English translation of this file
La « Solar
Water Economy » 
|
|
Si l’on en croit l’image ci-contre le Président Trump semble ignorer que
la NASA, agence américaine responsable des technologies de l’espace a
proclamé Milutin Milankovic de
nationalité serbe comme l'un des plus importants savants dans le domaine des
sciences de la Terre. Ceci pour ses travaux relatifs à la compréhension des 3 mouvements de la terre par
rapport au soleil et de l’évolution naturelle du climat qui en résulte
sur terre. Kamala Harris
nouvelle candidate aux élections américaines devant Donald Trump affirme
souhaiter « un futur dans lequel tous les
américains respirent un air propre, boivent de l’eau saine et ont un accès à
une source d’énergie sûre et abordable » |
Il y a aussi, superposées aux périodes de glaciation et de réchauffement
naturelles résultant de ces mouvements, les conséquences du comportement de
l’homme sur notre planète. Nous avons semble-t-il à ce sujet mis trop de temps
pour prendre conscience de l'urgence qu'il y a de passer à l'action en ce qui
concerne la transition énergétique. Le cri d’alarme du secrétaire
général de l’ONU et inquiétude qui ressort d’un
article de Good Planet sur les conséquences actuelles de l‘effet de serre est
justifiée. Les dérèglements climatiques actuels résultent à l’évidence de
chaînes énergétiques utilisées jusqu’à présent par homo sapiens pour satisfaire
ses besoins en énergie. Besoins qu’il n’a
principalement réussi à satisfaire jusqu’à présent qu’avec la combustion des
produits fossiles. L'augmentation à venir de la température sur terre en
fonction du temps sera-t-elle une fonction proche de la fonction
exponentielle si nous continuons ainsi ? Quoiqu’il en soit à ce sujet
l’épuisement de ces ressources non renouvelables est proche et il faudra bien
demain assurer le besoin d’homo sapiens en énergie. De ce fait l'urgence qu'il y a à agir sur le poste le
plus lourd en ce qui concerne la consommation en énergie, à savoir le chauffage
de l’habitat est bien là. Dans ce domaine et vu l’urgence qu’il y a à agir,
nous ne pourrons pas faire autrement que de dissocier la construction neuve de
l'existant. Nous n'avons pas en effet les moyens financiers de tout démolir et
de tout reconstruire aux nouvelles normes. D'ailleurs comment ferions-nous pour
loger le citoyen pendant la période transitoire. Le lecteur pris par le temps
peut lire la conclusion en fin de
cette interminable page.
|
En raison
de la croissance économique à venir prévue par l’OCDE sur l’image ci-contre,
les conséquences de l’inaction peuvent être redoutable pour notre
environnement. La dégradation de notre biodiversité mentionnée par un rapport de planète vivante est telle qu’il va falloir agir dans le sens du
consommer moins et non du toujours+. L'urgence va être dans un premier temps de s’attaquer à la part carbone
dégagée par le chauffage des bâtiments. Ceci préférentiellement vers les
bâtiments existants à l’exception de l’Ile Seguin
à Boulogne Billancourt qui pourrait montrer l’exemple de ce qu’il serait
utile de faire dans le neuf pour tenir compte des accords de Paris sur le
climat. Ceci dit le bâtiment existant est le poste potentiellement le plus
important qui nous permettra de diminuer rapidement nos besoins en d'énergie
non renouvelable d'origine fossile. Ceci grâce à l’eu et au soleil. Il faudra
par la suite porter nos efforts sur cette énergie grise de la construction neuve en tirant profit de l’expérience acquise à
l’Ile Seguin mais il y a un temps pour chaque chose.
Partie sud de Boulogne 92100 |
|
Pour sortir de ce que beaucoup d’entre nous
considère comme ce qui pourrait devenir l’enfer du
réchauffement climatique, homo sapiens va
devoir comme le préconisait Nicolas Hulot
changer
d’échelle. Pour cela, il va disposer pour satisfaire ses besoins d’au moins deux nouvelles chaînes énergétiques du type « Solar Water
Economy ». C’est en effet principalement le soleil, en produisant
l’électricité grâce au voltaïque, qui va devenir le maître du jeu de ces deux
concepts de production d’énergie. Il ne s’agit pas ici de rendre la planète
« great again »
mais de la rendre vivable. La première de ces deux chaines est celle assurant
le chauffage, voire la climatisation de l’habitat. Celle qui va utiliser la
chaleur spécifique de l’eau et l’enthalpie des corps. C’est cette première
« Solar Water Economy » qu’homo sapiens va devoir mettre en place en
priorité pour rendre la voiture ainsi que le chauffage de l’habitat moins
polluants et moins énergivore. Cela aussi étant donné qu’il ne maîtrise pas encore
quantitativement la deuxième, celle de l’hydrogène décrite à la fin de
cette page. Celle posée par le problème du stockage de l’énergie électrique
résultant de l’intermittence hiver-été de la production électrique solaire. Celle qui résulte du fait qu'en période hivernale la
production solaire insuffisante devra probablement être associées aux capacités
de stockage de quelques STEP de montagne ou de centrales de combustion des
ordures supplémentaires qui viendraient au secours du voltaïque et non le
nucléaire lors des pointes de consommation électriques journalières. Ceci sans
même que soit nécessaire l'apport des éoliennes et les hydroliennes.
A) La « Solar Water
Economy » de l’enthalpie
La figure ci-dessous permet de comprendre pourquoi l’eau
aidée par le sol va devancer l’air en termes d’efficacité. Nous avons besoin de
cette efficacité par le fait que nous ne pourrons malheureusement pas isoler
suffisamment les bâtiments existants. Sinon il faudrait tout démolir pour
reconstruction sans savoir où reloger les habitants pendant les travaux. Ce
constat étant valable non seulement en France mais probablement dans beaucoup
de pays européens. Voire de grandes métropoles ailleurs dans le monde
Figure 1 Le COP du chauffage
thermodynamique ou ce qui revient au même ses performances est fonction des
températures aux sources froide Tf et chaude Tc.
Par définition le COP est égal à l’énergie thermique arrivant dans le
logement que divise l’énergie finale nécessaire pour produire cette énergie
thermique. Ceci avec un coefficient de performance COP = Tc / (Tc
- Tf) formule bien connue des
thermodynamiciens démonstration. .
Cela signifie qu’avec l’AIR et une température à la source froide Tf =
-10°C (263°K) et une température à la source chaude Tc = 45 °C
(328°K) ) soit Tf/Tc = 0,801 on peut escompter un COP théorique légèrement
supérieur à 5 (plus précisément COP = 328 / [328 – 263) =
328/65 = 5,04
Cela signifie qu’avec l’EAU et une température à la source froide Tf =
15°C (288°K) sensiblement supérieure à celle de l’eau superficielle (Voir
figure 4suivante) et une température à la source chaude Tc =45
°C (328°K) soit Tf/Tc = 0,878
on peut escompter un COP théorique légèrement
supérieur à 8 (plus précisément COP = 328 / [328
– 288) = 328/40 = 8,2
La courbe de performances ci-dessus est la transcription graphique de cette
formule. On mesure ici tout l’intérêt d’échanger l’énergie thermique
renouvelable sur l’eau plutôt que sur l’air. Ceci dans la mesure où la quantité
d’énergie électrique requise pour assurer le chauffage de l’habitat est
sensiblement plus faible qu’avec l’air une même température à la source chaude
où ce qui revient au même une même température dans les radiateurs hydrauliques
La figure 2 ci-dessus est quant à elle un condensé de ce qu’il faut
comprendre pour assimiler la « Solar Water Economy » de l’enthalpie.
En conjuguant la géothermie profonde et l’aquathermie
superficielle avec le circuit de la figure 3 qui suit on peut envisager des COP
de 8 pour le chauffage urbain. Cela signifie qu’il est possible d’assurer cette
fonction en consommant très peu d’énergie électrique. (Environ 1 pour une
quantité d’énergie thermique prélevée dans l’environnement égale à COP -1 = 8
-1 =7
La figure 3 ci-dessus prouve que l’augmentation des températures dans
la région parisienne autant en ce qui concerne l’eau de la Seine que dans l’air
ambiant sont maintenant plus favorables qu’il y a une centaine d’années à une
évolution des chaines énergétiques actuelles vers le chauffage thermodynamique
C'est en définitive grâce aux performances élevées du chauffage
thermodynamique aquathermique résultant de l'apport
thermique des eaux géothermales profondes associé à celui de nos fleuves que
nous allons devenir moins gloutons en énergie non renouvelables pour assurer le
chauffage de l'habitat. Les toits voltaïques abritant nos immeubles ne pourront
pas délivrer une quantité d'énergie électrique suffisante pour assurer
cette fonction. Ceci d’autant qu’il faut aussi considérer adaptée les besoins
confondus de l'éclairage de l’électroménager et de la voiture hybride
rechargeable familiale. Cependant aidés par des centrales de production solaire
dans la périphérie des villes tout devient envisageable. Ceci sans que soit
nécessaire (sauf exception) de démolir les bâtiments existants et de les
reconstruire afin de respecter des normes vu que
l’amélioration de l'isolation est difficile à réaliser après coup.
Compte tenu des avantages essentiels de la "Solar Water Economy" ébauchée plus en détail dans cette prospective
sur l’énergie , les Lutins thermiques se sont longtemps demandés
pourquoi un pays de technologie comme le nôtre a tenu si longtemps à
l'écart les nouvelles chaines énergétiques de cette "Solar Water Economy". Ceci compte tenu de ses nombreux
avantages dans l'urbain pour le chauffage collectif de l'habitat et le
transport individuel basé sur la petite voiture électrique. Ils n'ont pu
finalement expliquer cette lacune qu'au travers des lobbies pétroliers et
d’une prise de conscience tardive par l’homme des possibilités du solaire
voltaïque conjugués à une sorte d'aveuglement de la classe politique. En
prenant connaissance des informations de l'ONU concernant cette aide mondiale
de près de 500 milliards d'€ à la production des produits pétroliers alors
que l'on parle d'une assistance de 100 milliards d'€ aux pays qui en subissent
les conséquences, ils se sont dit qu'il y avait quelque chose qui clochait
sur ce bas monde chez nos financiers. Ne serait-il pas en général
préférable que ce soit la classe politique se concertent avant de prendre
des décisions génératrices de déceptions amères.
La chaleur spécifique élevée de l'eau associée à l'enthalpie de la matière
lorsqu'elle passe de l'état gazeux à l'état liquide permet de transmettre des
flux thermiques importants compatibles avec le chauffage urbain. Les
Lutins se sont dit qu'il fallait expliquer à l'exécutif que cela ne sert à
rien de produire et de consommer plus de combustibles fossiles pour accroitre
ses marges financières si, comme le fait justement remarquer le secrétaire
général de l'ONU l'on ne peut plus respirer en ville. Ils se sont dit
qu'il fallait aussi expliquer au couple formé par le politique et le financier
comment il est maintenant techniquement envisageable à moyen terme de
satisfaire les besoins en énergie thermique du chauffage urbains et ceux
en énergie mécanique du transport individuel en ville sans faire appel à la
combustion.
Ceci d'autant qu'à l'ère du réchauffement climatique et de ses lourdes
conséquences sur notre futur immédiat, la nouvelle chaine énergétique proposée
pour le chauffage de l'habitat a tendance en prélevant de l'énergie thermique
dans notre environnement non pas à le réchauffer comme le fait la combustion
mais à le refroidir. Qui plus est, à le faire grâce à l'aquathermie avec des performances environ deux fois
supérieures à l'aérothermie et surtout plus silencieusement, ce dernier
avantage étant important en ville. Ils estiment qu'il devient urgent
d'évoluer vers ces nouvelles technologies pour assurer le transport individuel
et le chauffage urbain collectif. Ceci en mettant conjointement en place les
infrastructures comprenant principalement des réseaux de tuyauteries
d'alimentation en eau non potable des immeubles et les toits voltaïques les
abritant. Cette orientation qui concilie le social, l'environnement et
l'économie permettrait à la France de respecter sa Loi sur la Transition
Énergétique et la Croissance Verte (LTECV) ainsi que
les 17
objectifs de l'ONU. Ceci en créant de l'emploi, en améliorant nos
conditions d'existence et en participant effectivement à l'atténuation
climatique. Cela est possible si l'on prend conscience que l'énergie thermique
transmise pour refroidir nos fleuves et nos rivières ainsi que l’eau
géothermale lorsque cela est possible, c'est de l'énergie thermique
renouvelable reçue pour chauffer l'habitat urbain. Ce faisant en améliorant la
dépendance actuelle de nos rivières à l'énergie et en rendant vie à leur
écosystème et aussi facteur important pour l’utilisateur en baissant le prix du
kWh thermique rendu dans son logement.
Il n'est pas question ici de remettre en cause l'utilité de nos grands
barrages à lac et leur grande retenue qui produisent l'essentiel de
notre électricité d'origine hydroélectrique. Il est par contre question de
s'interroger sur l'utilité de tous ces barrages "au fil de l'eau"
sans retenue amont significative vu le caractère aléatoire de leur faible
production électrique. On est légitimement en droit de s'interroger à ce sujet
sur le bien-fondé de transformer nos rivières à saumons en escalier au mépris de
leur écosystème et du tourisme nautique itinérant pour transformer ensuite la
faible quantité d'énergie électrique qu'ils produisent en chaleur avec l'effet
joule pour chauffer l'habitat. Il semble essentiel aux Lutins d'expliquer au
politique qu'il est stupide de dégrader à ce point un fluide noble et onéreux
comme l'électricité pour le transformer en chaleur avec l'effet joule vu son
COP de 1 et ses performances déplorables. Ceci alors que l'on pourrait
généraliser dans plusieurs régions françaises la même production de chaleur
avec un COP de 8 en consommant huit fois moins d'électricité. Ceci sachant
aussi que l'on pourrait pour les autres régions françaises non pourvues en eau
géothermale profiter de la présence du fleuve pour minimiser la consommation
d'énergie finale autant électrique que fossile.
Il semble également essentiel selon les Lutins thermiques d'expliquer au politique
qu’aussi déplorable que soient les performances de la combustion et ses
conséquences pour la qualité de l'air de nos cités, la "chaufferie
hybride" présente l'avantage de pouvoir généraliser l'usage d'un chauffage
thermodynamique complémentaire à la combustion évitant de surcharger le
réseau électrique au plus froid de l'hiver. Ceci en nous libérant de nos
inquiétudes relatives au point de congélation de l'eau et en diminuant
considérablement la quantité de gaz brulés émise dans l'atmosphère.
La figure 4 ci-dessus prouve
qu’il est possible d’assurer le chauffage urbain en consommant beaucoup moins d’énergie
finale en conjuguant la géothermie profonde et l’aquathermie
superficielle. Se reporter à la figure
suivante pour comprendre comment fonctionne l’échangeur à plaques logé
dans la station de pompage et associant l’eau géothermale et l’eau
superficielle plus froide. Pour une température à la source chaude égale à 40°C
(313 °K) correspondant à des planchers chauffants hydraulique et 15°C (288 °K)
à la source froide les performances théoriques en mode thermodynamique de la
chaufferie hybride sont excellentes. COP = Tc / (Tc -Tf) = 313 /
(313 – 288) = 12,5. Le lecteur intéressé de comprendre comment l’on doit
réguler les débits sur les deux réseaux, celui du réseau profond d’eau
géothermale et celui superficiel en liaison avec la seine selon la température
de cette dernière peut se reporter au fichier suivant. Lorsque
la température de la Seine est
à 10°C c'est tout de même une puissance voisine de 0,35 kW thermique
qui peut être mise à la disposition de chaque parisien compte tenu de la
densité démographique moyenne* très élevée de notre capitale et du débit
provenant de la Seine de 1200 m3/h**. Cette puissance suffisante pour satisfaire le
besoin de tous est due autant à l'apport de l'aquathermie
superficielle qu’à celui de l’eau géothermale. En hiver, lorsque la température
du fleuve est proche de la température de congélation de l'eau, aucune énergie
n’est prélevée dans le fleuve. L’apport thermique de l’eau géothermale et la
combustion sont alors bien utiles pour assurer le besoin sans faire appel à une
consommation excessive en électricité au plus froid de l’hiver. Ceci tel que
cela est décrit dans le mode de fonctionnement de la chaufferie
hybride . La commune de Boulogne Billancourt en région parisienne
semble particulièrement bien
adaptée à un tel réseau de chauffage.
*Un peu plus de 20 000 habitants/km². Il faut toutefois
tenir compte que cette valeur augmente régulièrement et que la densité urbaine
des arrondissements de Paris les plus peuplés tels que le 11e ou le
20e est selon l’INSEE proche de 40 000
habitants. Ceci dit, les arrondissements du 12ème et du 16ème se
sont appropriés respectivement le bois de Vincennes et le bois de Boulogne ce
qui explique leur faible densité urbaine. Si l’on considère qu’un puits
géothermal délivrant 200 m³/h d’eau à 50° C et refoulant celle-ci à 20° C a
besoin selon le BRGM d’une surface voisine de 2 km² pour assurer cette fonction
alors que vivent sur cette surface 80 000 habitants, la géothermie, aussi
puissante soit-elle ne permettra pas de satisfaire nos besoins en énergie. Et
ceci même si l’on considère l’apport de l’aquathermie
superficielle qui fournit pourtant la moitié de la puissance. La puissance
thermique naturelle totale disponible de 1200 x 10 x 1,16 = 13 900 kW d’un
réseau de chauffage urbain fonctionnant selon le principe de cette figure c’est
en effet une puissance mise à disposition pour chacun des habitants de ces deux arrondissements limitée à 0,17 kW soit sur une période
de chauffe de 5000 heures quelques 850 kWh. Cette valeur est peut-être proche
du besoin de quelque 800 kWh par habitant de « l’immeuble de Monsieur tout
le monde » respectant la RT2012 et ses 50 kWh par m² habitable, mais il
faut se rendre à l’évidence, nous avons poussé le bouchon un peu trop loin avec
la
RT 2005 autorisant pour l’effet joule des déperditions supérieures à
celle de la combustion. Les erreurs passées de cette
réglementation et le manque de sérieux avec lequel nous avons
construit les bâtiments à l’époque va nous poser maintenant problème.
**Quant aux capacités de la Seine, de la Marne et de
l’Oise confondues à assurer le besoin pour Paris et sa banlieue, il n’y a pas
d’inquiétude à se faire. Le besoin débit de 1200 m3/h ou 0,33 m3/s
pour 20 000 habitants c’est 183 m3/s
pour les 11 millions d’habitants qui la peuple. Débit bien inférieur au débit
moyen de la Seine à Paris majoré de celui de la marne et de l’Oise. Les deux
figures ci-dessous donnent une idée du potentiel énergétique de la France
|
|
|
|
Figure 54 Les 13 métropoles françaises |
Figure 6 L’eau superficielle et géothermale |
|
Le PB de l’isolation des bâtiments Diviser par deux les consommations par l’isolation sans
tout démolir sera parfois envisageable mais diviser par 5 les déperditions
thermiques en passant de la valeur moyenne de 250 kWh/m² aux 50 kWh/m² de la
RT 2012 relève de l’impossible particulièrement pour les immeubles avec
balcons du fait des ponts thermiques. Et ceci même si l’on rajoute une
isolation extérieure à un bâtiment isolé initialement par l’intérieur. La
gêne provoquée par le rajout d’une isolation intérieure au plafond des
appartements (figure 6 inférieure) ne résorbe qu’une faible partie des
déperditions. Vu le faible gain énergétique dû au fait que la dalle est
renforcée par une armature métallique interne pour des raisons de sécurité
fait que les occupants ne sont pas prêts pour la plupart à l’accepter. . |
|
|
Figure 7 |
|
|
Etant
donné la difficulté d’isoler après-coup l’amélioration de l’isolation a été
limitée à 25% dans l’étude ci-dessous ce qui réduite le besoin chauffage dans
les mêmes proportions. |
|
La maison et l’appartement
Figure 8 Un appartement à deux expositions situé
aux étages intermédiaires avec voisins de palier est soumis à une consommation
d’énergie nettement plus faible que celle d’une maison individuelle de même
surface habitable. Ceci pour des coefficients de déperditions équivalents (voir P144)
et des constructions situées dans une zone de température équivalente (voir P278)
Le constat est clair : Les parisiens et les bordelais
qui sont pourtant favorisés du fait de la présence d’eau
géothermale dans leur sous-sol vont avoir besoin du soleil pour satisfaire leur
besoin thermique. Particulièrement s’ils décident de tirer un trait sur le
pétrole pour assurer leur confort respiratoire et allez dans le sens de
l’atténuation climatique. Une remarque Bordeaux a
d’ailleurs commencé dans ce sens.
Besoin moyen en énergie du citadin français
Le lecteur
intéressé pas ces sujets peut aussi se reporter au texte relatif à l’immeuble
de Mr tout le Monde et à la RT2012
. Il peut aussi prendre
connaissance des calculs ci-dessous effectués dans le cadre d'une
prospective correspondant à un CITADIN français peu fortuné. Ceci dans le cadre
d’une étude donnent une meilleure idée de ce que pourrait devenir le besoin
moyen en énergie du citoyen français. Ils sont effectués dans le cadre de
l'intermittence été-hiver puis jour-nuit de l'énergie solaire. Ceci sans effort
particulier sur l'isolation des bâtiments existants. Ils ne correspondent pas à
la maison individuelle des zones rurales. Cela compte tenu des surfaces de
déperdition nettement plus importantes de la maison individuelle
comparativement à l'appartement. (Voir figure 7 ci-dessus)
Dans le cadre de
l'intermittence été hiver du voltaïque
1) Consommation
thermique due aux déperditions (chauffage)
En prenant comme base une déperdition moyenne de 240 kWh/m² correspondant
malheureusement à l'habitat existant mal isolé (Voir P 280)
et quitte à se redire difficile à isoler après coup on constate qu'avec une
surface habitable moyenne de 22 m² par citadin équivalente à celle du panneau
voltaïque on arrive à un besoin annuel par citadin de 5280 kWh. Soit une
moyenne journalière de 15 kWh (5280/365). On sait aussi que
- la puissance utile au chauffage est
proportionnelle à la différence de température ∆T entre
l'intérieur et l'extérieur.
- le ∆T moyen
correspondant à la région parisienne prise pour exemple pendant la période de
chauffe est voisine de 10°C. (Voir les
DJU page
139)
Observons
maintenant sur ces bases l'évolution approximative du besoin thermique par
habitant au cours des saisons
Au plus froid de
l'hiver
1 mois avec
un ∆T de 25°C ( -5°C dehors 20°C dedans) le besoin
journalier de 37,5 kWh (15 × 25/10) étant assuré par le gaz assisté de la
géothermie. C'est en effet la chaufferie hybride qui assure le besoin chauffage
au plus froid de l’hiver sans consommation électrique sur le réseau. Ceci afin
de soulager ce dernier dans des proportions qui sont loin d'être négligeables.
Voir P
482
En hiver
2 mois avec
un ∆T de 20°C (0°C dehors 20°C dedans) le besoin journalier
de 30 kWh (15 × 20/10) étant assuré principalement par la géothermie + la
rivière avec éventuellement un petit apport gaz les flux thermiques de la
combustion et du chauffage thermodynamique s'additionnant dans la chaufferie
hybride. Cela étant donné le raccordement du condenseur de la PAC sur le
circuit retour radiateur (Voir P 346)
En mi-saison
6 mois avec
un ∆T de 5°C ( 15°C dehors 20°C
dedans) le besoin journalier de 7,5 kWh (15 × 5/10) thermique étant assuré
uniquement par l'électricité sans apport gaz grâce au chauffage thermodynamique
assisté par la géothermie et la rivière (voir P 568)
En été
Pendant 3
mois le chauffage est à l'arrêt ainsi que les pompes géothermales (Voir P 570).
Le besoin en énergie thermique se limite à la fourniture de l'eau chaude
sanitaire à savoir 50 litres/jour 330×50 > 16,5 m3/an. Soit à
raison de 50 kWh/m3 50×16,5 = 825 kWh.
Avec une
puissance installée du complément ENR sensiblement égale à la moitié de la
puissance utile au plus froid de l'hiver la PAC permet de charger le ballon
d'eau chaude en énergie pendant la nuit en moins de 3h (Voir P 404
).
Pendant le jour il n'est probablement pas inenvisageable de concevoir le
circuit
Compression > condensation > détente >
évaporation de la pompe à chaleur de telle sorte que cette dernière assure
la climatisation du logement aux heures les plus chaude de la journée. Ceci en
ajoutant une vanne 4 voies sur ce circuit comme indiqué (P 580)
de telle sorte que les fonctions du condenseur et de l'évaporateur de la pompe
à chaleur étant inversé on envoi du froid et non du chaud vers l'immeuble
VÉRIFICATION sur l'année
- 1 mois
30,5 jours à 37,5 kWh
1 143 kWh combustion
- 3 mois de
30,5 jours à 30 kWh 2
745 kWh puissance moyenne requise
0,31 kW
- 5 mois de
30,5 jours à 7,5 kWh 1
144 kWh
Besoin total
chauffage
5 032 kWh dont 4026 thermique
kWh par la PAC et 1006 kWh
électrique
2) Consommation
thermique due à l’eau chaude sanitaire
Vu qu’il
faut 1,16 kWh pour élever 1m3 d’eau de 1°C, il faut 2,9 kWh pour obtenir 50
litres d’eau chaude à 60°C (en partant de l’eau froide à 10°C). Pour le
collectif avec la boucle d’eau chaude cela peut doubler avec les pertes en
lignes. On se retrouve avec un besoin de 5,8 kWh/jour.
5,8 x 30,5 =
177 kWh combustion au plus froid de l’hiver
5,8 x 30,5 x
11 = 1 945 kWh dont 1555 thermique kWh par la PAC et 389 kWh électrique
3)
Consommation électrique de la voiture hybride.
Le trajet moyen du
francilien en IDF avec sa voiture individuelle est inférieur à 10 km. Si l'on prend par sécurité comme base 15
km/jour en zone habitée on arrive à une consommation journalière limitée à 2,25
kWh soit sensiblement 740 kWh annuellement hors mois d’aout compte tenu de la
consommation souvent retenue par les constructeurs de voitures électriques
de 0,150 kWh par km parcouru (batterie de 8 kWh pour 50 km parcourus en
mode électrique). On observe contrairement au chauffage de l'habitat évoqué
ci-après que le besoin en énergie est sensiblement constant en hiver comme en
été. Ceci avec une production solaire journalière hivernale correspondant au
besoin et excédentaire en mi-saison et en été.
4)
Satisfaction du besoin par la production solaire
Compte tenu de l'ensoleillement en France la production annuelle de base en
électricité des panneaux solaires voltaïques est voisine de 100 kWh/m². Cela
signifie que 25m² de panneaux voltaïques correctement orientés produisent
annuellement à minima 2500 kWh avec une production journalière moyenne
légèrement proche de 7 kWh (2500/365).
Le tableau
ci-dessous résume la situation en comparant les besoins annuels (thermique et
électrique) à la production en électricité des panneaux solaires
|
|
Besoin thermique kWh/an |
Besoin électrique kWh/an |
Apport électrique solaire kWh/an |
|
Chauffage logement |
5032 kWh dont 4026 prélevés dans l’eau |
1006 |
Production annuelle moyenne des
panneaux voltaïque en région parisienne 110 kWh/m² 25 m² de panneaux voltaïques délivrent 2750 kWh annuellement |
|
Eau chaude sanitaire |
1 555 prélevés dans l’eau |
389 |
|
|
Electroménager + éclairage |
néant |
1000 |
|
|
Voiture hybride rechargeable |
néant |
740 |
|
|
|
Besoin électrique total : 3 395 kWh |
Ces résultats extrêmement encourageant sont illustrés par
la figure ci-dessous.
Elle est d’autant plus intéressante qu’elle est faite sans améliorer
l’isolation de l’habitat existant qui permettrait de diminuer le besoin électrique total de 3395
kWh. Également par le fait que le COP des réseaux de chauffage urbain
performants tel que celui décrit figure 4 a un COP
sensiblement supérieur au COP de 5 retenu dans ce tableaux (Voir figure 1
ci-dessus)
On constate à partir de la figure ci-dessus qu'il est important de
favoriser l'autoconsommation du contour en rouge pour réduire la quantité
d’énergie devant être stockée. Le surcroit de production voltaïque en été
pourrait utilement être utilisé pour fabriquer de l'hydrogène (Voir P 614)
ou recharger les STEP. Il représente environ 27% du besoin total en énergie. Le
stocker quelques mois permettrait de suffire au besoin chauffage des logements
actuels mal isolés sans apport extérieur autre que le solaire
Dans le cadre de
l'intermittence jour-nuit
Du fait de
- la constante de temps thermique importante du
système formé par l'immeuble et sa chaufferie lorsque les murs et les planchers
sont en béton (Voir P 156
ainsi que les 2 pages précédentes pour compréhension)
- la
capacité de l'eau d'emmagasiner pendant le jour et grâce au soleil suffisamment
d'énergie pour le besoin journalier en ECS,
L’intermittence
jour nuit de l’électricité solaire
est un faux problème et ne sera pas un obstacle au développement de la Solar Water Economy de l'enthalpie. Ceci
par le fait qu'elle autorise grâce à la chaufferie hybride un mode de
fonctionnement dans lequel la plus grande partie de l'énergie thermique utile
provient de l'eau. Et ceci que la chaufferie hybride soit en mode combustion ou
en mode ENR.
Capacité du réseau CPCUG à fournir le besoin en mi-saison
Compte tenu de sa surface (2 km²) et de la densité urbaine de Paris et de
sa proche périphérie, un doublet géothermique associé à un réseau de chauffage
urbain généralisé (G) tel qu'il est décrit à la page 552 du livre
"la Solar water Economy avec
la rivière" peut délivrer environ 14 000 kW en mi-saison lorsque la Seine est à 10°C. Compte tenu de
la surface disponible au sol de 50 m2 par citadin, chacun des 40 000 citadins
(2 000 000/50) alimentés par ce réseau CPCUG peut recevoir une puissance
thermique de 14 000/40 000= 0,35 kW correspondant à une énergie thermique
journalière de 8,4 kWh légèrement supérieure au besoin de 8 kWh. Il est vrai
toutefois qu'avec un COP de 6 le besoin thermique de 8 kWh est satisfait en
prélevant dans l'environnement 6, 67 kWh vu que les 1,33 kWh utiles au
fonctionnement de la pompe à chaleur à compresseur viennent majorer la
puissance délivrée par cette dernière. On observe toutefois à ce sujet que les
capacités de la nature à satisfaire nos besoins sont là mais le surplus n'est
pas très important. Si d'aventure la surélévation des bâtiments existants
devaient prendre de l'ampleur en ville diminuant encore la surface disponible
au sol pour chacun d'entre nous, le chauffage thermodynamique avec échange sur
l'air pourrait venir à notre secours malgré ses inconvénients. Voir P 87 .
On ne pourrait pas toutefois le généraliser vu qu'en été et en mode
climatisation cette chaine énergétique augmente encore la température déjà bien
élevée dans nos cités.
5)
Dimensionnement des centrales voltaïques
On observe au travers des estimations ci-dessus que pour satisfaire son
besoin en énergie sans faire appel au nucléaire chaque citadin doit disposer
d'une surface de panneaux solaire proche de 25 m². Soit une surface
correspondant à la surface habitable moyenne dont il dispose. On pourra
peut-être équiper quelques toitures terrasses mais il faut se rendre à
l'évidence que cela ne suffira pas et qu'il faudra à minima dans l'état actuel
de la technique construire des centrales voltaïques permettant à chaque citoyen
de disposer de 20 m² de panneaux. Si l'on considère la figure ci-contre et les
quelques 8 millions de parisiens vivants dans Paris intra-muros et sa proche
périphérie c'est quelque 160 km² (16 000 ha) de terrain qu'il faudra mettre à
disposition pour satisfaire le besoin de chaque parisien. La ville de Bordeaux
avec sa centrale voltaïque de 26 ha et ses 250 000 habitants n'a parcouru
qu'une petite partie du chemin qui la sépare de l'autonomie énergétique
6) Respect
des écosystèmes
Le lecteur intéressé par ces notions peut se reporter au fichier
suivant
En le lisant chacun d'entre nous devrait comprendre que la dépendance actuelle
de la rivière à l’énergie n'est pas la bonne particulièrement si l'énergie
électrique produite par les barrages qui affecte l'écosystème rivière est
utilisé comme complément chauffage dans l'habitat de celui qui a froid.
Avec la "Solar Water Economy de l'enthalpie" échangeant sur l'eau
les rivières vont reprendre vie. Ceci compte tenu du fait que les deux
écosystèmes utilisés conjointement pour alimenter en eau non potable les
immeubles dans le cadre de la SWE, à savoir celui formé par la nappe captive
profonde contenant l'eau chaude géothermale et celui formé par l'eau froide
superficielle de la rivière ne sont que très légèrement modifiés par rapport à
la catastrophe écologique et humaine que constituent les barrages électrohydrauliques.
Ceci par le fait qu’il n'y a aucun échange physique avec mélange comme cela se
produit avec l'eau chaude sanitaire mais seulement un échange thermique. Cet
échange thermique est obtenu dans un échangeur à plaques à contre-courant dans
des circuits basse pression ne présentant aucun risque. La finalité de ce
circuit est :
- d'augmenter la température à la source froide du chauffage
thermodynamique de 5°C pour améliorer ses performances
- d'augmenter la chute de température dans l'évaporateur de la pompe à
chaleur afin de diminuer le débit dans le réseau d'ENP et de réduire son coût.
- de doubler la puissance pouvant être prélevée dans l'environnement en
mi-saison lorsque le fleuve est à 10°C. Ceci par le fait que la puissance
prélevée dans l'eau géothermale s'additionne avec celle prélevée dans la
rivière.
7) Economie
La part relative qui va être prise par chacune des deux principales
filières de production de l'électricité que constituent le nucléaire et le
voltaïque devrait résulter principalement de deux facteurs.
- d'une part
leur empreinte sur l'environnement
- d'autre
part la vérité des couts de l'énergie électrique rendu à l'utilisateur
La vérité des coûts pour le nucléaire est d'inclure dans
le prix de vente de l'électricité les coûts suivants :
1) celui du
stockage des déchets radioactifs,
2) le
démantèlement des centrales* en fin de vie afin de remettre la nature à
l'identique en évitant la France poubelle
3) celui
relatif à la construction des nouveaux réacteurs en examinant le rapport
énergie produite/énergie grise***
4) les frais
à engager pour assurer leur entretien**.
La vérité des coûts pour le voltaïque sera d'inclure
- les postes
2) 3) et 4) ci-dessus
- d'ajouter
au prix de vente de l’électricité résultant de 2) 3) et 4) le coût du stockage
et du déstockage permettant de solutionner l'intermittence hiver-été de
l'électricité voltaïque.
Une
page du journal le Monde éditée fin 2019 établie ce comparatif
Concernant le nucléaire :
*le coût du démantèlement d’un réacteur serait selon EDF inférieur à ½ milliard
d’€). Le recyclage de bure est
impossible
** ils sont élevés en raison de
la sécurité ce qui explique le prix de vente du kWh électrique d’origine
nucléaire.
***Le rapport énergie grise / énergie produite est
très certainement mauvais
Concernant le voltaïque :
Le recyclage des panneaux voltaïque est envisageable ce qui n’est pas le cas
des centrales nucléaires
Le coût du stockage/déstockage
de l’énergie électrique (4 à 20 cts d'€ le kWh selon Mr Percebois)
selon qu’il s’agit du cout des STEP
ou celui de l’hydrogène avec l’hydrolyse
de l'eau et la pile à
combustible le stockage de l’électricité avec les batteries étant pour
l’instant plus coûteux 0,30€/ kWh
La part énergie grise / énergie
produite
Le prix de revient du kWh
électrique d’origine voltaïque
La recherche de la vérité est complexe mais c'est
seulement après avoir effectué à l'abri des lobbies ce comparatif
établissant ces coûts respectifs que l'on y verra plus clair sur la part
relative qui va être prise par chacun de ces deux systèmes de production.
8) Le
passage à l’action ?
Sous l'impulsion de l'ONU, de L'OCDE, et de ses habitants, Paris qui se
veut le leader de la transition énergétique suite à la conférence de Paris sur
le climat de fin 2015 à mis en forme la Loi sur la Transition Energétique et la
Croissance Verte (LTECV)
Il est maintenant sur le point d'établir un nouveau texte dans le cadre de
la programmation pluriannuelle de l'énergie
En complément de ces travaux, des directives européennes qui concernent
l'efficacité énergétique ont pris place. Le texte de ces directives 2018/844/EU
est accessible au journal officiel du 9 juillet 2018 (Faire lien). Il prouve
pour l'essentiel que l'Europe prends conscience qu'il va falloir agir et
rénover le parc immobilier européen mais malheureusement sans préciser qu'elles
seront les grandes lignes de cette action. Il précise seulement que l'objectif
va être d'accélérer le taux de rénovation des bâtiments grâce à l'introduction
de systèmes plus performants et la mise en place de bâtiments plus
"intelligents". Ceci sans préciser comment.
Il laisse dans la pratique le Maître d'ouvrage qui va se trouver par la
force des chose a l'origine
de l'investissement imaginer et proposer les orientations qui vont permettent
de satisfaire nos besoins en énergie en utilisant des chaînes énergétique plus
performantes que celles utilisées actuellement.
Il est aussi évoqué dans cette directive "l'obligation" pour les
états membres d'établir des stratégies à long terme de rénovation énergétique
des bâtiments à usage résidentiel ou non.
Ceci avec l'objectif ambitieux de réduire à l'horizon 2050 les émissions
des bâtiments de 80 à 95% par rapport à ce qu'elles étaient en 1990 mais sans
préciser la nature de la stratégie qu'il convient d'utiliser pour y parvenir.
Ceci en se proposant de faire un contrôle de la feuille de route en 2030 et
2040. L'exécutif organisme de contrôle des travaux finis en quelque sorte.
Le texte qui évoque une rénovation RENTABLE des bâtiments fait malgré tout
un bon en avant sur le papier bien que cet aspect des choses ait déjà été
évoqué lors du grenelle de l'environnement.
Voir P 548
|
Quoiqu'il
en soit à ce sujet il est clair que rien ne se fera sans un climat de confiance
permettant de comprendre que cette rentabilité ainsi que les investissements
de départ se doivent d'être répartie équitablement entre les 2 parties
concernées avec prise en charge financière : - 1 Du système
de la chaufferie hybride associé à la source chaude par le syndicat des
copropriétaires avec gestion des comptes par le syndic. Ceci en incitant le
Maître d’ouvrage à l’investissement avec une politique fiscale orientée vers
le social. (Voir P597-598 pour comprendre selon que l’état antérieur
ace est le gaz ou l’effet joule). La notion
relative au respect
d’un contrat de performance commence à se mettre en place afin d’aider le
Maître d’ouvrage à se faire une idée du montage financier de l’opération. - 2 Du réseau
d’alimentation en eau non potable des immeubles par l'état en collaboration avec les
communes. Pour des raisons d’équité et afin de simplifier l’aspect comptable,
le réseau // tel qu’il est défini à la figure 3 ci-dessus serait retenu
préférentiellement au réseau en série tel qu’il représenté à la P 558.
Donnant raison à Madame Mitterrand, la distribution d’eau non potable serait
considérée comme étant gratuite et objet d’une mission de service public
(Voir la prospective sur la 4ème Révolution Industrielle P 306).
Les frais d’entretien de ce réseau serait au départ à la charge de l’état et
facturés aux copropriétés au prorata du nombre de lots. La qualité et la
nature des matériaux utilisées pour ces tuyauteries seraient laissées à
l’appréciation d’un organisme indépendant type ASN. Voir l’aide au
dimensionnement en annexe* |
|
Après une
longue torpeur que l’on pourrait assimiler à celle de la grenouille d’Al
Gore, Nicolas Hulot du temps de son mandat et plus récemment notre nouveau
ministre de l’écologie avec la pompe à
chaleur à 1€ viennent de réaliser tous les avantages du chauffage
thermodynamique. Voir aussi l’image ci-contre. On verra la suite qui va être
donnée à ces annonces. Ceci vu que la raison profonde de la démission de
Nicolas Hulot est l’analyse faite par l’exécutif semble bien être l’analyse
financière de l’exécutif qui a accordé dans un premier temps une aide aux ENR
limitée à 10 milliards d’€. Une somme très probablement insuffisante pour
payer les infrastructures. Ceci alors que les économies sur les achats en énergie
primaire sont environ 5 fois plus élevées avec la chaufferie hybride. (Voir
pour s’en convaincre les P 550 et 608) |
|
|
Nota
important Une pompe à chaleur ayant modeste COP de 3* c’est une
note de chauffage réduite de 70%. Ceci alors qu’avec le réseau CPCUG à 15°C du type // de
la figure 3 ci-dessus c’est un COP
de 6 assuré comme le prouve la figure 1 et une note de chauffage encore deux fois plus faible. On sait que le poste chauffage est le plus lourd dans
les copropriétés (P
358).
Homo sapiens ne demande pas à l’état de payer le chauffage des
français ! mais de réfléchir aux infrastructures qu’il va bien falloir
un jour mettre en place pour assurer l’alimentation en eau non potable des
immeubles. Ceci afin permette la mise en œuvre de contrats de performances
liées à la houille jaune de la rivière conjuguée avec celle de l’eau géothermale. Le syndicat des
copropriétaires pourrait lorsque le sous-sol des immeubles se prête à la
chaufferie hybride financer un complément ENR particulièrement compact
implanté près des chaudières. Voir rectangle jaune P346. Ceci avec un complément de régulation assurant le
fonctionnement de la PAC en relève de chaudière. Cette orientation en
améliorant le pouvoir d’achaf au mieux de notre
environnement pourrait être une solution permettant d’apaiser les
« gilets jaunes » et les conflits sociaux actuels. * en fait 100/30 = 3,33 Pour comprendre cela voir P73 . Nos
gouvernants commencent enfin à percevoir qu’il est possible avec le chauffage
thermodynamique de réduire la consommation en énergie finale sans nuire à
l’économie du pays. Cela ayant l’avantage en baissant les charges chauffage
d’améliorer le pouvoir d’achat ainsi.que le climat
social Ceci au travers de l’isolation et le chauffage à 1€ . Pour
aller au terme de ces évolutions on ne pourra faire autrement que de tenir
compte de l’amélioration des performances induite par les réseaux CPCUG à
15°C du type // . Ceci d’autant qu’en raison de
cette urbanisation galopante la grande majorité de nos concitoyens vivra en
ville à brève échéance. |
|
On peut penser que chaque partie peut y trouver son compte mais les textes
ne donnent aucune idée de la méthode à utiliser pour obtenir ce résultat.
Voir à ce sujet la proposition
d'incitation aux ENR en forme de synthèse qui est faite dans le livre
"La Solar Water Economy avec la rivière. En tout cas le fait qu'il soit
demandé dans cette directive de prendre en compte l'usage des véhicules
électriques est en soit une prise de conscience salutaire pour l'air de nos
cités. Certains diront que la France à la pointe avec le
rafale, le TGV, les navettes spatiales, l'airbus et les éoliennes
surpuissantes ne peut pas être meilleure partout. Dommage toutefois pour
nos poumons et nos fins de mois qu'une impulsion forte de l'exécutif n’incite
toujours pas les constructeurs français à mettre au point des systèmes
hybrides. Ceci qu'il s'agisse de la chaufferie ou de la voiture individuelle de
Mr tout le monde
Quant au fait que ces directives recommandent de tenir compte des moments
clé de la vie du bâtiment on observe que l'immeuble évoqué dans le livre sur la
"Solar Water Economy" et objet du "cas pratique" a 50 ans
vu qu'il a été construit en 1968. Ce qui est la force de l'âge en quelque sorte
pour homo sapiens pourrait être considéré comme la toute première jeunesse pour
ce bâtiment en béton ayant une espérance de vie couvrant plusieurs générations.
En y regardant de plus près force est de constater qu'il n'en est rien et que
ses km de tuyauteries en acier ont plutôt l'âge avancé de votre serviteur.
Quoiqu'il en soit, il ne faudrait pas que cet état de fait soit un frein
reculant encore la transition énergétique. Vu l'urgence qu'il y a à agir et à
passer aux choses concrètes il serait temps de considérer que la réflexion est
en passe d'être dernière nous. Pour diminuer la consommation des produits
fossiles, la tendance actuelle consistant à augmenter leur prix devrait être la
bonne. Ceci à condition que l'augmentation soit progressive et plus lente
qu'elle ne l'est actuellement et qu’elle soit compensée pour des raisons
sociales par une baisse du prix de vente de l'électricité au consommateur. Cette diminution du prix de l'électricité
devrait en toute logique être rendue possible par l'abandon du nucléaire et l'arrivée
du solaire beaucoup plus simple en ce qui concerne la mise en œuvre et le
recyclage éventuel des panneaux en fin de vie. Important aussi est de constater
qu'en équilibrant les prix des kWh électrique et combustion on incite financièrement le Maître d'ouvrage
à franchir le pas le conduisant vers les ENR.
Quant au financement des infrastructures nécessaires à la mise en place du
réseau – 2 de la "Solar water
Economy avec la rivière" composées principalement de travaux
géothermiques, de centrales de pompage composés d'ensemble motopompes à débit
variable et d'échanges à plaques ainsi que de réseaux de tuyauteries, il serait
temps de réaliser que par soucis d'équité le moteur à combustion interne et le
bâtiment ne peuvent pas être les seules vaches à lait de la transition
énergétique. L'avion, par le jeu d'une taxe
sur le kérosène actuellement inexistante se doit de participer également à
cette transition en ce qui concerne le financement de ces infrastructures. Il
faut aussi réaliser que cette transition qui va combiner la mise en place de
centrales solaires et celle de réseaux de tuyauteries ne pourra se faire que
lentement. Ceci non pas en raison du temps de mise en place des centrales
solaires faible comparativement aux centrales nucléaires, mais en raison des
décisions qu'il va falloir prendre pour l'emplacement des centrales de pompage,
ainsi que pour la conception // ou série ainsi que le parcours du réseau de
tuyauteries d'eau non potable (passage des collecteurs dans les égouts
existants ou percement de liaisons plus profondes). Ces choix devront aussi
inclure le calcul du diamètre des tuyauteries constituant le réseau, la nature
des matériaux utilisés excluant l'acier (paramètre essentiel pour la
durabilité). Tout cela va prendre aussi le temps qui va être nécessaire pour
que les régions et les communes fassent leur plan de financement et prennent
conscience que leur intérêt est d'agir dans ce sens. A l’occasion de la
construction des bureaux et des logements qui vont enfin se mettre en place à
l’ile Seguin, la
commune de Boulogne Billancourt pourrait avec un premier doublet SP1
montrer l’exemple de ce que pourrait être une généralisation du chauffage
urbain en ville.
Notas
Les calculs ci-dessus de 1) à 5) sont effectués avec des valeurs moyennes situées à
mi-distance entre le pauvre qui ne possède qu'un vélo conventionnel pour ses
déplacements et vit dans un petit studio de 12 m2, et le riche qui possède une
voiture tout électrique Tesla de 250 CV voire deux et qui vit dans une suite de
400 m². Ce qu'il est important de constater c'est que riche ou pauvre, nous
sommes sur le même navire. Un navire à la dérive
par le fait que chaque citadin vivant en région parisienne ne dispose en dehors
de sa surface habitable que de 50 m2 au sol pour se déplacer en ville. Ceci
compte tenu de la densité urbaine de 20 000 habitants par km2.
Selon Engie et en 2008, 1 kWc de panneaux solaire délivrant annuellement
environ 900 kWh dans de bonnes conditions coûtait 4 000€ soit sensiblement 444
€/m². Aujourd’hui, CAD 10 ans plus tard
les prix seraient divisés par 3 s'établissant à environ 150 €/m².
Un prix 50% supérieur à celui de Cestas établi ci-dessous :
La centrale voltaïque de Cestas de Bordeaux qui produit annuellement 300 GWh a coûté 300 millions d'euros. Vu que 300 GWh c'est 300 000 000 kWh, elle produit donc chaque année 1
kWh pour 1 € investis au départ. Avec un prix de vente à l'utilisateur de 0,1 €
le kWh elle est donc amortie en 10 ans. Ceci avec une durée de vie qui peut
être estimé à 20 ans. Une production de 300 000 000 kWh à raison de 100 kWh/m² c'est une surface
de panneaux solaire égale à 3 000 000 m2 (300 ha) soit 100 €/m2.
L'investissement pour un parisien souhaitant avoir son autonomie énergétique
grâce au soleil avec 22 m2 de panneaux voltaïques est donc de 2200 €. Sensiblement ce qu'il dépense annuellement en
essence en parcourant 20 000 km par an.
Mais si la France métropolitaine a tendance comme tous les pays du monde à
s’agglutiner dans les ville (voir P 64),
c'est aussi un des pays les moins peuplé d'Europe. Avec sa surface de 550 000
km² pour 66 millions de français c'est 8300 m2 au sol de disponible pour chacun
d'entre nous. Ceci avec une emprise au sol des panneaux solaires situés dans la
périphérie des grandes métropoles qui ne représente que 0,3% en laissant à la
nature la possibilité de s'exprimer librement sur les 99,7% restant. Et ceci
voire même en profitant du fait que le soleil et l'eau peuvent faire bon ménage
pour aider le monde agricole à se protéger des intempéries en cas de culture
délicate. Par exemple en récupérant l’eau de pluie pour arrosage
automatique et culture sous les panneaux solaires.
B) La « Solar Water
Economy » et le moteur à hydrogène
La "Solar Water
Economy" c'est aussi la pile
à combustible qui peut produire à la fois de l'électricité et de
l’énergie thermique. Une application
française de cette deuxième chaîne énergétique SWE totalement différente du chauffage thermodynamique basé sur
l'enthalpie qui vient d’être évoqué est le gigantesque catamaran Energy observer
qui va partir pour 6 ans faire son tout du monde courant 2017 en assurant les
besoins énergétiques de l’équipage sans apport de combustibles fossiles. Ceci à
partir d’une chaine énergétique utilisant principalement l'électricité produite
par ses 130 m2 de panneaux solaires pour produire de l’hydrogène par catalyse
de l'eau de mer par hydrolyse après l'avoir désalinisé. Le but de cette
séparation hydrogène-oxygène de l’eau (H2O) étant d’utiliser l’hydrogène comme
combustible pour la motorisation du catamaran lorsque le vent fait défaut. La pile à combustible assurant d’autre part la
production d'eau chaude sanitaire pour les besoins de l'équipage.
|
La première flotte
de taxis hydrogène au monde nommé Hype a été lancée
pendant la signature des accords de Paris sur le climat par la Société du
Taxi Electrique Parisien (STEP) une abréviation qui n’a rien à voir avec le stockage
de l’énergie électrique style Grandmaison.
Deux ans plus tard, la flotte compte 75 véhicules. Actuellement de
nombreux taxis Hype sillonnent la région parisienne
ce qui prouve bien que les choses sont souvent possibles lorsqu’il y a une
volonté politique. Ces voitures-taxi à hydrogène se rechargent
en 3 à 5 minutes et disposent d’une autonomie de plus de 500 km. Ceci en
n'émettant ni polluants locaux (NOx, ..), ni CO2, ni
bruit, seulement … de l’eau !.
Environ 600 véhicules de ce type pourraient être construites avant fin
2020. Bouffée d'oxygène pour Hype: deux stations de
distribution d'hydrogène vont être construites ces prochains mois aux
aéroports de Roissy et d'Orly par air liquide. On commence maintenant à
prendre confiance en ce qui concerne l’avenir de
l’hydrogène.
|
|
|
Dans un premier temps, il est probable toutefois que
deux technologies vont se développer en parallèle pour les voitures électriques : celle de la voiture hybride
rechargeable et celle de la voiture à hydrogène.
La disponibilité de composant rare comme le lithium nécessaire à la
fabrication des batteries utiles à la voiture hybride rechargeable ne devrait pas être un frein et devrait faire la
fortune de pays comme la Bolivie. On devine
toutefois celle qui pourrait bien l’emporter sur le long terme. Quoiqu’il advienne il va
falloir faire abstraction de la nostalgie qui pourrait nous envahir en
regardant le passé et les prestigieuses réalisations avec moteurs à explosion
telles que celle de Bugatti en Alsace. |
|
|
L’orientation vers l’hydrogène et la pile à
combustible semble être une orientation valable pour le stationnaire et le
chauffage de l’habitat. Ceci pour pallier l’intermittence hiver-été du
solaire et le caractère aléatoire de l’électricité délivrée par les
éoliennes. Dans la mesure où elle génère à la fois électricité et chaleur la
pile à combustible pourrait aider à assurer le besoin en énergie de nos cités
en hiver. Les performances du moteur à hydrogène serait ainsi améliorée par
le fait que 40% de l’énergie contenue dans l’hydrogène dissipée semble-t-il
en chaleur ne serait pas perdue comme cela est le cas lorsque le moteur à
hydrogène est utilisé pour le transport. La pile à combustible lorsqu’elle
est utilisée en stationnaire pour le chauffage de l’habitat permettrait
d’améliorer encore un peu plus les performances déjà excellentes de la « Solar Water Economy de
l’enthalpie ». En ce qui concerne le chauffage de l’habitat l’Ademe ne devrait peut-être pas valider la combustion en
veillant à ne pas trop se lier avec un fournisseur de gaz particulie.
Ceci particulièrement si l’orientation consiste à mélanger l’hydrogène au gaz
naturel à plein temps. |
|
C) La complémentarité de l’hydrogène et de l’enthalpie
La "Solar WATER Economy de l'enthalpie" est une chaîne
énergétique moderne et performante qui devrait permettre de généraliser le
chauffage urbain en ville sans faire appel au
nucléaire et en minimisant dans un premier temps la combustion. Ceci en prenant en
charge le problème posé par l’intermittence été-hiver du voltaïque. Elle ne
pourra pas le faire toute seule mais cela parait envisageable si elle est
assistée par la "Solar WATER Economy
de l'hydrogène". La raison de
ce succès sera principalement on vient de le voir les performances améliorées
de la thermodynamique lorsque les échanges se font sur l’eau plutôt que sur
l’air comme l’indique la figure 1 ci-dessus. La raison de s'orienter dans ce sens est
motivée par le fait qu'en raison des températures à la source eau froide plus
élevées cette chaine est sensiblement deux fois plus performante que la "Solar Air Economy de l'enthalpie".
On observe en effet sur cette figure que les performances de la "Solar Water Economy de l'enthalpie
" s'améliorent notablement lorsque la température de l'eau à l'entrée
de l'évaporateur augmente. Cette augmentation de la température à la source
froide étant assurée par la géothermie profonde des nattes captives et des
échangeurs de température à plaques.Cela dit, compte
tenu des capacités très importante d’échange thermique de ce type d’échangeurs
(voir la page 100 du fichier
suivant) elle pourrait aussi être assurée en utilisant la chaleur générée
par la pile à combustible stationnaire associée à la "Solar WATER Economy de l'hydrogène".
Comme on le voit l'eau occupe une
position centrale et pourrait bien jouer un rôle essentiel pour assurer la
satisfaction du poste le plus lourd, celui du chauffage de l'habitat. Ceci du fait
de l’amélioration des performances de la thermodynamique qui résulte d’une
augmentation de la température à la source froide. Cela est la principale
raison pour laquelle ce fluide, qu’il soit salé ou non, devrait être en passe
de remporter une victoire
devant l'air pour assurer le
besoin associé à la fourniture de chaleur. D’autres raisons
complémentaires sont également importantes pour expliquer cette victoire à
venir de l’eau par rapport à l'air. Ceci notamment si l'on observe que la
fourniture de l'air conditionné délivré par la PAC thermodynamique air air que ce
soit en été ou en hiver peut avoir de lourdes conséquences sur notre devenir
thermique si elle devait se généraliser. Beaucoup d'organismes condamnent en
effet à juste titre le fait qu'en été, le dispositif thermodynamique air air
qui pulse de l'air frais dans les logements reçoit principalement son
énergie thermique en réchauffant encore un peu plus l'air ambiant extérieur aux
immeubles déjà bien chaud, aggravant dans la pratique le réchauffement
climatique en ville. Il faut aussi constater qu'en complément des reproches
dont elle fait l’objet en été, son comportement en hiver n’est également pas à
l’abri de tout reproche. Ceci par le fait que si l'air ambiant est à -5°C cela
peut être de l'air à -15°C qui sort de l'évaporateur avec deux effets
défavorables : d’une part l’effet de refroidir l'air ambiant
autour des bâtiments et d'augmenter ses déperditions thermiques et d’autre
part l’effet de limiter le coefficient de performance (COP) comme
cela a été évoqué à la figure 1. Dans la
"Solar WATER Economy" l’eau et
ses composants occupe une position centrale. Ceci en limitant
considérablement la pollution de l'air dans les villes et en évitant la
surchauffe provoquée par la "Solar
AIR Economy de l'enthalpie" en été . Toutes
ces considérations font que l’homme a tout intérêt à se pencher sérieusement sur
ces sujets qui sont d’une extrême importance pour son devenir
énergétique.
Concernant l’intermittence des
énergies renouvelables, il faut se rendre à l’évidence : bien que l'on
puisse compter sur l'éolien vu que le vent souffle tout de même un peu la nuit
et aussi compter sur les STEP hydrauliques comme celle de Grandmaison pour
compenser l'intermittence jour-nuit du voltaïque, nous aurons besoin de
dispositifs de stockage plus importants pour solutionner le problème du
stockage de l'énergie électrique à l'échelle de l'intermittence été-hiver du
solaire voltaïque. Il ressort de cela que les deux chaînes énergétiques qui
peuvent venir au secours de l’éolien, des STEP et du solaire voltaïque vu leur
caractère aléatoire sont
1 La chaine directe "Voltaïque > pile > moteur
électrique" pour le transport
2 La "Solar
WATER Economy de l'hydrogène" pour le stationnaire et le chauffage de
l’habitat. Une chaîne énergétique qui
pourrait aussi s’écrire
"Voltaïque
> électrolyse de l'eau > compression > stockage hydrogène
> pile à combustible > moteur électrique + chaleur"
Les raisons qui pourraient favoriser
l’hydrogène et l’électrolyse de l’eau sont :
-
pour la chaine directe 1 le fait que le
potentiel de stockage de l'énergie électrique par unité de masse de l'hydrogène
(33 kWh/kg) est presque 3 fois plus important que celui de l'essence (12
kWh/kg). Cet aspect des choses est en effet surtout intéressant pour la
mobilité sans être déterminant pour le stationnaire.
-
Le Pouvoir Calorifique Inférieur de l’hydrogène proche de
120 000 kilojoule/kg (3600 kilojoules dans un kWh) qui devrait rendre le
stockage de l’énergie en grosse quantité acceptable. Ceci pouvant aider au stockage de l'énergie
électrique utile dans le cadre de la "Solar Water Economy de
l'enthalpie" en raison du potentiel de stockage de l'énergie
électrique par unité de masse important de l’hydrogène. La pile à combustible
générant à la fois courant électrique et chaleur, il faudra aussi lors de la
comparaison entre ces deux chaînes énergétiques 1 et 2) prendre en compte que
cette dernière peut être utilisée pour élever la température à la source
froide de la "Solar Water Economy de
l'enthalpie" afin d'améliorer ses performances. On pourrait ainsi
assister la géothermie profonde des nappes captives qui, on le sait maintenant
et malgré le silence du BRGM, est limitée en puissance et ne permet pas sur le
plan quantitatif de généraliser le chauffage urbain dans nos métropoles malgré
la potentialité thermique de la rivière et de sa nappe libre.
Il faudra toutefois prendre en compte
les caractéristiques de ce
fluide qu’il soit à l’état gazeux ou liquide qui est, il faut le
reconnaître plus difficile à stoker que le pétrole.
Vu les graves conséquences du
réchauffement climatique et la pollution
de l’air dans les villes nous aurions déjà dû, vu l'urgence qu'il y a à agir, développer
plus d'applications en rapport avec la "Solar
Water Economy de l'enthalpie". Ceci vu qu’elle diminue le rejet de gaz brulés dans l’atmosphère et permet
de limiter notablement la quantité de produits fossile importés sur l’Europe.
Il va devenir urgent de lancer les investissements finançant les
infrastructures associées à cette chaine énergétique (principalement de
tuyauteries) ainsi que la recherche. Une recherche qui devrait probablement se
concentrer sur l’amélioration des performances de la chaîne 2 associée à
l’électrolyse de l’eau. Ceci surtout en amont de cette chaîne vu que c’est
seulement environ 20% de l’énergie solaire qui parvient sur terre qui est
convertie actuellement en énergie électrique avec le voltaïque
Applications
1 Dans le cadre de la chaine directe "Voltaique
> pile > moteur electrique" une batterie géante composée
de 80 modules de 3,6 tonnes chacun construite par la firme japonaise NGK-Locke
a été implantée au Texas dans la petite ville de Presidio.
Cette pile au sodium de 4 MW est capable de
fonctionner pendant 8h (32 000 kWh 288 000 kg 9kg par kWh )
1+2 Dans le cadre d’une réalisation mixte
associant la chaine directe "Voltaique > pile > moteur électrique" et
la "Solar WATER Economy de
l'hydrogène", la société Hydrogène de France (HDF Energy) a annoncé
une innovation majeure. A savoir le lancement d'un stockage d’énergie
électrique nommé CEOG qui pourrait révolutionner le secteur de
l’énergie et ouvrir une nouvelle ère énergétique. Ceci dans la mesure où
ce CEOG comprend un parc photovoltaïque de 55 MW et dispose du plus gros
dispositif de stockage mixte d’énergie renouvelable électrique au monde.
Mixte par le fait que le dispositif capable de stocker 140 MWh conjugue
l’hydrogène et un stockage d’appoint par batteries. L’investissement CEOG de 90
millions d’euros, porté par HDF et les banques répond à un besoin essentiel de
production et de stockage d’énergie qui génèrera pendant 20 ans une énergie
fiable à un coût inférieur à l’actuel et ce, sans subvention. L'énergie
voltaïque électrique de 140 MWh produite annuellement en amont de ce CEOG
par ce terrain guyanais correspond à une amélioration de quelque 40% par
rapport à la performance moyenne sur l'hexagone. Cela étant donné les
140 kWh délivrés annuellement par m² par ce terrain de 100 ha
(correspondant à un million de m²) alors qu'elle n'est en moyenne que de
100 sur l'hexagone. Les capacités de stockage de ces 2 chaines 1) et
2) conjuguées seraient excellentes et capables de prendre en compte les 140 000
kWh générés par le voltaïque pour un montant global de 90 millions d'€. Reste à
savoir quelle est la quantité d'électricité et de chaleur que peut restituer ce
système à partir de l'hydrogène fabriquée par électrolyse. A défaut de répondre
à cette question la figure de la page 612 "met en
évidence que sensiblement 70 % du besoin hors industrie et agriculture peut
être satisfait par l'autoconsommation. Il est en conséquence nécessaire que le
dispositif de stockage puisse satisfaire les 30 % restant proche d’un
besoin individuel en électricité de 1300 kWh. Sur cette base c’est une
dépense individuelle considérable et voisine de 800 000 € par individu
((90 000 000/140 000) x 1300) qui est nécessaire. Une dépense qui se
verrait majorée du montant des infrastructures de la "Solar WATER Economy de l'enthalpie" et qui ne pourrait
être financée que par la fiscalité sur les produits pétroliers tant qu’il en
est encore temps. Ceci il est vrai sachant que comme le disait Barenton
confiseur que l’investissement de départ n’est à faire qu’une fois alors que
l’usage est de tous les ans.
Les incas avaient raison de dire que le soleil est notre
maître. Il a seulement besoin de l'eau pour satisfaire la plupart de nos
besoins en énergie. Cela en tirant profit de sa chaleur spécifique ou de
l’hydrogène qu’elle contient. Reste à convaincre la classe politique qu’une transition énergétique ne peut que tirer
profit de ces orientations. Le porte-parole des
Lutins thermiques a tenté de convaincre dans
Batiactu et Goodplanet
du bien-fondé de ces dernières. Il semblerait au travers de ce qui se passe à
la Tour Montparnasse dans le 14ème arrondissement de Paris qu’il
ne soit pas parvenu à convaincre. Dommage.
*Annexe
(assistance au dimensionnement du réseau d’alimentation en eau non potable
des immeubles)
|
Débit maximum au départ de la station de pompage du réseau d’eau non
potable 1200 m3/h |
|
Conclusion
Les Lutins thermiques
espèrent que cela ne froissera pas l’exécutif d’observer que la principale
raison du déploiement des énergies renouvelables électriques solaires d’origine
photovoltaïque est plus liée
à leur faible prix de revient qu'à une programmation pluriannuelle de
l'énergie ou à une décision du chef de l'Etat. Ceci explique pourquoi le solaire verrait sa production multipliée par 5
d'ici à 2030 alors qu'elle ne serait que triplée à cette échéance pour
l'éolien.
|
Il faut effectivement comme l’a proposé Nicolas Hulot changer d’échelle
mais pas en choisissant parmi les énergies dites libres et utilisables par l'homme celle qui figure en queue de liste par
ordre d'importance décroissante de potentialité. Même si le facteur de
marche est amélioré avec cette gigantesque éolienne Général Electric- Alsthom on ne pourra que regretter sur le long terme d’avoir
décidé de grossir l’éolien au-delà du raisonnable. Mettre le solaire et l’éolien dans le même
panier pour comparer les prix du kWh électrique rendu à l’utilisateur dans
les différents pays européens ce n’est pas rendre service à ‘’celui qui
paye’’. |
|
Les lutins thermiques observent également qu'il est illusoire d'espérer
concevoir en quelques années un nouveau concept de centrale nucléaire plus
économique et plus sûre (Voir Batiactu).
Les USA qui ont tenté avec le thorium et les sels fondus ont échoué et la
fusion nucléaire avec ITER
n'est pas pour demain. Ils sont convaincus qu’il va plutôt falloir développer
la recherche en ce qui concerne le stockage et l’autoconsommation de l’énergie
électrique. Ceci afin de consommer l'énergie électrique plus intelligemment
pour le chauffage et éviter le toujours+. Les Lutins thermiques sont
solidaires des « Gilets jaunes ». Uniquement bien
évidemment avec les non casseurs. Ils estiment que pour sortir du pétrin dans lequel nous nous sommes petit à petit
enfoncé, il va falloir réduire la douloureuse de fin de mois. Pour ce faire il
va bien falloir considérer qu’homo sapiens, le donneur d’ordre, est le plus
souvent « le
client qui paye ».
Notre président est sorti
de sa réserve pour donner suite au mouvement de « Gilets jaunes ». Il
y a peu de temps son gouvernement estimait que l'électricité nucléaire était
une "énergie à bas coût". Dans ce cas les Lutins thermiques
aimeraient savoir pourquoi elle est vendue au citoyen 3 fois le prix de
l'énergie fossile gaz pour le chauffage de l'habitat. Ceci à l'encontre de l'aspect social vu que beaucoup de
citoyens dans le besoin, chauffés par un collectif gaz type chaudière, se
plaignent de températures trop basses et ne disposent pas actuellement d'autre
solution pour se chauffer que d'utiliser un complément chauffage par radiateurs
électriques ayant un COP de 1. Ceci avec un prix du kWh thermique à 15 cts d'€
au lieu de 5 cts et, facteur aggravant, en surchargeant le réseau électrique au
plus froid de l'hiver. Dans l'attente d'un équilibrage des prix de vente de
l'électricité et du gaz à 10 cts, la chaufferie hybride se sort heureusement de
ce mauvais pas vu qu’elle chauffe l'habitat avec le gaz au plus froid de
l'hiver. Qui plus est en laissant de l’électricité pour les besoins de la
voiture hybride rechargeable. Il faut saluer le courage du président de l’ADEME
qui explique dans le journal le Figaro du 11 décembre 2018 au sujet de notre
transition énergétique que selon une étude de son agence, la relance d’un
programme nucléaire, EPR incluse, n’est pas nécessaire pour remplacer les
centrales actuelles. Ceci en estimant qu’il ne s’agit pas seulement d’une
avancée climatique mais d’un gain pour le portefeuille des ménages vu que le
prix du kWh électrique de l’électricité produite avec ce scénario serait proche
de 90 € le MWh (9 cts d’€ le kWh). Cette étude estime que dans moins d’un demi-siècle soit dès 2050,
la quasi-totalité de l’électricité produite dans l’hexagone sera de
l’électricité « verte » suffisante pour satisfaire le besoin. Elle
précise aussi qu’en s’engageant dès à présent dans ce scénario, nous serons en
mesure d’envisager notre avenir sans nucléaire lorsque le parc actuel de
centrales nucléaires aura 60 ans, c’est-à-dire demain. A la question posée de
savoir si l’intermittence de l’électricité verte pourrait être un frein à ce
scénario sa réponse est claire : NON. Ceci alors que cette étude s’inscrit
en complémentarité de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE).
Il y a urgence à changer les chaînes énergétiques actuelles utilisant les
énergies non renouvelables ne serait-ce que pour tenir compte du fait qu’elles
ne sont pas inépuisables. Reste à espérer pour éviter le pire, que tout va être
mis en œuvre pour que le scénario ADEME prenne place. Le secrétaire général de
l’OCDE s’est déjà exprimé en 2017 dans sa revue Observer No 311Q3
concernant notre future immédiat : « Nous sommes maintenant confrontés à
un moment attendu qui requiert la mise en place de nos fondations. Un moment
décisif qui va exiger des remèdes plutôt que des palliatifs. Ceci dans le cadre
d'actions basées sur l’audace et l’innovation permettant de créer ensemble un
avenir juste et prospère pour tous » L’europe
qui est actuellement bien en retard a tout intérêt à faire partie de ceux qui
montrent l’exemple de ce qu’il faut faire
|
Pétrole |
Gaz |
Charbon |
Atome |
EnR |
Dépendance |
|
|
Allemagne |
35 |
22 |
24 |
11 |
9 |
60,9 % |
|
Belgique |
41 |
25 |
7 |
20 |
4 |
79,5% |
|
Danemark |
41 |
21 |
20 |
18 |
22,3% |
|
|
Espagne |
48 |
25 |
10 |
11 |
8 |
81,4% |
|
Finlande |
30 |
11 |
14 |
16 |
25 |
55% |
|
France* |
33 |
15 |
5 |
41 |
7 |
51,2% |
|
Hongrie |
27 |
39 |
11 |
14 |
6 |
63,7% |
|
Italie |
43 |
38 |
9 |
8 |
85,4% |
|
|
Pays-Bas |
42 |
42 |
10 |
1 |
4 |
34,6% |
|
Pologne |
26 |
13 |
56 |
6 |
30,4% |
|
|
Portugal |
52 |
17 |
10 |
18 |
83% |
|
|
Tchécoslovaquie |
22 |
16 |
44 |
15 |
5 |
27,6% |
|
Royaume Uni |
36 |
39 |
16 |
6 |
3 |
26,1% |
|
Suède |
29 |
2 |
5 |
33 |
32 |
38% |
|
UE27 |
36 |
24 |
17 |
13 |
8 |
54,8% |
|
Bilan énergétique des principaux pays européens (exprimé en % de la consommation d'énergie
primaire) Source Eurostat 2010 La colonne de droite indique le degré de dépendance du pays concerné *voir le fichier
suivant pour la répartition françaises par
chaînes d’activité |
||||||
Je me vois mal à 83 ans engager une procédure contre l'exécutif pour
incurie en ce qui concerne le chauffage de l'habitat. Pourtant on sait ce qu'il
faut faire pour assurer notre confort thermique en abandonnant des chaînes
énergétiques d'un autre âge. Ceci pour aller dans le sens de l'atténuation
climatique et non de son aggravation. J'espère être enfin entendu à ce sujet à
l'occasion d'un exposé que j’espère pouvoir faire début 2021 à l'IESF. IDF.
Concernant l’intermittence des énergies électriques renouvelables qu’il
s’agisse du voltaïque, de l’éolien j’évoquerais ce que pourrait être notre modèle économique par l’image ainsi que la notion de potentiel des auto-générateurs
magnétiques
Jean Grossmann alias Balendard Septembre 2019
Voir les figures
suivantes ou frapper dans Google les deux mots
batiactu balendard ou hulot balendard
pour se faire une idée de la continuité des motivations qui anime le
signataire