Dans le contexte du Grenelle de l’environnement où la question de l’efficacité énergétique sera au premier plan, la rédaction de L’Usine Nouvelle, pour son numéro du 27 septembre, s’est mobilisée autour de la réalisation d’une édition entièrement consacrée aux enjeux énergétiques planétaires, intitulée « Énergie, le nouveau souffle ». L’Usine Nouvelle décrypte en 148 pages les grands défis énergétiques auxquels la planète devra faire face pour sortir du cercle vicieux dans laquelle elle s’est enfermée : une consommation toujours croissante alors que les ressources viennent à se raréfier, sur fond de dérèglement climatique.
A l’occasion de ce numéro spécial de 148 pages, le journal trace les grands défis énergétiques que les industriels devront relever.LES DEFIS DE LA PLANETE ENERGIE
Après plus d’une décennie d’analyse et de réflexion, la prise de conscience est douloureuse et les industriels font feu de tout bois pour développer des solutions écologiquement et financièrement viables… Réduire les consommations d’énergie Favoriser les économies d’énergie, voilà le nerf de la guerre. Si tous les secteurs sans exception sont concernés, le bâtiment (45% des dépenses énergétiques en France, en raison du poids des postes chauffage et climatisation) sera un sujet incontournable du Grenelle de l’environnement. Grâce à l’amélioration des pratiques constructives actuelles et au foisonnement d’idées des ingénieurs, architectes et fabricants de matériaux, les marges d’amélioration existent. Encore faut-il pouvoir financer le montant des investissements nécessaires à la rénovation du bâti existant… D’une manière générale, les solutions en matière d’économies énergétiques dans l’industrie (40% de la consommation d’électricité mondiale) ne manquent pas. Toutefois, elles nécessitent que les industriels acceptent de réaliser des diagnostics énergétiques encore trop peu usités et qu’ils puissent effectuer les investissements nécessaires. Pour cela, les grands groupes industriels ont un rôle pilote à jouer, à l’image de Siemens et Schneider qui ont ouvert la voie en se fixant des objectifs d’amélioration de l’efficacité énergétique de leurs sites. Capturer le CO2 Si les économies d’énergie contribuent à réduire les émissions de CO2, elles ne sont pourtant pas suffisantes pour ce qui concerne les industries les plus consommatrices, comme les centrales électriques thermiques. Dès lors les procédés et les initiatives se multiplient, à l’image de la solution la plus porteuse à ce jour : la capture du CO2 à la source et son stockage. Le stockage géologique du CO2 tend d’ailleurs à se structurer en marché. En matière de captage du CO2, trois technologies sont en lice : la postcombustion, l’oxycombustion et la précombustion. Baisser le coût des énergies renouvelables Autre source d’énergie à avoir le vent en poupe : l’éolienne. Si le défi est de réduire le coût de production énergétique, force est de constater que l’éolienne est la forme d’énergie qui sera la moins coûteuse en 2015, contrairement à ses consoeurs issues du nucléaire et du charbon. Faisant l’objet de vives tractations boursières, avec une demande deux fois supérieure à l’offre, l’énergie éolienne pourrait voir son prix significativement réduit par une décentralisation de sa production, réduisant par là même les frais de transport et de montage. Outre l’éolienne, d’autres sources d’énergie suscitent aujourd’hui l’espoir des chercheurs : le silicium et la houille bleue (l’énergie des vagues et des courants). Améliorer le stockage de l’énergie Au-delà des aspects économiques, le principal obstacle identifié quant au développement des énergies renouvelables est la difficulté de faire correspondre l’offre et la demande à un temps donné, ce qui conduit, in fine, une mauvaise gestion des stocks énergétiques. De fait, lorsque la production s’avère excédentaire, il conviendrait d’accumuler et de stocker l’énergie pour la restituer ensuite. Et pour cela, les méthodes originales ne manquent pas : de l’électrolyse de l’eau, avec production d’hydrogène, à la compression de gaz ou le stockage thermique dans un matériau réfractaire, les candidats au stockage énergétique font preuve d’une grande assiduité. D’autres solutions sont également sur les rangs telles que l’accumulateur électrochimique « rajeuni » par les progrès de la filière lithium-ion ou, méthode plus « prohibitive », le stockage électromagnétique supraconducteur (Smes). Créer la voiture « zéro pollution » Si aujourd’hui aucune énergie n’a encore réussi à détrôner le moteur à explosion, les technologies hybrides se multiplient : biocarburants, électricités, hydrogène… Une cohabitation temporaire qui tend vers un but commun : trouver le sésame du monde automobile, c’est-à-dire la voiture zéro pollution. Si la solution électrique, souffre d’un déficit de puissance et d’autonomie, et la pile à combustible, après 10 ans n’a toujours pas dépassé le stade des essais, les constructeurs tentent d’appliquer ces systèmes sur des marchés de niche adaptés à leurs contraintes sous forme de « véhicules spécialisés ». La voiture électrique sera donc privilégiée pour les courts trajets urbains et les solutions hybrides, autorisant un mix essence-ressources naturelles, pour les parcours plus conséquents. Au dernier salon de Francfort, les constructeurs n’ont d’ailleurs pas hésité à montrer leur voiture propre de demain. Reste que la voiture devra elle-même s’intégrer dans un réseau de transport plurimodal pour devenir un maillon de la chaîne écologique et que des infrastructures devront être mises à disposition des usagers par les pouvoirs publics pour garantir l’efficacité de cette démarche.
Après le pétrole, l’hydrogène
Nous sommes actuellement confronté à trois problèmes majeurs :
– Les problèmes de réchauffement climatique liés à l’utilisation de combustibles
fossiles nous obligent à réduire la consommation de ces combustibles fossiles
qui sont aussi responsables de la pollution de l’air des villes.
– Nous sommes arrivés au maximum de la production pétrolière, puis va suivre
une décroissance de cette production, il en va de même pour le gaz mais plus
tard, alors que la demande énergétique augmente fortement (doublement
avant 2050) et surtout dans les pays émergeants (Chine, Inde, etc).
– Les ressources pétrolières et gazières sont concentrées dans des pays
instables, d’où une grande insécurité des approvisionnements énergétiques
et une grande dépendance de l’économie par rapport à ces pays.
Pour résoudre ces problèmes nous devons changer de système énergétique
en abandonnant progressivement le pétrole, le gaz et le charbon au profit
du vecteur énergétique du futur proche qui est l’hydrogène.
L’hydrogène est un carburant non polluant.
L’hydrogène-énergie permet la production d’électricité (piles à combustible),
d’énergie thermique (par combustion et aussi par cogénération) et d’énergie
mécanique.
De très nombreux centres de recherche travaillent sur la future économie de
l’hydrogène, au niveau de sa production, de son transport, de son stockage,
de sa distribution, et de son utilisation.
L’hydrogène doit être produit à partir d’énergies renouvelables, et de
préférence d’énergie solaire, car c’est la seule énergie renouvelable primaire,
les autres énergies renouvelables étant des dérivés du solaire : biomasse,
éolien, hydroélectricité, etc.
La transition vers une économie de l’hydrogène doit se faire avec un grand
réalisme économique, si l’hydrogène n’est pas économiquement compétitif
par rapport aux autres énergies il ne s’imposera pas, il doit donc être produit
au prix le plus bas possible.
Je travaille sur un nouveau dispositif
permettant de produire de l’électricité grâce à l’énergie solaire,
il est particulièrement adapté à la production d’hydrogène,
vous pouvez consulter le site internet :
http://electricite.solaire.free.fr/index.htm
Description du procédé :
Le dispositif produit de l’hydrogène en utilisant l’énergie solaire.
L’énergie solaire est très abondante sur terre, mais il faut de grandes
surfaces de captage, l’idéal est d’utiliser les zones désertiques ou arides,
car l’intensité solaire y est maximale et il y a d’immenses surfaces de captage
non urbanisées, et non utilisées par l’agriculture.
Tous les systèmes thermodynamiques ont besoin d’une source chaude et d’une
source froide, plus la différence de température est importante entre les deux
sources plus le rendement est élevé, par exemple les centrales nucléaires ne
peuvent être construites qu’à coté des rivières ou des mers qui leur servent
de source froide.
Le dispositif crée la source chaude durant la journée à l’aide de capteurs
solaires très bon marché, l’eau chaude produite est stockée dans des
réservoirs enterrés.
Puis la source froide est créée durant la nuit à l’aide de dissipateurs
d’énergie thermique, l’eau froide produite est stockée dans des réservoirs
enterrés.
On profite du très fort refroidissement nocturne par rayonnement infra rouge
dans les déserts dû à l’absence de couverture nuageuse.
On a ainsi en permanence une source chaude et une source froide ce qui permet
de produire de l’électricité avec un système thermodynamique classique (cycle
de Rankine) ou avec un moteur Stirling.
Cette électricité permet de produire l’hydrogène par électrolyse de l’eau.
Ce dispositif est conçu dès le départ pour être très bon marché : les capteurs
solaires et les réservoirs de stockage sont très simples, dans le but de
produire l’hydrogène au prix le plus bas possible.
Caractère innovant de la technologie :
Ce système de production énergétique produisant le vecteur énergétique
du futur proche à partir d’une énergie renouvelable est extrêmement innovant
car il créé la source froide dont il a besoin, ce qui est une exception notable
dans tous les systèmes thermodynamiques.
De plus la production de la source chaude et de la source froide sont
asynchrones.
C’est une façon totalement différente d’utiliser l’énergie solaire en
comparaison aux systèmes actuels : centrales à tour à concentration,
capteurs cylindro-paraboliques, paraboles Stirling, etc.
Les zones désertiques couvrent un tiers de la surface des terres et jusqu’à
présent elles ne sont pas utilisées, y produire l’énergie du futur est aussi
une nouveauté.
C’est une solution non conventionnelle à des problèmes nouveaux, graves,
et à résoudre d’urgence : problèmes de réchauffement climatique, insécurité
de l’approvisionnement énergétique, manque de ressources énergétiques
dans le futur proche et problèmes économiques en résultant.
Ce dispositif est extrêmement éco-logique.
Toutes les personnes conscientes des problèmes écologiques et économiques
liés aux combustibles fossiles attendent une solution technique qui jusqu’à
présent n’existait pas, ce dispositif est une solution particulièrement adaptée.
La production d’électricité, puis d’hydrogène peut être réalisée à l’aide
de capteurs photovoltaïques, mais le prix de ces capteurs est très élevé
et l’énergie utilisée pour les fabriquer est très élevée pour un rendement
faible (10%).
Avantages du dispositif :
La production d’hydrogène suivant le dispositif a plusieurs avantages :
– l’objectif de ce système est d’être 10 à 20 fois moins cher que le
photovoltaïque,
– le fonctionnement est 24H/24H contrairement à tous les autres systèmes
utilisant l’énergie solaire, ce qui permet de faire fonctionner les
électrolyseurs et tout le système en continu, donc de produire plus
et d’amortir la totalité de l’installation beaucoup plus vite,
– l’hydrogène produit est très pur (ce qui est nécessaire pour les piles
à combustible),
– ce système est 100% écologique,
– le bilan énergétique total (construction, exploitation, etc) est extrêmement
favorable,
– ce dispositif permettra à de nombreux pays d’accéder à l’indépendance
énergétique en étant autosuffisants sur le plan énergétique, c’est très
simple donc très accessible aux pays en voie de développement (Inde,
Chine, Afrique, etc),
– la différence de température entre la source froide et la source chaude est
d’environ 100°C, ce qui est équivalent à la géothermie moyenne énergie,
elle est bien supérieure à des systèmes solaires thermodynamiques tels
que : solar ponds, énergie thermique des océans, centrales Sofretes, de plus
le coût de construction et d’exploitation est beaucoup plus faible ce qui est
aussi le cas par rapport aux centrales à concentration, aux capteurs
cylindro-paraboliques et aux paraboles Stirling,
l’énergie solaire dans les déserts bénéficie d’une intensité qui permet
de ne plus avoir l’obligation de la concentration car on a une source
froide correcte.
Les déserts présentent plusieurs caractéristiques intéressantes :
– la production dans les déserts utilise des zones non utilisées par
l’agriculture, l’augmentation de la population mondiale ne permet
pas d’utiliser des terres cultivables qui sont en quantité finie pour la
production énergétique (biocarburants),
– la surface disponible dans les déserts est immense, on peut donc se contenter
d’un rendement faible donc d’une fabrication bon marché,
– l’intensité solaire est maximale (très peu de nuages, faible hygrométrie
de l’air),
– dans les déserts l’ensoleillement est particulièrement régulier, donc
il y a une grande régularité de la source énergétique primaire,
– l’eau à électrolyser est très pure grâce à la distillation solaire
(optimale dans les déserts),
– il y a un préchauffage de l’eau à électrolyser par l’énergie solaire
d’où un rendement d’électrolyse amélioré.
Pour le moment l’hydrogène est produit par reformage de gaz naturel
(dont les réserves sont limitées) avec une production de CO2, et en
quantité très faible par électrolyse de l’eau avec de l’électricité
d’origine hydroélectrique, ces deux modes de production ne
permettent pas de concurrencer économiquement les énergies fossiles.
Le dispositif de production d’hydrogène-énergie à partir d’énergie solaire
dans les déserts correspond exactement aux attentes actuelles
en matière d’énergie.