Le français et l'énergie
Pratiquement toutes
les formes
d'énergie, mécanique, hydraulique, ou thermique sont omniprésentes
dans notre environnement. L'énergie potentielle contenue dans la matière qui se
trouve dans cet environnement est non seulement disponible et abondante, elle
est souvent, cerise sur le gâteau, gratuite et proche de nous. La masse de la
matière est omniprésente dans la plupart des formules physiques qui quantifient
les différentes formes d'énergies que l'homme a réussi à produire à partir de
son transfert ou de sa transformation. Notre passé nous apprend qu'il a d'abord
réussi à transformer cette matière en énergie thermique avec la combustion du
bois ou des combustibles fossiles et plus récemment des ordures ménagères. Un
passé encore récent datant des années 50 nous apprend qu'en manque d'énergie, il a également
réussi à transférer l'eau de la retenue des barrages vers l'aval pour
transformer son énergie mécanique potentielle en énergie électrique avec une
chaîne énergétiques passant par la case hydraulique à l'aide des turbines
Pelton ou Kaplan.
L'homme n'a jamais su stocker économiquement l'énergie électrique en très
grosse quantité. Ni même l'énergie thermique que ce soit grâce à la chaleur
spécifique d'une masse de fonte dans un convecteur électrique ou même d'un
ballon d'eau chaude sanitaire, sauf à majorer souvent inutilement le coût et
l'encombrement d'une chaufferie. La France vient heureusement de découvrir
récemment et de mettre au point un dispositif appelé STEP consistant à
remonter l'eau dans la retenue supérieure d'un barrage et à utiliser la chute d'eau
plusieurs fois. Insatiable énergétivore, la France a été un des premiers pays à
se transformer en apprenti sorcier en manipulant les chaînes atomiques de la
matière avec la fission et la fusion nucléaire. La France incontestable leader
dans le domaine de l’énergie électrique nucléaire a par exemple brillamment
réussi, à l'occasion de ces manipulations à la faire « disparaître»
en générant de l'énergie électrique après être passé par la case thermique. Einstein
et sa célèbre formule E = mc2 reliant la masse de la matière « disparue » et
l'énergie est une preuve supplémentaire de l'omniprésence de la matière dans
toute forme de production d'énergie. En passant à nouveau par la case thermique
et sous réserve d'obtenir un niveau de température suffisamment élevée, la France
est également en passe de réussir à produire de l'énergie électrique avec la
géothermie profonde et le solaire thermique à plus grande échelle, solutions
assurément plus intelligentes et moins destructrices pour notre environnement
que celles consistant à utiliser la combustion des combustibles fossiles pour
faire tourner des turbines à gaz ou pire encore des moteurs diesels pour
générer l'énergie mécanique nécessaire aux alternateurs. Ce qui est surprenant
dans les chaînes énergétiques les plus récentes évoquées
ci-dessus est le fait que l'on passe à chaque fois par la case thermique pour
générer l'énergie électrique, quitte à revenir au thermique
pour se chauffer par effet joule malgré la mauvaise efficacité d'un convecteur
électrique. Quant à l'énergie électrique fournie par le solaire voltaïque, les
éoliennes et les futures hydroliennes qui ne passent pas par la case thermique, elle ne
représente pour l'instant en France en retard sur l'Allemagne qu'à peine 2% du
total de notre besoin global en énergie. Cela explique
en partie pourquoi le prix de l'électricité qu'elles fournissent était élevé.
Ceci alors qu'avec une production de masse l'électricité ne faisant pas appel à
l'atome deviendrait compétitive par rapport à l'électricité nucléaire.
En validant la
réglementation thermique RT 2005 la France a fait une grave erreur en laissant
s'implanter le chauffage électrique par effet joule dans les immeubles anciens
mal isolés et en tolérant des déperditions thermiques plus importantes avec ce
type de chauffage. (voir figure ci-dessous)
La feuille de route des réglementations thermiques (Courtesy CFP)
Vu les déperditions très faibles de la RT 2012 on peut craindre qu'elle ne soit
jamais adaptée à la rénovation
La France saura-t-elle à l’occasion du projet de loi
sur la transition énergétique se passer rapidement des énergies fossiles pour
assurer son besoin en énergie ? Il semblerait qu’elle n’ait pas intégré
les capacités thermiques de la rivière dans les possibilités qui s’offrent à
elle. Parfaitement intégrée dans son environnement et à l’écosystème constitué
par la rivière et son sous-sol une pompe à chaleur aquathermique,
peut pourtant produire l’énergie thermique nécessaire à notre confort en
améliorant notre pouvoir d’achat. Ceci en accélérant l’abandon des combustibles
fossiles au profit d’une énergie propre et renouvelable dite
« positive ». Le temps est maintenant venu pour se chauffer de
concentrer notre action à la conception de composants adaptés au chauffage thermodynamique des
immeubles tel qu'un condenseur permettant de
récupérer la chaleur de condensation ou d’un évaporateur permettant de prélever
les EnR dans la rivière ou son proche sous-sol plutôt
que de tenter d'exploiter le gaz de schiste
Vous avez dit enthalpie?
Trop ambitieuse pour être appliquée à la rénovation de l'habitat ancien, les
1400 pages !! de cette réglementation thermique RT 2012, qui commence à
paraître au journal officiel va encore grever le prix de l'habitat neuf. Notre
pays n'est donc pas sorti du mauvais de la rénovation des bâtiments anciens
difficiles à isoler après coup. Une faculté trop longtemps ignorée de la
matière peut heureusement l'aider à produire une énergie thermique bon marché
en grosse quantité. Et ceci paradoxalement avec une petite quantité de matière.
Il s'agit cette fois de la faculté de la matière à générer un transfert
thermique lorsque qu'elle change d'état en passant par exemple de l'état
liquide à l'état gazeux et inversement. Cette faculté liée à ce qu'on appelle
la chaleur latente de la matière ou enthalpie, illustrée par le tableau
ci-dessous dans le cas de l'eau, ne peut bien sur
être comparée avec la quantité d'énergie thermique considérable pouvant être
dissipée par la fission ou la fusion nucléaire de la matière lors de la perte
de masse.
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Sans changement d’état |
Avec changement d’état |
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Constante physique |
Chaleur spécifique |
Chaleur latente de transformation |
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Unités
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Joules/kg et °C |
Joules/kg |
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Un exemple ; l’eau |
4180 Joules/kg et °C |
2 250 000 Joules/kg |
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Comparaison |
A
partir des chiffres ci-dessus on constate qu’il faut 5 fois moins d’énergie
pour élever un litre d’eau de 0 à 100°C (à savoir 418 kJ) que pour évaporer
cette eau en la maintenant à la température constante de 100°C (à savoir 2250
kJ). |
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Sous la surveillance de
ses parents, une expérience facile et amusante permet à un enfant de vérifier
l’importance relative des chaleurs spécifique et latente. Si l’on ne change pas
le réglage du gaz sur la table de cuisson, il faut environ 5 fois moins de
temps pour porter une petite quantité d’eau de 0 à ébullition (100°C) que pour évaporer
cette même quantité d’eau. Une remarque pour éclairer le lecteur, alors que les
transferts thermiques dus à la chaleur spécifique s’établissent du fait des
variations de température, ceux provoqués par les variations d’enthalpie
s’effectuent à température constante.
Figure extraite de l'aide-mémoire chauffage de la société Jatech-TM montrant la phase évaporation
.Ces transferts d'énergie thermique, lorsqu'ils sont
récupérés lors de la phase condensation, avec des fluides caloporteurs
performants, peuvent cependant être assez importants pour assurer le chauffage
d'un immeuble en raison de l'aspect cyclique de cette transformation. Il y a
donc urgence à réaliser que l'énergie thermique contenue dans la matière
provenant de cette dernière transformation est une solution particulièrement
intéressante pour le chauffage des copropriétés en milieu urbain. La plupart
des précurseurs qui ont eu le courage pour leur maison individuelle de
s'engager dans cette voie, trop longtemps négligée pour le chauffage collectif,
ont été récompensés. Il est temps de réhabiliter l'énergie thermique et de
considérer que cela ne fait pas "vieillot" d'en parler. Comment
a-t-on pu ignorer si longtemps qu'elle est à la charnière des chaînes
énergétiques les plus performantes. Au moment où l'homme est
peut être responsable du réchauffement climatique*, le principe même de
la pompe à chaleur devrait pourtant le rassurer puisqu'elle présente en plus
l'intérêt de refroidir notre environnement. Cerise sur le gâteau elle fournit
une énergie thermique propre et gratuite puisque prélevée dans son proche
environnement. Ne fournissant pas plus que le besoin énergétique, les nouveaux
modes de régulation des PAC à compresseur par variateurs de vitesse présentent
l'avantage de ne pas avoir à stocker trop d'énergie thermique, stockage qui, on
l'a vu, pose parfois problème.
L'hydraulique est une technique merveilleusement complémentaire au service du génie climatique et du chauffage urbain.
Le mot hydraulique est ici pris au sens le plus large puisqu'il englobe non
seulement une approche différente de l'hydraulique des rivières et de leur
sous-sol irrigué par les nappes libres, mais aussi l'hydraulique industrielle
des circuits sous pression, asservis ou non. Cette association ne manque pas
d'intérêt puisqu'elle permet de concilier des impératifs paraissant
contradictoires comme ceux de générer du chaud lorsqu'il fait froid, ou du
froid lorsqu'il fait chaud, avec l'assurance de la performance au cours des saisons.. Quelle n'a pas été la surprise de l'auteur de
constater qu'un réservoir hydraulique et l'huile qu'il contient se comporte sur
le plan thermique comme un immeuble et sa chaufferie. Quel n'a pas été son
étonnement de constater que l'étude en régime transitoire de ce système est régit par une fonction de transfert linéaire du premier
ordre à coefficients constants identique à celle d'une servo pompe alimentant
un vérin hydraulique asservis en position et comprimant un ressort. Ces
analogies sont intéressantes pour la raison que l'expérience acquise parfois
durement par l'auteur lors d'une carrière professionnelle consacrée
exclusivement au service des systèmes asservis électro hydrauliques peut être
transposée au bénéfice de la production d'une énergie thermique
particulièrement économique, abondante et propre. Certes la thermodynamique moderne est plus complexe que la pompe à fioul, le filtre et le gicleur en
série du brûleur d'une chaudière. Il s'agit de techniques avancées ou chaque
spécialiste à son mot à dire sur la conception du système.
- Le frigoriste est par exemple concerné par le bon
fonctionnement de l'évaporateur. Il sait comment tirer le meilleur parti d'un
fluide caloporteur. Il sait comment les transferts thermiques s'effectuent dans
une pompe à chaleur et comment elle peut prélever son énergie dans
l'environnement à partir de l'air, du sol, ou de l'eau. Il sait comment créer
du froid lorsqu’il fait chaud mais il ne fait souvent que la moitié du
raisonnement en occultant le fait qu’il est en mesure de générer du chaud lorsqu’il fait froid.
- Le spécialiste en hydraulique industrielle conventionnelle,
habitué aux circuits à pression élevée, est au fait de l'étanchéité rigoureuse
qui doit être respectée pour éviter toute fuite du fluide caloporteur vers
l'extérieur afin de préserver la couche d'ozone. Confronté aux problèmes de
niveau sonore de sous ensembles tournants comme les
groupes moto pompe ou les aéro- réfrigérants, il sait
comment casser les vibrations et diminuer leur niveau sonore.
- L'électronicien ayant des connaissances en automatisme sait comment dimensionner le
correcteur électronique prenant en compte les paramètres physiques du système
composé par l’immeuble et sa chaufferie. Ceci pour la boucle ouverte
et la boucle fermée éventuelle
permettant de supprimer l'erreur statique afin d'assurer une régulation de
température stable et performante.
- L'Ingénieur en génie climatique maîtrise parfaitement la notion de degré jour unifié
DJU. Il sait comment remédier aux variations de température imposées par les
saisons sans affecter les performances de la pompe à chaleur. Au moment ou l'homme se sent responsable du réchauffement climatique,
il a compris l'intérêt de ce type de chauffage qui présente l'avantage de
refroidir notre environnement au lieu de le réchauffer. Il a compris également
tout l’intérêt qu’il y a à utiliser des émetteurs basse température et à isoler
le bâtiment pour améliorer les performances de la génération thermique
- L'architecte ayant des connaissances de thermicien sait
comment concilier l'esthétique d'un bâtiment et les déperditions thermiques
dans le bâti de celui-ci.
Bien que chaque spécialiste sache comment appréhender les problèmes
spécifiques relevant de son domaine technique, des problèmes relevant de sa
spécialité peuvent se poser lors de l'élaboration des composants constituant le
système. Une idée commencerait à germer qu'il y aurait un maillon manquant dans
les chaînes professionnelles existantes et qu'il pourrait être nécessaire «
d'inventer » un nouveau métier afin de fusionner, pour réparer des erreurs de
conception éventuelles, des connaissances qui seraient disparates. Les mots «
intégrateur » ou « expert » viennent naturellement à l'esprit. Le mot «
communication » également. La mauvaise cohabitation entre parties communes et
privatives, entre chauffage individuel et collectif, ainsi que la difficulté
qu'a un citoyen lambda à appréhender les problèmes en raison du manque de
coordination entre le politique et le législateur, entre les acteurs internes
et externes à la copropriété qui ont bien du mal à se comprendre les uns les
autres, font que de toute évidence, si ce nouveau métier devait malgré tout
être créé les mots "communication" et "médiation" ne
peuvent être ignorés plus longtemps. Un bon physicien généraliste compétent en
thermodynamique capable de comprendre les experts, d'intégrer les exigences
particulières à chaque technique, et ayant en plus la capacité de communiquer
avec les intervenants pourrait aussi être le chaînon manquant afin que
s'établisse un minimum de collaboration entre les responsables de techniques
par nature complémentaires. Il pourrait aussi aider à combler plus rapidement
la marge encore trop importante qui sépare les performances théoriques des
performances pratiques obtenues pour l'instant avec ces systèmes diminuant le
besoin en énergie électrique coûteuse.
- Reste la nécessité d'un bon programmeur maîtrisant un
langage de programmation pour finir peu rapide étant donné la constante de
temps importante du système formé par l'immeuble et sa chaufferie. Afin de
s'adapter au besoin thermique variant selon les saisons et les modes de marche,
il devra comprendre les algorithmes établis par le thermodynamicien et élaborer
la meilleure structure de programme possible afin d'assurer la liaison entre le
système d'exploitation de l'ordinateur et la commande des différents composants
constituants la pompe à chaleur.
- L'utilisateur final, quant à lui, considère à juste titre
que la production de l'énergie ne devrait pas rester un domaine réservé aux
initiés ou le particulier n'a pas eu jusqu'ici véritablement droit de regard et
il considère qu'il est temps de casser cette barrière. Il commence à comprendre
que l'énergie est surtout une source de profit pour ceux qui la comprenne. Il
estime que les acteurs déjà en place sont tellement nombreux qu'il est
légitimement préoccupé à l'idée d'en rajouter un nième. . Il espère suite à tout ce
brouhaha médiatique que l'on va enfin lui proposer un système finalisé et il ne
veut plus payer pour être informé.
Il redoute les fluctuations brutales des prix sur
le pétrole et les déséquilibres qu'elles provoquent. Il espère que l'on
est au bout du tunnel et que les comportements vont enfin changer.
Balendard fin 2021
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