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L'énergie nucléaire
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Le 25 juin 2022, l'Académie du Morvan et le Parc Naturel Régional du Morvan (PNRM) organisaient une très interressante conférence-débat sur la transition énergétique.
Il n'a en effet échappé à personne que le monde rural, éleveurs, forestiers, voire retraités amoureux du Morvan ou vacanciers de passage étaient très concernés par ce sujet et avaient un rôle à jouer. Il s'agit de limiter l'effet de serre par une évolution des mentalités et des choix énergétiques opportuns.
Une analyse sur ces sujets a donc semblé utile sur ce site web qui se préoccupe de l'avenir de Montreuillon et que chacun en tire ensuite les conclusions pour son cas personnel.
En physique l'énergie désigne ce qui quantifie le changement d'état d'un système. Elle est régie par le premier principe de la thermodynamique : dans un système fermé la quantité d'énergie totale est constante.
Donc l'homme doit puiser dans l'existant s'il souhaite le transformer et il utilise pour cela des "convertisseurs" (machines).
En effet, avant la révolution industrielle, tout était renouvelable (EnR) : la force musculaire, la traction animale, le bois de chauffage, les moulins, les bateaux à voile.
Par la suite ont été inventées des machines convertissant les substrats fossiles, offrant une puissance considérable comparée à ce qui existait auparavent.
Le bois était utilisé jusqu'à la moitié du xixe siècle pour se chauffer mais aussi pour alimenter des forges et les premières machines à vapeur.
Il a été remplacé en partie par le charbon dont les 2/3 sont extraits pour produire de l'électricité. Le pétrole, découvert par la suite, est utilisé pour la mobilité. Puis vinrent le gaz et l'hydroélectricité et enfin l'énergie nucléaire et les diverses "énergies renouvelables" (EnR).
Le schéma ci-contre montre que les Trente Glorieuses doivent leur essort aux énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz).
Cependant, contrairement à ce que pensait J-B Say au xixe siècle 7, les énergies fossiles sont épuisables : les mines de charbon en France ont fermé en 1980, la production de gaz a atteint son optimum en 2005 et celle du gaz en 2008. Aujourd'hui il faut creuser toujours plus profondément, fracturer la roche mère pour extraire ces combustibles, comme le shale-gas, qui ont mis des millions d'années à se former. Pour combien de temps encore ?
Enfin il aura fallu des inondations catastrophiques, des tempêtes épouvantables et des canicules extraordinaires pour que les décideurs politiques prennent au sérieux les alertes des chercheurs : l'effet de serre n'est pas une simple théorie !
Toutes ces énergies carbonnées, en brûlant, s'oxydent et créent du CO2 qui s'accumule dans l'atmosphère persistant sur des échelles temporelles bien au-delà d'une vie humaine. La conséquence est un réchauffement climatique inéluctable de la planète avec toutes les graves implication que cela sous-tend.
Aujourd'hui, beaucoup de barrages ont été construits et peu de cours d'eau peuvent encore être aménagés. Sur l'Yonne, le barrage de Pannecière contribue à la production d'électricité aux heures de pointe. Toutefois, il semble difficile d'envisager la construction d'un autre barrage dans la région.
L'énergie nucléaire, actuellement la seule à même de rivaliser avec le charbon pour fournir une grande quantité d'électricité sans émettre de carbone, continue de se développer.
Les autres énergies renouvelables, comme le montre la figure ci-contre, peuvent être perçues comme marginales. Que ce soit le photovoltaïque ou l'éolien elles sont pour l'instant bien loin de pouvoir supplanter les énergies fossiles, qui représentent 75 à 80 % des sources énergétiques mondiales.
La France est un cas particulier : le 18 octobre 1945, le général de Gaulle créait le Commissariat à l'énergie atomique avec mission d'acquérir des connaissances sur l'énergie nucléaire dans les domaines de l'industrie, de la science et de la défense nationale.
Aujourd'hui dans ce pays, la part des énergies décarbonnées est de 71.7 % pour le nucléaire civil, 12.4 % pour l'hydraulique, 5.1 % pour l'éolien, 1.9 % pour le solaire, 1.8 % pour la bioénergie (déchets, bois, biogaz), contre 5.7 % de gaz, 1.1 % de charbon, et 0.4 % pour le pétrole. C'est un modèle unique, très différent de celui d'autres pays européens.
La deuxième figure montre l'évolution de la consommation des différents types d'énergies.
Alors que les décideurs se congratulent lors d'interminables conférences (influence des conférences COP sur le CO2), la quantité de CO2 augmente de façon linéaire dans l'atmosphère
Le grand public, quant à lui, est influencé par les discours écologistes politiques qui plaident pour l'abandon du nucléaire au profit des éoliennes et des panneaux solaires.
Cependant, ces deux sources d'énergie ne pèsent presque rien dans le mix énergétique actuel et ne sont pas aussi respectueuses de l'environnement qu'on pourrait le croire.
Pendant ce temps, entre 2000 et 2017, à l'échelle mondiale, la consommation de charbon a augmenté 15 fois plus que celle du solaire et 7 fois plus que l'éolien.
Pour le moment, les énergies fossiles ne semblent pas près d'être délaissées.
Il provient de la transformation sédimentaire (température, pression et oxydo-réduction) de la matière végétale sur une période de 350 millions d'années.
Au cours du Carbonifère, l'apparition des champignons Basidiomycètes capables, avec leurs enzymes de digérer la lignine du bois stoppa la formation du charbon.
C'est une énergie-fossile utilisée à hauteur de 66 % pour la fabrication d'électricité : elle est brûlée dans des centrales pour chauffer de l'eau qui fait tourner des turbines.
Par ailleurs, il est employé dans la sidérurgie, la carbochimie, et pendant longtemps il a été utilisé pour le chauffage des particuliers.
La combustion du charbon libère des oxydes de soufre et d'azote, du cadmium, de l'arsenic et du mercure. En France, environ 1200 décès prématurés seraient dus aux émanations des pays voisins.
Son arrivée sur le marché a provoqué la ruine des marchands de bois du Morvan, la fin du flottage et a contribué à la sauvegarde des forêts morvandelles !
Il représente 26.8 % des sources d'énergie utilisées actuellement dans le monde mais il est responsable de 44 % des émissions de CO2 dans l'atmosphère
Il est d'origine fossile tout comme le charbon. Il provient de la décomposition d'organismes marins (plancton) qui se sont accumulés dans les bassins sédimentaires et se sont retrouvés piégés dans les couches de roches.
50 % du pétrole est utilisé dans les transports (fioul, gazole, kérosène, essence, GPL), tandis que le "naphta" obtenu par raffinage est traité par la pétrochimie (plastiques, tissus synthétiques et caoutchouc).
Les fractions les plus lourdes sont utilisées pour fabriquer des bitumes et des lubrifiants.
Le transport est un point très sensible pour les économies modernes.
Autrefois, la polyculture et les "circuits-courts" étaient la règle. Aujourd'hui la monoculture est privilégiée pour des raisons économiques et les produits agricoles viennent des régions où ils ont été produits à moindre coût.
Ainsi s'il n'y a plus de transport, tous les magasins d'alimentation feraient faillite ! C'est la même chose pour les pièces détachées, les métaux rares, etc.
Le pétrole représente 30.9 % des sources d'énergie utilisées actuellement dans le monde (46.2 % en 1973) et il est responsable de 37 % du CO2 émis dans l'atmosphère.
Le gaz naturel est également un produit fossile essentiellement constitué de méthane (CH4).
L'industrie gazière rejette 20 % des émissions de méthane dans l'atmosphère, cependant ce gaz a un potentiel de réchaufement 25 fois supérieur au CO2.
Le gaz naturel se transporte beaucoup plus difficilement que le charbon ou le pétrole. Le transport par bateau exige une liquéfaction (sous forme de Gaz Naturel Liquéfié - GNL) et une conservation à -162°C. Bien que le procédé soit très coûteux, quand c'est possible, le transport se fait de préférence par gazoducs.
Le gaz naturel est la troisième source d'énergie primaire utilisée dans le monde et représente 23.2 % de la consommation mondiale. Sa consommation est en progression (+18 % en 2017). En effet l'Europe remplace de plus en plus les centrales au charbon par des centrales à gaz.
Le biogaz est issu du processus de méthanisation qui permet la valorisation des déchets agricoles, des boues d'épuration et des déchets ménagers.
Il peut complètement remplacer le gaz naturel dans tous ses usages et produit 10 fois moins de CO2 que le gaz naturel fossile. Il produit également un "digestat" qui est utilisable comme engrais.
Après épuration, le biogaz peut être utilisé en tant que biométhane pour les véhicules fonctionnant au gaz naturel (GNV) ou être injecté dans les circuits de gaz domestiques.
L'énergie hydraulique représente 15.6 % de la production mondiale d'électricité.
Elle est renouvelable, non carbonée, nécessite a un faible coût d'exploitation et permet la compensation des énergies intermittentes (éolien et solaire).
Le principe est simple et bien connu : de l'eau stockée derrière un barrage met en maerche en étant libérée des turbines qui produisent de l'électricité; elle actionnait déjà depuis 2000 ans les roues des moulins.
Elle peut bénéficier d'une hauteur d'eau importante ou être utilisée "au fil de l'eau" selon le débit attendu.
Les inconvénients sont liés aux impacts sociaux sur les populations déplacées, aux inondations de terres arables et à une perturbation importante des écosystèmes.
En France à Malpassé en 1959 plus de 400 personnes sont décédées et la vallée de Fréjus fut dévastée.
Depuis 1952 en Chine l'ingénieur Chen Xing alertait les autorités sur les failles de sécurité du barrage de Banqiao dans le Hénan. Il fut écarté des projets par le régime communiste qui ne tolérait pas la contestation, mais en août 1975 après un typhon particulièrement important l'ouvrage céda : 85 000 personnes moururent immédiatement, 1 145 000 autres à cause des famines, des maladies et des épidémies qui suivirent. Enfin 11 millions furent déplacées.
Aujourd'hui, le barrage de Vouglans dans le Jura est sérieusement remis en cause en raison des conséquences qu'engendrerait sa rupture.
En 1870 il existait 567 moulins à eau dans la Nièvre. A proximité de Montreuillon, hors le barrage de Pannecière qui s'est vu équipé d'une turbine Kaplan en 1952, il existait en 1859, le moulin de Chassy (doté de deux systèmes de meules pour les grains et un pour l'huile. Il est aujourd'hui transformé en micro-centrale électrique controlée par internet)
Quant aux moulins, du bourg, des Grands-Moulins et celui du Renard, ils furent transformés en habitations.
L'usine marémotrice de la Rance en France fut inaugurée par le Général de Gaulle en 1966.
A marée haute le niveau de l'eau de la rivière monte (entre 4 et 13.5 m) et actionne une turbine Kaplan . Celle-ci modifie son pas quand la marée s'inverse, l'eau de mer ainsi captée à laquelle s'ajoute l'eau de la rivière font tourner des turbines dans l'autre sens produisant encore de l'électricité.
L'usine produit entre 500 et 600 GWh par an
Les inconvénients d'un tel système sont essentiellement d'ordre écologique, perturbant les écosystèmes
Le Japon s'est intéressé dès 1945 à ce système . Il a été suivi par la Norvège et le Royaume-Uni.
Le principe est de laisser entrer les vagues dans un caisson immergé. L'air est repoussé et active des turbines.
Le Royaume‑Uni a été le premier à installer une usine opérationnelle au Nord de l'Ecosse en 1995, mais elle fut détruite pas un ouragan. Elle produisait 2 MWh. Elle est actuellement en reconstruction.
Les Britaniques travaillent depuis 2005 à placer des "hydroliennes" dans l'eau pour profiter de l'énergie cinétique des courants marins et la transformer en électricité.
Cependant, de nombreuses contraintes techniques, législatives et des coûts d'exploitation élevés freinent le développement de cette technologie.
D'un point de vue écologique, les hydroliennes modifient la sédimentation dans les fonds marins et perturbent la faune et la flore.
Cette énergie peut être créée là où les eaux ont plus de 22 °C de différence entre les couches de surface et celles qui sont en profondeur.
Rankine, un chercheur écossais du xixe siècle a mis au point une machine thermodynamique en cycle fermé qui porte son nom, Organic Rankine Cycle (ORC).
Le circuit primaire contient de l'Ammoniac (NH3) qui passe alternativement de l'état gazeux à l'état liquide.
L'eau de mer chaude (26 °C à 28 °C) est prélevée en surface et sert à faire passer de l'ammoniac à l'état vapeur, qui se détend dans une turbine. Celle-ci anime un générateur qui produit de l'électricité.
L'eau froide à 4 °C est puisée à 600‑1000 m dans les eaux profondes. Elle refroidit après passage dans la turbine, le gaz qui redevient liquide dans le condenseur. Et le cycle recommence 24 heures sur 24.
Deux centrales ETM de 16 MW/h seraient installées à l'Ile de la Réunion qui deviendrait alors énergétiquement indépendante.
L'énergie éolienne fut utilisée depuis les débuts de la marine à voile, dès le xvie siècle avant J-C. Très tôt des moulins à vent permirent de pomper l'eau ou de moudre du grain.
Les paysages bucoliques des Pays‑bas (Nederland) montrent des successions de moulins pompant l'eau des polders pour la renvoyer à la mer.
Une éolienne actuelle8 peut atteindre 160 m de haut. C'est un aérogénérateur qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique qui, aujourd'hui, fait fonctionner une turbine pour produire de l'électricité.
Les éoliennes sont reliées entre elles et connectées à un concentrateur qui alimente les clients.
Elle est exploitée quand le vent est supérieur à 18 km/h et ne l'est plus quand il est supérieur à 90 km/h et risquant d'emporter l'ouvrage.
La puissance moyenne qui est égale à la puissance installée x facteur de charge est en moyenne de 23 % ce qui ce qui représente un rendement très faible.
C'est une énergie qui n'est pas "pilotable" c'est à dire qu'en absence de vent il n'y a plus d'électricité. Il est donc indispensable de prévoir un dispositif alternatif de stockage (batteries) ou d'envisager un apport d'énergie carbonnée ou nucléaire.
La part de cette énergie dans le monde est de 5.9 %. Il y a en France en 2022, 8 400 éoliennes terrestres en fonctionnement, 3 500 de plus sont autorisées et en attente de construction et 2 600 en demande d'autorisation, en cours d'instruction.
Dans le Sud-Morvan il est prévu l'installation (d'éoliennes de dernière génération 
(3.6 Mo) (3.3 MW, 180 m de haut, un rotor de 120 m de diamètre); chaque tour balaie une surface verticale de 1.13 ha !
La filière reçoit 32 milliards de subventions. Il n'est peut-être pas aberrant de penser que des raisons idéologiques et électorales soient à prendre en compte.
En effet, l'éolien terrestre n'a pas bonne réputation. Un sondage d'OpinionWay réalisé en 2021 en Bourgogne-Franche Comté et en Morvan a conclu à un avis défavorable voire très défavorable de la population à la poursuite de leur installation.
Les principales critiques concernant ce type d'énergie sont le bruit, le paysage, la pollution et le lobbying :
Les pays du Nord de l'Europe sont très avancés en matière d'éolien en mer. Il faut considérer aussi que ces derniers ont bénéficié de conditions très favorables, des mers peu profondes et un vent fort et régulier.
La mer du Nord (représentant 63.3 % des parcs) et la mer Baltique (représentant 14.2 % des parcs) ont une profondeur moyenne de 22.4 m et une distance moyenne de la côte possible de 32.9 km.
Le premier parc a été installé au Danemark (site de Vindeby) en 1991, suivi par les Pays-Bas en 1994, la Suède en 1998, la Belgique en 2004, le Royaume Uni et l'Allemagne en 2000 et enfin la France qui a lancé son premier appel d'offre en 2011 ! En 2014 la capacité installée était de 29.6 TWh par an. 150 GW sont estimés en 2030 et 300 GW en 2050.
L'objectif français est d'atteindre une capacité installée d'éolien en mer à la fois fixe et flottant de 2.4 GW en 2023 et 5 GW en 2028
L'éolien en mer ne pose pas les problèmes des parcs installés sur terre et présentent d'autres avantages :
Les installations fixes sont pré-assemblées à terre et assemblées en mer grâce à des grues spéciales tandis que les flottantes sont entièrement assemblées dans les chantiers navals avant d'être remorquées et ancrées au fond marin. En Méditerranée où le plateau continental est très étroit seul ce dernier modèle est utilisable.
Le taux de retour énergétique (TRE)14pour l'éolien en mer est de 20: la production d'énergie est 20 fois supérieure à celle consommée pour la construction et le démantèlement.
C'est une énergie non pilotable : en l'absence de vent il n'y a pas d'électricité ! Une solution consiste en une compensation par une énergie décarbonnée pilotable (comme le nucléaire ou l'hydraulique) ou l'interconnexion des réseaux éoliens pour un "foisonnement". (quand il n'y a pas de vent en mer du Nord, il peut y en avoir en Méditerranée ou en Atlantique !)
L'installation des parcs en mer rencontre l'hostilité des pêcheurs qui devront modifier leurs lieux de pêche et peut être même leurs méthodes de travail. D'autres changeront de métier. Les professionels des pays du Nord se sont adaptés, espérons qu'en France, les discussions sociales aboutiront à un juste partage des resources.
Enfin une question non résolue est l'action de ces gigantesques hélices sur les oiseaux migrateurs quand un parc est installé sur leur passage. Une solution potentielle serait d'arrêter automatiquement les rotors à l'approche d'un groupe d'oiseaux.
Démantèlement
Des materiaux critiques tels que le cuivre qui est utilisé pour les raccordements entre les éléments du parc et le zinc qui protège l'acier de la corrosion sont effectivement recyclables.
Les terres rares utilisées pour la fabrication des aimants permanents et les materiaux composites (carbone, fibre de verre, ...) qui constituent les pales ne sont pas recyclables pour l'instant. En Europe elles sont broyées et servent dans la construction. Plusieurs fabricants sont conscients de cet enjeu, et certains, comme Siemens-Gamesa, travaillent sur des pales recyclables.
Le principe est simple : le soleil envoie des rayonnements électromagnétiques vers la Terre. Ils peuvent alors être captés et transformés en chaleur ou en électricité.
Il est possible de distinguer trois types de systèmes de captage :
L'énergie radiative est transformée directement en électricité.
En effet, quand le silicium est exposé aux radiations solaires, il se produit un déplacement d'électrons. Pour canaliser ce flux d'électron et éviter que le système revienne à l'équilibre, une jonction P-N est céée.
Dans la couche P (en dessous), des atomes de Bore sont ajoutés pour attirer ces électrons, donc la charge est négative.
Dans la couche N (au dessus) il est ajouté des atomes de Phosphore pour repousser ces électrons.
Quand les deux couches sont reliées, le flux d'électrons qui passe d'une couche à l'autre produit de l'électricité.
Un panneau classique fait 1.60 m de long sur 1 m de large et il pèse environ 25 kg. Sa durée de vie est d'environ 30 ans.
La majorité des composants sont recyclables à 90%, mais l'extraction de l'Argent pose problème (le photovoltaïque consomme déjà 8% de l'Argent extrait dans le monde alors qu'il ne fournit que 1% de l'électricité). Les chercheurs travaillent sur cette question.
La plus grande centrale photovoltaïque d'Europe se situe à Bordeaux-Labarde. Elle concerne avec ses 145 000 panneaux, 60 ha, pour une production de 350 GWh (moins d'un 1000e de l'électricité produite en France). Pour produire toute l'electricité de France il faudrait couvrir 4 000 km2
Comparaison des facteurs de charge : éolien 25 %, solaire 13 %, nucléaire 75 %
Le rayonnement solaire est récupéré sous forme de chaleur. Le principe en était connu depuis longtemps (dans le sahara, faire chauffer de l'eau au soleil pour préparer le thé par exemple)
Il existe des capteurs non vitrés, des tubes de plastic noirs transportant un fluide caloporteur, des capteurs protégés pas une vitre (des tubes en serpentin) ou des capteurs sous vide
ce type d'énergie est utilisée en usage domestique ou industriel :
En Europe l'usage des pompes à chaleur se vulgarise : en hiver, le système prend le froid dehors et restitue l'air chaud à l'interieur : 1 kWh dépensé pour faire tourner le système permet de recupérer 3 KWh
Cependant, le solaire thermique domestique reste onéreux.
La recherche actuelle essaie de combiner le photovoltaïque et le thermique pour récupérer un spectre plus large de la radiation solaire et produire à la fois de l'électricité et de la chaleur.
Le principe de fonctionnement est là encore, celui du cycle de Rankine (voir ETM), un système thermodynamique composé d’un moteur thermique à pression constante qui convertit une partie de la chaleur en travail mécanique.
La chaleur est fournie depuis l’extérieur à une boucle fermée, qui utilise un fluide de travail. Celui-ci subit le changement d'une phase liquide à une phase vapeur et vice versa.
L'un des principaux avantages de ce cycle est que la compression (condenseur) se réalise sur un liquide.
En condensant la vapeur (qui fait tourner la turbine), la pression à la sortie de la turbine est abaissée et l'énergie requise par la pompe ne consomme que 1 % à 3 % de la puissance de sortie de la turbine
Pour fournir de la chaleur à l'évaporateur, plusieurs systèmes peuvent être mis en place :
Le fluide caloporteur est la plupart du temps de l'huile synthétique, bien qu'au delà de 400° elle devienne très inflammable
Des sels fondus sont également employés pour atteindre des températures supérieures à 800°. Les produits sont peu coûteux (NaCl 40 % KNO3 60 % et NaNO). Ils permettent aussi le stockage de la chaleur : ils se solidifient entre 100 et 220 °C selon la composition. Le passage de la phase solide à la phase liquide absorbe de la chaleur, ensuite le processus est inversé et le passage du liquide au solide dégage de la chaleur.
L'eau comme caloporteur est dangereuse à l'emploi car cela exige de manipuler des pressions et des températures très importantes.
Des gaz sous pression (hélium, CO2, hydrogène), des métaux liquides (Sodium, Potassium), de l'air et du sable ont également été testés comme caloporteurs.
Cette énergie présente de nombreux avantages : une source de chaleur inépuisable, à Odeillo dans les Pyrénées orientales, le dispositif permet d'atteindre 3500 °C en quelques secondes, un stockage sur plusieurs heures qui rend le système presque pilotable, un turbo alternateur qui produit directement un courant alternatif.
En outre, un facteur de charge entre 25 % et 80 % selon les miroirs et un taux de retour énergétique supérieur à 10, le rendant donc attractif.
Cependant un gros inconvénient est qu'il est indispensable de disposer d'eau et d'un ensoleillement direct sans nuages !
Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité mais aussi de la chaleur pour l'usage domestique et pour l'industrie (2/3 de l'énergie utilisée par l'industrie est sous forme de chaleur) :
Il convient de mentionner la ferme agricole de Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) qui produit 17 000 t de tomate sur un complexe complètement autonome : une tour solaire à concentration chauffe la serre en hiver, désalinise l'eau qui est utilisée pour l'arrosage en été et produit de l'électricité pour le reste de l'exploitation (23 000 héliostas)
La géothermie était connue il y a 3000 ans avant notre ère par les Étrusques qui fréquentaient les sources d'eau chaudes.
Les romains améliorèrent le système des bains chauds et cette habitude fut adoptée chez les turcs et en Islande.
Dès le Moyen Âge en France on utilisa cette énergie : dans le Cantal le village de Chaudes-Aigues possédait une source sortant à 82°C, la plus chaude d'Europe, nommée la source du Par.
Ainsi en 1332, au xive siècle, les habitants installèrent un réseau de canalisation (en bois) pour chauffer les maisons.
En 1818, au xixe siècle, François de Larderelle un entrepreneur français installa à Montecerboli en Italie une usine utilisant les sources d'eau chaude pour récupérer de l'acide borique (le Duc de Toscane renomma la ville Larderello en son honneur)
En 1960 une cinquantaine de champs "à haute énergie" furent construits dans le monde pour produire de l'électricité.
En 1969 à Melun la technique du doublet fut mise au point : l'eau chaude était puisée dans l'aquifère du Dogger18 et réinsérée en profondeur après utilisation.
C'est alors qu'en 1970, la crise pétrolière relança l'intérêt pour la géothermie.
Trois types de géothermie peuvent être distngués : faible énergie (température <90°C), moyenne énergie (> 90°C), haute énergie (>100°C)
la température augmente de 1 °C tous les 30 m de profondeur. Mais dans les régions volcaniques où des intrusions de magma peuvent se produire, le réchauffement peut aller jusqu'à 100° par 100m
L'eau de pluie s'infiltre dans les roches jusqu'à rejoindre une nappe aquifère, qui peut la chauffer à des températures allant de 150 à 350 °C.
L'eau chaude est pompée, perd de sa pression et se transforme en vapeur. celle-ci fait tourner une turbine qui est couplée à un alternateur qui produit du courant alternatif. L'eau refroidie est ensuite reinjectée dans la nappe aquifère à environ 1500 m du point d'extraction (boucle géothermale).
L'eau provenant de l'aquifère contient des sels et des minéraux qui la rendent très corosive. Ainsi, pour alimenter un réseau de chauffage urbain par exemple, elle est utilisée en circuit primaire et chauffe de l'eau douce avant d'être réinsérée dans l'aquifère
Entre 1981 et 1986 plus de 70 centrales géothermiques à basse énergie (température entre 55 et 85 °C) furent construites en Ile-de-France exploitant l'aquifère du Dogger entre 1 600 et 2 000 m de profondeur et une trentaine en Aquitaine, essentiellement pour le chauffage urbain.
Aux Antilles, en Guadeloupe, le site de Bouillante fut mis en service en 1986 pour produire de l'électricité grâce au volcan de La Soufrière et à la géothermie.
Mais en 1986 le prix du pétrole chuta rendant la géothermie moins attractive . De plus et il fut mis en évidence une grande corrosivité de l'eau du Dogger.
Cependant, la filière fut soutenue politiquement et aucune centrale géothermique ne fut fermée
A l'étranger, le Kenya exploita la grande faille du Rift pour devenir le principal fournisseur de la région en électricité. Le Costa Rica exploita une géothermie à moyenne énergie et la Suède une géothermie à très basse énergie.
En 2007 le Grenelle de l'Environnement décida de multiplier par 6 la production de la géothermie en France.
Aujourd'hui, 350 000 logements en région parisienne sont déjà alimentés en eau chaude grâce à cette énergie.
L'énergie nucléaire qui est décarbonée est pour l'instant la seule susceptible de concurrencer les énergies fossiles.
Elle est combattue par des associations politisées, qui ont été créées contre les essais militaires occidentaux. Leur discours civil anti-nucléaire tient plus du dogme qu'il n'est fondé sur des données scientifiques.
Il faut rappeler l'urgence et la priorité à limiter l'effet de serre et de réduire pour cela l'usage des énergies fossiles qui représentent plus de 75 % des sources utilisées actuellement.
La question du réchauffement climatique est actuelle, c'est un enjeu pressant, très grave et bien éloignée des états d'âme de telle ou telle association.
En France certains Présidents étayaient naguère leurs arguments électoraux sur la fermeture des centrales nucléaires.
En particulier en 2015, la loi sur la transition énergétique pour la croissance verte qui prévoyait la réduction de la part du nucléaire dans le mix énergétique à 50 %, a ancré dans l'esprit de la population l'idée que le nucléaire était le mal absolu.17
Ces mêmes Présidents défendent aujourd'hui les plans de développement de cette énergie, mais que de temps perdu !
Déplorons enfin la fermeture de la centrale de Fessenheim, certes la plus ancienne du parc français , mais qui venait d'être complètement modernisée.
Aujourd'hui, 56 réacteurs répartis sur 18 sites sont installés sur le territoire national mais le parc est vieillissant. Les interventions politiques ont freiné sa réabilitation et la moitié des réacteurs sont arrêtés pour entretien et réparation. En 2022 la centrale à charbon de Saint-Avold a dû être remise en service en attendant que la filière nucléaire soit à nouveau complètement opérationnelles.
Trois types d'Uranium se trouvent dans le minerai naturel :
72 millions de tonnes d'Uranium sous forme d'octoxyde de triuranium (O8U3) sont extractibles à moins de 260 $/kg. Cela représente plus de 1 000 ans de la consommation actuelle
Le coût des importations d'uranium est de 50 à 100 fois moins cher que les importations de ressources fossiles : pendant que le gaz et le pétrole coûtent 30 à 50 G$ par an, l'uranium est payé 500 M$ à 1 G$ par an !
Par ailleurs, l'Uranium ne compte que pour 1 à 2 % du prix de l'électricité payé par le consommateur.
L'uranium peut être extrait des phosphates,des cendres de charbon et les océans en contiennent de grandes quantités.
Contrairement aux énergies fossiles, la France dispose de 5 ans de réserve en Uranium et ses sources d'approvisionnement sont diverses : 36 % vient du Niger, 18 % du Kasakhstan et 12 % d'Australie.
En France les réacteurs fonctionnent à eau pressurisée selon une technologie d'origine américaine.
Les pastilles d'uranium enrichi sont placées dans des faisceaux de crayons appelés assemblages combustibles.
un réacteur de 900 MW en contient 177 (34 réacteurs en France) il produit une énergie comparable à 1 000 éoliennes de 3 MW et un barrage de 100 m de haut (2 fois la hauteur du barrage de Pannecière) qui aurait un rendement de 80 % devrait consommer 27 000 milliards de litres d'eau pour produire l'équivalent en électricité d'une centrale nucléaire pendant 1 an !
Un réacteur de 1300 MW en contient 207 (20 réacteurs en France et 4 de 1500 MW)
Le coeur du réacteur est constitué de plusieurs parois permettant de résister à des agressions extérieures (tremblements de terre, attaques terroristes, bombes, tsunamis, etc.) et plusieurs couches d'acier pour que la matière fissible reste confinée à l'intérieur du coeur quel que soit l'événement et même en cas de fusion.
Les réactions en chaînes sont gérées par des grappes de commande qui régulent le flux de neutrons.
En cas d'arrêt de l'alimentation électrique contrôlant les pompes de refroidissement, les grappes de commandes tombent de façon passive et arrêtent la réaction en chaine.
En temps normal, pour arrêter le réacteur, la concentration en bore est augmentée et les grappes de commande sont abaissées doucement.
Enfin, pour avoir une réaction en chaîne convenable et augmenter la probabilité de rencontre entre neutrons et atomes d'uranium, il faut les ralentir : c'est le rôle de l'eau (contenant de l'acide borique pour absorber les neutrons excédentaires) qui permet d'obtenir une réaction soutenue.
Trois circuits isolés les uns de autres et contenant de l'eau font fonctionner le système :
Comme pour les centrales à combustibles fossiles, il faut absolument qu'il y ait de l'eau pour qu'une centrale nucléaire fonctionne.
La principale pollution d'une centrale nucléaire est thermique et la loi oblige à ce que l'eau rejetée soit au maximum à 30 °C.
La durée de vie administrative d'une centrale nucléaire est de 40 ans. En fait les centrales sont controlées très régulièrement par l'Agence de sûreté nucléaire (ASN) qui engage sa responsabilité et n'hésite donc pas à faire arrêter le réacteur dès qu'une anomalie est détectée.
En amont les chercheurs de l'UNSCEAR établissent et actualisent les connaissances sur les niveaux d'exposition et les effets des rayonnements ionisant.
Enfin, dans certains pays (mais pas en France) des systèmes de cogénération sont installés pour profiter de la chaleur produite et chauffer les habitations. Ainsi 74 réacteurs sur 438 dans le monde fonctionnent en co-generation.
Les éléments radioactifs (radionucléides)
Les radionucléides ont une période d'activité très variable. Elle est mesurée en becquerels qui correspond au nombre de désintégrations par seconde.
Ainsi l'Uranium 235U a une période radioactive de 4 millions d'années, mais l'Uranium 238U de 44.5 milliards d'années, le Plutonium 239Pu de 24 100 ans mais l'Iode 131I a une période de 8 jours !
En fait les spécialistes ont remarqué que les éléments les plus dangereux avaient généralement une période d'activité plus courtes (en temps géologiques !).
l'Uranium est donc enrichi, la réaction en chaine provoque de la chaleur qui sert à fabriquer de l'électricité (et à chauffer des maisons si l'installation permet la cogénération).
L'Uranium se désintègre alors en produits de fission plus légers (une trentaine) et en actinides2 (Neptunium, Plutonium, l'Américium et Curium). Après 4 à 5 ans de fonctionnement la réaction en chaine est arrêtée et les déchets sont refroidis en piscine pendant 1 à 3 ans.
Ils sont ensuite traités pour séparer les produits les plus dangereux et réduire leur volume. Ils sont enfin conditionnés et stockés à l'air libre avant d'être enfouis.
Les phases du démantèlement
La procédure dure entre 15 et 25 ans et elle est prise en compte dès la conception de la centrale tant au point de vue technique que financier (les coûts sont à la charge de l'exploitant).
le démantèlement du réacteur BR3 à Mol (Belgique) a servi de projet-pilote soutenu par la Commission européenne
Le processus mis au point est aujourd'hui une référence internationale.
Libération du site
Aucune radioactivité résiduelle dépassant les doses naturelles n'est tolérée par les organismes de contrôle.
Ils résultent des applications médicales de la radioactivité (diagnostics ou thérapies).
Les radionucléides contenus ayant des périodes de l’ordre de quelques heures ou de quelques jours (par exemple L'Iode 131I a une période de 8 jours et le technétium 99mTc a une période de 6 h. Leur radioactivité a pratiquement totalement disparu en quelques dizaines de jours.
Ces déchets sont donc recueillis et entreposés dans un local adapté pendant cette durée, puis éliminés par les circuits classiques d’élimination des déchets hospitaliers.
La radioactivité des déchets de très faible activité (inférieurs à 100 Bq/g) peut être proche de la radioactivité naturelle.
Ces déchets sont principalement constitués de gravats (bétons, plâtres, terres) et ferrailles (charpentes métalliques, tuyauteries) ayant été très faiblement contaminés.
Les déchets de faible (quelques centaines à 1 million de Bq/g) et moyenne activité (1 million à 1 milliard de Bq/g) à vie courte (inférieure à 31 ans) sont essentiellement des matériels utilisés dans différentes activités liées aux installations nucléaires : vêtements, outils, filtres …
Ces déchets caractérisés par leur vie courte sont généralement compactés, puis conditionnés dans un fût en métal ou en béton avant de pouvoir être stockés dans un centre adapté à leur nature, le Centre de stockage de l’Aube (CSA).
Les déchets de faible activité à vie longue (supérieure à 31 ans) sont pour l’essentiel des déchets anciens ou issus d’activités anciennes.
Ils regroupent différents types de déchets comme les déchets dits "radifères" ou "de graphites".
Les premiers résultent principalement de l’utilisation de minerais légèrement radioactifs, alors que les seconds proviennent de la première génération de centrales nucléaires (Uranium naturel Graphite Gaz), aujourd’hui arrêtées et en cours de déconstruction.
Les déchets de moyenne activité à vie longue (supérieure à 31 ans) sont issus essentiellement du traitement des combustibles nucléaires.
Les produits de fission, séparés des actinides lors du traitement, sont vitrifiés puis placés dans des conteneurs en acier inoxydable qui seront stockés en couche géologique profonde.
En France, la plus grande partie de ces déchets provient des opérations de traitement des combustibles utilisés dans les réacteurs nucléaires.
Leur niveau de radioactivité et leur longue durée de vie amènent aujourd’hui les chercheurs et industriels de l'ANDRA à concevoir un centre de stockage profond, situé dans une couche d'argile, à environ 500 mètres sous terre.
Les déchets les plus radioactifs produits en France sont les déchets de haute activité (plusieurs milliards de Bq/g) en provenance, pour la plupart, de l’industrie électronucléaire.
Ils correspondent essentiellement aux résidus hautement radioactifs issus du traitement des combustibles utilisés dans les centrales nucléaires.
Ils peuvent avoir une durée de vie très longue (plusieurs centaines de milliers d’années).
Leur niveau de radioactivité et leur longue durée de vie amènent aujourd’hui les chercheurs et les industriels à concevoir un centre de stockage géologique (Cigéo) situé dans une couche d'argile à environ 500 mètres sous terre.
La réduction de la radiotoxicité
Il existe des méthodes pour réduire la toxicité des éléments radioactifs. Par exemple la transmutation qui permet de transformer un élément en un autre à demi-vie plus courte voire stable : le Cobalt radioactif 60Co (27 protons et 33 neutrons à demi-vie de 5.3 ans) peut être transmuté par désintégration β- en isotope du Nickel 60Ni (28 protons, 32 neutrons) qui est stable.
Cependant ce genre de réactions de même que la transmutation du plutonium en actinides mineurs0 ne peuvent se faire que dans les réacteurs "à neutrons rapides" (RNR) c'est à dire dans des réacteurs nucléaires de 3e et 4e génération.
En France, encore pour des raisons politiques :
Ainsi, au lieu de travailler activement à améliorer la sécurité et traiter efficacement les déchets, ce type de projet sous la pression des lobbies politico-antinucléaire est renvoyé maintenant "à la deuxième moitié du siècle". Autrement dit quand les décideurs actuels seront morts ou en retraite .
D'autres et en particulier, les chinois et plus près de la France les voisins belges avec le projet Myrrha ont l'ambition de disposer des outils pour travailler entre autre au recyclage des déchets radioactifs.
Le MOX (ou Mixed Oxydes) (source EDF)
Il s'agit d'un mélange d'oxydes issu du traitement du combustible usé des centrales nucléaires. Il est constitué d'un mélange d'environ 92 % d'uranium "appauvri" et de 8 % de plutonium. Cela représente 96 % du combustible usé0 recyclable. Les 4 % restants, non récupérables, seront vitrifiés et stockés.
Il s'agit de traiter les éléments les plus radioactifs ou ceux qui une plus longue demi-vie pour les transformer en éléments moins dangereux tout en les utilisant encore pour produire de l'énergie.
En effet, 2/3 des déchets contiennent encore des isotopes fissibles, du plutonium et des actinides mineurs utilisables en certaines proportions dans les centrales de nouvelles génération.
C'est un procédé qui est bien maîtrisé. En sortie, leur volume sera très réduit et une partie de leur toxicité éliminée.
l'UNSCEAR - PNUE est le comité scientifique des nations unis pour l'étude des effets des rayonnements ionisants. Il fonctionne comme le GIEC. Sa mission est d'établir et actualiser les connaissances sur les niveaux d'exposition et effets des rayonnements ionisants.
Quelques définitionsLe rayonnement naturel
A Montreuillon le gaz radon, le rayonnement du sol granitique peut contribuer à une exposition de 2 mSv/an.
Si la personne fume, mange des crustacés et passe une ou plusieurs radio elle peut recevoir plus de 2 mSv supplémentaires. En fait la dose naturelle se situe entre 2 à 4 mSv/an (dose naturelle moyenne recue par les individus à l'échelle mondiale).
Des séances de radiothérapies impliquent des irradiations de 45 à 80 Gy. Cependant ces doses qui seraient mortelles sur tout le corps sont appliquées brièvement en des points très précis et dépendent de la grosseur de la tumeur. Des vies sont ainsi sauvées.
la peur du nucléaire tue plus que le nucleaire
Il est surprenant de constater la peur que peut susciter une centrale nucléaire alors que les connaissances scientifiques, les mesures de sécurités et les contrôles sont exceptionelement intraitables sur le moindre point de rouille.
il faut rappeler que Tchernobyl a fait que 134 morts directs et immédiat, des "liquidateurs" non équipés qui ont été envoyés sans scrupules à la mort. Le nombre de victimes à long terme laissés sans protection ni information est quant à lui largement débattu et estimé à des milliers.
Alors qu'à Fukushima, quand on déplaçait 100 000 personnes et que 20 000 morts étaient attribués directement au tsunami, aucun des volontaires restés dans la centrale pour minimiser les dégâts n'est décédé.
Ceux qui étaient venus en appui (pompiers etc.) n'ont pas reçu plus de 100 mSv, qu'il n'a été observé aucun symptôme d'irradiation aigüe et qu'il n'y a pas plus de cancers chez cette population que dans celle qui n'a pas été irradiée.
Pendant ce temps, les énergies fossiles ont tué plus de 8 millions de personnes en 2018; le charbon tue plusieurs centaines de milliers de personnes par an par la pollution de l'air et rien qu'en Europe 23 000 personnes par an sont concernées !
L'energie hydraulique n'est pas en reste : la rupture du barrage hydroélectrique de Banquio dans le Henan en Chine en 1975 a fait 230 000 morts et 11 millions de déplacés !
Certes le risque 0 n'existe pour aucune des énergies, mais la fission nucléaire n'est pas la plus à craindre !
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La fusion nucléaire à l'inverse du processus de fission rapproche deux atomes d’hydrogène (deutérium et tritium) à des températures de plusieurs millions de degrés, comme au cœur des étoiles.
Le noyau ainsi créé est instable et a tendance à se débarrasser d'un atome d'Hélium et un neutron pour retrouver un état stable tout en dégageant beaucoup d'énergie.
Ce processus n'est pas au point car pour l'instant il faut fournir plus d'énergie qu'on en récupère en sortie.
On estime encore à 40 ans l'éventuelle mise au point de cette technologie.
Quand il y a de l'électricité disponible, la nuit alors qu'elle est moins chère, elle est utilisée pour pomper l'eau et la monter dans un bassin supérieur.
Quand c'est nécessaire, lors des pics de consommation, elle est libérée pour la faire redescendre et faire tourner des turbines à la demande.
Cette énergie temporaire disponible évite la construction de nouvelles centrales.
l'avantage du système est la grande quantité d'énergie stockée pouvant être libérée très rapidement avec un rendement énergétique de 70 à 85 %, le faible coût une fois que les infrastuctures existent, la longue durée de vie des bassins.
Inconvénients : il faut 2 bassins avec une différence d'altitude significative, c'est un gros investissement à long terme. Le rendement est faible : il faut déplacer une grande quantité d'eau pour disposer d'une énergie suffisante (1000 litres d'eau élevés à une altitude de 100 m ont une énergie potentielle de 0.272 kWh).
En France, l'installation la plus importante est le barrage de Bissorte en Savoie qui pourrait fonctionner presque 1 semaine pour vider ses 39 Ml.Il existe également des micro-STEP : pour un usage local cela permettrait une utilisation plus facile des énergies intermitentes.
Ou encore, d'anciennes mines peuvent être valorisées : l'eau des galeries est vidée et redescendue quand il faut disposer d'électricité.
STEP Marine : un lac artificiel est créé en haut des falaises et la mer est le point bas.
1 % de l'electricité en France est passé par une STEP.
Il s'agit de grand et lourd cylindre en acier le plus souvent enterré, construits pour transformer l'énergie électrique en énergie cinétique. Ils peuvent tourner à une vitesse de 50 000 tours/mn.
Ils ne sont pas destinés à stocker de l'énergie sur de longues périodes.
Ils déploient une grande puissance très rapidement et sont utilisés pour stabiliser les réseaux électrique ou lisser la production.
Ils permettent enfin d'assurer un relais entre deux modes de production d'électricité sans interruption par exemple un passage sur groupe électrogène de secours pour les centres de données ou les hopitaux.
A Rennes le métro a installé des volants d'inertie de 2.5 t dans les rames : quand elles freinent, l'énergie est stockée dans le volant d'inertie qui la restitue au démarrage. Cela permet une économie de 250 000 KWh/an
Jusqu'au xixe siècle c'était la force humaine et animale qui étaient mobilisées (EnR) et la polyculture était la règle.
Ensuite, les énergies fossiles, grâce aux machines (convertisseurs), ont permis de décupler considérablement les forces mobilisables, et l'industrie chimique a été révolutionnée.
Les rendements ont augmenté permettant en particulier de lutter contre la faim. Des molécules chimiques ont fait disparaître des maladies et amélioré les conditions de vie des populations.
Aujourd'hui les politiques voudraient développer les cultures énergétiques jusqu'à concurencer l'alimentation ?
De plus, la biomasse produite avec des réductions massives d'engrais et de pesticides sera-t-elle encore suffisante pour assurer la sécurité alimentaire d'une population de plus en plus nombreuse ?
Enfin la spécialisation des spéculations agricoles cultivées sur des terres plus adaptées à des rendements élevés et la disparition de la polyculture, a entraîné un développement considérable des transports. Ils sont devenus absolument indispensables pour répartir les productions agricoles de façon équilibrée entre les différentes régions.
Bien que l'énergie ne représente que 2 % du PIB dans les dépenses agricoles, il est impossible de s'en passer, sous peine de famine.
L'augmentation du PIB ou du "pouvoir d'achat" est liée à l'augmentation de la richesse d'un pays.
Par conséquent cela signifie une augmentation du travail fourni par les convertisseurs (les machines qui consomment déjà de l'énergie fossile à 80 %) et de la production.
Il est donc un moment où il faut faire des choix (voir les propositions du Shift Project). Il existe encore bien d'autres solutions, passant par la déconcentration des villes, choisir la qualité de vie à la croissance à tout prix.
Il faut bien sûr rénover et adapter les habitations au climat de demain (la provence aura celui de l'Algérie et le Morvan celui de Valence).
Le télétravail consomme certes de l'énergie, mais cela compense largement la consommation liée au transport, à l'entretien et à la climatisation des bureaux, etc.
Il est également crucial de prendre en compte l'héritage que nous laisserons aux générations futures.
Michel Partiot 
‑ juillet 2023
(16 Ko) - U. d'Antanarivo, Ecole Supérieure Polythechnique, Antananarivo-Madagascar (432 Ko) - Studies n°06/17,IDDRI Sciences-Po, Paris, France 32 p. (42 Mo) - Thèse de doctorat en économie - Ecole polytechnique Paris - 336 p. (432 Ko) - BSCLg (U. de Liège), 63 (2014/2) Varia, pp. 21-34 (785 Ko) Documentation EDF - 16 p. (785 Ko) Documentation EDF (42 Mo) - 32 p. (1.48 Mo) - Revue d'économie politique 2007/4 (Vol. 117), pages 475 à 506 (42 Mo) - Ed. Universe Books - NYC - USA, 211 p. (42 Mo) - Thèse Doctorat en Sciences de l'environement - U.Cergy-Pontoise, 151 p. (4.1 Mo) - Dossier de presse, 16 p. (3.3 Mo) Rapport d'information au Sénat n°872 (42 Mo) - Stern Review, 4p. (11.3 Mo) - Rapport, 68 p.
Uniciel, U.Lille - Thinkerview - Limit/li>
- Thinkerview - France inter Environnement & developpement durable (UVED) - U. Blaise Pascal, Clermont Ferrand - U.Pantheon-Sorbone-Paris Conférence à l'U.Paris-Sciences & Lettres (PSL) et institut Curie - Anatole L'ArchiPelle. David McKay (†), mathématicien, physicien et informaticien, DECC Londres (1.44 Mo) Revue de Nouvelle Acropole n°341, p.3-5 - Membre du GIEC Morvent en colère Temps present - Le réveilleur - U.Virtuelle Environnement et Dev Durable,U.Perpignanet U. Nantes - Ministere ecologie Territoires Centrale photovoltaïque de Labarde (Bordeaux) Centrale photovoltaïque de Labarde (Bordeaux) Centrale photovoltaïque de Labarde (Bordeaux) Le projet Noor de Ourzazate Le projet Noor de Ourzazate Le projet Noor de Ourzazate Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) Sundrop Farms à Port-Augusta (Australie) UVED - U.Perpignan eCARE - Midi en France
