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Quelles énergies pour l'humanité aujourd'hui et demain ?

Quelles énergies pour l'humanité aujourd'hui et demain ?
Depuis l'avènement de l'ère industrielle au milieu du XIXe siècle, l'humanité ne cesse d'accroître sa consommation d'énergie sous des formes multiples pour répondre à la complexification des sociétés (industrie, transports, chauffage, électricité, etc...). Ce développement n'a pu se produire que grâce à l'utilisation massive des combustibles dits  fossiles, essentiellement le charbon et le pétrole. Or nous savons maintenant que la combustion de ceux-ci « nous détraque le climat » alors que les besoins énergétiques continuent d'augmenter toujours et toujours ! Y-a-t'il d'autres sources d'énergie, d'autres voies possibles ? Cet article se veut être un bref mais exhaustif tour d'horizon de toutes les énergies envisageables maintenant et dans l'avenir…

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Une accélération foudroyante de notre demande énergétique au cours des siècles !

L'histoire de l'humanité et celle de la conquête de l'énergie sont inséparables. Dans un premier temps, les besoins étaient modestes : se chauffer, cuire les aliments et sans doute s'éclairer -l'énergie étant essentiellement liée à la maîtrise du feu-. Puis, les sociétés en développement ont rapidement été conduites à utiliser d'autres formes d'énergie. D'abord la force humaine et la force animale pour la construction, le transport de matériaux divers, les déplacements, l'agriculture... La navigation est aussi une étape importante puisque, outre l'énergie humaine des rameurs, l'utilisation de celle du vent devient essentielle et ce pendant des siècles. Les moulins font appel également à cette énergie ou à celle de l'eau.
Le milieu du XIX e siècle voit l'avénement et le développement de la civilisation industrielle grâce à l'utilisation de machines et à l'exploitation de nouvelles énergies, d'abord celle de la vapeur (liée au feu) puis celle de l'électricité et enfin celle apportée par les combustibles dits fossiles c'est-à- dire essentiellement le charbon et le pétrole (plus tardivement le gaz). Ces derniers permettent de concevoir des véhicules autonomes transportant leur propre source d'énergie (locomotives puis voitures automobiles et avions). Au cours du XXe siècle jusqu'à notre époque, les besoins d'énergie de l'humanité sont en croissance quasiment exponentielle. L'électricité s'est imposée comme une énergie incontournable pour l'industrie et nos usages domestiques. Les combustibles fossiles sont utilisés massivement avec les conséquences que l'on sait maintenant sur le réchauffement climatique (1) dues à l'émission de gaz carbonique (le fameux CO2 …) lors de leur combustion.

 

L'énergie c'est quoi ???

Dans le langage courant la notion d'énergie désigne tout ce qui peut produire une action, un effet, un mouvement… Par exemple ne dit-on pas de quelqu'un de peu dynamique qu'il manque d'énergie ?
Pour les physiciens, l'énergie est une grandeur bien identifiée et quantifiée (qui se mesure en joules ou en calories) mais qui ne doit pas se confondre avec la puissance bien qu'elle lui soit directement reliée. Pour donner un exemple de la vie courante : un radiateur électrique de 1 kilowatt (1000 watts) qui chauffe pendant 1 heure fournit une énergie sous forme de chaleur de 1 kilowattheure (kWh). 
L'énergie peut se présenter sous diverses formes : énergie électrique, mécanique, cinétique, chimique, etc… Nous allons voir dans cet article que les sources en sont également très diverses (énergie solaire, éolienne, hydraulique, nucléaire, etc…). Dans les processus de transformation, l'énergie se conserve si on comptabilise aussi les pertes, sous forme de chaleur, dues à des causes diverses. Notons au passage que la chaleur est une forme dégradée de l'énergie car elle ne peut pas se retransformer intégralement en une autre énergie. 
 

Une humanité boulimique d'énergie !!!

En préambule, il faut savoir que la consommation mondiale actuelle d'énergie est de l'ordre de 400 tonnes d'équivalent pétrole (2) par seconde ! C'est une énergie absolument considérable qui n'arrête pas de croître. La figure suivante montre de manière très claire l'évolution de la consommation mondiale en milliards de tep (Gtep) sur un siècle et demi depuis le début de l'ère industrielle jusqu'à l'an 2000. Des étapes technologiques importantes jalonnent cette courbe (moteur électrique, voiture, électronique, etc…). 
Cette figure est intéressante car elle montre aussi la part des principales sources d'énergie que nous détaillerons plus loin.
Evolution de la consommation mondiale d'énergie
Evolution de la consommation mondiale d'énergie, copyright Infoenergie69
 

L'importance de l'électricité

Notons également que presque 20% de l'énergie consommée dans le monde l'est sous forme électrique et une part importante des énergies primaires est convertie en électricité.
2011 production mondiale d'électricité
 
Celle-ci est considérée comme une énergie « noble » car la possibilité de la transporter à longue distance et la multiplicité de ses utilisations la rendent  indispensable à nos sociétés modernes dans tous les secteurs de leurs activités.
Dans tous les pays du monde l'électricité est distribuée sous forme de tensions alternatives (230 volts en France), seules permettant l'élévation ou l'abaissement de tension par l'intermédiaire de transformateurs. En particulier le transport de l'électricité à grande distance ne peut se faire qu'en élevant la tension à des centaines de milliers de volts, ceci afin de diminuer l'intensité du courant dans les lignes et donc les pertes.
 
Par contre l'électricité souffre d'un grave inconvénient : elle n'est pas facilement stockable en grande quantité ce qui, entre autres, freine le développement des voitures électriques obligées d'embarquer de volumineuses et lourdes batteries malgré des progrès certains depuis les « historiques » batteries au plomb toujours utilisées dans nos véhicules mais pas pour la traction…
Nous verrons que le stockage de l'électricité pose ainsi un véritable problème lorsque celle-ci est issue d'énergies renouvelables ni constantes ni continues (solaire, éolien, courants marins, etc…)
 

Les sources d'énergie

On a l'habitude de les classer en deux grandes catégories : les énergies renouvelables et les non-renouvelables.
 

I-  Energies renouvelables

On désigne couramment sous le vocable de renouvelables les énergies qui se reconstituent rapidement ou semblent inépuisables à l'échelle humaine. Ce sont essentiellement celles qui sont issues du rayonnement solaire soit directement soit indirectement par le déplacement ou le mouvement des fluides, air ou eau, sous l'influence d'inhomogénéités de température. De même sont considérées comme renouvelables l'énergie qui a pour origine la chaleur de la Terre (géothermie) et celle qui provient des marées (usines marémotrices) sous l'influence de l'attraction lunaire (et solaire). Enfin entrent dans cette catégorie les combustibles provenant de la matière organique vivante, la biomasse, (bois des forêts, agrocarburants, biogaz) dont la croissance est activée par la lumière et la chaleur du soleil.
 

Energie solaire

L'énergie primaire reçue en permanence par la Terre est l'énergie solaire. Celle-ci, après filtrage par l'atmosphère, nous parvient sous forme de rayonnements, essentiellement dans le domaine des longueurs d'onde allant de l'infra-rouge à l'ultra-violet en passant bien sûr par le visible.
La quantité globale d'énergie reçue est énorme et correspond à une puissance journalière de l'ordre de 170 millions de gigawatts (1 gigawatt = 1 milliard de watts) dont environ 120 millions sont absorbés, le reste étant réfléchi.
Cependant cette énergie n'est pas disponible en permanence en un lieu donné. Elle dépend de la latitude, de la saison, de la météo locale et bien sûr du cycle de 24 heures (alternance jour-nuit). Retenons un ordre de grandeur : sous un bon ensoleillement la puissance reçue sur terre est de l'ordre de 1 kilowatt par m2 (1kW/m2).
 
L'énergie solaire peut avoir deux usages bien différents : 
  • soit le solaire thermique pour chauffer de l'eau, essentiellement à usage domestique (eau chaude sanitaire, chauffage des maisons, chauffage de l'eau des piscines). Les capteurs ont une surface noire afin de capter un maximum d'énergie. Ils sont parcourus par des serpentins dans lesquels circule un fluide caloporteur. Du fait qu'elles captent une grande partie du spectre solaire, ces installations ont un bon rendement et tendent à se développer dans de nombreux pays. C'est historiquement le premier usage de l'énergie solaire avant que le photovoltaïque n'apparaisse.

       Pour une utilisation industrielle sur une plus grande échelle, mais encore marginale, il est possible de transformer de l'eau en vapeur pour faire tourner des turbines et produire de l'électricité.

chauffe-eau solaire

             Chauffe-eau solaire cc by-sa Ra Boe, wikimedia
 
  • soit la filière dite photovoltaïque qui réalise la conversion directe d'une partie du rayonnement solaire en électricité. Elle est en plein développement dans le monde malgré un rendement plutôt faible ne dépassant guère 15% et n'a pu voir le jour qu'avec la généralisation des techniques de fabrication des composants à semi-conducteur (microélectronique), essentiellement le silicium. En 2010 pratiquement la moitié des cellules solaires a été produite par la Chine. Cette énergie est bien sûr idéale pour les pays à fort ensoleillement mais n'est pas permanente et l'électricité produite doit être injectée dans un réseau général ou être stockée (batteries) pour des petites installations individuelles.
Maison à colombages avec panneaux solaires photovoltaïques, Buschhoven, Allemagne
Maison à colombages avec panneaux solaires photovoltaïques, Buschhoven, Allemagne cc by-sa Túrelio
 
La part du photovoltaïque dans le monde est encore très modeste avec 0,5 % de l'électricité produite mais les capacités de production s'accroissent d'environ 35 % chaque année depuis 2000 si bien que l'on prévoit une part du photovoltaïque de l'ordre de 14 % à l'horizon de 2030. Notons qu'aujourd'hui c'est l'Allemagne qui est le premier pays au monde pour la production d'électricité photovoltaïque. Par contre, l'électricité issue du photovoltaïque est beaucoup plus chère que celle issue du charbon ce qui va freiner son expansion dans des pays en voie de développement encore relativement pauvres. 
 
L'impact des cellules solaires sur l'environnement est faible au moins au niveau de leur exploitation car aucun polluant ni CO2 n'est émis mais ce n'est pas vrai lors de leur production comme d'ailleurs beaucoup d'autres dispositifs de conversion de l'énergie. En fin de vie les cellules sont en grande partie recyclables mais là aussi avec dépense d'énergie.
 

Energie éolienne

C'est l'énergie que l'on peut extraire du déplacement des masses d'air (Eole = dieu du vent chez les Grecs). Connue et utilisée depuis longtemps pour la propulsion de navires (navigation à voile : peut-être un millénaire avant notre ère !) et pour actionner des moulins. Au cours du XXe siècle, le vent a été utilisé pour faire tourner des petites éoliennes, essentiellement pour des installations locales (pompage ou production d'électricité).
Vers les années 90, les technologies évoluant et les besoins en électricité augmentant, de grosses éoliennes (maintenant on dit souvent aérogénérateurs) sont apparues permettant d'envisager un apport non négligeable au réseau électrique général. Des aérogénérateurs de plusieurs mégawatts sont maintenant courants et des champs de ces machines s'installent un peu partout dans le monde soit sur terre soit de plus en plus en pleine mer (installations off-shore) car bénéficiant alors de vents plus réguliers et plus forts. L'éolien ne représente encore que 1,3 % de l'électricité produite mais il est en forte croissance, en moyenne 30 % par an depuis une dizaine d'années, et constitue la deuxième des énergies renouvelables. (6)
Comme pour le solaire ce n'est pas une énergie régulière. Elle pose donc aussi des problèmes de stockage si elle n'est pas injectée en totalité dans les réseaux électriques. Elle n'est pas polluante à l'instar du solaire sauf lors de la fabrication des aérogénérateurs. Des études récentes, en effet, ne leur attribuent pas un très bon bilan carbone…
Eoliennes offshore
Eoliennes offshore cc by-nc-sa Danny Rimpl 

 

Energie hydraulique

  •  Utilisée sous forme mécanique depuis longtemps (moulin à eau) elle prend un essor particulier au cours du XXe siècle pour la production d'électricité. De très nombreux barrages sont construits un peu partout dans le monde dans des sites favorables au stockage d'un important volume d'eau avec une grande hauteur de chute car c'est précisément l'énergie cinétique de l'eau arrivant avec force sur des turbines couplées à des alternateurs qui entraine ceux-ci pour produire de l'électricité. C'est un bon exemple des transformations successives de l'énergie : énergie cinétique de l'eau->énergie mécanique pour la rotation des turbines->énergie électrique délivrée par les alternateurs
 
Par exemple citons en France les 5 barrages de la Dordogne mettant à profit la vallée en V de la rivière et son dénivelé important. Construits entre les années 30 pour le plus ancien et les années 50 pour le plus récent, leur puissance est de l'ordre de 300 mégawatts chacun. En cas de pointe de consommation, les barrages constituent un apport très précieux car ils peuvent fournir de l'électricité très rapidement en quelques minutes (pas de temps de chauffe, juste le temps d'ouvrir les vannes et de lancer les turbines).
 
Barrage de Bort les Orgues sur la Dordogne
Barrage de Bort les Orgues cc by-sa akial 
 
Les besoins mondiaux en électricité augmentant, de très grands barrages sont construits dans le monde (par exemple barrage des Trois Gorges en Chine) et certains pays comme le Brésil ou le Canada produisent majoritairement leur électricité à partir de l'hydraulique (60% au Canada, 96% rien qu'au Québec !).
Il existe aussi des barrages au fil de l'eau utilisant le fort débit d'une rivière (barrages sur le Rhin en Alsace) pour faire tourner les turbines.

 

  •  On a également fait quelques tentatives pour utiliser l'énergie des marées (usine marémotrice de la Rance) mais l'exploitation de ce type d'énergie reste assez marginale car faisant appel à des installations bien spécifiques. Cette énergie est considérée comme renouvelable car issue de l'interaction gravitationnelle de la Terre avec la Lune et donc inépuisable à nos échelles de temps. 
  • hydrolienne cc by-nc-nd Ben Deck Par contre, on se tourne de plus en plus vers des dispositifs pouvant utiliser l'énergie des courants marins (hydroliennes dont le fonctionnement est analogue à celui des éoliennes avec un flux d'eau au lieu d'un flux d'air) ou même l'énergie des vagues (qui est liée à celle de la houle et donc des vents). Elle représente un potentiel énorme dans le monde vu l'immense surface occupée par les océans et des machines expérimentales sont à l'essai. Cependant le fonctionnement de tous ces dispositifs en milieu marin pose un certain nombre de problèmes liés entre autres à la corrosion.
photo d'hydrolienne cc by-nc-nd Ben Deck
 
Actuellement, dans le monde, l'électricité d'origine hydraulique représente environ 15% de l'électricité produite.
 

Combustibles issus de la matière organique vivante

  •  Le bois constitue un combustible renouvelable, sous réserve d'une gestion correcte de la ressource, c'est-à-dire des forêts. Bien que sa combustion dégage du CO2 il n'augmente pas la concentration de ce gaz dans l'atmosphère car une même quantité est susceptible d'être réabsorbée par la végétation.
Dans de nombreux pays, il constitue encore une source d'énergie importante pour les usages domestiques (cuisson des aliments, chauffage…). Un appareil de chauffage moderne   au bois, tel qu'un insert ou une chaudière, peut avoir un rendement de l'ordre de 70% alors qu'un foyer classique ouvert ne permet guère d'obtenir plus de 10 à 15%. Mais des études récentes montrent que le bois émet des polluants divers et variés (nombreux composés chimiques dont certains dangereux pour la santé, particules fines, etc…) et ce d'autant plus que la combustion se fait à basse température  (<700 °C).
 
  • Cependant, le bois et les végétaux en général y compris les algues, peuvent être la source de combustibles plus élaborés : ils constituent alors ce que l'on désigne couramment sous le vocable de biomasse à partir de laquelle on peut produire du biogaz par fermentation, essentiellement du méthane (CH4), ou des combustibles liquides, par transformations chimiques, que l'on nomme agrocarburants. On cherche de plus en plus à les obtenir à partir de déchets végétaux « tout-venant » plutôt qu'à partir de cultures plus « nobles » ayant une vocation alimentaire. Nous verrons plus loin que le gaz, quelle que soit son origine, est sans doute appelé à jouer un rôle majeur pour « la transition énergétique » dans les décennies à venir.
 

Géothermie

Issue de la chaleur de la Terre, elle est considérée comme renouvelable tant la réserve de chaleur de notre planète est gigantesque par rapport à ce que l'on peut en utiliser… Quand on s'enfonce dans la croûte terrestre, la température augmente progressivement en moyenne de 3°C par 100 mètres d'enfoncement mais ce gradient géothermique peut être variable selon les régions. Certaines régions volcaniques (Islande, Philippines, etc…) sont particulièrement intéressantes par la chaleur intense de leur sous-sol. Suivant les cas et les caractéristiques du site de géothermie exploité, cette chaleur peut être récupérée sous forme d'eau chaude ou de vapeur pour des applications de chauffage ou sous forme de vapeur à haute température et haute pression pour des applications plus spécifiques dont la production d'électricité.
Nesjavellir Geothermal Power Station cc by-nd-nc Scott Ableman
Centrale géothermique de Nesjavellir (Islande)  cc by-nd-nc Scott Ableman
 

 

Problèmes de stockage

Nous avons évoqué plus haut le problème du stockage de l'électricité et mentionné que celui-ci se posait lorsque l'électricité était produite à partir des énergies solaire et éolienne essentiellement, énergies irrégulières peu ou pas prévisibles… L'électricité en effet ne peut être stockée sous forme électrique qu'en très petites quantités (condensateurs). Il faut la transformer en une autre énergie qui pourra la restituer sans trop de pertes :
- chimique (différents types de batteries)
- chimique avec décomposition de l'eau en hydrogène et restitution dans des piles à combustibles
- mécanique par rotation d'un volant d'inertie
- mécanique avec compression d'un gaz
- transformation en énergie potentielle par pompage d'eau dans un réservoir plus ou moins grand et restitution par chute de l'eau sur des turbines entraînant des alternateurs : on a là exactement le même principe que celui des barrages. On parle alors de STEP (station de transfert d'énergie par pompage). Cette méthode semble la plus prometteuse pour des stockages d'importance permettant une réinjection dans le réseau électrique général aux heures de pointe.
Schéma d'une STEP (station de transfert d'énergie par pompage)
Schéma d'une STEP (station de transfert d'énergie par pompage). Extrait du site lenergeek.com.
 
 

II- Energies non renouvelables

Combustibles fossiles

Ils se sont formés par la transformation de matières organiques déposées au sein de couches géologiques pendant des millions d'années dépassant de loin nos échelles de temps humaines !  
Il faut donc prendre conscience que leur exploitation appauvrit définitivement notre planète et qu'ils ne seront plus disponibles pour nos descendants qui devront se débrouiller sans… !
De plus, comme il s'agit de carbone et d'hydrocarbures, leur utilisation massive comme combustibles engendre la libération d'énormes quantités de CO2 augmentant la concentration de ce gaz dans l'atmosphère car les processus naturels d'absorption (végétation, océans) ne sont plus suffisamment efficaces. Ces combustibles sont en grande partie responsables de l'effet de serre (1).
 
1) Le charbon
 
Le charbon, essentiellement composé de carbone avec plus ou moins d'impuretés, est le résultat de la décomposition et de la transformation de végétaux pendant des millions d'années. La plupart des gisements ont commencé à se former il y a environ 300 millions d'années avec les grandes forêts du carbonifère qui tire précisément son nom du charbon. Celui-ci a été utilisé comme combustible dès le Moyen Age mais son exploitation massive date du XIXe siècle avec le début de l'ère industrielle se servant essentiellement de la vapeur comme force motrice. A l'heure actuelle il est encore largement employé, en particulier en Chine et aux USA, et constitue le deuxième combustible fossile après le pétrole. Environ 40% de l'électricité dans le monde est produite à partir de centrales thermiques au charbon. On estime que ses réserves peuvent encore couvrir les besoins de l'humanité pendant un siècle… Ce n'est pas une bonne nouvelle pour la planète car le charbon émet beaucoup de gaz carbonique et participe donc activement au réchauffement climatique ! D'autre part il émet de nombreux polluants. Il existe des projets de captation du CO2 mais, hélas, on est encore très loin d'une mise en application généralisée.
Centrale à charbon, Niederaussem, Allemagne. cc by-nc-nd Richard Brand
Centrale à charbon, Niederaussem, Allemagne. cc by-nc-nd Richard Brand
 
2) Le pétrole
 
C'est un mélange d'hydrocarbures qui, à l'instar du charbon, est aussi le résultat de la décomposition de matières organiques au sein de roches. Il est connu depuis la plus haute Antiquité, car affleurant à certains endroits, mais ses usages étaient limités (chauffage, éclairage). Son exploitation commence vraiment vers 1850 en particulier aux Etats-Unis. Son usage industriel se répand rapidement surtout avec l'arrivée des moteurs à explosion et moteurs Diesel, vers la fin du XIXe siècle, qui vont révolutionner les transports, terrestres, maritimes, puis aériens. Dès le début du XXe siècle, le pétrole est considéré comme une matière première stratégique. Son exploitation et ses usages multiples ne vont pas cesser de se développer au cours du siècle passé donnant lieu à des conflits militaires et économiques à cause de son importance primordiale pour l'économie mondiale et du fait de sa répartition très inégale à la surface du globe. Il constitue tout au long du siècle dernier une énergie bon marché sur laquelle s'est adossée la société de consommation telle que nous la connaissons… et même l'augmentation brutale de son coût dans les années 1970 (chocs pétroliers de 1973 et 1979) et en 2008 n'a guère affecté son utilisation.
L'exploitation du pétrole se fait par des forages sur terre et en mer (plates-formes de forage) à des profondeurs de plusieurs kilomètres. Il existe également d'importants gisements de pétrole non conventionnel qui imprègne la roche dans des schistes bitumineux comme dans la province de l'Alberta au Canada. Leur exploitation a des résultats désastreux sur le plan écologique (énormes quantités d'eau nécessaires, pollution des rivières…).
Au cours de l'année 2013 l'approvisionnement mondial a été de 90 millions de barils par jour, sachant que le baril correspond en moyenne à 136 kg de pétrole. C'est une consommation considérable car le pétrole brut ne donne pas un composé unique mais toute une gamme d'hydrocarbures aux usages multiples dans les transports, pour la production d'électricité, pour le chauffage et bien sûr l'immense domaine de la pétrochimie. On peut dire que nos sociétés sont véritablement « droguées » au pétrole ! La recherche (et la découverte) de nouveaux gisements est toujours extrêmement active et il est bien difficile de donner une estimation précise des réserves mondiales, sans doute de l'ordre d'une cinquantaine d'années.
 
3) Le gaz
 
Le gaz naturel est aussi un mélange d'hydrocarbures, avec prédominance du méthane dont l'origine fossile est la même que celle du pétrole. Il l'accompagne d'ailleurs souvent dans ses gisements. Les méthodes d'exploitation par puits pour atteindre les couches géologiques réservoirs de gaz sont donc similaires. Pendant longtemps, seul le pétrole a été exploité et ce n'est que vers 1950 que le gaz a commencé à susciter un certain intérêt avec une exploitation qui a vraiment pris de l'ampleur dans les années soixante. On peut citer pour la France le célèbre gisement de Lacq dans les Pyrénées, aujourd'hui épuisé, qui aura alimenté notre pays pendant une cinquantaine d'années et participé à son essor économique.    
Aujourd'hui le gaz est de plus en plus utilisé et on pense qu'il pourrait constituer une énergie majeure pour ce que l'on nomme la « transition énergétique » car c'est le combustible fossile qui produit le moins de polluants et le moins de CO2, ceci étant sans doute lié à sa molécule mono-carbonée. Pour 1 kWh produit, le méthane libère 400 g de ce gaz contre 600 pour le pétrole et 800 pour le charbon !
A l'heure actuelle, le gaz est devenu une source d'énergie stratégique et les pays cherchent à devenir indépendants des grands producteurs (cf. les problèmes actuels avec la Russie !). C'est dans cette optique que, dès 2000, certains pays, essentiellement les États-Unis, ont commencé à s'intéresser à ce que l'on appelle le gaz non conventionnel dont le fameux « gaz de schiste » objet de nombreuses controverses. Ce gaz imprégnant certaines roches peut être libéré et récolté par des techniques de forages horizontaux et de fracturation hydraulique. C'est sur ces techniques qu'ont misé les États-Unis pour conquérir une plus grande indépendance énergétique avec des milliers de forages dans le pays. Mais ces techniques sont très impactantes sur le plan écologique et font l'objet de nombreux débats dans le monde (dont la France) quant à l'opportunité de leur utilisation. De plus, l'évaluation du potentiel des gisements reste également difficile et assez aléatoire.
gaz de schiste
Schéma illustrant les techniques d'extraction pour les gaz conventionnels et non conventionnels. Extrait du site 
http://www.sciences-et-democratie.net

 

Energie nucléaire

  • C'est une énergie non renouvelable un peu particulière qui n'a pu être exploitée qu'après la découverte de la radioactivité et de la propriété qu'ont certains noyaux atomiques de se briser, sous certaines conditions, en libérant une énergie considérable (3). C'est le cas des atomes d'uranium 235 qui subissent une fission lorsqu'ils sont bombardés de neutrons (4) émettant à leur tour d'autres neutrons. Ce processus de réaction en chaîne peut donner lieu à une arme redoutable (bombe atomique) ou à un réacteur nucléaire si la réaction est contrôlée. 
Hélas, les premières applications ont été militaires sous forme de bombes atomiques malheureusement utilisées pour la première fois contre des populations civiles au Japon en 1945 à Hiroshima et Nagasaki.
Depuis le milieu du XXe siècle, la libération de cette énergie peut être contrôlée dans des centrales bâties autour de réacteurs nucléaires. La fission des noyaux d'uranium libère de l'énergie sous forme de chaleur utilisée pour produire de la vapeur et entraîner des turbines et des alternateurs. La fission des noyaux d'uranium produit de nombreux autres éléments eux-mêmes radioactifs.
Centrale nucléaire de GolfechLa part de l'électricité d'origine nucléaire dans le monde est de l'ordre de 12% avec une grande exception française dont l'électricité est à 75% nucléaire. Il faut dire que l'utilisation de l'énergie nucléaire est l'objet de nombreuses controverses et polémiques eu égard au danger présenté par la radioactivité libérée en cas d'accident majeur dans une centrale comme ce fut le cas à Tchernobyl en 1986 et plus récemment à Fukushima il y a un peu plus de trois ans. L'impact sur l'environnement et le vivant peut alors être dramatique et de très longue durée. Le problème posé par l'élimination ou le stockage des déchets ayant une radioactivité à long terme n'est pas vraiment résolu non plus. Les centrales nucléaires n'émettent pas de CO2 mais ne sont pas pour cela exemptes d'impacts sur l'environnement tel que le réchauffement des fleuves dont l'eau est utilisée pour refroidir les centrales.
 
Centrale nucléaire de Golfech cc by-sa Jack ma, wikimedia
 
Les minerais d'uranium eux-mêmes ne sont pas en quantité illimitée dans la croûte terrestre. Les réserves connues permettraient aux réacteurs de fonctionner pendant pratiquement un siècle (les plus grosses réserves se situent en Australie avec 30% des réserves mondiales) mais ce chiffre n'a pas beaucoup de signification car d'autres filières de réacteurs peuvent être envisagées dans le futur. Pour ne citer qu'elle, la filière thorium (autre métal radioactif) permettrait de fonctionner pendant plusieurs siècles, le thorium étant plus abondant que l'uranium mais cela supposerait de recalculer entièrement de nouveaux réacteurs adaptés, engendrant des coûts prohibitifs pour l'industrie du nucléaire. 
  •  La fusion nucléaire est une sorte de Graal que poursuit l'humanité car elle permettrait de résoudre une grosse partie des problèmes en matière énergétique à savoir une énergie pratiquement inépuisable et relativement propre (pas d'émission de CO2, peu de déchets radioactifs). En deux mots la fusion nucléaire consiste à chauffer un plasma (atomes chargés positivement car ayant perdu leurs électrons) d'hydrogène (ou ses isotopes) à des températures de millions de degrés pour faire fusionner les noyaux des atomes qui libèrent alors une énergie bien plus grande que lors de la fission. La fusion est à l'origine de l'énergie rayonnée par les étoiles dont notre soleil… Les scientifiques étudient ce problème depuis plus de cinquante ans car à ces températures le plasma est très instable et ne peut être confiné dans des enceintes matérielles qui seraient instantanément volatilisées. Un réacteur à fusion expérimental appelé ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) se construit à Cadarache près d'Aix en Provence. Trente cinq pays sont impliqués dans ce projet. Quoi qu'il en soit, si on arrive à maîtriser cette énergie de fusion, son utilisation massive pour produire de l'électricité ne paraît guère possible avant la fin du siècle soit bien tardivement pour se substituer aux énergies fossiles… !
 

Conclusion

 
A la fin de ce bref exposé, il serait bien hasardeux de donner des conclusions définitives sur le choix de telle ou telle énergie. Chacune a ses avantages et ses inconvénients. Le bon sens suggère de les diversifier et de privilégier celles qui sont produites localement. Mais le choix des énergies dans le futur dépendra aussi beaucoup de nos choix de société, société sobre ou pérennisation de la société de consommation avec pillage des ressources de la planète… Mais attention, car l'urgence climatique nous imposera  sans doute de diminuer au maximum l'usage des combustibles fossiles et ce le plus rapidement possible. Les experts du GIEC (5) n'arrêtent pas de tirer la sonnette d'alarme et les menaces sur notre planète se font de plus en plus précises.
Et pour terminer par une « lapalissade » rappelons que la meilleure des énergies est certainement celle que nous ne consommons pas, invitation bien sûr à la sobriété et à la responsabilisation collective et individuelle…
 

Jean Pierre Ulmet - Volontaire du Muséum - Mis en ligne 30 septembre 2014. 

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 (1)- voir l'article de « Parlons sciences » sur l'effet de serre : 400 ppm de CO2 dans l'atmosphère… C'est grave docteur ???
 
 (2) - La tonne d'équivalent pétrole (tep) est une unité commode d'énergie qui correspond à l'énergie ou chaleur libérée par la combustion d'une tonne de pétrole « moyenne ». Cette tep correspond à environ 42 milliards de joules ou 11 630 kilowatts heures
 
 (3) voir l'article de « Parlons sciences » sur la radioactivité : La Radioactivité : de la Torbernite à Fukushima
 
 (4) le neutron est l'une des particules élémentaires qui constituent, avec les protons chargés positivement, les noyaux des atomes. Comme son nom l'indique le neutron est électriquement neutre et de masse voisine de celle du proton.
 
 (5) le GIEC- Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat. C'est un groupe de scientifiques appartenant à de nombreuses disciplines qui a été constitué en 1988 sous l'impulsion du G7, réunion des pays les plus riches. Son rôle est d'expertiser tout ce qui est publié concernant le changement climatique provoqué par l'Homme. Le GIEC publie des rapports réguliers (2001, 2007, 2013). Ils sont de plus en plus alarmants sur l'évolution du climat et une action planétaire rapide et de grande envergure serait indispensable pour garder une élévation de température « tolérable » à la fin du siècle… Aura-t-elle lieu ?