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Électricité : Partie 9 – Énergie durable – Le pont de diffusion

Électricité : Partie 9 – Énergie durable – Le pont de diffusion

Le radiodiffuseur dépend totalement de l’électricité dans tous les aspects de la capture, de la production et de la transmission du son et des images et ceux-ci ne peuvent être reçus que sur des appareils alimentés électriquement. L’inquiétude quant à la provenance de cette énergie électrique et à la continuité de l’approvisionnement devrait naturellement être assez élevée.

Pendant de nombreuses années, la fiabilité de l’approvisionnement en électricité s’est accrue et a atteint un niveau où elle était essentiellement tenue pour acquise. À l’ère technologique, de nouvelles découvertes scientifiques sont régulièrement apparues et des technologies ont été développées pour les transformer en produits utiles.

Il y avait aussi d’autres types de découvertes scientifiques, y compris une prise de conscience croissante que certains aspects de l’activité humaine étaient en fait nocifs, ce qui a conduit à se préoccuper de l’environnement. Au fur et à mesure que la science était mieux comprise, les performances des produits se sont améliorées. Certains pensaient que ce processus n’en finirait pas et qu’à chaque fois qu’un problème surgissait, quelqu’un inventait quelque chose pour le résoudre, une sorte de solution miracle.

À une certaine époque, des parties de la Terre étaient inconnues et il y avait des gens appelés explorateurs qui se sont mis à regarder ces endroits et il y a eu de nouvelles et remarquables découvertes. Mais la Terre est finie et il n’y a désormais aucune partie de sa surface qui n’ait été visitée, photographiée, cartographiée et dont les ressources ne soient pas connues. Il n’y a plus d’explorateurs et le mont Everest est un dépotoir.

À l’autre extrémité de l’échelle, la science a découvert que les éléments occupaient un tableau périodique et que de nouveaux éléments ont été trouvés, leurs caractéristiques ont été notées. Lorsqu’un élément intéressant émergeait, une technologie surgissait pour l’exploiter. Les semi-conducteurs, les lasers, les supports d’enregistrement, les aimants, les panneaux solaires, etc. en sont tous issus. Mais, comme l’exploration de la Terre, tous les éléments stables ont finalement été trouvés et il n’y en a plus. Il n’y aurait pas d’autres technologies basées sur des éléments nouvellement découverts.

Les métaux sont bien sûr intéressants car ils conduisent l’électricité et peuvent être utilisés pour fabriquer des batteries. Pour les applications mobiles, nous voulons les batteries les plus légères possibles, mais nous utilisons déjà le lithium, le métal le plus léger du tableau périodique, et aucun métal plus léger n’existe ou ne pourrait exister. Cela signifie que les performances de la batterie ne devraient pas augmenter de manière spectaculaire et que les progrès seront incrémentiels. En d’autres termes, nous sommes plus ou moins coincés avec les batteries telles qu’elles le sont actuellement ; bien loin de ce que nous voudrions.

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Au fur et à mesure que la science progressait, elle expliquait davantage et prédisait les limites de performance qui étaient fondamentales. Au fur et à mesure que la technologie progressait, elle se heurtait à ces limites. L’une des premières était les lois de la thermodynamique qui fixaient des limites à l’efficacité des moteurs thermiques. Ceux-ci seraient presque atteints, puis des rendements décroissants s’installeraient et il n’y aurait aucune perspective d’avancées spectaculaires.

La théorie de l’information nous a indiqué les limites de la théorie du codage qui ont essentiellement été atteintes avec les équipements modernes d’enregistrement et de communication. Les schémas de modulation d’aujourd’hui sont à peu près aussi bons qu’ils le seront. Les codes de correction d’erreur fonctionnent désormais à la limite fixée par Shannon. Les codecs de compression ont fait tous les grands pas et les améliorations sont désormais progressives.

L’hydrodynamique a expliqué la fabrication des vagues des navires et pourquoi la vitesse élevée n’est tout simplement pas viable. L’aérodynamique a fait de même pour les avions et explique pourquoi les avions de ligne doivent rester subsoniques pour être viables.

Tout ce qui précède explique que nous vivons dans une nouvelle ère où nous ne pouvons plus nous attendre à ce que la science et la technologie nous sortent des trous que nous avons creusés. Les balles en argent ont été tirées et nous devons travailler avec ce que nous avons.

Il est extrêmement important de comprendre que l’électricité n’est pas une source d’énergie. L’électricité permet simplement à l’énergie existante d’être envoyée d’un endroit à un autre. À cet égard, un système électrique n’est pas différent de la chaîne d’un vélo. Il transmet la puissance des pédales au volant. S’il n’y a pas de puissance fournie aux pédales, aucune puissance n’arrive au volant. L’électricité n’est pas un combustible et n’est pas consommée.

Au point où l’énergie électrique est utilisée, généralement convertie en chaleur après avoir fait quelque chose d’utile, les émissions sont négligeables. Mais cela ne veut rien dire, car l’énergie électrique doit avoir été générée ailleurs, et ce processus aurait entraîné des émissions. Ce sont ces émissions que nous devons examiner. Et quand nous regardons, nous devons regarder l’ensemble du tableau et non une vue simpliste.

Les principales sources de production d’électricité sont l’énergie solaire, éolienne, hydraulique/marémotrice, nucléaire et thermique. La figure 1 montre que les critères selon lesquels nous jugeons les sources d’énergie incluent la disponibilité, la durabilité, le carbone intégré de la construction, les émissions de carbone en cours d’utilisation, les polluants libérés en cours d’utilisation (le dioxyde de carbone n’est pas un polluant) et la difficulté de démantèlement. L’ampleur même de la consommation d’énergie et les énormes sommes d’argent impliquées signifient que le sujet est indissociable de la politique, du lobbying intense et de la corruption.

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Les énergies solaire et éolienne produisent relativement peu de carbone intégré et pratiquement aucun carbone utilisé. Le fait que les installations soient largement distribuées rapproche la production des charges et réduit les contraintes sur la distribution du réseau. Cependant, l’énergie solaire et éolienne est peu disponible. Ils produisent de l’énergie quand ils le peuvent plutôt que quand c’est nécessaire. L’énergie solaire est particulièrement contraire dans de nombreux pays, car elle fournit le moins d’énergie la nuit et en hiver, lorsque la demande de lumière et de chaleur est la plus élevée. L’énergie solaire est idéale pour alimenter les climatiseurs car la puissance disponible correspond parfaitement à la charge thermique. L’énergie éolienne est aussi capricieuse que la météo, mais dans un grand pays où les moulins à vent sont largement répandus, ils peuvent ne pas tous finir par s’apaiser en même temps. La localisation des fermes solaires dans les déserts est une stratégie viable pour maximiser le rendement des conditions météorologiques dominantes. Le partage du pouvoir entre les pays peut également aider.

L’énergie hydroélectrique utilise l’énergie potentielle de l’eau de pluie tombant sur les hauteurs lors de son retour au niveau de la mer. Le carbone embarqué impliqué dans la construction des barrages est grave en raison des quantités massives de béton nécessaires, mais les barrages eux-mêmes durent extrêmement longtemps et les équipements de production peuvent être remplacés lorsqu’ils s’usent, généralement par des unités plus efficaces. La disponibilité de l’hydroélectricité est purement fonction de la présence d’eau au niveau de l’entrée. Cela dépend à son tour des régimes de précipitations et de la gestion de l’eau.

Une bonne gestion de l’eau amène le stockage au niveau de l’entrée à sa pleine capacité au début de l’hiver. Les précipitations réduisent la vitesse à laquelle le stockage diminue et la fonte des neiges, qui survient plus tard, ajoute plus d’eau au stockage. À court terme, l’hydroélectricité peut remplacer l’énergie solaire ou éolienne. Cependant, la plupart des sites du monde adaptés aux grandes installations hydroélectriques ont déjà été occupés, de sorte que l’expansion future est limitée.

L’énergie marémotrice est un parent de l’hydroélectricité car elle fonctionne à partir des changements du niveau de la mer ou des courants induits par les marées. Comme l’énergie solaire, elle est cyclique et n’est pas constamment disponible.

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L’énergie des vagues n’a pas encore réussi, peut-être parce que l’environnement dans lequel l’équipement doit fonctionner est extrêmement hostile.

L’énergie thermique reste la principale source d’électricité. Une sorte de carburant est brûlé pour créer une différence de température qui peut entraîner un moteur thermique qui entraîne ensuite un générateur. Le moteur thermique peut être une turbine à vapeur, une turbine à gaz ou un moteur à pistons. Le carburant aura généralement une teneur en carbone et brûlera pour produire du dioxyde de carbone ainsi que divers polluants. Le charbon et le pétrole sont pires à cet égard, tandis que le gaz contient plus d’hydrogène et moins de carbone et brûle donc avec un niveau inférieur de dioxyde de carbone et de polluants. Inutile de dire qu’aucun de ces combustibles fossiles n’est durable.

Le charbon et le pétrole sont facilement stockés contre les intempéries ou les difficultés d’approvisionnement. Le stockage du gaz est possible mais plus difficile.

Enfin, on peut considérer l’énergie nucléaire. Bien qu’un combustible soit utilisé, ce n’est pas un combustible et aucun dioxyde de carbone n’est créé en cours de fonctionnement. Au lieu de cela, l’énergie provient de la destruction de la masse selon la célèbre équation d’Einstein. L’énergie nucléaire est hautement disponible et la quantité d’énergie générée est simplement contrôlée en modérant le processus de désintégration du combustible. À cet égard, l’énergie nucléaire est comme l’hydroélectricité où le lac d’entrée est toujours plein.

Si l’objectif est de produire de l’électricité avec un minimum de dioxyde de carbone, l’utilisation de l’énergie nucléaire pour compléter ce qui est disponible à partir de l’énergie solaire et éolienne est probablement actuellement la meilleure option. Malheureusement, la construction de centrales nucléaires est un processus de longue haleine et la construction de nombres appropriés n’a pas commencé. Cela signifie que les objectifs de décarbonisation de l’électricité ne seront tout simplement pas atteints et que l’électricité continuera à provenir de combustibles fossiles, de préférence du gaz.

Il est assez facile de déterminer la quantité de carburant fossile utilisée par les véhicules dans un pays donné, et un calcul sur le dos de la serviette montre la quantité d’énergie électrique nécessaire pour le remplacer. Mais si cette électricité provient de la combustion de combustibles fossiles dans les centrales électriques pour libérer du dioxyde de carbone et des polluants plutôt que dans les véhicules eux-mêmes, à quoi cela servirait-il ?

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