que seule une croissance modérée (voire lente) est compatible avec cette volonté.

En effet, la croissance autonome ne permet aucune contribution aux besoins énergétiques avant la fin de la phase de croissance du parc. À ce terme l’on se trouve en présence de deux parcs énergétiques : l’ancien, qu’il faut arrêter, et le nouveau, sans aucun biseau…

Une croissance forcée du parc, dans l’espoir de gagner du temps pour la mise en service de celui-ci, nous oblige à développer le parc des énergies classiques, soit l’effet inverse de celui visé !

Il y a donc une opposition entre le souhait légitime d’aller de l’avant et le devoir de modérer le rythme de croissance.

La seule dimension sur laquelle nous pouvons jouer est le retour énergétique. Plus celui-ci est court, plus la phase de transition sera courte et plus vite atteindrons-nous le bénéfice attendu.


5 – Limites du modèle

Pour plus de lisibilité le modèle présenté ci-dessus ne tient compte que des données techniques, propres aux technologies mises en œuvre. C’est donc un cas d’école.

Pour plus de réalisme, il conviendrait de tenir compte du Délai de Retour Énergétique, qui prend en compte les contraintes pragmatiques des temps d’instruction des dossiers et de réalisation des chantiers. Ces temps peuvent être très variables et plus ou moins réalisés en parallèle les uns des autres. Ils ne peuvent être considérés que dans des études détaillées…

Si ces délais pratiques tendent à allonger la période de transition, ils ne contredisent pas les observations qualitatives apportées plus haut. Par contre, les écarts enregistrés peuvent attirer l’attention des autorités sur les causes de ces retards…

À suivre…
(Climat & Avenir : 22 février 2018)
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Quelle heure choisir ?

La semaine dernière, le Parlement européen s’est montré favorable à la suppression du changement d’heures biannuel…

Nous ne pouvons que nous en réjouir, comme nous le suggérions dans le premier article de ce blog, début novembre. Toutefois l’analyse qui conduit à la proposition d’abandon de l’heure d’été semble aussi incomplète que celle qui avait conduit à son introduction.

1 – Un pas en avant, un pas en arrière…

Comme nous le montrions dans notre premier article sur le sujet, les économies d’énergie attendues (principalement l’éclairage) concernent peu l’hiver et l’été. L’hiver, les journées sont trop courtes. Ce que l’on gagne d’un côté est perdu de l’autre… Tandis que l’été, le besoin d’éclairage est marginal.
C’est donc dans les intersaisons que l’on peut réaliser des économies en calant mieux nos activités avec la clarté du jour. Or, c’est précisément autour des équinoxes qu’ont lieu les changements d’horaire, dans un mouvement de flux et de reflux, comme une éternelle hésitation. Cette demi-mesure conduit donc à des demi-économies…

2 – Booster les économies…

Les ampoules basse consommation ont réduit les gains d’énergie réalisés dans les années soixante-dix, mais ne les ont pas annulées… Quitte à abandonner (enfin) l’alternance « heure d’hiver – heure d’été », autant garder celle qui procure le plus d’avantages.

Les économies d’énergies sont donc principalement réalisées sur les mois du printemps et de l’automne où les jours sont les plus longs. Or, le bénéfice serait plus sensible sur les mois les moins clairs. La pérennisation de l’heure d’été permet de pratiquement doubler les économies d’énergies actuelles, pour se rapprocher de celles enregistrées avant des années deux mille.

3 – Recentrer l’activité…

Le passage de l’heure d’été à l’heure d’hiver apporte plusieurs inconvénients préjudiciables, notamment pour les activités périscolaires qui sont fortement impactées par l’obscurité précoce de la période hivernale.

Cela joue également sur la sécurité routière, où les accidents affectant les piétons connaissent un bond en novembre.

Recentrer l’activité permet d’envisager plus d’activités d’extérieur après les heures de bureau, sans parler de l’influence positive de la lumière sur le moral.

4 – Fixer une heure civile

Il serait bien sûr possible de nous lever plus tôt pour jouir de la clarté du jour. En théorie rien ne nous y empêche. Mais les écoles seront-elles ouvertes plus tôt ? Le bus passera-t-il à l’heure souhaitée ?

Plus on a d’interactions avec des personnes ou des services extérieurs et plus cette coordination « spontanée » est difficile à mettre en œuvre. Le plus grand nombre d’entre nous est soumis à des contraintes horaires inflexibles. Il est alors plus efficace de fixer une heure civile, sans avoir à changer quoi que ce soit d’autre.

5 – Midi à sa porte…

L’Europe s’étend sur trois fuseaux horaires. Quand le soleil est au zénith à Bucarest, on n’est encore qu’en milieu de matinée à Lisbonne…

Si l’on veut réaliser des économies à l’échelle européenne et jouir d’un centrage de l’activité avec la clarté du jour, il conviendrait de différencier l’heure officielle en fonction de la longitude des pays européens.

Le soleil se lève et se couche d’abord sur les pays de l’est de l’Europe, comme Chypre, la Roumanie ou la Finlande, puis les pays du centre de l’Europe, comme l’Autriche, l’Italie ou l’Allemagne et, enfin les pays de l’ouest, comme la France, le Benelux ou l’Espagne.

Il semble cohérent que l’activité de ces pays soit centrée sur leur fuseau horaire…

Références :
http://www.leparisien.fr/societe/et-si-l-europe-enterrait-definitivement-le-changement-d-heure-08-02-2018-7547742.php
http://www.securite-routiere.gouv.fr/medias/espace-presse/publications-presse/heure-d-hiver-pietons-attention

(Climat & Avenir : 15 février 2018)

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Une évolution nécessaire de l’analyse climatique

Sans doute aurez-vous observé que nous avons développé un scénario du réchauffement climatique sous l’influence des activités humaines de l’ère industrielle sans parler de CO2 ni d’effet de serre…

Vous avez bien vu. L’effet de serre ne semble pas incontournable pour expliquer comment l’Homo Industrius est capable de saboter sa planète. L’exploitation des énergies endogènes (c’est-à-dire issue de ressources terrestres, indépendantes du soleil) présente un scénario qualitativement et quantitativement suffisant.

Nous avons là deux approches radicalement différentes, dont nous allons essayer de présenter brièvement les principales idées.


1 – Une vision d’astrophysicien

La thèse très officielle de l’effet de serre repose sur 5 grandes idées :

  1. Un équilibre thermique de l’interaction Soleil-Terre (a) ;
  2. Une action de barrière de la Tropopause entre les couches basses et hautes de l’atmosphère, semblable à une serre (b) ;
  3. Une signature dans l’infrarouge lointain de certains gaz, dont le CO2, correspondant au rayonnement thermique de la Terre (c);
  4. L’accroissement de la concentration de ces gaz depuis la révolution industrielle, et plus particulièrement depuis le milieu du XXe siècle ;
  5. La longue durée de vie du CO2 (qui en fait le gaz à effet de serre emblématique), qui donne un aspect irréversible au réchauffement climatique…

Il en vient deux conséquences importantes :

  • Seuls les échanges thermiques par rayonnement sont pris en compte ;
  • La Troposphère, où les transferts convectifs sont primordiaux, est exclue…


2 – Une vision d’énergéticien

L’originalité de la thèse des énergies endogènes tient en 5 points principaux :

  1. La prise en compte de toutes les sources d’énergie, en plus du Soleil, dans le bilan thermique de la Terre :
    1. la chaleur interne de la Terre ;
    2. l’exploitation des énergies endogènes depuis la révolution industrielle ;
  2. La planète n’est jamais en équilibre thermique. Cette notion de déséquilibre est importante pour comprendre son histoire climatique, comme son avenir ;
  3. Le suivi pas-à-pas de la dissipation des énergies endogènes, de leur source à l’observation  des effets du réchauffement climatique ;
  4. Les courants convectifs, propres à la Troposphère et aux océans, sont la manifestation de déséquilibres thermiques au sein même de notre biotope ;
  5. La présence d’eau et son rôle de régulation thermique. Mais également son implication dans tous les phénomènes climatiques qui nous affectent…


3 – Confrontation de ces deux visions

Lorsque l’on observe une planète lointaine, on peut approximer sa température en posant quelques hypothèses simplificatrices : elle est en équilibre thermique constant et se comporte comme un corps noir[1].

Comme l’on ignore la composition de son sol, on cherche des preuves indirectes d’une activité sismique ou de présence de vie. À cet égard, la composition de l’atmosphère permet d’échafauder des hypothèses. Les couches supérieures de l’atmosphère ont des signatures spectrales qui donnent une bonne idée de leur composition chimique.

Pour les planètes proches, comme Vénus et Mars, l’on a très vite envoyé des sondes pour analyser plus précisément la composition du sol et des basses couches de l’atmosphère pour s’enquérir de leur habitabilité (en vue d’une exploration humaine ultérieure) et d’éventuelles traces de vie.

C’est là toute la différence entre l’approche « spatiale », à partir d’un modèle mathématique dans lequel on injecte quelques données à distance (vues de l’espace), et la vision « endogène », issue d’une exploration in situ, infiniment plus riche en informations…

Le recours à des outils d’exploration de planètes lointaines (voire d’exoplanètes) a pu être utile dans un premier temps, à la prise de conscience du réchauffement climatique et de son origine anthropique du réchauffement climatique.

L’on a aujourd’hui des milliers de collaborations internationales qui permettent de dresser une carte de plus en plus détaillée des indices du réchauffement climatique. Il est dommage de ne pas les exploiter pour comprendre les mécanismes climatiques et expliquer les hétérogénéités observées sur le terrain.

Le CO2 a été un bon traceur des activités anthropiques (c’est-à-dire de l’Homme de l’ère industrielle, dans toute la diversité que cela représente), mais il ne doit pas rester l’arbre qui cache la forêt.
On est comme dans un spectacle d’ombres chinoises. Si l’on veut comprendre ce qui se passe vraiment, il faut regarder de l’autre côté du voile (allias la Tropopause).

Il est temps de changer de modèle de représentation du réchauffement climatique.

Il faut comprendre que le CO2 est un produit de combustion exothermique, c’est-à-dire qui dégage de la chaleur ! C’est cette chaleur, de nature endogène, qui déplace le bilan thermique de la Terre, responsable du changement climatique.

Cette chaleur est émise au sein même de notre biotope, un espace infime, de quelques dizaines de mètres en dessous et au-dessus de la surface du globe, de la racine à la canopée des arbres. C’est un espace complexe, à la limite des éléments : terre – air – eau, précisément là où l’on enregistre les effets du réchauffement climatique…

Le développement de nouveaux modèles climatiques est nécessaire pour rendre compte des interactions des éléments hétérogènes que l’on trouve dans le biotope et dans la troposphère, qui le baigne.
À défaut, l’on prend le risque de prendre des options qui aggraveront la crise climatique…
Mais surtout, l’approche endogène montre que le réchauffement climatique n’est pas irréversible. Encore faut-il disposer des bons indicateurs pour prendre les bonnes décisions…

[1] Un corps noir absorbe tout le spectre électromagnétique et rayonne lui-même dans une gamme de longueur d’onde dépendant de sa température propre.
Ne pas confondre avec un trou noir, qui absorbe toute la matière qui passe à sa proximité.

Références :
a – http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/fr/faq-1-1.html
b – http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_SummaryVolume_FINAL_FRENCH.pdf
[voir note 14, en page 13]
c – http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/fr/faq-2-1.html
(Climat & Avenir : 1er février 2018)
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Influence de la vapeur d’eau sur le climat

1 – Une éponge thermique

L’air atmosphérique contient plus ou moins d’eau en état de vapeur (air humide). Plus il est chaud et plus il peut absorber d’eau (on parle alors d’humidité absolue). C’est le cas lorsque l’on prend une douche. L’air se charge d’humidité. Au contact des parois froides, l’air se refroidit et la vapeur d’eau qui se trouve en excès vient s’y condenser.

La vapeur d’eau est un état de la matière au comportement particulier, à la limite entre l’état de gaz de celui de liquide. Elle a l’apparence d’un gaz, mais peut retourner à l’état liquide avec les variations physiques de son environnement. C’est ainsi que se forme la buée sur le miroir de la salle de bain ou la rosée du matin.

Cette capacité à changer d’état a également une incidence thermique très importante. En terme physique, cela s’appelle la chaleur latente. C’est l’énergie nécessaire pour libérer les molécules d’eau des contraintes de l’état liquide à la liberté de celle des gaz. Ce changement d’état de liquide à vapeur s’effectue sans changement de la température.

La vapeur d’eau se comporte donc comme une sorte d’éponge thermique, capable d’absorber et de restituer d’importantes quantités de chaleur à température constante. C’est un moyen de stockage particulièrement performant. Seule sa condensation restituera la chaleur emmagasinée.

La vapeur d’eau, c’est aussi la pluie. Le mouvement perpétuel d’évaporation et de condensation conditionne notre biotope, pour lequel il forme un modérateur thermique inégalable pour le développement de la vie.

2 – Effet sur le climat

La température, le vent et la pluie sont le contenu des bulletins météo qui focalisent notre attention tous les soirs ! C’est aussi pour nous l’occasion de nous rendre compte qu’il n’y a pas d’équilibre atmosphérique. Les conditions météo changent tout au long de la journée, d’un jour au lendemain, et se trouvent constamment soit au-dessus soit au-dessous des normales de saison…

Le biotope nécessite un déséquilibre encadré

Ces déséquilibres sont nécessaires au développement des écosystèmes. Toutefois les conditions doivent rester dans des limites « raisonnables », au-delà desquelles les conditions entraîneront des mutations.
C’est en cela que le changement climatique doit nous interpeller et mobiliser nos efforts pour revenir à un bilan thermique naturel.

Un déséquilibre anarchique

Les énergies endogènes sont responsables d’une dérive inédite du bilan thermique au sein de notre biotope !

Nous avons vu lors de l’article précédent que les sources de chaleur anthropiques représentent 5 fois ce qui est nécessaire pour réchauffer la totalité de la troposphère. Mais cela n’est pas nécessaire…

L’essentiel de la vapeur d’eau se trouve sous les nuages. La chaleur stockée par cette vapeur reste donc concentrée dans les très basses couches de l’atmosphère : quelques centaines de mètres au-dessus du sol…

Le réchauffement climatique fonctionne en circuit court. Les énergies endogènes réchauffent directement notre biotope, par les eaux de surface et par la condensation de la vapeur d’eau dégagée par les activités humaines.

Si une faible partie des énergies endogènes que nous émettons suffit à dérégler le climat, cela veut dire que la majeure partie de celles-ci arrive à se dissiper de proche en proche jusque dans l’espace.
La bonne nouvelle, c’est que le réchauffement climatique n’est pas une fatalité et qu’il est même possible de revenir proche du bilan thermique naturel d’ici la fin du siècle en faisant des choix de développement plus respectueux de notre biotope.

3 – L’Homme et le cycle de l’eau

Vapeur d’eau d’origine fossile

Il faut savoir que la combustion des hydrocarbures produit autant de vapeur d’eau que de CO2 : une mole de H2O pour une mole de CO2 (excepté avec le gaz naturel, pour lequel l’on forme deux fois plus de vapeur d’eau que de CO2…) : Cheminées des centrales électriques et des usines ; pots d’échappement ; chauffage des habitations…

Cette vapeur d’eau vient s’ajouter au cycle naturel de l’eau.

Vapeur d’eau issue du cycle de l’eau

L’eau est présente sur le globe sous forme solide (glaces), liquide (océans, cours d’eau et nappes phréatiques) et vapeur (troposphère).
C’est un corps chimiquement stable. Donc sa masse totale reste constante (à l’exception de la vapeur d’origine fossile libérée par la combustion des hydrocarbures).

Différentes sources modifient la répartition entre ces trois états. La fonte des glaciers et l’affaiblissement des nappes phréatiques font balancer cette répartition vers plus de vapeur d’eau. Ce que tend à confirmer le développement de phénomènes météorologiques extrêmes comme les tempêtes tropicales (et autres) et la fréquence des alertes inondation…

Activités industrielles et domestiques : Eau de refroidissement utilisée dans les tours d’évaporation (centrales nucléaires et autres) ; séchoirs industriels ; sèche-linges…

Activités agricoles : Arrosage des cultures (cultures intensives) ; irrigation ; tassement des sols…

Développement urbain : Évaporation sur les surfaces non perméables (toitures, voirie).

Notons que le ruissellement accéléré des eaux de pluie (drainage et canalisations) ainsi que le réchauffement des eaux de surface participent au basculement global des eaux des nappes phréatiques vers la vapeur d’eau…

L’accroissement constant de vapeur d’eau dans notre biotope piège toujours plus de chaleur dans notre environnement immédiat…

En savoir plus sur la vapeur d’eau :
https://www.science-et-vie.com/questions-reponses/pourquoi-leau-du-bain-fume-alors-quelle-nest-pas-a-100-c-4979
http://www.fondation-lamap.org/fr/topic/12188
http://lewebpedagogique.com/wp-content/blogs.dir/750/files/la-vapeur-deau-est-toujours-invisible-pdf.pdf
http://www.tlv.com/global/FR/steam-theory/types-of-steam.html

 

(Climat & Avenir : 25 janvier 2018)
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