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Quelles énergies pour le XXIe siècle?

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Unités:

physique: le joule (symbole J)

consommation globale: la tep (1tep=42 GJ)

Ordres de grandeur

le français consomme 3,2 tep/an

le monde 10 Gtep/an

usuelle: le kWh (électrique)

1J = 1N1m

1W = 1J.s-1

1Wh = 1W3600s=3600J

1kWh = 3,6 MJ

Énergie : une grandeur physique

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Pro

blè

me:

eff

et

de

serr

e

Energies non renouvelables: énergies fossiles ( 95% )

Pétrole (40%) 40 ans

Gaz (20%) 60 ans

Charbon (5%) 260 ans

Nucléaire (35%) 70 ans

Chaleur Travail mécanique ElectricitéLe principe de Carnot (thermodynamique) nous apprend qu'on ne peut pas transformer en travail toute la chaleur produite. le rendement (énergie utile, travail / énergie absorbée chaleur) est faible r = 1- Tf/Tc 30 à 40 %Tc = température de la source chaudeTf = Nécessité du refroidissement Travail mécaniqueElectricitéLe rendement est bien meilleur,

Pas besoin de refroidissement

Énergie : D'où vient-elle?Sources et formes d’énergie

Energies renouvelables: ( 5% )

Biomasse ( bois )

Géothermique

Hydroélectrique

Eolien

Marées

Solaire photoélectrique

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Biomasse

Bois: 1° séchage 150°C

2°thermolyse 500 °C

gaz

goudrons

charbon de bois

3° gazéification 1000°C

C+CO2 2CO

C+H2O CO + H2

CO+H2O CO2+H2

Finalement: Charbon de bois

Carburant liquide méthanol

Hydrogène

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La croissance forte de l'éolien dans le monde et en France

Dans le monde:- 18000 MW installés en 2000.- 6000 MW ajoutés en 2001.

En France:- 68 MW en 2000 sur une quinzaine de sites - 147 MW en 2002.- 300 MW sur 40 sites en 2003.- 4000 MW prévus en 2006.- 12000 MW en 2010 c'est à dire 5 000 à 10 000 éoliennes (Engagement de la France de passer son électricité

renouvelable de 13,5% aujourd'hui à 21% en 2010…)Problème: intermittence

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L’énergie solaire: photovoltaïqueProblème: le coût

1kWh solaire = 0,30 €

Nécessité de recherches :

Baisser les coûts

Augmenter le rendement

Recherche sur de nouveaux matériaux

C’est probablement l’énergie du futur

020406080

100120140160180200

1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 20120

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Marchéannuel

Prix devente

Exponentiel (Prix devente)

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Chambéry inaugure la plus grosse centrale solaire photovoltaïque de France

La centrale est composée 1000 m2. Elle a une puissance

de 100 kWc (kilowatt-crête).

La production d'électricité annuelle sera d'environ 120 000 kWh.

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L’énergie solaire: Thermique

La centrale solaire THEMIS, construite sur le site de Targasonne, a produit son dernier kilowatt heure le 30 septembre 1986.

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L’énergie nucléaire

La fission: 235U + un neutron 2 fragments de fission

plus de l’énergie + 3 neutrons

Pour faire 1 watt il faut 31 milliards de fissions par seconde.

Ces neutrons peuvent à leur tour produire d’autres fissions

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L’énergie nucléaire

Le circuit primaire (en rouge)1 le cœur du réacteur 2 préssuriseur4 l’échangeur = générateur de vapeur

Le circuit secondaire (en bleu)4 vapeur d’eau sous pression6 turbine 7 alternateur

8 , 9 , 10 Le circuit de refroidissement (en vert)

Principal avantage: pas de gaz à effet de serre

Inconvénient : déchets nucléaires radioactifs

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Problèmes:- sûreté- réserves- déchets : peut-on les détruire…

L’énergie nucléaire

Des solutions possibles:- recherche sur de nouveaux

réacteurs: améliorer le rendement

énergétique- réacteurs hybridesaméliorer la sécurité, produire moins de déchets-fusion

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Réacteur hybride

Avantages:

-Déchets: ne produit pas de Plutonium.

-Réserves: fonctionne au Thorium.

-Sûreté: la réaction ne peut pas s’emballer

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La fusionLes promesses de la fusion

Deutérium + tritium = Hélium + neutron

Difficulté: pour produire cette réaction il faut

Cent millions de degrés !!

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La fusionLes promesses de la fusion

Un objectif non encore atteint

Recherche: les tokamaks

Installations actuelles: JET et Tore supra

Installation prévue: ITER

Objectif majeur car:

-Réserves infinies.

- Peu de déchets.

Mais pas avant 2050 !!

16web http://www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/reserves.pdf

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Les évolutions prévisibles

Montée de l'éolien

Une poussée de la biomasse: le programme "Energie " du CNRS.

le nucléaire est-il indispensable? Les pays qui renoncent au nucléaire (Italie, Allemagne)

doivent déjà importer de l'électricité. La France exporte 15% de son électricité.

Croissance du solaire

Kyoto: Engagement de la France de passer son électricité renouvelable de 13,5% aujourd'hui à 21% en 2010..

Une seule solution: économiser l'énergie:Transports: privilégier le rail.Chauffage: ne pas gaspiller, privilégier le solaire.

Potentialité: en France: 25000 éoliennes = 5 % de l’énergie totale nécessaire

Potentialité: en France: ¼ de la surface cultivable = 12 % de l’énergie nécessaire

Potentialité: en France: 4 % de la surface de la France peut couvrir la totalité de l’énergie nécessaire

Actuellement en France: 34% de l’énergie, 75 % de l’électricité