L innovation technologique au service de l environnement

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1 L innovation technologique au service de l environnement «Il est important de réaliser que dans la physique d'aujourd'hui, nous n'avons aucune connaissance de ce que l'énergie est» Richard Feynman, 1967 «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme» Antoine de Lavoisier,

2 Sommaire I. Généralités II. Les énergies 1. Historique 2. Les énergies fossiles 3. La biomasse 4. Le solaire 5. L éolien 6. Les centrales hydroélectriques 7. Le stockage de l énergie III. Les capteurs : des sentinelles de l environnement 2

3 I. Généralités médecine progrès transport énergie Révolution industrielle 19 ème siècle communication Croissance exceptionnelle Utilisation massive du gaz, pétrole, charbon Pollution massive Crise du pétrole 1973 Avènement du nucléaire en France Ecoulement des stock d énergie fossile Réchauffement climatique Accord de Kyoto 1997 Développement des énergies renouvelables Développement de moyens de transports propres Recherche de l indépendance énergétique Sauvegarde de l environnement 3

4 1. Historique Préhistoire : Très tôt, l homme a cherché à exploiter l énergie qui l entoure. Le feu lui permettait de se chauffer et de cuire ses aliments 4000 ans avant JC : En Mésopotamie l araire tracté par un animal est utilisé pour griffer le sol. Des véhicules a roues sont attelés 3000 ans avant JC : L énergie du vent est utilisé avec les premiers bateaux à voile ans avant JC : Les premiers moulins à eau apparaissent en Égypte. 200 ans avant JC : Les moulins à vent apparaissent chez les Perses Biomasse Force animale eau vent 4

5 1. Historique 18 ème siècle : Invention de la machine à vapeur 19 ème siècle : Invention du moteur à combustion interne découverte de grandes réserves de pétrole, charbon, gaz. fin du 19ème siècle : Les premiers réseaux électriques équipent les villes. Des centrales hydroélectrique, à charbon, à gaz sont construites. Dynamo alimentant les tramways Parisien vers 1900 Ampoule électrique de Thomas Edison (1879) 5

6 1. Historique Vers 1950 : les premières centrales nucléaires apparaissent En 1973 : le choc pétrolier, poussent les états à diversifier leur moyen de production d électricité Le nucléaire s impose en France L énergie solaire et la géothermie commencent à être exploitées 6

7 2. Les énergies fossiles Les énergies fossiles carbonées (Pétrole, Charbon, gaz) : Produites à partir de roches issus de la décomposition d organisme vivant Leur formation nécessitent des millions d années charbon gaz pétrole Les énergies fossiles nucléaires Produites à partir de roches dont les éléments étaient présents à la création du système solaire uranium plutonium 7

8 2. Les énergies fossiles Elles ne sont pas renouvelables à l échelle humaine. L énergie fossile carbonée consommée dans le monde chaque année, a nécessité 1 million d années pour se former. Formation du système solaire Formation du pétrole, gaz, charbon Apparition de l homme Révolution industrielle Fin des réserves fossiles connues Fossile carboné uranium -4.6 milliards d années -150 millions d années -4 millions d années Réserves mondiales Réserves mondiales Production annuelle Nombre d'années de production Pétrole 1258 GBl 172 Gtep 3,9 Gtep 44 Gaz Naturel 185 Tm Gtep 2,9 Gtep 64 Charbon 826Gt 578 Gtep 3,2 Gtep 183 Uranium 3,3Mt 30 Gtep 0,62 Gtep 48 8

9 2. Les énergies fossiles L énergie électrique est produite à partir de chaleur Gaz, pétrole, charbon combustion Chaleur + CO2 uranium Fission des noyaux d atome Chaleur + déchets radioactifs Chaleur Vapeur eau Rotation mécanique électricité principe d une centrale thermique 9

10 2. Les énergies fossiles traitement du CO2 rejeté par les centrales fossiles carbonés Enfouissement du CO2 dans des cavités La totalité du CO2 pourrait remplir le vide occasionné par l exploitation du combustible fossile Le Biochar & la biosphère Les forêts et les océans sont des grand consommateur de CO2. Une pyrolyse du CO2 engendre du carbone pouvant fertiliser les sols. Micro algues Les micro algues se nourrissent de CO2. Leur culture permet la production de biocarburant 10

11 traitement des déchets nucléaires II.Les énergies 2. Les énergies fossiles Piscine de refroidissement des déchets radioactif avant retraitement 96% des déchets sont retraités 4% des déchets sont stockés Le volume des déchets radioactifs non retraités représente une piscine olympique La quasi-totalité de ces déchets pourront être utilisés dans les centrales de 4 ème génération 11

12 3. La biomasse L énergie issue de la biomasse était exclusivement utilisée avant l ère industrielle. C est une énergie renouvelable à l échelle humaine 12

13 4. Le solaire L énergie solaire est une source inépuisable et largement répandue dans le monde entier. Elle provient de notre étoile, le soleil dans lequel des réaction de fusion nucléaire ont lieu. Cette énergie est véhiculée dans l espace sous la forme de lumière. La lumière est composé de petites particules appelés «photon» qui se déplacent très vite km/s Ces photons possèdent une énergie qui se transforme en chaleur ou en électricité. 13

14 4. Le solaire Soleil Courant (électrons) électricité Les photons créent un courant électrique dans un matériau semi-conducteur En moyenne, le rayonnement solaire direct fournit l équivalent de 1000W / m² 1000W = 20 ampoules à 50W Mais le rendement de conversion de l énergie solaire en énergie électrique est actuellement de 10%, ce qui donne 100W / m² 100W = 2 ampoules à 50W A Valence chaque année, on compte 2000h d ensoleillement. Les panneaux solaires produisent donc de l énergie 22% du temps. 14

15 4. Le solaire Soleil Chaleur Eau chaude électricité Rotation mécanique Le rendement de conversion de l énergie solaire en chaleur et très bon 80% Les panneaux solaires thermiques permettent de chauffer l eau chaude sanitaire des maisons. La centrale solaire thermodynamique Themis Des miroirs concentrent le rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur qui se vaporise. La vapeur actionne une turbine et produit de l électricité Pour 3m² => 2400W ballon de 200l Puissance : 670kW 15

16 4. Le solaire Un projet ambitieux : la tour solaire Soleil Chaleur Air chaud Rotation mécanique électricité Projet de Buranga en Australie Une cheminée de 990 m de haut Un collecteur de 7 km de diamètre T C dans la cheminée : 70 C. Vitesse de l'air dans la cheminée : 54 km/h puissance produite : 200 mégawatts Energie disponible 24h/24h 16

17 5. L éolien Le vent est présent partout sur terre mais souffle de manière inégale. Le vent est utilisé depuis longtemps dans beaucoup de domaines Eole maître des vents 17

18 5. L éolien L énergie du vent est aussi transformée en énergie électrique Puissance moyenne : Grande éolienne : 1MW 6MW Champ d éolienne de Tehachapi Pass en Californie, USA 18

19 5. L éolien Ballon éolienne Eolienne à voile libre Eoliennes Kitegen 19

20 6. L eau L énergie hydraulique est l énergie fournie par le mouvement de l eau 20

21 6. L eau Puissance Petite centrale : 100kW La plus grosse : 18GW Utilisation de l énergie hydraulique pour produire de l énergie électrique France 12% Europe 20% Suisse 75% Monde 19% 21

22 6. L eau Le Pelamis qui utilise le mouvement des vagues pour créer de l électricité Utilisation des marées 22

23 7. Le stockage de l énergie Pourquoi faut-il stocker l énergie? Un panneau solaire à Valence délivre de l énergie 22% du temps Une éolienne délivre de l énergie 20%-30% du temps Une hydrolienne 40% Une centrale marémotrice 25% La société a besoin d énergie 100% du temps!! Super!! Aujourd hui il y a du soleil et du vent, on va pouvoir regarder la TV!! 23

24 7. Le stockage de l énergie électricité Rotation mécanique Pompage d eau électricité Rotation mécanique Compression d air Energie potentielle électricité Rotation mécanique Volant d inertie électricité Electrolyse de l eau Hydrogène électricité Transformation Chimique Potentiel électrochimique Energie cinétique Energie chimique Chaleur Confinement de la chaleur dans un matériau ou fluide Energie thermique 24

25 7. Le stockage de l énergie électricité Rotation mécanique Pompage d eau Stockage turbinage d eau Rotation mécanique électricité Utilisation L Île énergie 25

26 7. Le stockage de l énergie électricité Electrolyse de l eau Hydrogène Stockage Hydrogène Réaction avec O2 électricité Utilisation électrolyse Réaction avec l oxygène Voiture à hydrogène & station de recharge solaire 26

27 III.Les sentinelles de l environnement Les capteurs sont des composants électroniques qui peuvent être utilisés pour mesurer (capturer) des grandeurs physiques de l environnement Température, Taux d hygrométrie, Pression atmosphérique, Concentration d un gaz Les capteurs peuvent surveiller les forêts et les villes pour prévenir Des feux de forêts Des pics de pollution Les capteurs peuvent également surveiller les cultures pour Economiser l eau Améliorer le rendement des cultures Station météo 27

28 III.Les sentinelles de l environnement La surveillance de feu de forêt par un réseau de capteur Les capteurs sont nombreux et sans fils Ils peuvent communiquer ensemble Ils sont largués par avion Capteur sans fil 28