Dominique Meeùs
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Table of contents
L’aspect quantitatif est discuté dans un article séparé sur les quantités d’énergie.
Deux sources d’énergie se distinguent comme ayant pour origine la Terre elle-même : la géothermie (essentiellement énergie de fission nucléaire naturelle) et la fission nucléaire (industrielle). Toutes les autres nous viennent du Soleil (énergie de fusion nucléaire). Par comparaison à l'énergie reçue du Soleil, la géothermie est absolument négligeable.
La Terre est chaude en profondeur. La chaleur de la Terre est environ pour moitié la chaleur résiduelle (et de mouvement de marée) et pour moitié due à la désintégration de noyaux atomiques fissiles. (La proportion de chaleur nucléaire peut être plus grande pour la chaleur à proximité de la surface, loin du magma central.) On peut en extraire de la chaleur. Cela se fait à trois niveaux de températures, ce qui correspond à des forages plus ou moins profonds (la profondeur dépendant aussi de particularités locales de la croûte terrestre). On utilise des sources chaudes, ou on pompe l’eau d’une poche chaude ou on fait passer de l’eau dans des roches chaudes perméables ou fracturées dans ce but.
À faible profondeur, température inférieure à celle du milieu qu’on veut chauffer, il faut utiliser une pompe à chaleur pour élever la température et permettre la transmission de chaleur.
À profondeur moyenne, l’eau, à des températures de 50 à un peu plus de 100 °C, peut servir directement au chauffage.
À plus grande profondeur encore, l’eau, à des températures nettement supérieures à 100 °C, se vaporise et peut actionner des turbines à vapeur (par exemple pour entraîner des génératrices électriques). On peut encore chauffer ensuite avec la chaleur résiduelle.
La géothermie est renouvelable en principe : en quantité et en durée, elle dépasse toute espérance humaine. Elle est le plus souvent non renouvelable en pratique : nous prélevons la chaleur plus vite qu’elle ne se renouvelle (MacKay 2008):96. Cependant, une analyse de Rybach 2007 montre que le refroidissement du lieu de prélèvement crée un gradient à partir des environs, qui stabilise l’installation à un niveau plus bas. Cela vaut pour un prélèvement isolé. Je suppose que si on prélevait sur une grande surface, on buterait sur la limitation indiquée par MacKay. Cette question n’est pas abordée par Rybach.
Les eaux circulant dans le sol sont plus ou moins chargées en boues. Ce sont des déchets très légèrement radioactifs. On appelle NORM les Naturally Occurring Radioactive Materials, en dehors de toute intervention humaine et TENORM les Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, c'est-à-dire les NORM dégagés de leur environnement naturel, concentrés et rapprochés de nous par une activité humaine. Chercher TENORM en relation avec la géothermie.
Quantité phénoménale d’énergie de rayonnement fournie en permanence par le Soleil, notre grande centrale de fusion nucléaire gratuite, sans entretien ni réparations et garantie pour longtemps. Comme on l’a dit, c’est la source directe ou indirecte de toutes les sources d’énergie, sauf celles qui viennent de la Terre. Nous en avons en gros trois utilisations directes :
C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire. Des écarts de température et donc de densité dans l’atmosphère provoquent le déplacement de grandes masses d’air. Voir article séparé sur la capture d’énergie éolienne.
C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire. La vie utilise différents matériaux de construction dont le carbone. Elle tire l’énergie nécessaire de transformations chimiques et de rayonnement solaire.
On a toujours brûlé du bois. Actuellement on transforme aussi la biomasse en gaz ou en liquide (pouvant servir de carburant pour véhicules terrestres et avions). Il peut s’agir de déchet d’activités existantes (scierie, menuiserie) ou de cultures spécifiques pour la biomasse.
Cette source d’énergie « renouvelable » est en fait une production humaine coûteuse en eau douce, en terre arable, en énergie, en travail… ; elle est en concurrence avec l’alimentation. Quant à son bilan CO2, il n’est pas clair.
C’est une conséquence indirecte du rayonnement solaire (évaporation de l’eau).
Les pluies déposent de l’eau en hauteur et on peut, en profitant de différences de hauteur, transformer cette énergie potentielle en énergie cinétique pour faire tourner des turbines.
On peut utiliser aussi directement l’énergie cinétique des rivières. C’est ce qu’on faisait avec certains moulins à eau.
Énergie cinétique. Il y a le mouvement régulier des marées (effet de la gravitation solaire et lunaire) et le mouvement des vagues (effet du vent, et donc du rayonnement solaire).
Dans la relativité restreinte d’Einstein, la masse est liée à l’énergie par la relation qu’on peut écrire m = E/c² (ce qui a l’avantage de mettre en évidence la dépendance de la matière). Un certain nombre de processus physiques (dont certaines fusions ou fissions nucléaires) ou chimiques (comme la combustion) s’accompagnent d’une perte de matièreDans d’autres processus, il y a gain de matière, et donc consommation d’énergie., d’où une production d’énergie.
Dans les réactions nucléaires (au niveau du noyau de l’atome) de fusion ou de fission, une très petite partie de la matière est transformée en d’énormes quantités d’énergie sous forme de chaleur.
Dans des réactions chimiques (entre atomes au niveau moléculaire), dont la combustion, une infime partie seulement de la matière mise en œuvre est transformée, mais en mettant en œuvre de grandes quantités de réactifs, on obtient quand même pas mal d’énergie sous forme de chaleur. Dans la combustion, l’énergie de déficit de masse est transformée en radiation et en énergie cinétique des gaz de combustion. Les réactifs ne sont pas généralement pas récupérés, mais polluent l’atmosphère.
L’énergie de la combustion peut être communiquée comme chaleur à un fluide caloriporteur, comme dans une chaudière de chauffage central ou récupérée sous sa forme cinétique en mouvement mécanique rotatif, en frappant les ailettes d’une turbine, ou par réaction, comme dans un réacteur d’avion.
Il s’agit de biomasse fossilisée : gaz, pétrole, charbon, dont les réserves diminuent. On en tire par combustion de la chaleur ou de l’énergie cinétique (par expansion, dans des turbines ou des moteurs à explosion).
Il s’agit essentiellement de méthane CH₄. On le trouve sous pression dans des poches géologiques d’où on le libère par forage.
Le gaz « non conventionnel » est le même dans des situations géologiques non classiques, moins favorables.
Le charbon peut être préalablement liquéfié ou gazéifié ce qui permet d’autres formes de transport, de stockage et d’utilisation que sous forme solide. (Le charbon sert aussi à autre chose que seulement l’énergie thermique dans des processus industriels, comme la réduction des oxydes de fer, où il joue un rôle à la fois thermique et chimique.)
(Le pétrole sert par ailleurs de matière première en pétrochimie.)
Héritage de la formation de la planète. Malgré leur dégradation naturelle depuis quatre milliards d’années, il reste des fractions plus actives comme ²³⁵U. Leur fission dégage de la chaleur. Dans les surgénérateurs, on peut transmuter des matériaux peu actifs en nouveaux matériaux fissiles, ce qui multiplie cette ressource et recule son épuisement à un horizon très lointain.
L’hydrogène est une source d’énergie dans les étoiles, par fusion nucléaire. On étudie la possibilité de domestiquer l’énergie de fusion (sur d’autres atomes que l’hydrogène). C’est une perspective trop lointaine pour intervenir dans les réflexions sur l’environnement à court ou à moyen terme.
L’électricité n’est pas une source d’énergie primaire pour nous. On la produit à partir de diverses autres formes d’énergie.
Brian Wang a cherché en 2011 à compiler le nombre de morts causés par les diverses industries de l’énergie en général, et en production d’électricité en particulier. Il a revu ses estimations par la suite en les confrontant à des sources diverses et en tenant compte de certaines critiques, mais on ne peut en rester à un seul avis et il serait intéressant de trouver encore d’autres travaux du même genre. De sa page nextbigfuture.com/2011/03/deaths-per-twh-by-energy-source.html consultée le mercredi 29 janvier 2014, je tire le tableau ci-dessous. Comme le plus petit nombre de morts est de 0,04 ou 1/25 par TWh, j’ai ajouté une colonne, que je trouve plus lisible, en morts par 25 TWh.
| Type | Type | Morts par TWh |
Morts pour 25 TWh |
Comments |
| Charbon, monde tous usages | Coal (elect, heat, cook) – world avg | 100 | 2 500 | 26 % of world energy |
| Charbon, électricité monde | Coal electricity – world avg | 60 | 1 500 | 50 % of world electricity |
| Charbon, Chine tous usages | Coal (elect, heat, cook) – China | 170 | 4 250 | |
| Charbon, électricité Chine | Coal electricity – China | 90 | 2 250 | |
| Charbon, USA | Coal – USA | 15 | 375 | |
| Pétrole | Oil | 36 | 900 | 36 % of world energy |
| Gaz naturel | Natural Gas | 4 | 100 | 21 % of world energy |
| Biomasse | Biofuel/Biomass | 12 | 300 | |
| Tourbe | Peat | 12 | 300 | |
| Solaire sur toiture | Solar (rooftop) | 0,44 | 11 | less than 0.1 % of world energy |
| Éolien | Wind | 0,15 | 3,75 | less than 1% of world energy |
| Hydro, monde (accident de Banqiao compris) |
Hydro — world (including Banqiao) |
1,40 | 35 | 171 000 Banqiao dead about 2 500 TWh/yr 2.2 % of world energy |
| Hydro, Europe | Hydro Europe death rate | 0,10 | 2,5 | |
| Nucléaire | Nuclear | 0,04 | 1 | 5.9 % of world energy |
Depuis, Wang a encore actualisé et j’ai trouvé d’autres études, comme Ritchie 2017, qui utilise des chiffres de Markandya & Wilkinson 2007. Il doit y en avoir d’autres, mais pas beaucoup. Il est étonnant qu’il n’y en ait pas plus.
Je reprends ces diverses sources dans le tableau ci-dessous, pour l’électricité. Depuis 2011, Brian Wang a fortement augmenté le nombre de morts en attachant plus d’importance à la pollution générale, en particulier par les particules fines. Ces morts indirectes (pollution générale, cancers à long terme…) représentent aussi la plus grande part dans les estimations de Markandya et Wilkinson.
| Type | World | Europe |
| Lignite | — | 818,00 |
| Coal | 6 100,00 | 616,00 |
| Gas | 500,00 | 71,00 |
| Oil | 1 300,00 | 461,00 |
| Biomass | 1 250,00 | 116,00 |
| Hydro | 25,00 | — |
| Wind | 3,75 | — |
| Solar (rooftop) | 2,50 | — |
| Nuclear | 1,00 | 1,85 |
| all | 1 175,00 | — |
Attention, ce que je reprends chez Markandya et Wilkinson concerne l’Europe ; chez Wang, c’est le monde, d’où de grandes différences, pour le charbon en particulier. De toute manière, la conclusion est la même : toutes les industries sont dangereuses ; l’industrie nucléaire civile est parmi celles qui le sont moins. En production d’électricité, l’industrie nucléaire est la moins dangereuse de toutes.