Dominique Meeùs
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Le rayonnement lumineux du soleil chauffe l’atmosphère et le sol les gens qui se trouvent au soleil, les maisons… On peut transformer systématiquement ce rayonnement en chaleur,
(Autre chose est que le rayonnement lumineux peut arracher des électrons à certains matériaux :c’est le photovoltaïque.)
La fission transforme un pour mille de la matière en énergie.
L’énergie obtenue est de l’ordre d’au moins dix millions de fois plus 22 par unité de masse mise en œuvre que dans le cas de la combustion.
L’énergie obtenue est l’énergie cinétique des produits de fission et des rayons gamma. Dans un réacteur, cette énergie cinétique est transformée en chaleur en excitant les molécules du fluide (eau…) remplissant le réacteur. En situation industrielle, le facteur de différence serait plutôt de l’ordre du million 23. Comme la masse transformée en énergie est, même ici, relativement petite, et que donc tout est déchet, on aurait dans la fission de l’ordre d’un million de fois moins de pollution en poids que dans la combustion.
Il s’agit essentiellement de l’oxydation du carbone, de l’hydrogène ou de la combinaison des deux : les hydrocarbures. Ces réactions sont exothermiques. Voir par exemple Heat of combustion.
La réaction est C + O₂ → CO₂
En poids atomique : 12 + 32 → 44
Quand on brûle un milliard de tonnes24 de carbone (comme du charbon)25, on produit essentiellement un peu plus de trois milliards et demi de tonnes de pollution ; en fait tout est pollution, sauf un tiers de milligramme de cette masse transformée en énergie26.
Combustion 27 : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
En poids atomique : (12 + 4) + (2 × 32) → (12 + 32) + 2 × (2 + 16)
Chaque milliard de tonnes de gaz brûlé entraîne donc le rejet de 2,75 milliards de tonnes de CO₂ et de 2,25 milliards de tonnes de vapeur d’eau.
2 H2 (gaz) + O2 (gaz) → 2 H2O (liquide) + 572 kJ (286 kJ/mol)
Le mélange d’air et d’hydrogène est explosif. Très claires, les flammes sont peu visibles.
La chaleur se communique d’un corps à un autre par rayonnement ou par contact. Un fer chauffé au rouge rayonne (on sent la chaleur à distance sur la peau) ; plongé dans l’eau, il réchauffe celle-ci. La chaleur d’un gaz (l’énergie cinétique de ses molécules agitées) se communique par contact à un corps moins chaud. Par exemple l’air de la chambre chauffée communique sa chaleur par contact à la vitre froide. La vitre froide communique cette chaleur à l’air extérieur plus froid.
La chaleur ne se communique que d’un corps plus chaud à un corps plus froid. On peut cependant tricher là-dessus en comprimant et en détendant un gaz (opération qui comporte elle-même une dépense d’énergie). C’est le principe des frigos électriques à compresseur et des pompes à chaleur. Le gaz comprimé se trouve à température plus élevée, ce qui lui permet de transmettre des calories au milieu ambiant. Détendu, il se retrouve plus froid, ce qui lui permet de recevoir des calories (du frigo ou du sous-sol).
On cuisine au bois dans les pays pauvres (problème de déboisement). On cuisine au gaz ou à l’électricité ailleurs. Charbon ? Il y a quelques expériences de cuisine par concentration de rayons solaires.
Chauffage domestique par bois, charbon, pétrole, gaz, électricité… Aussi panneaux solaires à eau chaude, ou eau très chaude par du solaire concentré.
Chauffage de grands bâtiments ou chauffage urbain par eau chaude ou vapeur récupérées de processus à température de sortie récupérable, comme les centrales thermiques.
Les Russes font du chauffage urbain nucléaire en cogénération (http://www.world-nuclear.org/info/inf45.html#Present_nuclear_capacity_ chercher « district » ou « heating »).
Le dessalement (desalination ou desalinisation, ontzilting) peut se faire par distillation à partir d’une source de chaleur (éventuellement en cogénération). On utilise des réacteurs nucléaires comme source de chaleur pour dessaler en Inde, au Japon, en Russie, sur les porte-avions (http://en.wikipedia.org/wiki/Desalination#Cogeneration), ainsi qu’en Californie.
De nombreux processus demandent de la chaleur. On peut aussi utiliser des réacteurs nucléaires, comme en chauffage urbain (www.ecolo.org/documents/documents_in_english/cogeneration-nuc-csik-07.html).
Dans la formation de CO2, il y a une perte (libération) d’énergie de − 393,5 kJ/mol. Ce gaz pèse 0, 04401 kg/mol, ce qui fait une perte de 8 940,15 kJ/kg. Un Joule c’est 1 kg×m²/s². La masse transformée en énergie (m = E/c²), la vitesse de la lumière étant de 299 792 458 m/s, fait 9,5 × 10−11, en gros 10−10 fois la matière mise en œuvre dans cette réaction.
Pour une tonne de charbon (assimilé à du carbone), soit 3,666… tonnes de matières, la perte de matière transformée en énergie est de 0,000 365 g, un bon tiers de milligramme . On ne peut s’empêcher de penser que c’est remuer beaucoup de tonnes pour peu de chose.
Ceci, c’est pour donner l’ordre de grandeur. Le combustible est rarement du carbone pur. La combustion du méthane (gaz naturel) est deux fois plus énergétique.