PARADOXE ET IMPERATIFS DE L’ENERGIE par M RIO André

PARADOXE ET IMPERATIFS DE L’ENERGIE

M André RIO
M André RIO

 

L’énergie a quelque chose de paradoxal. C’est à la fois une notion physique abstraite et une préoccupation concrète de tous les temps. Mot emprunté au langage courant, donc subjectif (l’énergie du désespoir), elle se mesure sans états d’âme en mégajoules ou en kilowatts. heure.

L’énergie se définit d’abord en mécanique : c’est la dépense nécessaire pour effectuer un travail : soulever un poids, actionner une machine, ce qui exige une source d’énergie, effort musculaire, chute d’eau, ressort . La notion se généralise avec les autres agents physiques : l’énergie électrique fait tourner les moteurs, fournit de la lumière, et les appareils sont réversibles : si on leur fournit de l’énergie mécanique, ils la transforment en électricité et réciproquement. La lumière aussi peut se transformer en électricité dans les panneaux solaires. Dans les piles et les batteries, c’est l’énergie chimique qui intervient. La théorie de la Relativité considère que la masse, c’est à dire la matière, est aussi une forme d’énergie.

La chaleur aussi est une source d’énergie ; c’est elle qui fait tourner les machines à vapeur, les moteurs des voitures, des bateaux, des avions, les centrales électriques, et qui propulse les avion à réaction et les fusées.

Quel est le bilan de toutes ces transformations ? Dès les premiers temps des machines à vapeur, on s’est rendu compte qu’on ne pouvait pas transformer intégralement la chaleur en énergie mécanique : une partie reste à l’état de chaleur, c’est celle qu’on évacue dans les radiateurs des moteurs et dans les centrales thermiques. De plus, toutes les autres transformations créent plus ou moins de chaleur : les freins, les fils électriques s’échauffent, les réactions chimiques dégagent de la chaleur ; tous les mouvements non entretenus ralentissent et finissent par cesser sous l’effet des frottements. Inexorablement, toutes les formes d’énergie finissent par se transformer en chaleur et les températures par s’uniformiser, la chaleur passant des corps plus chauds aux plus froids.

Cependant, dans toutes les transformations possibles, réversibles ou non, la quantité totale d’énergie reste constante. Dans un système isolé, on ne peut ni en créer ni en détruire, même si elle se dégrade sous forme de chaleur. On ne peut que la faire passer d’une forme à une autre.

Qu’est finalement l’énergie ? On sait la définir et la mesurer sous toutes ses formes, mais qu’ont elles de commun ? Ce n’est pas une substance, un fluide qui imprégnerait la matière et qu’on pourrait isoler à l’état pur. C’est plutôt une monnaie de compte, une abstraction que nous ne pouvons nous représenter concrètement, mais qui s’impose inexorablement dans toutes nos activités. Sans énergie, on ne peut rien faire ; avec de l’énergie, tout est possible.

D’où vient l’énergie dont nous disposons ? L’univers entier peut être considéré comme un système isolé d’énergie constante, et le système solaire lui même reçoit relativement peu de l’extérieur. Le Soleil et les éléments radioactifs sont presque les seules sources appréciables d’énergie. C’est le rayonnement solaire qui a permis la vie et l’accumulation de combustibles fossiles et qui est à l’origine des phénomènes atmosphériques ; l’énergie des marées est empruntée au mouvement de la Terre, de la Lune et du Soleil.

La vie va à l’encontre de la tendance générale à l’uniformisation. Elle crée des êtres hautement structurés qui fabriquent des molécules extrêmement improbables dans un milieu inerte, comme les acides nucléiques et les protéines, mais ce n’est possible que localement, dans des circonstances exceptionnellement favorables, à condition de recevoir de l’extérieur un flux permanent d’énergie qui ne fait que différer l’échéance finale de la dégradation.

Nous avons un besoin vital d énergie, et d’abord de nourriture, mais il nous en faut bien davantage encore pour nous chauffer, nous éclairer, nous déplacer, faire fonctionner nos industries et répondre à toutes nos activités.

On n’a longtemps disposé que de l’énergie animale : bœufs et chevaux tirent les charrues ; les piétons vont à pied, et de moulins à vent ou à eau pour les installations fixes. L’énergie animale ne  fonctionne pas comme une machine thermique : elle transforme directement l’énergie chimique des aliments, d’origine essentiellement végétale, en énergie mécanique et ne crée qu’accessoirement de la chaleur. Son rendement serait meilleur, mais les organismes vivants se fatiguent et exigent de longues périodes de repos ;

Pour les sources d’énergie qu’on ne peut exploiter qu’avec des dispositifs artificiels, on distingue habituellement celles qui sont renouvelables et qui ont pour origine immédiate le Soleil ( à l’exception de l’énergie géothermique) , et les sources fossiles. Les combustibles fossiles sont de l’énergie d’origine solaire stockée au cours des temps géologiques. Quant aux éléments radioactifs, ils sont plus anciens que le système solaire.

La nécessité pressante de disposer de plus en plus d’énergie se heurte à de nombreuses difficultés techniques que viennent encore compliquer de graves conséquences sur l’environnement, des risques de conflits d’intérêts ou d’idéologies et des oppositions fanatiques et obscurantistes.

Les réserves de charbon sont encore très importantes, mais il présente des inconvénients dont l’un des principaux est d’être solide. Son extraction est pénible et dangereuse, sa manutention malaisée, sa transformation en combustibles gazeux ou liquides ou en matières de base pour l’industrie chimique laborieuse. Ses impuretés, comme le soufre, sont une source importante de pollution.

Il n’est pas étonnant qu’on lui ait préféré le pétrole d’emploi beaucoup plus commode et qui  permet un accès beaucoup plus facile à des matières essentielles à l’industrie comme l’éthylène et le propylène. Ses ressources ne sont malheureusement pas inépuisables, pas plus que celles du gaz naturel, et sa répartition géographique n’est pas de nature à assurer une exploitation paisible. Il faudra apprendre à s’en passer, ou tout au moins à en limiter fortement l’utilisation et à le considérer comme une source de matières premières plutôt que comme un combustible.

L’emploi massif  des combustibles fossiles, qui conduit à leur raréfaction, a pour résultat l’émission d’énormes quantités de gaz carbonique dans l’atmosphère, dont on commence à pressentir les conséquences hasardeuses sur le climat.

Que peut-on espérer des énergies renouvelables ? On s’en est longtemps contenté, mais elles ne suffisent plus et elles ont pour principal inconvénient d’être diluées et irrégulières. Il faut des milliers d’éoliennes pour produire autant qu’une centrale thermique ou un réacteur nucléaire, et le vent est très capricieux. La plupart des chutes d’eau utilisables sont déjà utilisées depuis longtemps, tout au moins dans les pays les plus industrialisés. Les panneaux solaires ont un rendement dérisoire, et les combustibles d’origine agricoles, les biocarburants, nécessitent des surfaces énormes, tout en consommant eux aussi de l’énergie pour leur production.

Aucune de ces sources d’énergie n’est à négliger. Elles sont un appoint appréciable mais sont loin de pouvoir satisfaire les besoins actuels. Il faut évidemment éviter les gaspillages, mais on ne fait pas tourner une machine avec des économies d’énergie ; il lui faut une source réelle.

Reste l’énergie nucléaire dont on dit tant de mal et qui soulève tant de passions que beaucoup de politiques n’osent pas en parler par crainte de déplaire. Elle a à la fois de grands avantages et de graves inconvénients. C’est une énergie très concentrée. Pour une même masse de matière, on peut en tirer environ mille fois plus d’énergie que d’un combustible classique, et sans rejeter de gaz carbonique dans l’atmosphère. La surrégénération , qu’on a hâtivement abandonnée en France pour des raisons électorales, permettrait d’en tirer encore cinquante à cent fois plus. Les réserves d’uranium ne sont pas inépuisables, mais elles sont suffisantes pour assurer un long usage, surtout avec les surrégénérateurs. On a proposé aussi l’emploi du thorium.

Le nucléaire a ses dangers qui peuvent être très graves comme on l’a vu à Tchernobyl et au Japon. C’est une technique très sophistiquée qui exige une grande rigueur. Ses opposants insistent beaucoup sur les risques dus aux déchets, mais ce n’est qu’un problème technique, donc maîtrisable, quoi qu’ils en disent. Le plus inquiétant est sa diffusion parmi des irresponsables qui, par incompétence et surtout par malveillance, pourraient provoquer des catastrophes. Il est donc vital qu’il soit étroitement encadré. L’autre version du nucléaire, la fusion, apparaît encore comme un objectif lointain et incertain.

Il ne suffit pas de savoir produire de l’énergie ; Il faut aussi pouvoir l’utiliser selon les différents besoins. Tant qu’il s’agit d’installations fixes, l’électricité peut répondre à la plupart des demandes. Il n’en est pas de même pour les transports, à l’exception des chemins de fer qui peuvent être alimentés en permanence. Pour tous les autres moyens de transport, il faut ou disposer d’une source mobile ou stocker une quantité d’énergie suffisante. Le pétrole répond jusqu’ici assez bien à la première condition, quoiqu’il exige de se ravitailler assez souvent, mais comment le remplacer ? Le nucléaire ne convient que pour de très gros engins : porte-avions, brise- glace, sous –marin. Son emploi reste très limité : aucun avion n’a volé, aucun cargo ou pétrolier n’a navigué, aucune fusée n’a décollé grâce à l’uranium, malgré la grande autonomie qu’il permettrait.

On a construit depuis longtemps des véhicules électriques. La disponibilité du pétrole en a beaucoup limité l’utilisation car, ne pouvant produire leur électricité, ils doivent la stocker, ce qui limite leur autonomie, et, faute de motivation, on n’a pas encore fait assez de progrès pour l’augmenter sensiblement : les batteries sont lourdes, encombrantes, les recharger prend beaucoup de temps et leur capacité est insuffisante, d’autant qu’elle est liée à la quantité d’ions métalliques qu’elle contient, et il peut paraître paradoxal qu’on ait surtout utilisé le plomb, très lourd, alors que le plus léger des métaux, le lithium, n’est pas encore parvenu à le détrôner. On peut espérer des progrès sensibles, mais il n’est pas certain que les batteries soient la meilleure solution.

Peut-on remplacer le pétrole par un autre combustible non polluant et ne dégageant pas de gaz carbonique ? Il n’en existe pratiquement qu’un, c’est l’hydrogène, dont la combustion ne donne que de l’eau et qu’on peut utiliser aussi dans les piles à combustibles où il fournit directement de l’électricité. Il a un autre avantage : c’est l’élément le plus léger, mais deux inconvénients majeurs : si c’est le constituant principal des planètes géantes comme Jupiter, il n’existe pas à l’état libre sur la Terre. Il faut le produire et le stocker.

Disposant d’énergie, on peut le produire par décomposition de l’eau, mais c’est un gaz très léger qu’on doit enfermer sous forte pression dans des récipients lourds et encombrants. Liquide à très basse température, il ne peut être gardé sous pression dans cet état car sa température critique est trop basse. A la pression atmosphérique, on ne peut le conserver liquide qu’un temps limité dans des récipients isolés d’où il s’évapore peu à peu. Sous forme d’hydrures métalliques ou sur des supports poreux, on peut augmenter sa capacité de stockage sous pression, mais au détriment du poids ; bref, on ne connaît pas actuellement de solution satisfaisante.

Au XVIIème siècle, on n’aurait pas imaginé ce que la machine à vapeur allait apporter au XIXème. Le XVIIIème n’a pas davantage prévu l’utilisation généralisée de l’électricité au XXème, et le XIXème l’apparition de l’énergie nucléaire. Le XXème ne nous a pas laissé espérer une source d’énergie plus conforme à nos désirs pour le XXI ème et au delà, sauf peut être la fusion, malgré l’explosion des connaissances et des techniques de plus en plus performantes. L’avenir sera-t-il un progrès ou une régression ? Le principal obstacle ne sera peut-être pas technique, mais l’obstruction des préjugés et des fanatismes dont nous avons des exemples tous les jours.

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