Bulletin trimestriel n°123 (année 2006) article extrait

Machines à vapeur, nucléaire, photovoltaïque et chaleur solaire

rédaction Alain Vaillant

Depuis 500.000 ans que l’homme a appris à maîtriser le feu, il l’utilise pour se chauffer, cuire ses aliments et depuis quelques centaines d’années pour remplacer les animaux domestiques dans la production d’énergie mécanique. Depuis quelques dizaines d’années on sait en faire de l’électricité. Et demain ?

1) Au 19ème siècle :
Dans les machines à vapeur on chauffe de l’eau pour produire de la vapeur sous pression. Cette vapeur pousse un piston qui, par un embiellage, entraîne en rotation un volant en fonte. A partir du mouvement de ce volant, on sait actionner diverses machines qui contribuent à révolutionner les domaines de l’activité humaine qui utilisent un travail mécanique.

machine à vapeur automobile qui, dans l'agriculture a permis de mécaniser le battage du blé (fin du 19ème siècle)

A partir de cette époque, un schéma mental, fondamental, pour des génération d’ingénieurs est mis en place :

chauffage > vapeur d’eau > mouvement

Le chauffage de l’eau, qui était assuré initialement par du bois, a été remplacé petit à petit par du charbon. Le rendement énergétique de ces machines à vapeur devait avoisiner 10%. Mais leur disponibilité, leurs capacités de production très souples (possibilité de fonctionnement nuit et jour, concentration de production dans un bâtiment de l’usine, puis distribution de l’énergie mécanique …) leur ont assuré un développement rapide
Par ailleurs, Carnot et la thermodynamique nous ont appris depuis le début du 19ème siècle que le rendement d’un moteur thermique ne peut pas dépasser 1/3. Ce n’était pas gênant : les sources d’énergie paraissaient inépuisables et les 2/3 restants étaient le plus souvent « abandonnés » dans l’eau ou l’air voisins sous forme de chaleur.

2) Au 20ème siècle :
Des hydrocarbures, dont on maîtrise l’usage, dans les moteurs à explosion produisent directement de l’énergie mécanique. Mais la présence de charbon dans les sous-sols (français, britannique, …), un souci d’économies et d’indépendance font durer le schéma chaleur-vapeur-mouvement.
Une autre forme d’énergie beaucoup plus facile à utiliser se développe considérablement : l’électricité. On sait la produire à partir d’énergie mécanique et donc le schéma s’enrichit :

chauffage > vapeur d’eau > mouvement> électricité

Parallèlement, on utilise mieux la vapeur sous pression dans des turbines dont la rotation entraîne directement la génératrice électrique.

coupe d'une turbine à vapeur d'une puissance de 1000.000 Kw (1950)

A la fin du 20ème siècle, avec la cogénération (où l’on produit et utilise simultanément de la chaleur et de l’électricité) on utilise l’énergie calorifique habituellement perdue à hauteur de 65%, ce qui limite la perte globale à 20%.
Les bombes atomiques qui explosent, depuis le milieu du 20ème siècle, en dégageant énormément de chaleur donnent aux ingénieurs le désir d’en produire de l’électricité. C’est ce qu’ils font dans les centrales nucléaires que nous connaissons qui ne sont donc que d’énorme machines à vapeur où le coté nucléaire n’intervient qu’au niveau « chauffage » dans le sacro saint schéma
chauffage à vapeur d’eau à mouvement à électricité
La différence avec ce qui se faisait au 19ème siècle se situe à 3 niveaux :
· Le chauffage est extrêmement dangereux à cause de la radioactivité en cours d’exploitation et dans les « scories » de ces « chaudières »
· Les quantités d’énergie produite sont considérables (par rapport au siècle précédent)
· La production est très fortement centralisée. Elle nécessite une technologie sophistiquée et une distribution « lourde ».
Ce qui est commun avec le 19ème siècle, c’est que les 2/3 de la chaleur produite est dispersée dans l’eau ou dans l’air, mais là aussi en quantités considérables
A son époque, le projet « super phénix » était aussi une machine à vapeur où les transferts de chaleur par du sodium liquide augmentaient encore les risques

3) Années 2000 :
Les réacteurs nucléaires de la première génération (années 1970 et suivantes) arrivent en fin de vie et nos gouvernants et leurs financiers « proposent » leur remplacement par une nouvelle génération de réacteurs nucléaires « EPR » (la décision finale de réalisation a été prise avant la fin des débats publics mis en place au nom de la démocratie !). Bien entendu, ce sont des ensembles industriels où l’on va encore chauffer dangereusement de l’eau pour faire de la vapeur . . .
Dans le projet « ITER » où nos ingénieurs vont essayer de réaliser les réactions thermonucléaires qui se produisent dans le soleil (les réalisations industrielles sont prévues par les optimistes dans 50 ans), c’est toujours le même schéma de production d’énergie, avec la même chaleur excédentaire et, au moins, les mêmes dangers:

chauffage > vapeur d’eau > mouvement> électricité

Ce rapprochement du nucléaire et du soleil mérite que l’on s’y arrête

4) L’énergie solaire :
Beaucoup d’habitants du Nord Pas de Calais sont convaincus que leur région est grise, pluvieuse et que l’on manque de soleil.
Et pourtant !
Quand on regarde la carte solaire de la France on constate qu’il arrive, dans le nord, au niveau du sol, environ 3KWh/m²/jour d’énergie solaire. C’est plus que la moitié de ce qui arrive, dans les mêmes conditions, dans le sud de la France métropolitaine.

carte d’ensoleillement en KWh/jour/m² au niveau du sol. Source : Tecsol (1)

Vous êtes déjà en train de regarder le bas de la carte avec envie : cela ne sert à rien, voyons plutôt ce que l’on peut faire avec le soleil chez nous !
Comparons d’abord l’énergie solaire que l’on reçoit en Nord Pas de Calais avec l’énergie électrique produite par la centrale nucléaire de Gravelines (qui, avec ses 6 réacteurs, est la plus « grosse » en Europe). Celle-ci, en 2004(2) a produit 3,86*10.000.000.000.000 Wh d’électricité. La même année, sur les 12.414 Km² de la région, il est arrivé 1360*10.000.000.000.000 Wh (en prenant une moyenne d’ensoleillement de 3 KWh/m²/jour). Globalement, en un an, il arrive sur notre région 352 fois plus d’énergie solaire que d’électricité produite en même temps à Gravelines ! Pratiquement, toute l’énergie électrique produite à Gravelines durant un an est équivalente à l’énergie solaire qui arrive sur la région en une journée moyenne (24 heures y compris la nuit)!
Cela signifie que notre planète baigne dans un flux d’énergie solaire considérable !
Le même calcul peut être fait à l’échelle de la France en prenant comme base un ensoleillement moyen de 3,6KWh/m²/jour et la production d’électricité d’origine nucléaire de 2004 (2), soit 4,25*100.000.000.000.000 Wh. On constate alors que toute l’électricité nucléaire produite cette année là permettrait de « remplacer » le soleil, sur la France, pendant à peine ¼ d’heure d’ensoleillement moyen !!
Avec le projet ITER nos « spécialistes officiels » de l’énergie espèrent imiter le soleil en tournant le dos à l’énergie du soleil qui nous inonde tous les jours !. On mesure ici le délire énergétique de notre société.

5) Notre culture de l’énergie :
Il y a 50 ans, l’énergie c’était « le marchand de charbon » et les images correspondantes : la couleur noire, les mineurs, la silicose, les terrils,… . Le pétrole avait déjà sa place mais surtout pour les déplacements (qui étaient parcimonieux en comparaison de ce qui se pratique en 2006).
Ensuite, LA source d’énergie a été le pétrole avec lui aussi ses images : une huile noire, des champs de pétrole avec leurs pompes qui tournent au Texas, l’Algérie, l’OPEP, la crise du pétrole en 74, la pollution de la mer, les oiseaux « mazoutés », des guerres, … . Le pétrole a remplacé le charbon pour se chauffer, il « permet » de se déplacer vite et loin.
Dans les années 70 le nucléaire s’est installé en France comme source d’énergie, dite « moderne » par ses partisans, et son cortège d’images : Pierre et Marie Curie, l’opposition à la construction de Gravelines, Plogoff, Tchernobyl, des montagnes de déchets radioactifs, ….
A cause des productions centralisées, la distribution de l’énergie (charbon, pétrole, gaz, électricité …) est elle même consommatrice d’énergie et d’espace.

Pour nous, l’énergie c’est quelque chose de plus en plus difficile à produire. On l’achète de plus en plus cher et de nombreux français pensent (ou tout au moins on les y pousse) que le nucléaire, « c’est sale » mais que, pour le confort énergétique on ne peut s’en passer. En comparaison avec l’énergie solaire qui est libre, gratuite, abondante et distribuée partout, on nous a enfermés dans un système de consommation centralisé et de plus en plus dangereux.. Des banquiers et des politiciens tirent les ficelles … et l’argent de nos poches au mépris de notre sécurité.

6) Le soleil :
Le charbon, le pétrole et le gaz naturel de notre sous sol c’est de l’ « énergie solaire » concentrée puis stockée il y a 250 millions d’années (au carbonifère).
La vie végétale et animale ne sauraient se passer longtemps du soleil (privez de soleil une surface de gazon durant 1 mois, puis allez voir …)

Il est grand temps de faire moins de vapeur et de se mettre à penser que : ENERGIE = SOLEIL

>> en 2011, une revue de Nord Nature Environnement a été conscrée entièrement à l'énergie solaire

7) Chauffer de l’eau au soleil :
Le chauffe eau solaire qui produit de l’eau chaude sanitaire est un objet de technologie simple dont la conception et l’installation relèvent essentiellement de la plomberie (avec un peu d’automatismes pour actionner la pompe du circulateur d’eau).
Dans notre région, les spécialistes estiment le temps de retour de l’investissement à une douzaine d’années.
Ce que l’on oublie de dire, c’est que dans la production d’eau chaude sanitaire habituelle, l’investissement (sous forme d’achat de « cumulus », de chauffe eau mural, de complément d’une chaudière de chauffage) n’a pas de temps de retour car on doit, après, payer toute l’énergie que l’on va utiliser : c’est de l’argent perdu ! On ne récupère jamais l’argent qui a servi à acheter le « cumulus », …
Avec un chauffe eau solaire, on a dès le départ l’espoir de récupérer son investissement et ensuite de faire du bénéfice !
Il est à noter que lorsque le prix de l’énergie (pétrole, gaz, …) augmente de 10%, le temps de retour de l’investissement « chauffe eau solaire » diminue automatiquement de 10%

4,4m² de capteurs de chauffe eau solaire familial

En plus, la production d’eau chaude par un chauffe eau solaire ne contribue pas du tout à l’effet de serre

8) Produire de l’électricité au soleil :
On sait maintenant fabriquer de l’électricité directement à partir du soleil à l’aide de cellules photovoltaïques qui ont un rendement supérieur à 10% (aux environs de 15%). Cela permet, par exemple, avec 30m² de panneaux photovoltaïques de produire la quantité d’électricité consommée par une famille française de 4 personnes.

"petite maison photovoltaïque dans la prairie" à Merville (nord) avec ses 10m² de tuiles photovoltaïques

Pour avoir un ordre de grandeur du « gisement » d’électricité d’origine photovoltaïque, on peut faire une estimation de la quantité d’électricité qui serait produite, par an et en France métropolitaine, si on couvrait les trois quart des toitures de tous les bâtiments de panneaux photovoltaïques (en ne mettant pas de panneaux photovoltaïques sur les toitures orientées au nord, on supprime un investissement peu rentable):
Données :
· superficie bâtie en 2003 : 11.100 km² (3).
· soleil reçu par m² et par jour en moyenne en France : 3,6 KWh
· rendement des cellules photvoltaïques 15%
La production électrique correspondante en 1 an : 2*1.000.000.000.000.000 Wh
Par ailleurs, durant l’année 2004, la consommation électrique des ménages a été de 1,8*100.000.000.000.000 Wh (4).
Cela signifie pratiquement que si on couvre toutes les toitures en France métropolitaine avec des panneaux photovoltaïques, on produirait une quantité d’électricité plus de 10 fois supérieure à celle consommée par tous les ménages de France métropolitaine !.
Si on ramène cela à l’échelle du Nord Pas de Calais :
· la population 59-62 représente 6,8% de la population nationale
· la surface bâtie en 59-62 représente 5,3% de la surface bâtie nationale (3)
L’ordre de grandeur est le même.

Dans notre région, avec les données économiques de 2004 (coût de l’installation, subventions, …)les spécialistes estiment le temps de retour de l’investissement à une grosse quinzaine d’années. Pour ce qui est de « la petite maison photovoltaïque dans la prairie » photographiée ci dessus , après 1 an et demi de fonctionnement, les prévisions de production ont été dépassées de 13% … et donc, le temps de retour de l’investissement a diminué de 13%.

Installation photovoltaïque à Bailleul (nord) : 30m² produisent la consommation du couple y habitant

Certains accusent parfois les « écolos » de prôner le retour à la bougie, mais en faisant la promotion du photovoltaïque nous sommes en plein 21ème siècle alors que les tenants du nucléaire en sont encore à la machine à vapeur du 19ème siècle . . . où l’on s’éclairait à la bougie et au gaz !

la toiture photovoltaïque assure le fonctionnement du phare de "La Pointe des Poulains" à Belle Ile en mer

9) Objections au photovoltaïque :
Contres arguments souvent entendus et amorces de réponses
· « oui mais, vous produisez le jour et vous consommez surtout le soir ».
Ce n’est pas tout à fait exact (lave linge, lave vaisselle, …). De plus, en France, à cause des usines, bureaux, lieux où l’on étudie …, la consommation électrique est plus importante le jour que la nuit et donc, mutualiser sa production électrique d’origine photovoltaïque en la vendant à EDF (par exemple) concours à satisfaire des besoins réels. Donc on pourrait grâce à cela diminuer notablement le nombre de réacteurs nucléaires en service.
· « oui mais c’est possible parce que c’est fortement subventionné et que EDF est obligé d’acheter l’électricité ainsi produite beaucoup plus cher qu’il ne nous vends cette même électricité »
Le prix que l’on nous fait payer l’électricité est complètement artificiel : le nucléaire a eu depuis des dizaines d’années des subventions considérables à travers le financement du CEA (organe militaire et civil ). De plus, le démantèlement des centrales nucléaires a un coût qui, actuellement, a été très sous estimé (5). Il n’est pas possible à l’heure actuelle de connaître le vrai prix de revient de l’électricité d’origine nucléaire. Il n’y a donc pas de scrupule à recevoir une subvention pour installer chez sois des panneaux photovoltaïques
· « Votre production est très aléatoire et donc il faudrait maintenir exactement le même parc électronucléaire que l’actuel pour les périodes sans soleil! »
C’est vrai que la production photovoltaïque est en partie aléatoire. Mais, bien que, le mois de mai que l’on vient de vivre en 2006 a été particulièrement pluvieux et couvert, j’ai produit seulement 18% de moins qu’en mai 2005 (resp 115 KWh et 94 KWh pour mes 10 m² de panneaux photovoltaïques)

10) Pour mettre en pratique :
+ le chauffe eau solaire dont les capteurs ont été photographiés est décrit en détail sur le site internet de Nord Nature à l’adresse :
http://www.nord-nature.org/fiches/fiche_e4.htm
+ l’installation photovoltaïque dont les tuiles solaires ont été photographiées (visibles ci-dessus) est décrite en détail sur le site internet de Nord Nature : http://www.nord-nature.org/fiches/fiche_e2.htm
+ si vous n’utilisez pas internet, vous pouvez consulter les « documents papier » extrait du site internet, et décrivant les 2 installations, au secrétariat de Nord Nature.
+ Des Points Info Energie ont été mis en place, par l’ADEME(6), dans toute la France. Vous pouvez y trouver des conseils pertinents sur les installations d’énergies renouvelables, les économies d’énergie, les aides à l’investissement, … Dans la région, on en trouve à Lille, Arras, Dunkerque, Béthune, …La liste complète est sur le site de l’ADEME : http://www.ademe.fr/; mais vous pouvez également obtenir cette liste auprès du Point Info Energie de la MNE(7) de Lille

Lexique :
- le préfixe Kilo, représenté par le symbole K, signifie Mille ou encore 103
- le préfixe Téra, représenté par le symbole T, signifie Billon ou encore 1012
- le kilowatt heure, représenté par le symbole KWh (c’est sensiblement la quantité d’énergie consommée lorsque l’on repasse du linge durant une heure)
- temps de retour d’un investissement : c’est le temps durant lequel les économies réalisées vont rembourser totalement l’investissement initial

Sources d’informations :
(1) société TECSOL, 105 avenue Alfred Kastler, BP 90434 66004 Perpignan cedex. Site http://www.tecsol.fr/
(2) « Les centrales nucléaires dans le monde », édition 2005. Edité par le Commissariat à l’Energie Atomique
(3) source : base de données EIDER de l’IFEN (Institut Français de l’Environnement)
(4) source : Eurostat, http://europa.eu.int/comm/eurostat/.
(5) le rapport Cour des Comptes de janvier 2005 intitulé « Le démantèlement des installations nucléaires et la gestion des déchets radioactifs » stigmatise la sous estimation très forte du coût annoncé par EDF. Ce rapport peut être consulté à l’adresse : www.nord-nature.org/environnement/energie/rapport_nucleaire_cour_des_comptes_2005.pdf (1,3Mo)
(6) ADEME : Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’énergie
(7) MNE de Lille : Maison de la Nature et de l’Environnement, 23 rue Gosselet, 59000 Lille

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Notes d'actualisation, janvier 2009 :
+ en 2007, la consommation d'électricité en France métropolitaine a été de 480 TWh (1). Sur les 12.000 km² de surfaces qui y sont bâties, des panneaux photovoltaïques ayant un rendement de 12% produiraient, en 1 an, 1857 TWh d'électricité.
+ le soleil arrivant sur les routes et parkings est aussi une énergie gaspillée. Leur superficie, dans l'hexagone est de 17242 km²(2). Cette quantité d'énergie convertie en électricité photovoltaïque est tout aussi considérable

Sources :
(1) Statistiques énergétiques en France, Juin 2008, publiées par RTE : http://www.rte-france.com/
(2) source : base de données EIDER de l’IFEN (Institut Français de l’Environnement)

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Note d'actualisation, avril 2011 :
Nord Nature Environnement a publié en mars 2011 une revue entièrement consacré à l'énergie solaire : "Le Soleil, notre énergie". Un site internet a été créé à cette occasion, il permet d'acheter cette revue ou de la télécharger gratuitement : http://www.soleil-energie.eu/