Les sources d’énergies (BIOL1033) - Document PDF

Les sources d’énergies Vers une source d’énergie durable  Introduction Une source d'énergie est un phénomène physique ou un phénomène chimique dont il est possible d'exploiter l'énergie à des fins industrielles ou biophysiques.... Certaines sources sont aussi appelées « énergies propres »...

Les sources d’énergies Vers une source d’énergie durable  Introduction Une source d'énergie est un phénomène physique ou un phénomène chimique dont il est possible d'exploiter l'énergie à des fins industrielles ou biophysiques.... Certaines sources sont aussi appelées « énergies propres » dans le contexte écologique. Hier et aujourd’hui l’énergie utilisable par l’homme se présente en de multiples formes : Mécaniques : esclaves, animaux domestiques Nature : le vent et l’eau Industrielle : La vapeur (bateaux et locomotives); L’essence (combustion interne, moteur à turbine); L’énergie nucléaire Actuellement : L’énergie renouvelable  Formes d'énergies libres Dans la liste qui suivra, il est fait référence à des formes qui peuvent sous certaines conditions être transposées en d’autres (par exemple, l’énergie nucléaire peut être transformée en énergie électrique). 1. L'énergie de gravitation. 2. L'énergie cinétique dont l'énergie éolienne. 3. L'énergie thermique ou calorique. 4. L'énergie radiative dont l'énergie solaire. 5. L'énergie chimique dont les énergies fossiles. 6. L'énergie électrique. 7. L'énergie nucléaire.  Sources d'énergie primaire L'énergie primaire = l'énergie disponible dans l'environnement directement exploitable sans transformation. Les sources d'énergie primaire sont multiples : 1. le pétrole brut ; 5. l'énergie hydraulique ; 2. le gaz naturel ; 6. l'énergie géothermique ; 3. les combustibles solides (charbon, biomasse) ; 7. l'énergie tirée des combustibles nucléaires. 4. le rayonnement solaire ; Il s'agit donc essentiellement d'énergie thermique et d'énergie mécanique. Énergie primaire vs Énergie secondaire L'énergie secondaire est une énergie Par exemple, l'énergie mécanique obtenue par transformation. produite par un moulin à vent est Contrairement à l'énergie primaire, une énergie primaire. qui désigne une énergie disponible En revanche, si cette énergie dans l'environnement et sans mécanique est convertie en transformation. électricité, comme c'est le cas avec Cette énergie est souvent plus facile les éoliennes, l'énergie électrique à stocker, transporter et utiliser que produite est considérée comme une les sources d'énergie primaire. énergie secondaire. Énergies primaires et Énergies secondaires Primaire Secondaire Le pétrole Le transport Le gaz naturel L’industrie Le charbon Le chauffage Le nucléaire Une combinaison de ci-dessus  Les sources d’énergie au Canada Les sources historiques d’énergie Les sources d’énergie actuelles 1. Le pétrole 1. L’eau (vapeur) 2. Le charbon 2. L’énergie nucléaire 3. Le bois 3. Le gaz naturel 4. Le gaz naturel 4. Le charbon 5. L’eau (vapeur) 5. Le vent 6. L’énergie nucléaire 6. Le pétrole 7. Autres (solaire et géothermique) 70 2013 2022 60 50 40 30 20 10 0 Hydroélectricité Énergie nucléaire Éolien (vent) Biomasse / Solaire Gas naturel Charbon Pétrole (eau) Géothermique  Les sources d’énergie au NB Système de production d’électricité le plus diversifié au Canada  À égalité avec Ontario : au moins sept sources différentes. ▪ Énergie nucléaire : 37,6 % ▪ Hydroélectricité, houlomotrice et marémotrice : 21,8 % ▪ Gaz naturel : 14,9 % ▪ Vent : 6,9 % ▪ Biomasse et géothermie : 4,0 % ▪ Charbon et coke : 13,9 % ▪ Pétrole : 1,0 % LES ÉNERGIES FOSSILES Les combustibles fossiles Le charbon Le charbon produit beaucoup de pollution atmosphérique (la pluie acide parmi autres) Il y a la perturbation du milieu causée par les mines. Les mines sont une source de pollution Le transfert de l’énergie est très faible, le rendement est 35% du contenu énergétique Il y en a beaucoup Ne coût pas trop cher Le pétrole Une forme d’énergie facile à transporter Encore relativement peu couteux, mais augmente en prix dernièrement Le pétrole nécessite l’utilisation d’une haute technologie Une source de pollution très importante Le vrai prix d’essence Couts environnementaux Couts en santé Dépendance vis-à- vis du pétrole Entraine des problèmes très sérieux Déséquilibre commercial Demande souvent des interventions militaires Mène à la pollution des mers (déversements) Millions d’années  Le pic de Hubbert ou courbe de Hubbert, est une courbe en cloche proposée dans les années 1940 par le géophysicien Marion King Hubbert, qui modélise la courbe de production d'une matière première donnée Pic de Il s’intéresse en particulier au pétrole Hubbert Prédit que la production maximale de pétrole aux USA aurait lieu durant les années 1970 Devait permettre de déduire les réserves de pétrole d'une région donnée, ainsi que le maximum de production. Les courbes Hubbert de production de pétrole (révisées) Production maximale vers 2010. Une autre vision – un maximum en 2020 14 Etats membres : OPEP : Organisation des Pays Algérie, Angola, Arabie Saoudite, Congo, Émirats arabes unis, Exportateurs de Pétrole Équateur, Gabon (depuis 2016), Guinée Équatoriale, Iran, Irak, Koweït, Libye, Nigéria, Venezuela. Au Canada la production est plus importante que la consomption Nombre d’années de combustibles fossiles Gaz naturel- 50 ans Charbon - 400 ans  Les problèmes posés par le pétrole 1. Importation : Les prix sont instables La source (les pays producteurs) n’est pas fiable Le pétrole n’est pas renouvelable 2. Créateur de conflits La guerre du Golfe de 1990-1991 ou Guerre du Koweït : conflit qui opposa l'Irak de Saddam Hussein à une coalition de 34 États, soutenue par l'Organisation des Nations unies entre 1990 et 1991. Pourquoi la Guerre du Golfe  La libération de Kuwait? Vrai buts La protection des champs de pétrole ; Faire hausser les prix ; Forcer OPEP à offrir des prix raisonnables ? Émission de CO2  La conservation ou stockage Option éco-responsable ? Consiste à immobiliser temporairement certains volumes de pétrole ou de gaz dans des capacités de stockage appelées appareils à pression ou réservoirs selon, que le produit stocké, est ou n'est pas, sous pression. Les pays industrialisés accumulent des réserves de pétrole et de gaz pour pouvoir ajuster en temps réel l'offre à la demande fluctuante des consommateurs. Le stockage des hydrocarbures permet aussi de se prémunir des crises internationales, ou encore de conserver le pétrole brut en attendant son raffinage. La conservation ou stockage du pétrole Option éco-responsable ? La conservation peut fournir 6 millions de barils de pétrole par jour sans impact sur l’environnement! Mais risque important de : Incendies ; Pollution des sols et des nappes phréatiques due à d'éventuelles fuites. Prévention : Vérification régulière l'état des cuves et leur degré de corrosion , c'est-à- dire leur niveau d'usure. En effet, au fil du temps, elles peuvent être attaquées et trouées par les gaz acides contenus dans le pétrole (CO2, hydrogène sulfuré). ÉNERGIE NUCLÉAIRE Centrales nucléaires au Canada Centrale du Point Lepreau, NB  Comment fonctionne une centrale nucléaire ? Produit de l'énergie électrique en utilisant la fission nucléaire pour produire la chaleur nécessaire à la production de l’électricité. Utilise pour cela la chaleur libérée par l'uranium qui constitue le "combustible nucléaire". L'objectif est de faire chauffer de l'eau afin d'obtenir de la vapeur. La pression de la vapeur permet de faire tourner à grande vitesse une turbine, laquelle entraîne un alternateur qui produit de l'électricité. (principe similaire à celui d’une centrale thermique)  Le choix nucléaire Le choix charbon (Montant par année) (Montant par année) 1,5 tonne d’uranium sont utilisées 3,5 millions de tonnes de charbon Aucun CO2 produit sont utilisées Aucun polluant acide Produit 10 millions de tonnes de CO2 Produit 250 tonnes de déchets radioactifs Produit 400 000 tonnes de SO2 Produit 100 000 tonnes de cendres  250 tonnes par année Déchets radioactifs Entreposage des déchets radioactifs Problèmes : Où entreposer ces déchets? Leproblème de racisme environnemental (on envoie nos déchets dans d’autres pays) Comment transporter ces substances d’une façon sécuritaire Le coût de traitement (entreposage) des déchets radioactifs est entre 60$ milliards à 1,5 trillion $. Types de radiations Le danger des émissions radioactives Cessation de division cellulaire Destruction de tissus et d’ADN Fatalités directes Cancer Anomalie congénitale https://www.youtube.com/watch?v=C3YGO7UKNBI L’opposition à l’énergie nucléaire Il y a un manque de confiance dans la technologie et dans la gestion de cette industrie Il y a un manque de confiance dans mesures de sécurité Il n’y a vraiment pas de solution au problème de déchets Catastrophes nucléaires  Le nuage radioactif - Tchernobyl Le nuage radioactif de Tchernobyl s'est étendu sur environ 3,9 millions de km², couvrant environ 40 % de la superficie de l'Europe1 Il a touché de nombreux pays, notamment la Biélorussie, la Russie, l'Ukraine, la Suède, la Finlande, la Norvège, l'Allemagne, la Pologne, l'Autriche, la Suisse, l'Italie, la France, et même des parties de la Grèce et de la Turquie Le nuage radioactif – Fukushima LES ÉNERGIES RENOUVELABLES La solution ? Énergies renouvelables Une énergie renouvelable est une source d’énergie qui se renouvelle assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à l’échelle de l’homme. Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels réguliers ou constants provoqués par les astres, principalement le Soleil (rayonnement), mais aussi la Lune (marée) et la Terre (énergie géothermique). Aujourd'hui, on assimile souvent par abus de langage les énergies renouvelables aux énergies propres.  Au Canada Essor durant les dernières 15 années La représentation des énergies renouvelables autres que l'hydroélectricité au sein de la capacité totale du Canada est passée de 2 à 11 % entre les années 2005 et 2015 La capacité de ces sources d'énergie – éolienne, solaire et de la biomasse – a été multipliée par plus de six au cours de cette période, passant de 2360 mégawatts à 15 600 mégawatts, a précisé l’ONE dans un rapport intitulé « Panorama de l'électricité renouvelable au Canada ». LES ÉNERGIE RENOUVELABLES Le Solaire Utilisation directe de l’énergie solaire La transformation du soleil en électricité Les cellules ou capteurs photovoltaïques capteurs solaires à liquide Ils transforment l’énergie solaire en électricité au coût de 8 cents/kwh Le marché du photovoltaïque est en plein essor avec +de 30% de croissance par an au niveau mondial. Le Japon n°1 mondial et l’Allemagne pour l’Europe qui est très dynamique. (90% des installations actuelles sont implantées au Japon, en Allemagne et aux États-Unis). La production de Silicium destiné au photovoltaïque n’est pas suffisante par rapport à la demande  Centrale solaire photovoltaïque de Cestas – Espagne La plus grande au Monde 26 hectares pour une puissance globale de 300 MWc. Les centrales thermodynamiques Centrales photovoltaïques utilisent l’énergie lumineuse du soleil pour générer directement de l’électricité grâce à des cellules photosensibles. Centrale thermodynamique concentrent le rayonnement solaire pour produire de la chaleur à très haute température puis de l’électricité. La centrale à tour est constituée d'un champ de capteurs solaires appelés héliostats qui concentrent les rayons du Soleil vers un foyer fixe, situé en haut d'une tour solaire. Une tour solaire Un héliostat Les centrales thermodynamiques Principe = Concentrer, grâce à des miroirs réfléchissants, les rayonnements solaires sur un fluide caloporteur pour le chauffer. Ce fluide à haute température, qui peut être de l’air, de l’eau liquide, des huiles, des sels fondus, des liquides organiques comme le butane ou le propane, transmet sa chaleur à un circuit d’eau qui génère de la vapeur et entraîne une turbine pour produire de l’électricité. Le coût des centrales thermodynamiques est nettement plus élevé que celui des centrales photovoltaïques. La moyenne mondiale du mégawatt-heure (MWh) de l’énergie solaire concentré est compris entre 100 et 200 $ alors que celui de l’électricité photovoltaïque est en moyenne entre 40 et 50 $. La plus grande au Monde 2000 hectares pour une puissance globale de 580 MWc. Centrale solaire thermodynamique Noor ; Désert de Ouarzazate – Maroc Centrales électriques à capteurs paraboliques ou cylindriques Ressemblant à des paraboles de réception satellite, le capteur solaire parabolique est un miroir qui réfléchie les rayons du soleil sur un point de convergence, le rayonnement solaire est alors concentré sur le récepteur qui monte en température. Les progrès réalisés ont permis d’atteindre des rendements dépassant ceux des autres technologies thermosolaires. Déjà dans l’antiquité, les Grecs allumaient la flamme des Jeux olympiques à l’aide d’un miroir parabolique (skafia) Utilisation directe de l’énergie solaire Facture réduite par 75%  Le vent Utilisation indirecte de l’énergie du L’eau soleil L’hydrogène (obtenu de l’eau) Les désavantages de l’énergie solaire Coûts Ne fonctionne que durant la journée Demande une source d’énergie secondaire (batteries) Pas assez de soleil dans certains climats LES ÉNERGIES RENOUVELABLES L’Eau & Le Vent Énergie éolienne Énergie du vent ; Celui-ci est dû à des différences de pressions atmosphériques locales qui proviennent de différences d'échauffement de l'air par le soleil. La force motrice du vent est utilisée dans le déplacement de voiliers et autres véhicules ou transformée au moyen d'un dispositif aérogénérateur, comme une éolienne ou un moulin à vent, en une énergie diversement utilisable. L'énergie éolienne est une énergie renouvelable. Peut produire beaucoup d’énergie Inconvénients : Il y a une pollution visuelle et acoustique Le vent n’est pas toujours présent Parcs éoliens au NB 2019  Énergie hydraulique Énergie fournie par le mouvement de l'eau, sous toutes ses formes : chutes d'eau, cours d'eau, courants marin, marée, vagues. Principe : le mouvement de l'eau fait tourner une turbine qui produit de l'électricité. Plus l'eau coule vite, plus l'énergie produite est importante. Avantage de l’hydro-électricité : Aucune pollution atmosphérique Peut produire beaucoup d’énergie à un prix abordable Inconvénients : La construction de barrages peut bouleverser, voire détruire, certains écosystèmes. L'installation de centrales hydroélectriques entraîne souvent d'importants déplacements de population ainsi que la disparition de surfaces agricoles.  Énergie marémotrice Issue des mouvements de l'eau créés par les marées et causés par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée sous forme d'énergie potentielle — grâce à l'élévation du niveau de la mer — ou sous forme d'énergie cinétique — grâce aux courants des marées Encyclopédie canadienne : https://www.thecanadianencyclopedia.ca/fr/article/energie-maremotrice  Baie de Fundy, NB Énergie marémotrice En plus d'être une source renouvelable, l'énergie marémotrice est plus constante que les sources intermittentes comme l'énergie éolienne et solaire. Avec une capacité totale d'environ 40 mégawatts (MW), le Canada se classe au quatrième rang dans le monde en ce qui a trait à la capacité marémotrice installée. Projet en N.-E. annoncé le 4 mars 2014 et opérationnel actuellement : https://renouvelablenb.ca/hydroelectricite/ Recherche sur l’énergie marémotrice dans la Baie de Fundy (NB) : Hydrolienne https://www.rncan.gc.ca/energie/financement/programmes-financement-actuels/fep/4956 Nouvelle-Écosse LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Autres possibilités La cellule à hydrogène Nouvelle technologie pour stocker de l’énergie hydrogène Peut remplacer le pétrole oxygène Pas de pollution Demande une technologie poussée Pas tellement portable Il n’y a aucun réseau actuel de distribution Voitures électriques L’hydrogène L’hydrogène ou dihydrogène (H2) se présente comme un gaz invisible et inodore. De tous les éléments chimiques, c’est le plus léger. C’est également l’élément chimique le plus abondant dans l’univers. Sur Terre, il est rarement présent à l’état pur, mais il entre dans la composition de l’eau et des hydrocarbures. L’hydrogène a des usages qui le rendent très précieux pour la transition énergétique. Il peut jouer un rôle dans le stockage de l’énergie : produit par électrolyse à partir d’électricité et d’eau, il est ensuite stocké, ce qui permet donc de stocker l’électricité sous forme de gaz Véhicules à hydrogène Le futur ? Utilisé dans une pile à combustible, l’hydrogène se transforme en électricité et en eau. Un véhicule à hydrogène est un moyen de transport qui utilise une transformation chimique du dihydrogène comme énergie de propulsion. Cela lui permet d’être utilisé comme carburant propre pour des voitures sans émission de polluants ni de CO2.  Énergie de la biomasse Ensemble de la matière végétale, est une véritable réserve d’énergie, captée à partir du soleil grâce à la photosynthèse. Production d’énergie par Combustion de résidus Fermentation (méthanisation) : forestiers dans chaudière production de biogaz ou biocarburants 2 grandes tours de biométhanisation, production du biogaz à partir de la partie organique des déchets Énergie de la biomasse Comment l’utiliser ? Une centrale biomasse produit de l'électricité grâce à la vapeur d'eau dégagée par la combustion de matières végétales ou animales, qui met en mouvement une turbine reliée à un alternateur. Comment produire de l'énergie à partir de déchets biodégradables ? L'incinération consiste à brûler les déchets au sein d'unités d'incinération d'ordures ménagères (UIOM). Ce processus permet la production d'énergie calorifique dégagée par la combustion, énergie qui peut être exploitée en alimentant directement des réseaux de chaleur, ou en étant transformée en électricité. Énergie géothermique : La géothermie, du grec géo et thermos, désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre, et la technologie qui vise à l'exploiter. Par extension, la géothermie désigne aussi parfois l'énergie géothermique issue de l'énergie de la Terre qui est convertie en chaleur. La géothermie consiste à capter la chaleur contenue dans la croûte terrestre pour produire du chauffage ou de l’électricité. Applications suivant la profondeur : Production d’électricité Réseaux de chauffage urbain Chauffage et climatisation individuelle  Centrale géothermique en Islande Géothermie de surface (sources chaudes) Géothermie au Canada Projets de centrale géothermique en Alberta, en Colombie-Britannique et au Yukon. La toute première centrale électrique au Canada alimentée par la géothermie est sur le point de naître dans le sud de la Saskatchewan Récapitulatif des énergies renouvelables « Une énergie renouvelable en soi représente magnifiquement la vie.».