Séminaire pluridisciplinaire de sciences et technologies GEST D 314 Année académique 2010-2011 Séance 3 1
Agenda Energie Energies fossiles Fission nucléaire Réacteurs du futur Fusion nucléaire Energies renouvelables Economies d énergie Economie de l hydrogène De Paracelse à Lavoisier et Dalton 2
Energies fossiles Pétrole actuellement indispensable au transport épuisement nouvelles ressources Gaz le combustible actuellement préféré des installations fixes problèmes d approvisionnement gazeux: sécurité liquide (GNL) nouveaux usages Charbon encore très abondant (Chine) nouvelles techniques moins polluantes 3
Fission nucléaire La fission contrôlée Le PWR Les centrales électriques Le cycle - les déchets Le démantèlement Les quatre générations de réacteurs à fission prototypes et démonstrations génération actuelle réacteurs avancés et évolués réacteurs innovants 4
Réacteurs du futur 3 e génération: réacteurs avancés et évolués perfectionnement des concepts actuels (encore) plus sûrs modulaires plus compacts 4 e génération: réacteurs innovants nouveaux critères de conception nouveaux concepts un programme international GIF (Generation IV International Forum auquel participent l Europe, la Belgique et Tractebel Engineering) 6 concepts (gaz, sodium, plomb, sels fondus,...) 5
Fusion nucléaire Les réactions: D - D, D - T La production de tritium: Li - n Les conditions à atteindre critère de Lawson n τ T > 10 21 kev s m -3 Les moyens d y arriver confinement magnétique, laser Le confinement magnétique Le Tokamak ITER Un réacteur? En 2050? La solution au problème de l énergie? 6
Energies renouvelables Eolien les technologies les "gisements", la recherche des sites Biomasse la combustion les autres usages: carburants; les deux générations Solaire non concentré: thermique, photovoltaïque concentré: chaudières, fours Géothermique domestique industriel Les limites 7
Economies d énergie Les secteurs utilisateurs L industrie La production d électricité La consommation domestique Le transport L utilisation de l électricité Les incitants / contraintes 8
Economie de l hydrogène La vision initiale La production d hydrogène Les procédés les piles à combustible Les utilisations domestique production décentralisée d électricité appareils portables transport Le transport et le stockage 9
De Paracelse à Lavoisier et Dalton Les origines de la chimie Le Moyen Age. L alchimie Paracelse et la chimie du XVI e siècle Les découvertes des XVII e et XVIII e siècles Stahl et le phlogistique Les précurseurs (1757 1772) Lavoisier et la chimie moderne Dalton et la théorie atomique 10
Les origines de la chimie Paléolithique: cuisson des aliments (feu), colorants Néolithique: premiers métaux ("pierres brillantes") céramique Antiquité: sept métaux (Au, Ag, Hg, Cu, Sn, Pb, Fe) des terres (oxydes) d autres éléments (soufre) de nombreux produits végétaux et animaux Une théorie très éloignée des connaissances empiriques quatre "éléments" (feu, air, eau, terre) un cinquième (éther, "quintessence") 11
Le Moyen Age L alchimie La naissance des "laboratoires" Des objectifs non scientifiques: faire de l or (lettrines) trouver l élixir (de longue vie) L apport des Arabes et des Byzantins Des techniques: calcination, distillation De nouveaux produits: des "huiles" (vitriol: H 2 SO 4 ) et des "eaux" (de vie: C 2 H 5 OH) 12
Paracelse et la chimie du XVI e s Un médecin qui refuse les dogmes de la médecine scolastique et expérimente de nouveaux médicaments d origine minérale (non galéniques) Le laboratoire trouve une application pratique Une théorie qui cherche des "principes" le "mercure", principe d humidité le "soufre", principe de chaleur La "quintessence", principe universel? 13
Les découvertes des XVII e et XVIII e s De nouveaux métaux: As, Sb, Bi, Zn, Co, Ni, Pt D autres éléments: phosphore Le "gas" (cf. geist, esprit) de van Helmont: vient compléter les autres "airs": fumées, vapeurs humides ou sèches (grasses) différentes formes: gras (CH 4 ), sulfureux (SO 3 ), sylvestre (CO 2 ) développement de la "chimie pneumatique": cuve à eau Les procédés: combustion, calcination, réduction respiration, digestion 14
Stahl et le phlogistique Les matières combustibles contiennent du phlogistique combustion = perte de phlogistique métal phlogistique chaux (oxyde) métal phlogistique + chaux Mais la chaux est plus lourde que le métal! le phlogistique a un poids négatif (le feu monte ) 15
Les précurseurs (1757 72) Black CaCO 3 chauffé CO 2 : air fixe (gaz sylvestre) Pristley Cuve à mercure (coût!) HgO chauffé O 2 : air déphlogistiqué Cavendish SO 4 H 2 + Zn H 2 : air inflammable très léger: phlogistique pur Rutherford Air - O 2 N 2 : air phlogistiqué Une "grande" théorie, mais fausse 16
Lavoisier et la chimie moderne Introduction de la chimie quantitative poids (balance) et volume (cloche à eau ou mercure) 1775: L oxygène interprétation correcte de l oxydation et de la réduction 1777: L azote et la composition de l air 1785: Analyse et synthèse de l eau 1789: "Traité élémentaire de chimie 55 "éléments" dont la lumière et le calorique 17
Dalton et la théorie atomique L affinité: l "attraction" chimique Les tables d affinités classification des éléments La mesure des affinités approche quantitative loi des proportions définies Dalton (1803) ces proportions correspondent à des nombres d atomes de masse donnée Avogadro (1811) Un litre de gaz (conditions normales) contient le même nombre de molécules, quel que soit le gaz Prout (1816) L atome élémentaire est l hydrogène 18