Introduction aux chaînes énergétiques

Dans le monde tel que nous le vivons actuellement force est de constater que nos chaines énergétiques, pour être plus précis nos modes de production et de consommation de l'énergie, ne sont plus adaptées. À l'évidence, Homosapiens peut et va devoir s'impliquer dans une réflexion consistant à satisfaire son confort de vie en abandonnant la combustion des produits fossiles et l'atome avec pour ce dernier mode de production une exception pour ce qui concerne l'industrie. Nous allons abordé ici des généralités sur les chaînes énergétiques, sujet qui était jusqu’à présent très peu abordé et qui va inévitablement refaire surface dans le cadre des actions pratiques qu’il va bien falloir prendre. Ceci compte tenu du fait que les réserves d’énergie non renouvelable ne sont pas éternelles et qu’il va falloir pour cette raison aller dans le sens du respect des objectifs de la COP21. On distingue principalement les énergies mécanique, hydraulique, électrique, thermique. Cela est important pour comprendre ce qui suit. L’homme converti ces différentes formes d’énergie de l’une à l’autre pour son besoin particulier avec plus ou moins de bonheur.

Le climat, on le sait est influencé par les 3 mouvements relatifs de la terre par rapport au soleil. De nombreux scientifiques dont les Lutins thermiques ont mis en évidence que les problèmes actuels concernant le climat, la pollution de l’air dans nos villes, voire la dégradation de notre biodiversité sont en bonne partie liés à la chaîne énergétique choisie par l’homme pour produire l’énergie de son choix, la stocker si besoin est, et la transporter avant de pouvoir la consommer. Paris ne s'est pas fait en un jour et pour cette raison, il ne pourra se reconstruire également en un jour dans le cadre de la transition énergétique. Cela va prendre du temps, beaucoup de temps alors qu’il y a urgence. Examinons ce qui arriverait en France si nous décidions de passer dès à présent au « tout électrique » en modifiant nos chaînes énergétiques actuelles :

- La 1^ère question qui va immédiatement se poser est la suivante : pourrions-nous, sans faire appel aux produits fossiles satisfaire nos besoins en énergie sous toutes ses formes : la réponse est heureusement oui vu qu’il y a urgence étant donné leur épuisement à l’échelle du ½ siècle. Le problème actuel est que pouvoir et vouloir sont deux notions différentes. A l’appui de cela le traité peu connu sur la charte de l’énergie (TCE), obstacle majeur empêchant que les politiques de transition énergétique dont nous avons besoin ne prennent place. Ceci en verrouillant pour des décennies les investissements dans les énergies fossiles en protégeant les investisseurs des décisions des pouvoirs publics qui leur seraient défavorables. L’opposition à cet accord ne cesse de grandir, et plus de 280 organisations de la société civile ont appelé les États à le quitter. Malheureusement, plutôt que mettre fin à cet accord suranné, les États en d’autres termes les responsables gouvernementaux appuyés par leur gouvernement ont décidé d’ouvrir un processus visant à « rénover » cet accord, avec plusieurs cycles de négociation prévus en 2020. Homo sapiens va avoir besoin dans la pratique d’un responsable mondial ayant une vision différente de la fiscalité orientée vers un « rééquilibrage » du prix de énergies fossiles et électrique de telle sorte que l’énergie fossile, la plus sale, ne soit pas la moins cher ce qui incite à l’achat.

- La 2^ème question qui commence à se poser et qui semble être le souhait de la majorité d'entre nous : seront nous capable si l’on supprime également le nucléaire de les satisfaire ? La réponse va peut-être surprendre mais la réponse quantitativement parlant est oui. Et ceci même si l'on prend pour exemple une France nucléarisée à l’extrême. Ceci vu que près de la moitié de l'habitat français se chauffe avec l'effet joule l’autre grosse moitié grâce à la combustion. Il appartient d’ailleurs à l'INSEE de confirmer ce pourcentage. La figure ci-dessous réalisée par les Lutins thermiques aurait peut-être dû être faite sur la base d’une légère prédominance fossile. (60%- 40 %).

Aspect quantitatif pour les deux postes les plus importants

Certains dirons qu’avec des « si » on peut mettre Paris en bouteilles mais examinons tout de même ce qui se passerait en France si

- le chauffage actuel de l’habitat (probablement dans la pratique un peu plus combustion qu’effet joule), était remplacé par un chauffage thermodynamique échangeant sur l’eau avec un « modeste » COP de 5 d’une part et une répartition équitable combustion-effet joule

- les voitures individuelles équipées de moteurs à combustion interne étaient remplacées par des voitures hybrides rechargeables. La figure ci-dessous visualise les consommations avant-après plus précisément que l’étude faite dans le livre « La chaleur renouvelable et la rivière » :

Figures 1 et 1bis

Les figures ci-dessus comparent la génération de gaz nocifs selon le mode de transport.

La voiture électrique ne génère pas de gaz nocifs. Reste l’implication d’Homo sapiens en ce qui concerne la maison

Chauffage habitat

- pour la moitié des gens qui se chauffaient à l'effet joule la consommation d'électricité avec un COP de 5 va être, avec un chauffage thermodynamique à base de pompes à chaleur à compresseur, cinq fois moindre (5 kWh thermique pour 1 kWh électrique).

- pour l’autre moitié se chauffait avec la combustion, la consommation électrique va maintenant la même que ci-dessus

Examinons maintenant ce qui se passerait pour la voiture avec l'abandon du cycle de Carnot et du moteur à combustion interne au profit de la voiture électrique hybride. Les performances m de la voiture électrique étant sensiblement 3 fois supérieures à celles du moteur à combustion interne par le fait qu'il n'y a pas de dégagement de chaleur avec cette technologie, la consommation énergétique serait là aussi sensiblement 3 fois plus faible lorsque cette voiture fonctionne dans le mode électrique en zone urbaine. Le tableau sur la droite compare les anciennes consommations d’énergie sans faire d’effort sur l'isolation du bâtiment existant. Ceci en supposant que la voiture hybride fonctionne en mode essence pendant les vacances du mois d’aout sur les longs trajets. Le kilométrage en mode vacance représentant le ¼ du total.

Pour résumer nous pourrions donc en évitant le toujours+ et sans nuire à notre confort, voire même en l'améliorant, passer sensiblement au tout électrique en supprimant pratiquement la combustion des produits fossiles. Ceci en diminuant sensiblement notre consommation globale d’électricité qui passerait de 120 à 81. Le calcul ci-dessus ne donne certes qu’un ordre de grandeur mais le résultat ci-dessus est assurée par le fait qu’en profitant à la fois de la potentialité des eaux superficielles (La seine) et de celle des eaux géothermales profondes (du dogger) un COP sensiblement égal à 6 au lieu de 5 est accessible. Un COP deux fois supérieur à celui envisageable en échangeant sur l’air.

Mais Paris ne s'est pas fait en un jour. Il en est de même pour ces modifications. Faut -il rappeler à ce sujet la citation de Jean Jaurès :

L'histoire enseigne aux hommes la difficulté des grandes tâches et la longueur des accomplissements mais elle justifie l'invincible espoir.

Vu la lenteur avec laquelle les choses évoluent, la frilosité d’homo sapiens, et le fait que la température de la Seine est parfois trop basse, il est probable que le parisien connaîtra pour le chauffage de l'habitat et comme pour la voiture individuelle, et ceci avant que ces nouvelles chaînes énergétiques ne se généralisent l'étape intermédiaire de l'hybride. Nous devrions dans un premier temps pour la voiture individuelle passer par la motorisation du type hybride rechargeable vu que le tout électrique a peu de chance de se généraliser sur le long terme en raison des réserves mondiales limitées de lithium et du poids des batteries. Ceci aussi de telle sorte que la voiture hybride rechargeable laisse à l’hydrogène une période transitoire lui laissant le temps de se mettre en place. Une autre raison importante de cette évolution est l’évident manque de place en ville et le fait qu’avec la voiture hybride rechargeable on peut envisager une seule voiture pour le couple fiscal pendant cette période transitoire. Ceci avec des voitures qui roulent en mode électrique sans polluer en ville et qui ne sont pas limités pour les longs trajets lors des vacances à la campagne. Vu son coût, la généralisation de l’hydrogène si elle est envisagée pour l’avion dans les décennies qui viennent n’est peut-être pas pour demain en ce qui concerne la voiture individuelle.

Concernant le chauffage de l'habitat, la Seine n’étant pas toujours à 10°C et pouvant descendre à 5°C, voire un peu moins, il faudra pour généraliser ce mode de chauffage en région IDF se résoudre à passer aussi à la chaufferie hybride pour assurer le besoin au plus froid de l’hiver.

Vu l'urgence qu'il y a à passer à l'action la fusion nucléaire est inadaptée. Quant au nucléaire disons classique, la complexité de cette chaîne et le coût de sa sécurisation la rend dissuasive. Nous commençons heureusement à passer à l’action pour la voiture électrique mais nous prenons trop de retard pour le chauffage de l’habitat.

La performance des chaînes énergétiques

Ces conversions se font avec une efficacité plus ou moins grande selon la chaîne énergétique envisagée. On peut chiffrer ainsi le ‘’rendement’’ des chaînes énergétiques principales produisant de l’énergie électrique :

- L’électricité en directe avec le voltaïque rendement 15% actuellement

(Le rendement étant dans ce cas le rapport entre l’énergie électrique délivrée et l’énergie reçue par le panneau par rayonnement)

- L’électricité obtenue à partir de l’énergie mécanique 90% ou à partir de l’énergie hydraulique rendement 50 à 90% maximum selon le point de fonctionnement ⁶⁾

- L’électricité obtenue en passant par l’énergie thermique et ceci qu’elle soit produite par la combustion (gaz, charbon, bois) ou par le nucléaire : rendement entre 30% et 65% .

	Températures sources….. >	Tc (°C)	Tf (°C)	Rendement réel %	Rendement théorique %
	Chaines énergétiques				en °K: rendement = (Tc -Tf ) / Tc
Combustion Produits fossiles	Moteur thermique conventionnel	1400	800	30	36%
	Moteur thermique Atkinson	1400	600	42	48%
	Turbine à gaz	1400	800	30	36%
	Turbines à gaz + vapeur	1400	800	60	Environ 80% (0,36+0,44)
		800	50
Atome	Réaction nucléaire type EPR	350	50	30	48%
	Réaction nucléaire à sel fondu	700	50	50	67%

Le rendement de ces chaînes énergétiques changent sensiblement selon la température des sources froide et chaude : La modeste performance des machines thermiques (Tc -Tf )/ Tc est liée à la faible différence de température entre les sources chaude (Tc) et froide (Tf ): grosso modo, avec ces chaines énergétiques d’un autre âge c’est environ 70% de l’énergie qui est perdu sous forme de chaleur. Il n’y a que lorsque les gaz de combustion de la turbine sont utilisés pour faire fonctionner des turbines à vapeur en aval de la chaîne énergétique que la performance est améliorée. Les températures à la source chaude très élevées des chaînes énergétiques situées à la partie supérieure du tableau soulèvent qui plus est des problèmes métallurgiques parfois très difficiles à résoudre.

Unités

Le calcul du rendement (Tc -Tf )/ Tc du 1^er type de chaîne énergétique utilisant le moteur thermique ainsi que les performances Tc / (Tc -Tf ) du 2^ème type de chaîne énergétique style PAC se fait en utilisant les degrés Kelvin. (0 degré K = -273 degrés centigrade):

a. moteur thermique avec combustion essence ou gasoil (voiture) : 30% Tc = 2000 / Tf = 500 couple mécanique

b. centrale nucléaire avec chaleur résultant de la fission de l’atome (turbine) 30% Tc = 600/ Tf = 250 couple mécanique converti en électricité

c. turbo réacteur avec combustion du kérozène (avion) 30% Tc = 1800/ Tf = 400 poussée mécanique

d. combustion charbon + eau (locomotive à vapeur) Tc = 500/ Tf = 80 énergie mécanique

e. par contre la turbine à gaz terrestre 60% Tc = 1800/ Tf = 1400 car c'est 2 machines en série avec une bonne source froide: la première un turbo et la deuxième une turbine à vapeur chauffée par l'échappement du turbo

Les valeurs de rendement ne prenant pas en compte les pertes d’énergie lors du transport de l'électricité du lieu de production vers le lieu d’utilisation (environ 10% de perte). On observe que le rendement des chaînes énergétiques produisant de l’électricité est le plus souvent modeste ce qui explique en partie son prix assez élevé et justifie que l’on prenne soin de la façon dont on la consomme.

Figure 2

La partie gauche de la figure représente les chaînes énergétiques passant par les hautes températures évoquées dans le tableau ci-dessus. La partie droite la chaleur obtenue efficacement à partir de l’enthalpie du fluide caloporteur d’une pompe à chaleur (1 kWh électrique fourni 3 kWh à 6 kWh thermique selon le COP de la pompe à chaleur). On ne parle plus dans ce dernier cas de rendement vu que le rendement est un chiffre nécessairement inférieur à 1 mais de performance ou de COP. La valeur de ce COP ou coefficient de performance correspond à l’énergie thermique produite que divise l’énergie électrique consommée. Ce coefficient est lui supérieur à 1 et égal si l’on exprime les températures en °K (Kelvin) à Tc / (Tc -Tf ). Une performance bien supérieure à celle des chaînes énergétiques utilisant le moteur thermique. Lorsque le besoin d’homo sapiens est de l’énergie thermique, qu’il s’agisse de froid ou de chaleur, la chaîne énergétique de droite est à l’évidence préférable à la précédente dans la mesure où elle satisfait le besoin thermique avec une quantité d’énergie électrique beaucoup plus faible. Avec un COP de 5, cinq fois plus faible comparativement aux radiateurs électriques à l’effet joule. Un point aussi très important est le fait que la chaîne énergétique de gauche trop souvent utilisée en France pour chauffer l’habitat avec l’électricité réchauffe également l’environnement. Ceci avec une puissance de chauffe sensiblement deux fois supérieure à celle qui est utilisée pour chauffer l’habitat. Cela alors que la chaîne énergétique de droite le refroidit, un avantage important à l’aube du réchauffement climatique.

La relation entre masse et énergie

La matière est de l'énergie concentrée. Einstein est allé plus loin que cette simple affirmation et à défaut de la démontrer¹⁾ à intuitivement mis en avant la célèbre formule reliant ces deux notions E = mc²,  E étant l'énergie potentielle pouvant être libérée à partir d'une masse m de matière, c étant une constante égale à la vitesse de la lumière (300 10⁶ m/s). Cette formule est homogène et intégrée au système SI d'unité²⁾ comme l'est la formule Ec = 1/2 m v² bien connu des mécaniciens, permettant de connaître l'énergie cinétique Ec (en joules) contenue dans une masse m (en kg) se déplaçant à la vitesse v (en m/s).

Lors de la fusion nucléaire, 2 kg de deutérium associé à 3 kg de tritium, entraîne une perte de masse de 1 kg. L'énergie potentielle libérée par ce kg de matière est considérable : E = 1 x (300 10⁶)² joules correspondant à 2,5 10¹⁰ kWh

La consommation optimum d'un moteur thermique avoisinant 0,2 kg/kWh et la densité approximative du pétrole étant voisine de 0,8 et l’'équivalent calorifique de 1 litre de pétrole égale à 10 kWh, il faut brûler 2,5 10¹⁰ x 0,2/0,8 = 0,525 x 10¹⁰ litres de pétrole correspondant à 20 supertankers de 250 000 tonnes pour obtenir une telle énergie. Ce qui surprend dans ce comparatif est que la combustion de cette quantité considérable de pétrole aura en définitive développée sensiblement la même quantité d'énergie que celle produite par la fusion de 2+3 kg de deutérium + tritium. Il est vraiment dommage que seulement 1/3 de cette énergie soit converti en électricité avec sensiblement les 2/3 restant perdu en chaleur.

1) Dès 1900 soit Sans avant Einstein, Poincarré mettait en avant cette formule dans une étude sur l'électromagnétisme. Elle conduit à penser que Ikg de matière équivaut sensiblement à 9t6 joules. Les gros accélérateurs atteignent des énergies de plusieurs dizaines de GeV (IGeV=109 eV).

2) selon Wikipédia

La production et les chaînes énergétiques

- On sait évidemment produire de l’énergie thermique avec la combustion des produits fossiles

- On sait convertir les énergies mécanique et hydraulique en énergie électrique¹⁾

- On sait produire l’énergie électrique en grosse quantité avec le nucléaire ou la combustion en passant par l’énergie thermique^2).(Voir tableau ci-dessus)

- On commence à produire l’énergie électrique en petite quantité avec le rayonnement solaire³⁾. (Le potentiel est considérable)

- On sait produire de l’énergie mécanique avec les moteurs à combustion interne et avec les moteurs électriques.

- On sait produire efficacement de l’énergie thermique grâce à l’enthalpie de la matière avec une énergie complémentaire⁴⁾ qui se trouve être de l’énergie électrique avec les pompes à chaleur à compresseur et du gaz avec les pompes à chaleur à absorption

- On sait produire l’énergie thermique à partir de l’énergie électrique en dégradant cette dernière avec l’effet joule⁵⁾.

- La Chine sait produire de l’énergie mécanique avec le laser pour la coupe des arbres

Le mode actuel de consommation de l’électricité en France

L’énergie la plus chère est celle que l’on consomme mal :
Si vous avez compris ce qui précède vous l'avez deviné : il s'agit de l'énergie électrique avec l'effet joule* :

1 kWh électrique = 1kWh thermique (COP =1).

Avec l’effet joule l’énergie restituée est égale à l’énergie consommée. (COP =1)
Comparée à l’énergie thermique issue de l’effet joule celle issue de l’enthalpie de la matière permet de se chauffer avec 3 à 6 fois moins d’énergie électrique selon le COP de la pompe à chaleur à compression (COP = 3 à 5). Ces derniers chiffres pouvant être améliorés avec les réseaux de chaleur mixtes profitant de la cohabitation entre aquathermie profonde et superficielle. Avec ces derniers dispositifs de chauffage l’énergie restituée peut être environ 6 fois supérieure à l’énergie consommée voir sept fois plus. Il ressort des études effectuées par les Lutins thermiques qu’il est préférable de prélever l’énergie thermique renouvelable sur l’eau que sur l’air.

L’énergie la moins chère est celle que l’on ne consomme pas:
Vous l'aurez également probablement deviné il s'agit de l'énergie thermique que l’on consomme en moins grâce à l’isolation. Fort de ce constat il va devenir indispensable de prendre conscience des avantages du chauffage thermodynamique qui consomme l’électricité avec modération pour le chauffage dans la mesure où 1 kWh électrique permet de produire 3 à 6 kWh thermiques.

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur permet de comprendre pourquoi. Le fluide caloporteur d’une pompe à chaleur contient en effet en son sein une quantité d’énergie thermique importance qu’il peut restituer et absorber lorsqu’il passe de l’état liquide à l’état gazeux et inversement. La formule de Clausius Wc / Tc = Wf / Tf et la loi de conservation de l’énergie permet de trouver les performances théoriques d’un tel système appelé « pompe à chaleur » On parle alors de performances plutôt que de rendement. Introduite par Rudolf Clausius dans ses études sur l’entropie de la matière, v²_moy = 3kT (k étant une constante et T étant exprimé en degrés Kelvin⁷⁾), cette égalité caractérise le degré de désorganisation des particules constituant cette dernière. Cette désorganisation ainsi que l’énergie contenue dans la matière sont d’autant plus grandes que la température de celle-ci est élevée. À la température de 0 °Kelvin (-273 °C), la matière est figée et l’énergie contenue dans celle-ci est nulle. La vitesse des molécules, représentative de l’énergie contenue dans le corps augmente avec la température ces deux notions étant liées par la formule de Boltzmann:

Wc / Tc = Wf / Tf

Lorsque la température de la matière est élevée >>>>>>
Lorsque la température de la matière diminue >>>>>>>
Lorsque la température de la matière est égale à zéro degré Kelvin ( –273°C) la potentialité énergétique de la matière est nulle >>>>>
La matière constituant le fluide caloporteur d'une pompe à chaleur à compresseur est fortement désorganisée après qu'elle ait été comprimé par effet mécanique dans le compresseur, cette désorganisation induit dans le condenseur une quantité d'énergie thermique importante appelée enthalpie qui peut être récupérée pour le chauffage de l'habitat. Suite à l’erreur de la RT2005, l’enthalpie va nécessairement jouer un rôle important dans les années qui viennent. Ceci pour satisfaire le besoin thermique permettant d’assurer le chauffage de l’habitat en diminuant notre dépendance à l’électricité. Dans la machine thermique fournissant de l’énergie mécanique, on élève la température à la source chaude pour accélérer les molécules et récupérer un peu plus d’énergie mécanique, alors que dans la pompe à chaleur, on abaisse au contraire la température de la source chaude pour diminuer l’énergie mécanique que l’on doit payer. L’égalité de Clausius prouve la potentialité du chauffage thermodynamique. En effet, lorsque la température de la source chaude est égale à la température de la source froide, par exemple lorsque l’on commence à chauffer l’eau froide sanitaire à 10 °C en utilisant l’eau de la nappe phréatique également à 10°C (Tc = Tf), Wc est égal à Wf et toute l’énergie thermique Wc disponible à la source chaude est théoriquement de l’énergie renouvelable prélevée dans l’environnement. Cas de l’eau Cette notion de potentiel est aussi très utile dans le cas de l’eau. Si l’on mélange 1 litre d’eau à 10°C avec un litre d’eau à 60°C on peut se demander quelle est la température du mélange. Vu que les volumes sont les mêmes on devine intuitivement que la température du mélange est égale à 35°C une température bien agréable pour se baigner. Une autre méthode est envisageable pour trouver la température du mélange. Il suffit d’écrire en vertu du principe de la loi sur la conservation de l’énergie que le potentiel thermique du mélange POTm est égal à la somme des potentiels thermique de l’eau froide POTef et de l’eau chaude POTec POTm = POTef + POTec Ceci sachant que le potentiel thermique POT d’une masse m d’eau fluide exprimée en kg ayant une capacité thermique massique (ou ce que l’on appelle aussi la chaleur spécifique) c de 4,18 kilojoule par kg à la température de T °Kelvin est égale à POT =c m T Dans le cas de l’eau on a c = 4185 joules par kg et °C La température dans cette formule T étant cette fois écrit en °Kelvin avec T en °Kelvin = T en °Celcius - 273 (zéro °Kelvin = -273°Celcius) Potentiel thermique du mélange POTm = 4,18 x (m + m) x Tm Potentiel thermique de l’eau froide POTef = 4,18 x m x (273 + 10)= 4,18 x m x 283 Potentiel thermique de l’eau chaude POTec = 4,18 x m x (273 + 60) )= 4,18 x m x 333 Soit 4,18 x 2m Tm = 4,18 m x (283 + 333) Soit température du mélange en °K Tm = (283 + 333)/2 = 308 °K ou 308 -273 = 35°C On retrouve bien la valeur de 35 °C que l’on avait devinée intuitivement mais l’intérêt du calcul ci-dessus est qu’il est possible de généraliser lorsque les quantités d’eau froide et d’eau chaude ne sont pas les même et qu’il est difficile de faire appel à son intuition. A noter qu’il serait souvent possible d’effectuer un transfert de potentiel thermique de l’eau géothermale profonde vers les eaux superficielles des rivières mais cette fois sans mélange des fluides. Ceci pour additionner ces deux potentiels et faire en sorte que l’ensemble de la population d’une région très peuplée, par exemple la région parisienne, puisse bénéficier d’un réseau de chauffage urbain économique et silencieux utilisant l’eau comme véhicule thermique. Vu ’’le temps qui passe’’ il y a urgence à agir

Le stockage de l’énergie électrique

Homo sapiens ne s’est pas encore organisé pour réduire le besoin mais satisfaire ce dernier pour éviter les coupures de courant est le défi à relever par l’énergie électrique. Le plus bel exemple d’autonomie énergétique est celui de la production d'hydrogène à partir de l'énergie électrique solaire voltaïque. Cette chaîne énergétique solutionne le problème du stockage de l'énergie électrique. Mais il est toutefois probable que cette solution, vu son coût sera réservée prioritairement dans un premier temps aux transports collectifs tels que les trains, les autobus puis on peut l’espérer les camions. Quant à l’avion il va falloir travailler dur…

Il y a donc beaucoup de travail devant nous. Le potentiel solaire est tel qu’il nous sera possible de faire en sorte que la quantité d’électricité produite en été par le voltaïque soit nettement supérieure au besoin. Ceci même si nous ne faisons appel ni au nucléaire ni à la combustion des produits fossiles. Notre problème de base réside dans la méthode que nous allons devoir utiliser pour stocker les quantités d’électricité importantes qui vont être nécessaires pour assurer nos besoins en hiver. Heureusement l’alternance été-hiver du soleil va être en bonne partie compensée par l’éolien vu que le vent souffle au moins autant en hiver qu’en été voire plus ce qui va incontestablement aider à satisfaire le besoin en hiver lorsque le soleil fait défaut.

Parmi les actions entreprises par homo sapiens pour tenter de résoudre ce problème on peut citer par ordre d’importance croissante :

- On a essayé mais on ne sait pas stocker valablement l’énergie électrique à partir de l’énergie mécanique en utilisant les volants d’inertie.

- On sait stocker efficacement de grosses quantités d’énergie électrique avec les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) mais si la base de temps permettant de satisfaire le besoin est proche d’une petite semaine d’une centaine d’heures elle est loin d’être à l’échelle des saisons qui se chiffre en millier d’heures

^- On sait stocker efficacement de petites quantités d’énergie électrique avec les batteries⁸⁾

Mais Homo sapiens n’est pas inactif.

- S’il n’y avait le problème du coût il sait stocker l’énergie électrique en produisant de l’hydrogène par électrolyse de l’eau et il a l’espoir de réduire les coût en Europe.

- Bien qu’il ne sache pas encore stocker l’énergie thermique sur le long terme en raison des déperditions, nos amis allemand vont tenter d’utiliser l’énergie électrique excédentaire produite en été par le voltaïque et l’éolien confondus pour stocker de grosses quantités d’énergie thermique à haute température en utilisant les capacités thermiques de notre sous-sol profond. Ceci on peut l’espérer en collaborant avec la France qui a déjà pu produire de l’électricité dans le nord de notre pays en utilisant la chaleur naturelle de notre sous-sol profond. L’Allemagne espérant en utiliser les hautes températures créées artificiellement en été profiter de celles-ci pour générer du courant électrique à la demande en hiver.

Le Transport de l’énergie

L'homme sait solutionner le transport de l'énergie électrique sur de très grandes distances avec les lignes très hautes tensions. Il espère réduire les pertes avec les supraconducteurs
Ceci alors qu'il ne sait solutionner celui de l'énergie hydraulique que sur quelques kilomètres, celui de l'énergie thermique que sur quelques hectomètres, et celui de l'énergie mécanique que sur quelques dizaines de mètres⁹⁾. Si ce n’est les pollutions catastrophiques en cas d’incident, il rencontre moins de problème pour solutionner le transport des combustibles sur mer avec les supertankers que sur terre avec les pipelines.

Le climat

Il a acquis la conviction que la combustion en émettant des gaz à effet de serre et en générant de l’énergie thermique accélère actuellement le réchauffement climatique naturel de notre planète. Il commence à comprendre suite à la COP21 qu'il peut combattre le réchauffement climatique en modifiant les chaînes énergétiques assurant son confort et ses besoins. Le français estime quant à lui que le mauvais rendement de la chaîne énergétique produisant de l'énergie électrique à partir du nucléaire n’a pas de conséquence significative sur le réchauffement de la planète. Et cela même s’il n’arrive pas à récupérer la quantité d’énergie thermique importante produite par cette chaîne en la laissant se dissiper en pure perte dans l'atmosphère. Il estime que cette deuxième chaîne énergétique à des conséquences moins graves sur le climat que la combustion par le fait qu'elle ne dissipe pas de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Il commence aussi à comprendre comment, pour le plus grand bien du climat, il pourrait utiliser la variation d'enthalpie des corps plutôt que leur combustion pour le chauffage de l'habitat.

Il commence également à percevoir que pour se chauffer lorsqu'il fait froid, il suffit de refroidir un peu plus son environnement.

Le livre « La chaleur renouvelable et la rivière » lui explique pourquoi l’énergie négative qu’il émet vers l’environnement en le refroidissant, n’est autre que l’énergie thermique qu’il reçoit. Ce livre lui explique aussi pourquoi l’énergie positive qu’il reçoit de l’environnement est de l’énergie thermique renouvelable lorsque les échanges thermiques se font avec l’eau d’un fleuve ou de sa nappe libre. Comme les miracles n'existent pas et qu'il lui faut fournir une énergie complémentaire en petite quantité pour y parvenir son bon sens lui dicte que la forme d’énergie qu’il lui va falloir choisir pour ce complément est celle qui est la plus facile à transporter et qui ne génère pas de gaz à effet de serre à savoir : l’électricité préférentiellement à la combustion.

L’air de nos cités

La pollution de l’air dans nos villes n’est pas due uniquement aux moteurs à explosion. Les chaufferies utilisant la combustion rejettent également des gaz brûlés dans l'atmosphère.

Les PAC sont incontestablement moins polluantes. Particulièrement la PAC à compresseur qui ne rejette aucun gaz dans l'atmosphère. L’important en ce qui concerne les Pompes à Chaleur (PAC) à compresseur est de prendre en considération la matière qui procure l’énergie thermique naturelle prélevée dans l’environnement. Cela peut être l’air ambiant, l’eau ou le sol.

Prélever cette énergie thermique dans l’air comme cela est le cas sur la figure ci-contre présente un avantage celui d’être réversible et de faire aussi du froid lorsqu’il fait chaud mais cela présente quelques inconvénients :

- Le bruit et l’énergie perdue au plus froid de l’hiver lorsque l’on fait fondre la glace qui se forme sur l’évaporateur

- Le fait que pour générer du froid en été à l’intérieur du bâtiment pour climatiser l’habitat la pompe à chaleur génère du chaud à l’extérieur de l’immeuble ce qui réchauffe encore un peu plus la température ambiante dans les villes déjà surchauffées en raison du réchauffement climatique.

Utiliser l’eau au lieu de l’air pour les transferts d’énergie présente de multiples avantages

- Le silence avec une esthétique des façades améliorée et une vision collective au niveau de la chaufferie hybride

- De meilleures performances

- Le fait qu’il est possible de cumuler l’énergie thermique de l’eau superficielle (la rivière) avec celle de l’eau des nappes captives profondes et de renvoyer en été dans les nappes captives profonde l’énergie que l’on y a prélevée en hiver

Le fait qu’en été il est envisageable de renvoyer dans les nappes captives profondes la chaleur qui y a été prélevée en hiver.

Voir aussi la comparaison entre pompe à chaleur absorption/compresseur

Voir également l’immeuble de « Monsieur tout le monde » qui prouve qu’avec une PAC à compression et un immeuble correctement isolé sans balcon et une énergie restituée 6 fois supérieure à l’énergie consommée l’immeuble est proche de l’indépendance énergétique annuelle.

Nos vêtements

En complément du chauffage de l’habitat, de la voiture et de notre nourriture un domaine peu connu qui devrait nous faire réfléchir vu les km parcourus par certains vêtements que nous portons.

¹⁾ Avec par exemple les volants d’inertie à la demande pendant des temps assez courts, les turbines à eau également à la demande (Pelton, Kaplan… ) pendant des périodes prolongées, les éoliennes d’une façon aléatoire…etc

²⁾ Avec les turbines à gaz ou à vapeur selon que l’énergie thermique est produite par la combustion ou le nucléaire. La production d'électricité par le nucléaire met en évidence un rapport entre l'énergie électrique finale produite et l'énergie thermique primaire consommée assez déplorable par le fait qu’aucune récupération de l'énergie thermique n’est prévue celle-ci étant totalement perdue dans l’atmosphère. Il est expliqué dans le livre « La chaleur renouvelable et la rivière » le pourquoi de ce chiffre compris entre 2,5 et 2,7, chiffre qui est mystérieux pour beaucoup. Ceux qui voudraient promouvoir le chauffage électrique utilisant les PAC à compresseur considèrent que si ce chiffre était remplacé par une valeur voisine de 2 dans la RT 2012 les conséquences seraient de valoriser la pompe à chaleur à compresseur. Affaire à suivre…

³⁾ Avec le voltaïque mais rythmé par le jour et la nuit

⁴⁾ Cette énergie complémentaire est un combustible fossile tel que le gaz ou le bois dans le cas de la PAC à absorption ou l’électricité dans le cas de la PAC à compresseur

⁵⁾ Qu’il s’agisse des convecteurs standards, des ventilo-convecteurs, des radiateurs à inertie ou à accumulation
⁶⁾ L’énergie mécanique récupérée par une les turbines diffère selon le type de turbines et leur point de fonctionnement. Voir site Mécaflux
⁷⁾ T en degré Kelvin = T°C + 273 (0°C = 273K)
⁸⁾ Avant combustion, un kg d’essence ou de gasoil c’est 10 kWh thermique disponible et environ 4 kWh d’énergie mécanique restitués compte tenu du rendement du moteur à explosion.
Ceci alors qu’une batterie de 1 kg, c’est, dans l’état actuel de la technique, seulement 0,2 kWh d’énergie électrique disponible et presque son équivalent mécanique compte tenu du bon rendement du moteur électrique.
Tout compte fait pour stocker la même quantité d’énergie mécanique une batterie reste encore sensiblement vingt fois plus lourde que l’essence.

⁹⁾ Un arbre électrique peu avantageusement remplacer un arbre mécanique pour résoudre les problèmes de synchronisation

Les Lutins thermiques avril 2020 pendant le confinement

" Le monde ne sera pas détruit par ceux qui font le mal, mais par ceux qui les regardent sans rien faire."

Albert Einstein