De nombreuses blagues sont racontées sur les ingénieurs, certaines plus performantes, d’autres moins. Récemment, j’ai lire une de ces blagues, qui m’a donné l’idée de mon intervention d’aujourd’hui.
Constantin CranganuPhoto: Hot news
Un professeur de génie électrique parlait aux étudiants des différences entre les ingénieurs et les universitaires, expliquant que :
Les ingénieurs et les universitaires veulent comprendre le monde et résoudre des problèmes. Les ingénieurs s’inquiètent du coût de quelque chose. Les étudiants du Collège ne s’inquiètent pas des coûts; ils veulent juste connaître la vérité. Par conséquent, la différence entre un ingénieur et un universitaire est que l’ingénieur a au moins un iota de bon sens.
En analysant mieux le contenu de cette différence, nous pourrons observer, par exemple, que dans le cas des systèmes d’alimentation en énergie, cette “goutte de bon sens” devient extrêmement visible et importante. Les universitaires théoriques (chercheurs, enseignants, universitaires) peuvent aborder le réseau énergétique avec un certain détachement, mais les ingénieurs en exercice doivent le faire fonctionner 24 heures sur 24. Les ingénieurs en résolution de problèmes sont directement impliqués dans l’activité et sont généralement confrontés aux conséquences d’erreurs et de lacunes technologiques et humaines, tandis que les universitaires et, malheureusement, de nombreux décideurs politiques sont plus isolés et à l’abri des conséquences désagréables. Cette différence était impeccablement marquée par Thomas Sowel: Il est difficile d’imaginer une façon plus stupide ou dangereuse de prendre des décisions que de mettre ces décisions entre les mains de personnes qui ne paient pas de prix lorsqu’elles se trompent.
Étant moi-même ingénieur hybride devenu professeur d’université, j’ai trouvé que la blague avait un grain de vérité lorsque les deux catégories de spécialistes discutent du remplacement des transports classiques basés sur les énergies fossiles par d’autres fonctionnant à l’électricité, de préférence “verte”. Les causes du remplacement ont été exposées par des scientifiques universitaires : les émissions de CO2 et d’autres gaz affectent la température globale et la qualité de l’air dans les zones à fort trafic.
Les ingénieurs ne contestent pas la vérité des théoriciens universitaires. Ils doivent trouver les solutions pratiques nécessaires pour que les transports terrestres, aériens et maritimes des prochaines années utilisent l’électricité au lieu de l’essence, du diesel, du kérosène ou du mazout comme source d’énergie. Et voici un problème que je vais illustrer en utilisant des données américaines publiées. Dans la mesure où il existe des données comparables en Roumanie également, la résolution du problème peut également être abordée là-bas.
L’électrification des transports est perçue par les universitaires américains comme une avalanche universelle et impérative pour réduire les émissions de CO2. Mais si nous convertissons tout le parc automobile en voitures électriques, d’où viendra l’électricité nécessaire ? Telle est la question.
En 2022, selon Agence Reutersles véhicules électriques en Amérique représentaient une infime fraction – moins de 1 % du total de 250 millions voitures, VUS et camionnettes. Mais la situation va changer radicalement, si l’on en croit ce qu’il a publié Ee le journal Wall Street au 1er janvier 2023 : Le passage aux véhicules électriques déclenche le plus grand boom de la construction d’usines automobiles depuis des décennies:
Jusqu’en novembre, environ 33 milliards de dollars avaient été promis aux États-Unis pour de nouveaux investissements dans les usines automobiles, y compris de l’argent pour construire de nouvelles usines d’assemblage et des installations de fabrication de batteries, selon le Center for Automotive Research, une organisation à but non lucratif basée dans le Michigan.
…
Selon le cabinet de conseil AlixPartners, l’industrie automobile mondiale prévoit de dépenser un total de 526 milliards de dollars en véhicules électriques d’ici 2026.
Les grands constructeurs automobiles ont montré leur confiance dans l’avenir électrique de leurs produits. Par exemple, Moteurs généraux déclare avec éloquence que le changement climatique est réel et nous voulons faire partie de la solution en mettant tout le monde dans un véhicule électrique (jusqu’en 2035). Et Gué plus: Nous dirigerons la transition de l’Amérique vers les véhicules électriques (50% d’ici 2030).
A propos des véhicules électriques purs, hybrides ou rechargeables (EV), j’ai écrit plusieurs articles sur cette plateforme : La voiture électrique = la voiture du futur ? Avantages et inconvénients, Les véhicules électriques et leur dépendance aux Big Oil, Tesla altruiste contre. Tesla Egoist et la parabole du bon samaritain, Le passage aux énergies 100% “vertes” – un exercice de pensée magique. Avons-nous besoin d’évolution ou de révolution ?. Nous avons analysé leurs avantages et leurs inconvénients, principalement du point de vue des nombreux types de minéraux et d’activités minières nécessaires pour extraire les métaux et les non-métaux qui composent la batterie – un véritable talon d’Achille pour l’électricité “verte” ou “renouvelable” (Stockage des énergies « vertes », talon d’Achille des politiques Net Zero)
J’ai mis “vert” et “renouvelable” entre guillemets parce que ni l’énergie solaire ni l’énergie éolienne ne sont réellement vertes et renouvelables. Le carburant qu’ils utilisent, le soleil et le vent, est vert et renouvelable, mais les systèmes solaires et éoliens dans leur construction et leur impact environnemental ne sont ni verts ni renouvelables.
Laissons de côté la question des batteries (des centaines de millions !) qu’il faudra fabriquer pour les VE du “futur zéro émission” et essayons d’estimer la quantité d’électricité “verte” nécessaire pour alimenter ces voitures.
Je commencerai par un graphique publié par l’Energy Information Administration (EIA) qui montre la répartition de l’énergie totale aux États-Unis en 2021 par sources de production et secteurs de consommation (Fig. 1). Aucun graphique similaire n’a été publié pour 2022.
Certains chiffres clés à partir de ce graphique, il convient de souligner:
– En 2021, les États-Unis ont consommé 73,5 quadrillions de Btu (21 541 TWh) d’énergie totale.
– De ce montant, 12,9 quadrillions de Btu (3 781 TWh) étaient de l’électricité, soit 17,6 % de la consommation totale.
– La quasi-totalité de l’électricité a été consommée dans les secteurs industriel, résidentiel et commercial. Les transports utilisaient très peu d’électricité (moins de 1 %).
– D’autre part, le secteur des transports a consommé 26,9 quadrillions de Btu (7 884 TWh) d’énergie non électrique. Ce chiffre représente 37% de la consommation totale d’énergie et plus du double l’électricité consommée dans tous les autres secteurs.
Étant donné que le secteur des transports comprend tous les véhicules terrestres, aériens et marins, et que l’électrification dans un proche avenir se limitera aux véhicules terrestres, il est nécessaire d’estimer la quantité d’énergie utilisée uniquement par les automobiles, les VUS et les camionnettes. Les trains et camions électriques ne sont pas envisagés pour l’instant.
Et document publié en 2021 par Laboratoire national d’Oak Ridge (une composante du ministère de l’Énergie) déclare : (1) Le pétrole représentait 90 % de la consommation d’énergie des transports aux États-Unis en 2020 et (2) Les voitures et les camions représentaient 62 % de la consommation de pétrole des États-Unis en 2018.
En l’absence de données plus récentes, supposons que ces pourcentages tiennent pour 2021. Un calcul simple montre que les voitures et les camions ont consommé 26,9 x 0,9 x 0,62 = 15,0 quadrillions de Btu (4 398 TWh) sous forme d’essence ou de diesel en 2021. Combustible fossile énergie consommée seulement pour le transport terrestre aux États-Unis a dépassé la quantité totale d’électricité produite en 2021.
Première conclusion préliminaire : Convertir toutes les voitures et tous les camions en véhicules électriques signifiera doubler le système national américain de production d’électricité, avec tout ce que cela signifie : sources “vertes”, lignes de transmission, stations-service.
Mais la situation présentée ci-dessus nécessite la prise en compte de facteurs supplémentaires, pour lesquels il n’existe pas de “données concrètes”, mais seulement quelques approximations :
– Les véhicules électriques ont une efficacité d’environ 85 à 90 % pour convertir l’énergie électrique en énergie de mouvement du véhicule. Les moteurs à combustion interne ont un rendement de seulement 15 à 25 %.
– Les batteries électriques subissent une perte d’environ 15% de l’énergie stockée pendant l’intervalle de charge-décharge.
– D’après le graphique de la Fig. 1, le rendement de la production d’électricité dans une centrale électrique est de 35 %, le reste étant des pertes diverses, dont celles des lignes de transmission.
Et maintenant, résolvons un problème arithmétique simple.
a) Un véhicule à combustion interne qui a 10 Btu (3 Wh) d’énergie dans le réservoir sous forme d’essence utilisera environ 2 Btu pour se déplacer.
b) Un véhicule électrique, utilisant les mêmes 10 Btu de carburant, aura 10 x 0,35 = 3,5 Btu d’énergie disponible, 3,5 Btu x 0,83 = 3,0 Btu d’électricité dans la batterie après pertes de charge/décharge et enfin 3,0 x 0,87 = 2,6 L’énergie Btu pour les voyages.
Il s’avère qu’un véhicule électrique peut rouler avec environ ¾ (2:2,6) du nombre de Btu consommés par un véhicule à combustion interne. Il s’ensuit également qu’au lieu de consommer 15 quadrillions de Btu par an pour le parc automobile américain contemporain, nous pourrions théorique réduisons cette quantité à 11,25 quadrillions de Btu pour produire 11,25 x 0,35 = 3,93 quadrillions de Btu (1 152 TWh) d’électricité pour le futur parc automobile.
La deuxième conclusion préliminaire : en revenant aux données de la Fig. 1, la production d’électricité en 2021 était de 12,9 quadrillions de Btu. Les 3,93 quadrillions de Btu d’énergie supplémentaire nécessaires pour un « avenir zéro émission » représenteraient un excédent d’environ 30,5 % par rapport à la capacité actuelle du système électrique américain à produire de l’électricité.
Quel plan énergétique existe actuellement au Département américain de l’énergie pour résoudre ce problème ? Une réponse possible peut être déduite de l’examen de la Fig. 2, un autre graphique produit par l’EIA, montrant les projections du gouvernement concernant l’augmentation de la capacité de production d’électricité jusqu’en 2050, lorsque la politique Net Zero sera mise en œuvre et marquera l’élimination (presque) totale des combustibles fossiles comme sources d’énergie.
Après la reprise post-pandémique de la production d’électricité, l’augmentation de la production jusqu’en 2050 est de 1 % pour les trois scénarios de croissance économique (élevée, faible, régulière. Il convient de noter immédiatement que ces augmentations couvrent également les secteurs industrie, population, commerce, pas seulement le transport. Et les nouvelles capacités utiliseront très probablement l’énergie éolienne et solaire, ce qui signifie que les batteries du parc automobile dans le “futur zéro émission” ne pourront pas se recharger à moins que le soleil ne brille dans le ciel ou le le vent ne souffle pas.
Et puis, d’où viendra le surplus de 30% d’électricité supplémentaire nécessaire pour électrifier tous les véhicules terrestres (aériens et navals non pris en compte) ? Et même si cette capacité de production supplémentaire est ajoutée, combien cela coûtera-t-il et qui paiera pour réélectrifier l’Amérique ?
Qui pourrait mieux répondre, des ingénieurs en exercice ou des universitaires théoriques ?
Nous avons trouvé une réponse possible dans la méta-étude Examen des analyses de systèmes d’énergie 100 % renouvelables – Une perspective bibliométrique, publié en novembre 2022. Les auteurs ont analysé bibliométriquement plus de 600 articles scientifiques dans lesquels les systèmes d’énergie 100 % renouvelables étaient discutés dans le contexte des préoccupations croissantes concernant le changement climatique et le réchauffement climatique causés par les activités humaines et l’utilisation des énergies fossiles. Ce que les auteurs ont noté, c’est une augmentation impressionnante du nombre d’universitaires et de publications universitaires liées à la transition net zéro. Parti de zéro vers 2010, il a atteint en 11 ans 1 400 auteurs universitaires, accumulant près de 36 000 citations de leurs articles.Lire l’intégralité de l’article et commenter sur Contributors.ro
