L énergie
L énergie, qu est-ce que c est? L énergie est la capacité d un système à produire un travail (c est-à-dire l impact d une force sur un point) entraînant un mouvement qui peut générer de la lumière, de la chaleur ou de l électricité. La puissance est la quantité d énergie par unité de temps fournie par un système à un autre (unité de mesure : Watt, ou W). Toutes les énergies n ont pas la même puissance.
Les différentes sources d énergie Les énergies fossiles Les énergies renouvelables Les énergies fossiles (ou hydrocarbures) sont les énergies produites à partir de la transformation de matières organiques stockées sous terre. Elles mettent des millions d années à se constituer et sont présentes en quantités limitées. Leur combustion émet des gaz à effet de serre. Les énergies renouvelables sont des sources d énergie inépuisables ou qui se renouvellent rapidement (à l échelle de la vie humaine). Les énergies renouvelables sont les énergies solaire, éolienne, géothermique, marine, hydraulique et la biomasse. Les énergies fossiles sont issues du pétrole, du charbon et du gaz.
L énergie : plusieurs états, un seul terme L énergie primaire est l énergie brute, non transformée. Elle a pour source le rayonnement solaire, les déplacements du vent ou de l eau, le pétrole, le charbon, le gaz et l uranium. En transformant l énergie primaire, on obtient de l énergie secondaire : c est le cas du pétrole brut transformé en fioul ou en essence, et du gaz, de l énergie nucléaire, solaire ou éolienne transformés en électricité L énergie finale, qu elle soit mécanique (transports ), électrique (appareils électriques, éclairage ) ou thermique (chauffage ) est celle fournie aux utilisateurs. L énergie utile est, en bout de course, celle dont profitent réellement les consommateurs après la dernière transformation par leurs appareils. C est par exemple la lumière d une lampe, la chaleur fournie par des radiateurs, le déplacement d une voiture, etc.
Le rôle de l énergie dans notre Histoire L énergie est importante dans notre Histoire car l évolution de nos sociétés est liée à la quantité d énergie dont nous disposons. En effet, l énergie est nécessaire à toute activité : dans l industrie, pour transporter les gens et les marchandises, pour nous chauffer, cuisiner, nous éclairer, faire fonctionner nos équipements. Il s agit donc d une source de développement et d amélioration de notre bien-être. Maîtrise des premières sources d énergie 400 000 av. J.-C. : maîtrise du bois pour faire du feu pour se chauffer, s éclairer et cuisiner. Entre 9000 et 3000 av. J.-C. : domestication de certains animaux et utilisation de la force animale pour l agriculture. 3000 av. J.-C. : maîtrise de la force du vent (bateaux à voiles, moulins) Moyen-Âge : utilisation massive du bois De la Révolution industrielle à nos jours Du milieu à la fin du XVIII e siècle : usage massif du couple charbon-vapeur Dès le début du XX e siècle : utilisation massive du gaz, du pétrole et de l électricité 2 ème moitié du XX e siècle: ouverture des premières centrales nucléaires et de grands barrages hydroélectriques Et ensuite? Défi de taille : croissance des besoins énergétiques mondiaux, raréfaction des énergies fossiles, problèmes environnementaux (production de GES, de déchets radioactifs, etc.). Besoin de diversifier notre bouquet énergétique en renforçant l usage des énergies renouvelables
Aujourd hui Autrefois 600 000 av. J.-C. Domestication du feu 4000 av. J.-C. Utilisation de la force animale 2000 av. J.-C. Énergie hydraulique avec les moulins à eau 200 av. J.-C. Énergie éolienne avec les moulins à vents Moyen Âge Bois = 95% de l énergie mondiale XIX e siècle : utilisation du couple charbon-vapeur Fin XIX e siècle : utilisation du pétrole pour s éclairer /combustion Début XX e siècle Utilisation massive de l électricité Production d énergie nucléaire Développement des ENR Utilisation d énergies fossiles
Quelques chiffres clés sur l énergie x 2 : depuis 1973, la consommation d énergie mondiale a plus que doublé. 80 % : les énergies fossiles représentent plus de 80 % des sources d énergies utilisées sur Terre. Aujourd hui, l énergie que nous consommons provient à 33 % du pétrole, 27 % du charbon, 20 % du gaz et 6 % de l uranium. 10 milliards de tonnes équivalent pétrole (tep) : c est la quantité d énergie consommée par l humanité entière en un an.
Les hydrocarbures Le pétrole Cette énergie possède de nombreux atouts : de forme liquide, elle est aisément transportable, très énergétique. Le pétrole est présent dans beaucoup de produits de notre quotidien sous diverses formes : essence, gasoil, plastiques, jouets, tissus synthétiques, etc. Cette ressource est accessible pour les pays riches, mais renforce encore les inégalités de partage des richesses sur la planète. Nos ressources pétrolières sont limitées, c est pourquoi nous importons 98,5 % du pétrole que nous consommons depuis l Afrique, les pays de l ex-urss, du Moyen-Orient et de la mer du Nord.
Les hydrocarbures Le gaz Cette énergie est moins facile à transporter et à utiliser que le pétrole. Le gaz a cependant un fort pouvoir énergétique qui le rend intéressant pour le chauffage et la production d eau chaude. En France, nous ne disposons pas de grands gisements de gaz. Nous importons 98 % du gaz que nous consommons (Norvège, Pays-Bas, Algérie, Russie).
Les hydrocarbures Le charbon Cette énergie est également très énergétique et permet à certains pays de produire de l électricité et de la chaleur. En France, nous n avons plus de centrales à charbon pour produire de l électricité. Sa combustion émet beaucoup de Gaz à effet de serre (GES), c est d ailleurs l énergie fossile la plus émettrice de CO 2. En France, il était devenu si coûteux d extraire du charbon que cette activité a été totalement arrêtée : nous importons 100 % de notre charbon d Australie, des États-Unis, d Afrique du Sud et de Colombie.
Les Energies renouvelables L énergie solaire : le roi Soleil Nous utilisons moins de 3 % de ce que le soleil nous envoie gratuitement chaque jour. Il existe 2 types de rayonnements solaires : le rayonnement direct qui peut être réfléchi ou concentré, le rayonnement diffus, qui ne peut pas être concentré (Rayonnements directs + diffus = rayonnement global) Pour produire de l électricité, on utilise des cellules photovoltaïques composées de silicium. Les panneaux solaires thermiques permettent de produire de la chaleur, grâce à la conversion du rayonnement global du soleil.
Les Energies renouvelables L énergie éolienne : une énergie dans le vent L énergie éolienne est une forme indirecte de l énergie solaire : l absorption du rayonnement solaire dans l atmosphère engendre des différences de température et de pression qui mettent les masses d air en mouvement, et créent le vent. On utilise des éoliennes pour produire de l électricité. Les pales permettent de transformer l énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Le multiplicateur accélère le mouvement des pales. Ensuite, le générateur transforme l énergie mécanique en énergie électrique. Un convertisseur augmente la tension du courant qui passe de 690 à 20 000 volts et peut ensuite être injecté dans le réseau électrique. Cette énergie est intermittente, car les vents n ont pas toujours la même force ni la même constance. Comme les vents sont plus forts et plus constants en mer, le potentiel énergétique de l éolien y est plus important que sur terre.
Les Energies renouvelables La géothermie : la chaleur de la Terre L idée est simple, il s agit de récupérer l énergie stockée sous la surface de la Terre et de s en servir pour chauffer les bâtiments ou produire de l électricité. Avec la géothermie à très basse température (<30 C) et basse température (30 90 C) on récupère la chaleur directement ou grâce à des pompes à chaleur pour chauffer les bâtiments. Avec la géothermie à haute énergie (températures supérieures à 150 C), on produit de la vapeur d eau qui alimente des turbines pour générer de l électricité. Pour la «géothermie naturelle à haute énergie», on utilise la vapeur d eau provenant de gigantesques poches d eau présentes dans les zones volcaniques, pour faire tourner une turbine qui, couplée avec un alternateur, produit de l électricité.
Les Energies renouvelables La biomasse : l énergie du vivant La biomasse représente l ensemble de la matière organique, qu elle soit d origine végétale ou animale. Elle peut être issue de forêts, milieux marins et aquatiques, haies, parcs et jardins, industries générant des coproduits, des déchets organiques ou des effluents d élevage. On désigne parfois la biomasse comme étant une énergie de récupération. On peut utiliser la biomasse pour : Se chauffer : chaufferies au bois, chauffage individuel au bois ou récupération de chaleur des usines d incinération des déchets. Produire du biogaz via la méthanisation : processus de fermentation de la matière organique végétale ou animale dans un milieu dépourvu d oxygène (anaérobie). Cette réaction produit du biogaz, composé de méthane (CH 4 ) (entre 50 % à 70 %) et de dioxyde de carbone (CO 2 ). Ces deux gaz étant inflammables, il suffit donc de brûler le biogaz pour produire de la chaleur et/ou de l électricité Produire des biocarburants et se déplacer Faire de la chimie.
Les Energies renouvelables L énergie hydraulique : de l électricité à grandes eaux Cette énergie représente la première source d énergie d origine renouvelable pour la production d électricité et est la troisième source d EnR au monde. Pour exploiter la force de l eau, il a fallu construire des barrages ou de petites centrales sur des cours d eau. La force de l eau active une turbine qui entraîne un alternateur et produit de l électricité. 4 types de centrales hydrauliques en France : Les installations «au fil de l eau» (en plaine) Les installations fonctionnant «en éclusées» (moyenne montagne) Les centrales de lac (au pied d un barrage, moyenne ou haute montagne) Les stations de transfert d énergie par pompage (lac artificiel) Ces centrales présentent d avantage de pouvoir être rapidement mobilisables. Ce type d énergie permet donc de répondre rapidement à une hausse subite de la demande d électricité.
Les Energies renouvelables Les énergies marines : des énergies en immersion Des marées pour l énergie marémotrice Avec le mouvement des marées, l eau passe au travers de systèmes à barrage, entraînant des turbines qui déclenchent un alternateur. Ces dernières sont réversibles pour produire de l énergie à marée montante et descendante. Des vagues pour l énergie houlomotrice Des courants marins pour l énergie hydrolienne Les hydroliennes convertissent l énergie cinétique des courants marins en électricité, comme le feraient des éoliennes avec le vent. L écart de température pour l énergie thermique La différence de température (au moins 20 C) fait fonctionner une technologie comparable à une pompe à chaleur.
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L ADEME L Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Énergie (ADEME) participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l environnement, de l énergie et du développement durable. Afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale, l Agence met à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, ses capacités d expertise et de conseil. Elle aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l air et la lutte contre le bruit. L ADEME est un établissement public sous la tutelle du ministère de l Écologie, du Développement durable et de l Énergie et du ministère de l Éducation nationale, de l Enseignement supérieur et de la Recherche.