Mesurer l'énergie  Les sources d'énergie nucléaires

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On parle parfois de sources d'énergies conventionnelles, parfois de sources d'énergies fossiles. "Conventionnelle" indique seulement que ces sources énergie sont très largement exploitées sur la Terre et qu'elles constituent ainsi les ressources de référence. Par contre, "fossile" a un sens très précis. Les sources d'énergies fossiles sont celles qui sont issues de la fossilisation de matière organique dans le sous-sol terrestre. Le mot "fossile" est plus souvent rattaché à des animaux ou des plantes qui ont laissé leur empreinte dans la roche ou sont eux-même devenus pierre. La fossilisation est un processus lent qui a progressivement minéralisé ces squelettes, ces coquillages ou ces fougères qui vivaient au temps des dinosaures (et même avant). Mais ces processus géologiques lents se sont aussi appliqués aux fonds marins où des forêts entières avaient été englouties. Ils ont mené à la formation de ce que nous connaissons aujourd'hui sous les noms de charbon, gaz naturel et pétrole.

Ces substances sont du concentré d'énergie chimique, c'est pourquoi ils sont tant exploités à notre époque. Chimiquement, il s'agit de substances de la famille des hydrocarbures, c'est-à-dire composés à la fois d'hydrogène et de carbone. Pour extraire leur énergie il suffit de les brûler : l'énergie chimique se transforme alors en chaleur, tandis que l'hydrocarbure se transforme en eau et en gaz carbonique (le fameux CO₂, appelé aussi dioxyde de carbone).

Pour reprendre la terminologie vue précédemment, les énergies fossiles sont des sources d'énergies :

• Primaires : Il s'agit bien de "sources" d'énergie que l'on va puiser dans le sol
• Nobles : Il s'agit d'une énergie chimique.
• Non-renouvelables : Les stocks souterrains d'origine géologique ne se renouvellent pas. Leur exploitation les épuise peu à peu.

Parce qu'elles sont nobles et non-renouvelables, ces sources d'énergie sont précieuses pour l'humanité. On verra ultérieusement pour quelles raisons il est important de ne pas les gaspiller.

Les trois articles suivants vous présentent très schématiquement ces trois sources d'énergie.

Le charbon 

Il existe deux familles de charbon : le charbon "de bois" et le charbon "de terre".

Le charbon de bois n'a rien d'une énergie fossile. C'est du bois transformé en charbon par un procédé thermo-chimique, appelé carbonisation, qui consiste à chauffer fortement le bois à l'abri de l'oxygène. L'intérêt de ce traitement est de concentrer l'énergie puisque le charbon résultant de l'opération est beaucoup plus léger et moins volumineux que le bois d'origine. Ce charbon est donc renouvelable et ne provient pas du sous-sol terrestre. C'est grace à lui que la métallurgie a pu se développer dès l'Antiquité. Il est encore produit artisanalement dans de nombreux pays, notamment tropicaux.

Le charbon dit "de terre" n'est rien d'autre que le charbon fossile. Il existe plusieurs sortes de charbons, selon le degré de transformation atteint. On les distingue par leur teneur en carbone et leur pouvoir calorifique :

Seules houille et anthracite sont exploitées industriellement à grande échelle dans des mines souterraines ou à ciel ouvert. En général, le charbon natif subit, lui aussi, un traitement thermo-chimique la cokéfaction qui le transforme en gaz de houille (divers gaz tels que l'hydrogène, le méthane, l'azote, etc.) et en coke (résidu solide).

Historiquement, le charbon est à l'origine de la Révolution Industrielle du 19^ème siècle. Il servait alors à la sidérurgie, au chauffage, au transport (locomotives à vapeur) et à l'éclairage public (gaz de ville). Aujourd'hui il est encore largement utilisé, notamment pour la sidérurgie et pour produire de l'électricité dans des centrales thermiques.

Avantages

• Seule forme d'énergie fossile sous forme solide.
• Disponible dans de nombreux pays.
• Les gisements connus sont très importants.
• Permet de produire du gaz de houille et un grand nombre de produits chimiques carbonés ou hydrogénés.

Inconvénients

• Energie non-renouvelable volumineuse et couteuse à extraire et à transporter.
• Les impuretés du charbon sont une importante source de pollution lors de sa combustion (souffre notamment). Des systèmes de filtrage des gaz produits sont nécessaires.
• Comme pour tout carburant fossile, sa combustion libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, phénomène à l'origine de l'accroissement de l'effet de serre atmosphérique.

Utilisation

• Le charbon est aujourd'hui utilisé pour la production d'énergie thermique par combustion, soit pour un usage thermique direct (sidérurgie), soit pour la production d'électricité dans une centrale thermique.

Le pétrole 

Le pétrole est un liquide visqueux qui tire son nom du latin petra - oleum : l'huile de roche. Sa couleur lui vaut le surnom d'or noir. Connu depuis la nuit des temps, il a d'abord été utilisé pour le calfatage des embarcations puis comme lubrifiant et comme carburant d'éclairage (lampes à pétrole, torches). Ce n'est qu'à partir des années 1860 environ que l'on commence à rechercher le pétrole, en Allemagne et surtout aux États-Unis d'Amérique. Le développement de l'exploitation des différents gisements pétroliers et de la pétrochimie ont progressivement permis l'avènement de l'ère de l'automobile et de l'aviation, bref du moteur thermique, mais aussi l'ère des matières plastiques.

Au début du XXI^ème siècle, le pétrole représentait environ 40% de la consommation mondiale d'énergie.

Avantages

• Énergie disponible un peu sur tous les continents.
• Transport facile et peu onéreux par bateau (pétroliers) et surtout par oléoducs (grosses canalisations)
• La chimie du pétrole est d'une richesse extrême. À partir du pétrole, on tire des gaz (méthane, propane, butane, etc.), des carburants (essence, kérosène, gazole, fioul), des composés aromatiques, des lubrifiants, du goudron, etc.
• C'est la forme d'énergie liquide la plus concentrée disponible actuellement.

Inconvénients

• La recherche d'un nouveau gisement pétrolier est une activité de plus en plus difficile, nécessitant des moyens techniques et financiers toujours plus importants.
• Le transport du pétrole est à l'origine de nombreuses pollutions, en particulier des "marées noires" mais aussi d'incendies.
• Comme pour le charbon, sa combustion produit du dioxyde de carbone qui, libéré dans l'atmosphère, participe à l'accroissement de l'effet de serre.

Utilisation

• Cette forme d'énergie est la plus facile à transporter, c'est pour cela qu'elle est essentiellement utilisée sous forme de carburant liquide (ou gazeux) par tous les véhicules automobiles.
• Utilisable pour le chauffage sous la forme de fioul
• Utilisable aussi pour la production d'électricité de masse dans des centrales thermiques.

Le gaz naturel 

Ce que l'on désigne sous l'expression gaz naturel est un gaz hydrocarboné provenant du sous-sol terrestre. Comme le pétrole et le charbon, il est d'origine fossile. Composé en grande majorité de méthane (CH₄), le gaz naturel libère son énergie chimique par combustion en émettant relativement peu de substances polluantes. Ses gisements sont souvent liés à ceux du pétrole et l'exploitation de champs pétrolifères amène généralement à une production simultanée de pétrole et de gaz naturel. Cependant, ce gaz a longtemps été torché, c'est-à-dire brûlé sur place. Pourquoi ? Simplement, parce que capter et transporter ce gaz vers des zones de consommation était techniquement et surtout économiquement peu intéressant par rapport au pétrole.

Historiquement, l'utilisation du gaz naturel fut initialement limitée à l'éclairage, en complément du gaz manufacturé (issu du charbon, cf. plus haut). Le gaz naturel n'était guère consommé qu'à proximité de ses lieux de production. L'accroissement de l'usage du gaz naturel s'est accéléré après la deuxième guerre mondiale en raison du développement des infrastructure de transport, puis à la suite des chocs pétroliers des années 1970.

Au début du XXI^ème siècle, le gaz naturel représentait entre 20% et 25% de la consommation mondiale d'énergie.

Avantages

• Energie disponible sur tous les continents.
• L'extraction nécessite peu d'énergie en raison de la forme gazeuse du gaz naturel.
• Le gaz naturel nécessite peu de filtrage : il est quasiment utilisable sous sa forme native. Seul le souffre, présent parfois, est réellement indésirable car polluant.
• Combustible fossile le moins polluant et le moins émetteur de dioxyde de carbone.
• Le transport de gaz est facilement réalisé par des canalisations appelées gazoducs. Les méthaniers (bateaux transportant le gaz naturel sous forme liquide) servent aux transports intercontinentaux.
• En cas de rupture de canalisation, le gaz naturel se détend puis, plus léger que l'air, se disperse dans l'atmosphère. Ainsi les risques d'explosion liés à une forte concentration de gaz (poche de gaz) sont le plus souvent évités.

Inconvénients

• Le gaz naturel peut devenir explosif lorsque certaines conditions de concentration et de température sont remplies. Cependant, il n'y a généralement pas de risque.
• Le gaz naturel est incolore et inodore. Il est donc indétectable par les sens humains. C'est la raison pour laquelle il faut impérativement l'odoriser. Le mercaptan ou le tetrahydrothyophène (THT) sont les substances généralement employées à cet effet.
• Le gaz est, par nature, un état peu dense de la matière. C'est pourquoi pour une même quantité énergétique, le gaz est beaucoup plus volumineux que le pétrole ou le charbon. Il doit donc être maintenu comprimé durant tout son transport. Cette compression nécessite bien entendu des compresseurs qui consomment de l'énergie...

Utilisation

• Chauffage domestique et industriel, cuisson.
• Production d'électricité dans des centrales thermiques à gaz.

Les hydrocarbures "non conventionnels"

Voilà des ressources fossiles dont on parle beaucoup ces derniers temps en France (et ailleurs). De quoi s'agit-il ? De "toutes les autres" ressources fossiles. Jusqu'à il y a peu, on s'y intéressait assez peu du fait que ces ressources étaient peu pratiques, et donc couteuses, à exploiter. Mais avec l'augmentation progressive, mais certaine, du prix du pétrole et du gaz naturel, ces ressources ont fini par intéresser des industriels qui cherchent maintenant à les exploiter largement.

Concrétement, ces hydrocarbures "non conventionnels" sont de différentes sortes :

• des pétroles "lourds", c'est-à-dire visqueux et donc qui s'écoulent très mal dans les tuyaux. Ce type de pétrole est exploité au Vénézuéla.
• les sables et les schistes bitumineux qu'il faut exploiter comme du charbon, dans des mines, à grand coup de pelleteuse et de camions. On les exploite surtout au Canada.
• des pétrole "normaux" mais qu'il faut aller chercher très très loin, en profondeur sous la mer ou même sous la banquise du Pôle Nord !
• les gaz de schiste, qui sont des gaz piégés à l'intérieur de roches. Pour récupérer ce gaz, il faut fracturer la roche en injectant de l'eau sous pression et des produits chimiques dans la roche.

Avantages

• Quand y en a plus, y en a encore ! L'écorce terrestre regorge de ressources plus qu'il n'en faut. Cela permet donc de continuer à produire du carburant même sans pétrole ou gaz "classique".
• Heu...

Inconvénients

• L'exploitation de ces hydrocarbures coûte plus cher que pour les hydrocarbures conventionnels, du fait que les moyens à mettre en œuvre pour les extraire du sol, puis les rendre utilisables comme combustible sont beaucoup plus nombreux et compliqués
• L'exploitation de ces hydrocarbures entraînent des nuisances importantes pour l'environnement : destruction des forêts (par exemple au Canada), pollution de l'eau et des nappes phréatiques due à l'injection de produits chimiques dans la roche
• La fracturation de la roche pour récupérer les gaz de schiste (comme c'est le cas aux États-Unis) peut entraîner de petits tremblements de terre et une pollution de l'eau du robinet car le gaz peut se mélanger à l'eau.

Utilisation

• Après diverses opération de nettoyage et de purification, on peut utiliser les hydrocarbures non conventionnels comme les autres hydrocarbures.

Les ressources d'énergie fossiles sont des matières qui contiennent du carbone. La formation très lente de ces produits dans le sous-sol terrestre provient de l'accumulation du carbone qui se trouvait initialement dans l'atmosphère de la Terre il y a des millions d'années. C'est parce que ce carbone a été retiré de l'atmophère que la vie a pu sortir des océans et se développer sur tous les contients. En effet, les climats sont fortement dépendants de la quantité de gaz carbonique dans l'atmosphère.

Depuis une centaine d'années l'exploitation des ressources fossiles par l'homme s'est fortement développée. Elle participe à retirer le carbone du sous-sol pour le renvoyer dans l'atmosphère. Ainsi l'humanité est en train d'inverser le processus : la combustion des énergie fossiles libère le gaz carbonique dans l'atmosphèe et le climat change. Ainsi les conditions de vie sur Terre se dégradent progressivement. C'est le changement climatique.

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Dernière mise à jour le 04/09/2011