Innholdsfortegnelse for HS No. 301 i Science & Vie

La loi de conservation de l’énergie stipule que l’énergie n’est ni créée ni détruite, mais qu’elle se transforme. Elle est convertie d’une forme d’énergie en une autre. Ce fondement scientifique, que l’on doit au chimiste français du XVIIIe siècle Antoine Lavoisier, sous-tend l’un de nos problèmes de société majeurs : nous ne pouvons créer de l’énergie à partir de rien… Nous devons la trouver autour de nous, dans notre système: micro-organismes accumulés depuis des millénaires, soleil, eau, vent, atomes, etc. Même la masse est une forme d’énergie, comme l’avait démontré Einstein avec la plus célèbre des équations de l’histoire des sciences, E = mc2 (où E est l’énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière dans le vide), qui met en évidence l’équivalence entre masse et énergie.…

Les chiffres publiés par l’Agence internationale de l’énergie en 2018 ont de quoi alarmer: l’utilisation des climatiseurs et des ventilateurs électriques représente 20 % de la consommation électrique mondiale des bâtiments. Si rien ne change, la demande d’énergie pour le refroidissement des locaux devrait plus que tripler entre 2016 et 2050, passant de 1997TWh (térawattheures) à 6205 TWh, soit à peine moins que la consommation électrique globale de la Chine en 2018. Pour éviter ce scénario, des alternatives existent. Dans l’océan Pacifique, la Polynésie française fait office de pionnière pour l’une d’elles. Son nom: Swac, acronyme de Sea Water Air Conditioning, ou climatisation à l’eau naturellement froide (Cenf) dans la langue de Molière. Cette climatisation marine repose sur un principe simple. “Le Swac, c’est un pipeline, une pompe et un…

Un réacteur à eau pressurisée (REP) classique de 2e génération délivre entre 900 MWe et 1 450 mégawatts électriques (MWe) de puissance électrique. L’EPR d’EDF, actuel réacteur de 3e génération, produira 1 650 MWe. Et pourtant, à rebours de l’histoire qui voudrait des réacteurs toujours plus puissants, les leaders du nucléaire se sont lancés dans une course effrénée: développer des petits réacteurs entre 10MWe et 300 MWe de puissance appelés SMR (pour Small Modular Reactors, ou petits réacteurs modulaires). Preuve de cet engouement sans précédent : près de 70 projets sont en développement plus ou moins avancé dans le monde. Car un créneau est à prendre : “L’objectif est avant tout de remplacer les centrales à charbon dans des pays émergents, qui posent à la fois des problèmes de pollution…

“Un accident nucléaire marque son territoire sur des décennies, il bouleverse la vie des populations.” Jean-Christophe Gariel, expert santé-environnement au sein de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), se veut clair sur les risques, fort de son expérience de près de trente voyages vers la zone contaminée de Fukushima, au Japon, théâtre d’un accident majeur en 2011: un tremblement de terre de 9,1 sur l’échelle de Richter provoque un raz de marée qui submerge les systèmes d’alimentation interne du réacteur de la centrale de Fukushima-Daiichi. Un accident de niveau 7 sur l’échelle internationale des événements nucléaires et radiologiques, dite échelle Ines (voir encadré). Dix ans après, quel bilan humain ? “Lors d’un accident de réacteur, le plus gros problème est l’iode radioactif qui se fixe sur la thyroïde…

L’avenir énergétique de la France, et du reste du monde, dépend de multiples facteurs, mais peu sont aussi vitaux que la capacité à stocker l’énergie. Par définition, l’énergie n’existe que sous des formes liées à ses transformations: qu’elles soient potentielles (placer de l’eau en hauteur lui donne le potentiel de retomber), thermiques ou cinétiques. La stocker revient donc à ruser, pour la piéger dans des boucles ou pour la transformer en une matière que l’on pourra réutiliser ensuite, à la manière de l’hydrogène. La nature s’est déjà chargée d’effectuer un stockage massif, étalé sur plusieurs millions d’années: le pétrole, le charbon et le gaz. De redoutables pièges à énergies, qui ont permis l’apparition de l’ère industrielle et des transports : l’automobile, le train et l’avion. Mais désormais, la menace du…

Des connexions à toutes les échelles À Mafate, sur l’île de La Réunion, les ressources ne sont pas vraiment abondantes, et si le soleil ou le vent vient à manquer, toute l’île sera impactée. Un “microgrid”, réseau de petite échelle, est donc en expérimentation depuis 2017 pour stocker l’énergie d’origine renouvelable, sous la forme d’hydrogène. Pour l’heure, il ne s’agit que de 8kW d’électricité, couplés à 16 kWh de stockage sous forme de batteries lithium-ion. Cela permet d’alimenter une chaîne hydrogène capable d’assurer un stockage sur cinq jours. Pour leur part, les États eux-mêmes peuvent se mettre en réseau, comme en Europe où l’électricité est déjà connectée. Au total, selon les chiffres de RTE, près de 305 000 km de lignes, et 400 interconnexions constituent ce gigantesque réseau. De…

C’est une vieille antienne de l’industrie photovoltaïque : l’avènement prochain d’une technologie capable de surpasser le rendement des panneaux à base de silicium. Ou, à tout le moins, de proposer une alternative plus souple, intégrable dans des endroits (bâtiments, mobilier) inaccessibles à ce même silicium, qui repose sur des plaquettes épaisses et rigides. Maintes fois repoussé, ce rêve est peut-être enfin en passe de se concrétiser grâce aux cellules à base de pérovskites. “En dix ans de recherche, cette technologie est passée de 3 % de rendement à 25 %, soit les performances des cellules en silicium monocristallin dernier cri, qui sont, elles, développées depuis plus de cinquante ans”, expose Frédéric Sauvage, directeur de recherche au laboratoire de réactivité et chimie des solides (CNRS). Mieux : les pérovskites récupérant bien…

Gaël Giraud est économiste et prêtre jésuite, ce qui n’a rien d’incompatible. Ce chercheur au CNRS, enseignant et directeur du département justice environnement à l’université de Georgetown (États-Unis), tisse un lien étroit entre économie et écologie. Celui qui a l’oreille des politiques a réduit son empreinte carbone individuelle bien en deçà de la moyenne française. Dans cette interview technique et sensible, il nous explique pourquoi les gestes du quotidien en faveur de l’environnement sont indispensables, pourquoi la transition écologique ne pourra avoir lieu si les banques ne mettent pas un terme à leurs investissements “bruns”, et comment nous devons nous inspirer des populations des Sud dans notre rapport au vivant. SVHS : Aujourd’hui, nous hésitons à acheter une bouteille en plastique, à prendre l’avion… Nous sommes attirés par la décroissance,…

1921 Un moteur à vent Qu’est-ce qui permet de tirer le meilleur rendement de la force du vent ? L’éolienne, bien sûr. “La roue motrice de l’éolienne, constituée par un certain nombre de pales groupées sur un moyeu central et réunies les unes aux autres par un cercle en acier galvanisé, est reliée à la dynamo par l’intermédiaire d’un arbre vertical rigide.” Un système qui, à petite échelle, peut alimenter des “installations domestiques qui comportent soixante à soixante-dix lampes maximum”. Problème : elle est soumise aux caprices du vent. Forcément ! 1938 “Utiliser directement l’énergie solaire ?” Voici que la récente invention d’une cellule photoélectrique ouvre des perspectives d’avenir pour optimiser l’utilisation de la lumière du soleil. Elle “transforme en courant continu les oscillations électromagnétiques qui constituent la lumière”. Bien…

C’est un immense défi énergétique qui se profile à l’horizon et qui va demander un développement tous azimuts des énergies renouvelables. Et peut-être, en plus, une relance du nucléaire. Ce défi si exigeant, c’est l’atteinte de la neutralité carbone en 2050 pour laquelle s’est engagée la France lors de l'accord de Paris. Quant aux moyens de le relever, ils viennent d’être précisés, en partie, par le gestionnaire français du réseau électrique, RTE. Ce dernier a présenté en octobre dernier six scénarios pour le mix électrique en 2050. Un exercice de prospective d’une ampleur inédite en Europe, basé sur une consultation publique ayant reçu 4 000 contributions de citoyens et nécessité 40 réunions de concertation avec 120 organisations entre industrie, recherche et ONG de tous bords. Ce travail a ensuite été…

CAPTER LE SOLEIL SUR L’EAU Imaginer des centrales solaires flottantes, c’est ce sur quoi travaillent les Norvégiens d’Ocean Sun depuis 2016. “Nous plaçons nos modules photovoltaïques directement sur des membranes flottantes, qui sont plus stables thermiquement et mécaniquement et offrent des conditions idéales pour les cellules solaires à basse température”, explique le P.-D.G. de l’entreprise, Børge Bjørneklett. Avec des résultats déjà impressionnants puisque ces panneaux photovoltaïques seraient entre 8 % et 10 % plus performants que ceux montés au sol, assure la start-up. Ocean Sun les installe aujourd’hui en priorité sur les réservoirs des centrales hydroélectriques. Les barrages sont en effet particulièrement adaptés pour héberger ce type d’installations puisque l’infrastructure du réseau électrique y est déjà présente. Les réservoirs agissent également comme d’énormes batteries pour niveler la production intermittente des…

Elle fait briller les étoiles depuis des milliards d’années, et les yeux des physiciens depuis des décennies. Proche cousine de la fission (voir article précédent) s’appuyant également sur des interactions entre noyaux atomiques pour dégager de grandes quantités d’énergie, la fusion nucléaire présente des avantages si grands qu’elle est sans conteste le graal de la production énergétique. Cependant, depuis les premiers travaux qui ont débuté dans les années 1950 pour tenter de la maîtriser sur Terre, aucun réacteur fonctionnel n’a encore pu être développé. À tel point que les recherches dans ce domaine font régulièrement l’objet d’une douce raillerie: “La fusion, c’est toujours pour dans trente ans”. Cependant, l’espoir d’y parvenir est toujours aussi vivace pour de nombreux spécialistes du domaine, qui est en ce moment en pleine mutation avec,…

Jeudi 30 septembre 2021, Lhyfe inaugure une des premières installations industrielles de production d’hydrogène “vert” en Europe. Pour fabriquer cet hydrogène décarboné, son usine basée à Bouin, dans le marais vendéen, s’alimente directement au pied des éoliennes avec l’optique de le distribuer localement. Elle fournira notamment les flottes de bus et de camions-bennes de villes voisines comme La Roche-sur-Yon et Saint-Nazaire. L’enjeu est de taille car, aujourd’hui, l’essentiel de l’hydrogène est issu de l’opération de vaporeformage du gaz naturel, donc d’origine fossile. Or l’ambitieux Plan hydrogène français, lancé en 2020, place dans ses priorités la production massive d’hydrogène renouvelable et bas carbone pour décarboner les transports lourds et l’industrie à moyen terme (voir article précédent). Lhyfe s’appuie sur l’électrolyse, un procédé qui consiste à “casser” des molécules d’eau (H2O) grâce…

Selon le journaliste Guillaume Pitron, auteur de La Guerre des métaux rares, la face cachée de la transition énergétique et numérique, “le changement de notre modèle énergétique va consommer au cours des trois prochaines décennies davantage de métaux qu’au cours des 2 500 générations précédentes” [environ 60 000 ans, NDLR]. Il se traduira, entre autres, par une augmentation de la production d’acier, d’aluminium, de cuivre, de nickel et de zinc, mais reposera aussi sur une utilisation massive des métaux rares. Selon une étude de l’Agence internationale de l’énergie, le remplacement des véhicules thermiques par des véhicules électriques d’ici à 2040 nécessitera 50 fois plus de lithium qu’aujourd’hui et 30 fois plus de cobalt et de graphite. Le lithium est surtout présent dans les batteries lithium-ion, qui s’imposent sur le marché…

EMPRISONNER LE SOLEIL La plus intarissable des sources d’énergie est notre soleil: son rayonnement fournit chaleur et lumière, mais nous ne l’exploitons pas au mieux. Maîtriser cette énergie est digne d’une civilisation extraterrestre de type II, selon l’échelle de Kardachev, et la technologie nécessaire est connue sous le nom de sphère de Dyson. Le principe date du début du XXe siècle, imaginé par l’auteur Olaf Stapledon puis formalisé par le physicien Freeman J. Dyson dans les années 1960 : il s’agit de construire une sphère autour du Soleil pour en récupérer l’énergie. Les fans de Marvel en ont eu un aperçu sur Nidavellir, étoile à neutrons encerclée d’anneaux, source d’énergie pour alimenter de puissantes forges durant des millénaires. Pour être plus réaliste – en quelque sorte–, l’idée serait de bâtir…

L’histoire de l’énergie dans la science-fiction est intimement liée à celle des technologies : “On est passé progressivement d’un motif d’émerveillement et de fascination techno-optimiste à des visions plus critiques, jusqu’à creuser parfois des profondeurs insondables de désespoir”, constate Antoine St. Epondyle, blogueur, journaliste, essayiste spécialisé en science-fiction, auteur de L’Étoffe dont sont tissés les vents (éd. Goater). Au cours du XXe siècle, les événements historiques (guerres mondiales, bombe nucléaire, génocides, guerre froide…) contribuent à désenchanter le rapport au progrès. Le réchauffement climatique, la remise en question de nos modes de vie, la prise de conscience des limites planétaires invitent désormais à redécouvrir des modèles d’existence décarbonée. Jusqu’alors, dans un contexte de croissance et de progrès technologique, a prospéré une conception “extractiviste” de l’énergie: quelle qu’en soit la nature, réelle…

Pour Emmanuel Hache, économiste prospectiviste à l’IFP Énergies nouvelles qui a dirigé la revue Géopolitique de la transition énergétique, le rôle du prospectiviste est de “projeter des images du futur” à des horizons de long terme (2050-2060), de bâtir des futurs potentiels “les plus contrastés possible” et d’élaborer un récit, une trajectoire qui y tendent. Grâce à une sélection de films, il a étudié pour nous comment l’énergie est considérée dans la SF et pourrait dessiner l’avenir. La science-fiction d’aujourd’hui reprend beaucoup de questionnements qui ont émergé dans les années 1970. En 1972, le Club de Rome posait déjà des enjeux comme la surpopulation, l’énergie, l’environnement, le climat, les externalités environnementales… La science-fiction aussi, du coup. Et l’énergie y est l’alpha et l’oméga. La raréfaction, voire la pénurie d’énergie, pourrait…

Pour sortir des hydrocarbures fossiles, la production électrique décarbonée doit assurer 55 % de la consommation énergétique totale en 2050, ce qui laisse tout de même 45 % d’usages – ingrédients chimiques d’origine fossile, chaleur pour l’habitat et l’industrie, carburants pour l’aviation… – à combler par d’autres moyens. C’est pourquoi les feuilles de route comme la Stratégie nationale bas carbone prévoient la montée en puissance de la chaleur renouvelable (à base de géothermie, de bois ou de déchets), de la production de carburants de synthèse ou encore du gaz renouvelable (biogaz issus de la méthanisation, hydrogène…). Autant de technologies encore peu développées amenées à occuper une place centrale dans le monde de 2050.…

À Brest, en février dernier, se tenait le One Ocean Summit. Au cœur des préoccupations : la santé de l’océan mondial, couvrant 71 % de la surface de la planète. Régulation de la température globale et du climat, absorption du CO2 atmosphérique, source de nourriture… les services qu’il nous rend sont incommensurables. Et pourtant, reste un domaine immense et sous-exploité, celui du potentiel des énergies marines renouvelables (EMR). Selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables, la capacité énergétique de l’océan pourrait être multipliée par vingt d’ici à 2030, et atteindre 300 GW pour l’Europe d’ici à 2050, évitant l’émission de 500 millions de tonnes de CO2. L’océan est mû par de nombreuses forces et énergies. L’énergie solaire, en premier lieu, chauffe la surface – surtout entre les tropiques –, tandis…

Un flotteur 1 utilise le mouvement de montée et de descente des vagues pour comprimer, à l’intérieur d’un piston 2 , un fluide hydraulique biodégradable qui sert à alimenter des accumulateurs terrestres 3 , dans lesquels la pression va alors monter avant d’être relâchée pour faire tourner un moteur hydraulique 4 , et ainsi générer de l’électricité. Le fluide hydraulique est envoyé ensuite vers un réservoir 5 où il est stocké jusqu’à la prochaine vague.…

Un vent de fraîcheur semble souffler sur le nucléaire dit de “4e génération”. Cette appellation désigne une famille hétéroclite de concepts encore en développement promettant, selon les technologies, davantage de sûreté intrinsèque, une utilisation plus durable du combustible ou des rendements accrus. Alors que cette recherche fut longtemps cantonnée aux laboratoires publics, de nouvelles initiatives émergent depuis une dizaine d’années. Un renouveau porté au Canada et aux États-Unis par le secteur privé, “via des start-up qui s’associent aux laboratoires nationaux, puis trouvent des financements auprès du ministère de l’Énergie américain et de grands investisseurs”, observe Jean-Claude Garnier, responsable du programme 4e génération au CEA. Une stratégie qui n’est pas sans rappeler la politique du New Space, qui a vu la revitalisation du secteur spatial outre-Atlantique sous l’initiative d’acteurs privés comme…

D’après une enquête réalisée par la Fusion Industry Association en octobre dernier, plus d’une trentaine d’entreprises privées de fusion existent à travers le monde. Certaines ont annoncé d’impressionnantes levées de fonds : 1,8 milliard de dollars en septembre dernier pour Commonwealth Fusion Systems (CFS), qui travaille en lien avec le mythique MIT, aux États-Unis. Celles-ci s’attellent généralement à emprunter des voies qui n’ont pas été testées dans le cadre des gros projets publics. Par exemple, alors qu’Iter utilise des supraconducteurs classiques, qu’il faut refroidir à une température proche du zéro absolu pour réaliser le confinement magnétique, CFS explore le développement récent des supraconducteurs de haute température pour obtenir le même résultat, et construire un réacteur avec un gain avoisinant 2. L’entreprise canadienne General Fusion compte quant à elle reproduire les…

Pourquoi l’hydrogène peine-t-il toujours à émerger ? Pour le moment, l’hydrogène est d’abord un produit de l’industrie chimique émettant du CO2. Mais il peut être aussi un vecteur d’énergie décarbonée. Pour le produire, on s’oriente essentiellement sur l’électrolyse de l’eau. Il faut alors énormément d’électricité pour y arriver. Et l’électricité, cela coûte très cher, surtout en ce moment, donc l'hydrogène aussi. Ajoutez à cela la question de nos capacités en énergies renouvelables, puisque, pour que l’hydrogène ait un intérêt sur le plan des émissions, il faut que l’électricité utilisée soit décarbonée. Quelles sont les principales difficultés que l'hydrogène doit encore surmonter ? Réussir à faire baisser le coût de l’hydrogène produit par électrolyse entre 5 € et 10 € le kg, contre 1,50 € le kg par vaporeformage du méthane.…

1 QU’EST-CE QUE LA BIOMASSE-ÉNERGIE? La biomasse désigne, en premier lieu, tout ce qui vient du vivant, animal ou végétal. L’énergie renouvelable issue de la biomasse provient du bois des forêts et des déchets des industries du bois (sciures, écorces, meubles…). Elle provient aussi de l’agriculture avec les résidus de culture et viticulture, les effluents d’élevages, les cultures dédiées. Par extension, on considère également comme de la biomasse les déchets verts et ménagers, ceux des industries agroalimentaires ou de la pêche, et jusqu’aux eaux usées. Leur valorisation en énergie est une solution d’avenir. Ainsi, la biomasse-énergie peut être transformée en biogaz – notamment du biométhane –, en biocarburant, en biocombustible, en biofertilisants… ou être utilisée sous forme de chaleur et d’électricité avec les centrales de cogénération. 2 PAR QUELS PROCÉDÉS…

Il s’agit d’une batterie électrochimique qui établit un transfert entre un côté anode et une cathode (typiquement, un oxyde). Il s’agit d’un transfert d’ions, des particules chargées électriquement issues de l’anode en graphite. L’idéal pour ces batteries est de fonctionner entre 30 et 50 % de charge. “Mais, surtout, qu’on les utilise régulièrement !”, rappelle Thierry Priem, responsable du programme Stockage et solutions de flexibilité au CEA. Car la meilleure batterie n’est pas celle que l’on construit pour rester au placard, mais celle qui est utilisée sur le réseau.…

La filière énergie peut-elle se passer des métaux rares pour mener à bien la transition écologique ? Pour toutes les hautes technologies, que ce soit dans le numérique ou dans l’énergie, on a besoin des métaux rares, dont les propriétés physiques ne sont pas facilement substituables. Les terres rares ont des propriétés de luminescence qui font qu’elles sont indispensables pour les écrans. Pour des raisons d’efficacité, de taille, d’entretien, il est difficile de s’en passer dans les aimants permanents des éoliennes off shore. Les besoins vont être croissants en raison d’une interpénétration de plus en plus importante entre le secteur de l’énergie et celui du numérique. Existe-t-il, en Europe, une alternative pour l’approvisionnement en métaux rares ? Il y a des gisements. La question n’est pas tant celle de la…

L ’étrange ornithoptère à ailes d’oiseau créé par Léonard de Vinci était, déjà à son époque, une innovation bio-inspirée. Le peintre et inventeur de génie a posé il y a plus de 500 ans les bases du biomimétisme: prendre exemple sur la nature pour faire avancer le progrès technique. Ou, en d’autres termes, s’inspirer de la capacité du vivant à se développer, s’adapter et à maintenir son équilibre dynamique, depuis 3,8 milliards d’années. Loin d’une course à la rentabilité et à l’abondance, le biomimétisme s’impose depuis une dizaine d’années, dans tous les domaines de la R&D. Un pas de côté pour adopter une vision du monde moins anthropocentrée et, comme la nature, faire plus avec moins mais sans peser sur les écosystèmes. En France, en 2019, tous secteurs confondus, près…

Qu’est-ce que l’agrivoltaïsme ? Le terme, contraction d’“agriculture” et de “photovoltaïsme”, a été inventé par Antoine Nogier, fondateur de la société Sun’Agri et Christian Dupraz, chercheur à l’Inra. Ils se sont inspirés des principes de l’agroforesterie et de la canopée pour imaginer “l’agrivoltaïsme du futur”. “Il va falloir augmenter la production mondiale agricole, d’ici à 2050, pour pouvoir alimenter la planète. Cela avec des terres qui s’appauvrissent et un changement climatique qui ravage la capacité productive des sols en plus de limiter la disponibilité en eau”, explique Antoine Nogier. La solution a donc été d’imaginer des panneaux photovoltaïques articulés bifaciaux qui, placés au-dessus des cultures –à 4,5 m, pour laisser passer les tracteurs–, vont agir comme des persiennes pour les protéger du stress hydrique et d’un ensoleillement excessif. Le dispositif…

Quels élémentsde la sérieChernobyl sont fidèles aux événements ? Michel Chouha : La reconstitution du déroulement de l’accident, depuis la veille jusqu’au moment du test, est un compte rendu fidèle de l’enchaînement des événements qui, entre défauts de conception et erreurs humaines, ont mené à l’explosion du réacteur. Par exemple, la description des défauts affectant les barres de contrôle –ces dispositifs qui servent à maîtriser la puissance lors du fonctionnement normal et à arrêter le réacteur en cas de besoin– est particulièrement pertinente. Les explications relatives à l’effet xénon sont, elles, un peu simplistes, mais cela reste sans importance majeure sur le récit, elles font bien comprendre cet effet très complexe. Enfin, le rôle important (et primordial) du facteur humain dans cette catastrophe est bien mis en évidence : lancer…