Quelques découvertes/élèves sur les énergies.

(actualisé le )

Aujourd’hui, les problèmes d’énergie nous concernent tous. Des élèves de quatrième ont réalisé un travail transdisciplinaire sur une année scolaire en partenariat avec des professionnels de l’énergie, industriels et chercheurs guidés par leurs professeurs. Nous vous proposons un échantillon de leurs découvertes. Les contenus et les textes sont les fruit de leurs recherches et productions. Nous tenons à les remercier ici pour la qualité du travail accompli ainsi que leur ténacité. Ce sont ces mêmes élèves qui sont à l’origine du texte de la pièce « Energie une affaire d’état, énergie une affaire de citoyen ».

Avant de commmencer, une petite introduction :
Les sources d’énergie que nous utilisons le plus aujourd’hui sont le pétrole et le gaz, n’est-ce pas ? Oui mais là, il y a un problème : en effet, ces deux sources d’énergie font partie, avec le charbon, des énergies fossiles. Energies fossiles ? Oui, c’est la catégorie de sources d’énergie les plus polluantes, notamment à cause du dioxyde de carbone ( CO2) rejeté. Il s’accumule dans l’atmosphère et accentue l’effet de serre.Cela entraine le réchauffement de la planète, ce qui pourra avoir de graves conséquences.

Pour en revenir aux énergies fossiles, il y a aussi un autre problème : leurs réserves mondiales ne sont pas inépuisables. Pire : dans moins de 100 ans si nous continuons ainsi, nous n’aurons plus une goutte de pétrole ni de gaz. Pas génial... Alors nous devons trouver des solutions :

1- l’énergie nucléaire. C’est une solution intéressante à long terme car elle ne pollue pas, mais elle produit des déchets radioactifs dangereux que l’on doit stocker pendant des années.

2- les énergies renouvelables. Ce sont les énergies hydraulique, solaire, éolienne, la biomasse et la géothermie. Elles permettent de produire une énergie plus propre, mais sont souvent chères et ne fonctionnent pas toujours.

3- les transports étant une grande partie de notre consommation d’énergie, nous essayons aussi de trouver des solutions dans ce domaine. Comment ? En cherchant par exemple des carburants plus propres, des techniques plus rentables.

4- Et nous, qu’est-ce qu’on peut faire ? Economiser l’énergie. C’est facile : éteindre la lumière en sortant d’une pièce, mettre un pull plutôt que de monter le chauffage, utiliser des ampoules basse consommation, utiliser les transports en commun, mettre en place un covoiturage, etc.

Nous vous proposons de découvrir tout cela.

 Les énergies fossiles

Qu’est-ce que l’énergie fossile ?
On qualifie une énergie de « fossile » lorsqu’elle est issue de la décomposition de plantes et d’animaux d’une époque préhistorique. Les différents types d’énergie fossile présents sur Terre sont :

  • le charbon
  • le pétrole
  • le gaz naturel

Le point commun entre toutes ces sources d’énergie est que leurs ressources sont mal réparties et leurs réserves sont épuisables.A part les réserves qui s’épuisent de plus en plus, les énergies fossiles ont un autre inconvénient : leur utilisation pour produire de l’électricité émet une grande quantité et une grande diversité de polluants. Le principal est le CO2 qui est un des principaux gaz à effet de serre.

Le charbon
Les réserves de charbon exploitables dans le monde sont évaluées à 984 milliards de tonnes, ce qui correspond à 240 ans de consommation actuelle.
Le charbon est principalement utilisé comme combustible dans des centrales thermiques mais cette combustion participe à l’effet de serre.

Le pétrole
Le pétrole, est le résultat de la transformation d’êtres vivants du plancton déposés au fond de la mer,ceci prend des dizaines voire des centaines de millions d’années.Les ressources mondiales de pétrole sont estimées à 140 milliard de tonnes en tout, ce qui correspond à 40 ans de notre consommation actuelle sans tenir compte toutefois de nos progrès technologiques et si notre consommation n’augmente pas.

le gaz
Les ressources mondiales de gaz sont estimées à 155 000 milliards de m³ ce qui correspond à 65 ans environ de consommation mondiale actuelle. Le gaz se forme sur le même principe que le pétrole. Le gaz bien qu’il soit moins polluant que le pétrole participe à l’effet de serre.

 L’énergie nucléaire

Le nucléaire est une énergie complexe. Nous allons vous expliquer le fonctionnement de cette énergie ainsi que de ces conséquences.

L’énergie nucléaire qu’est ce que c’est ?
Les constituants de la matière sont des atomes comprenant un noyau et des électrons qui tournent autour. Pénétrons dans le noyau : celui-ci est un assemblage de protons et de neutrons concentrés dans un petit volume et soumis à des forces. La liaison des protons et des neutrons induite par ces forces très intenses au sein du noyau est la source de l’énergie nucléaire.
La fission est la rupture d’un gros noyau (noyau d’uranium 235 par exemple) qui, sous l’impact d’un neutron, se scinde en deux noyaux plus petits. La fission s’accompagne d’un grand dégagement d’énergie. Simultanément se produit la libération de deux ou trois neutrons. Les neutrons ainsi libérés peuvent provoquer à leur tour la fission d’autres noyaux et la libération d’autres neutrons, et ainsi de suite....On a une réaction en chaîne puisqu’en induisant une seule fission dans la masse d’uranium, on peut obtenir si on ne contrôle pas les neutrons au moins 2 fissions, qui vont en provoquer 4, puis 8, puis 16, puis 32......
Dans les réacteurs, la réaction en chaîne est stabilisée à un niveau donné, c’est à dire qu’une grande partie des neutrons est capturée afin qu’ils ne provoquent pas d’autres fission. Il suffit seulement qu’un neutron, à chaque fission, provoque une nouvelle fission pour libérer régulièrement de l’énergie.
Cette réaction dégage de la chaleur qui fait chauffer de l’eau qui ensuite s’évapore. Cette vapeur d’eau va faire tourner une turbine qui va entrainer un générateur d’électricité. L’électricité produite va arriver chez nous pour nos besoins en énergie.

Pourquoi y a- t-il des déchets nucléaires ?
Toute activité industrielle produit des déchets. Les centrales nucléaires et les hopitaux produisent des déchets nucléaires :

  • les centrales nucléaires en produisant de l’électricité (après fission des atomes)
  • les hopitaux quand ils font des radiographies (rayon X), pour le traitement de certains cancers (rayons gamma)

Les centrales produisent 90% des déchets, les 10% qui restent sont produits par les hopitaux, certaines industries, les centres de recherche...

Quels sont les trois catégories de déchets ?
On trouve 3 catégories de déchets :

  • les déchets de catégorie A sont des déchets à vie courte et d’activité faible ou moyenne. Au bout de 300 ans leur radioactivité n’est plus dangereuse.
  • les déchets de catégorie B et C sont des déchets à vie longue :
    les déchets B présentent une activité faible ou moyenne, qui peut durer des dizaines de milliers d’années.
    les déchets C sont des déchets de très haute activité, ils sont radioactifs autant de temps que les déchets B.
    Comment sont stockés les déchets de type A ?
    Les déchets à vie courte (déchets A) : après avoir été identifiés et triés, les déchets subissent plusieurs traitements (évaporation, incinération, découpage, compactage) pour les solidifier et réduire leur volume. Puis on les met dans un fût métallique si l’activité est très faible.Si elle est plus importante on les immobilise dans du ciment, du bitume ou des résines, et on les place dans des conteneurs en béton : les fûts sont empilés sur une hauteur de 6 mètres puis recouverts de terre. Ces ouvrages sont étanches aux eaux de pluie et souterraines.
    Comment sont stockés les déchets de types B et C ?
    Les déchets à vie longue (déchets B et C) ont des mesures spécifiques, qui garantissent la protection des populations.
    Les déchets de catégorie B sont mis dans du béton et entreposés en attente de stockage. Les déchets de catégorie C (produits de fission) sont stockés sous forme liquide pendant environ 5 ans dans des cuves en acier inoxydable, où ils perdent une partie de leur radioactivité. Les déchets sont soumis à évaporation. Les résidus prennent l’apparence d’une poudre. Cette poudre est fondue à 1150 degrés avec des granulés de verre. Cette opération est appelée vitrification. Ce verre radioactif fondu est ensuite coulé dans des conteneurs en acier inoxydable, fermés par un couvercle soudé. Les conteneurs sont placés dans des puits métalliques verticaux, eux-mêmes disposés dans des fosses bétonnées. Ils vont être refroidis par circulation d’air dans ce type de stockage pendant environ 30 ans.
    Pour la suite le parlement prendra une décision sur le mode de gestion définitif de ces déchets à vie longue.

 Les énergies renouvelables

Une énergie renouvelable est une énergie inépuisable à l’échelle humaine. Il en existe 5 principales : l’énergie éolienne, l’énergie solaire, l’énergie hydraulique, l’énergie de la biomasse et l’énergie de la géothermie. Ces énergies ne polluent pas, sauf à la rigueur, indirectement, lors de la fabrication des éoliennes, des barrages hydraulique, etc...

L’énergie éolienne :
Une éolienne fonctionne avec le vent. L’éolienne est composée d’un mat de 10m à 100m de haut, d’une génératrice qui contient un moteur d’orientation et un anémomètre, et de pales, 2 ou 3 selon les modèles. Le vent actionne les pales d’un rotor, et l’énergie produite est transformée en énergie électrique après le passage dans un transformateur. L’électricité produite passe ensuite dans un câble d’évacuation.

L’énergie solaire :
Il existe deux types d’énergie solaire : le thermique et le photovoltaïque.
Le thermique fonctionne grâce à la chaleur du soleil. Le capteur solaire emmagasine la chaleur du soleil, et, l’eau qui circule sous ce capteur dans la maison, chauffe. Cela donne de l’eau chaude pour le chauffage ou autre ...
Le photovoltaïque se compose de modules solaires, eux-même constitués de cellules photovoltaïques, à base de silicium le plus souvent. Ces générateurs transforment directement l’énergie solaire en électricité (courant continu). Un ou plusieurs onduleurs convertissent le courant continu produit en courant alternatif. Le courant est utilisé par le producteur ou les consommateurs.

L’énergie hydraulique :
L’énergie hydraulique fonctionne avec un cours d’eau retenu par un barrage. Ce barrage laisse ou ne laisse pas passer un petit courant d’eau. L’eau passe alors dans une conduite forcée qui entraîne une turbine, qui elle-même entraîne un alternateur. Ce qui produit de l’electricité qui est acheminée dans les lignes à haute tension.

L’énergie de la biomasse :
L’énergie de la biomasse utilise des matériaux biologiques : le bois, les déchets agricoles et le fumier.I ls restent les principales sources d’énergies dans beaucoup de pays en voie de développement. Ces materiaux sont brûlés et après quelques manipulations de la chaleur qui résulte du feu, on obtient de l’électricité.

L’énergie géothermique :
L’énergie géothermique utilise la chaleur du sol et des volcans pour produire de l’énergie qui sert, par la suite, à chauffer de l’eau ou des liquides. Le principe est le même que pour l’énergie solaire thermique. Des tuyaux passent dans le sol dans lesquel circule de l’eau. Quand ces tuyaux sont enfoncés assez profond dans le sol, la chaleur émise par le centre de la terre chauffe directement de l’eau. Ainsi on obtient de l’eau chaude pour toute la maison : robinets, chauffage...
Cette énergie produit également de l’électricité. Pour cela, on descend un tuyau en profondeur dans lequel on envoie de l’eau froide qui, au contact des roches, va produire de la vapeur. Cette vapeur va être à son tour dirigée vers une turbine par le biais d’un second puit. La pression de celle-ci va ensuite faire tourner la turbine, ce qui va produire de l’électricté.

 Avantages et inconvénients de chaque énergie renouvelable

L’énergie éolienne :

a) Avantages :

  • Cette énergie ne pollue pas ou indirectement par la construction d’éoliennes.
  • Un aérogénérateur de 1Mw dans un site bien venté peut fournir 2.5 millions de kWh/an, ce qui représente l’électricité domestique hors chauffage pour 2 000 personnes. A la différence de ces modèles classiques, il existe des éoliennes dont les pales sont placées à l’horizontale, ces éoliennes n’ont pas besoin d’être orientées face au vent pour fonctionner.
  • D’autres ont une puissance de 2.7 Mw.Ceux d’une puissance unitaire de quelques kW sont succeptibles d’être utilisés par des particuliers ou pour l’alimentation des sites isolés.
  • Bien repérables et implantées en dehors des passages migratoires, les éoliennes ne dérangent pas les oiseaux.

b) Inconvénients :

  • Avant d’implanter une éolienne, une campagne de mesures d’au moins un an sur le site envisagé est indispensable pour parvenir à une évaluation plus précise du gisement éolien.
  • Pour toute installation dépassant 12 mètres de haut, il faut déposer une déclaration de travaux auprès du préfet du département.
  • L’intégration paysagère, le respect de l’environnement et des contraintes de voisinage ( riverains ) sont des critères déterminants pour l’obtention d’un permis de construire.

L’énergie solaire :

a) Avantages :

  • L’énergie solaire thermique permet d’assurer simultanément le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire.
  • Moins de combustibles étant utilisés, moins de déchets et moins de gaz à effet de serre sont rejetés.
  • L’énergie solaire photovoltaïque permet d’utiliser l’électricité et de recharger les batteries en même temps.
  • Techniquement, les modules solaires peuvent être installés sur toute zone non ombragée.
  • Le solaire thermique contribue à la lutte contre l’effet de serre. 1m2 de capteurs solaires réduit jusqu’à 300 kg/an les rejets de gaz carbonique.

b) Inconvénients :

  • On ne peut pas utiliser l’énergie solaire pendant la nuit.
  • Poser un panneau solaire revient très cher de nos jours.
  • Les populations les plus démunies n’étant pas informées ne connaissent pas les avantages des panneaux solaires et ne s’en servent pas à bon escient.

L’énergie hydraulique :

a) Avantages :

  • Les centrales installées sur les grands fleuves contribuent à la limitation des émissions de gaz à effet de serre.
  • L’énergie hydraulique peut contribuer à alimenter un réseau général interconnecté, ou être utilisée en réseau isolé pour fournir l’électricité à un village, un complexe industriel ou agricole...
  • De plus, la petite hydroélecricité peut aider à maintenir ou créer une activité économique dans les zones rurales.
  • Cette énergie est la plus utilisée de nos jours.

b) Inconvénients :

  • Il peut se produire une rupture de barrage ce qui va entraîner une inondation.
  • La pose d’un barrage revient très cher et oblige l’évacuation de personnes vivant dans les vallées inondées (ex : plus de 1,5 millions de chinois évacués pour permettre la construction du barrage des Trois Gorges !!!)
  • La force de l’eau peut faire se déplacer les montagnes qui retiennent l’eau ce qui va provoquer un tremblement de terre.

L’énergie de la biomasse :

a) Avantages :

  • Cette énergie est simple d’utilisation et accessible à tous.
  • Elle n’est pas très chère comparée aux autres énergies renouvelables.

b) Inconvénients :

  • La production de cette énergie favorise la déforestation, l’avancée des déserts et libère du CO2 dans l’atmosphère.

L’énergie géothermique :

a) Avantages :

  • La production est assez rentable.
  • La production d’électricité permet d’éviter des rejets de CO2.
  • Son impact environnemental est très restreint.

b) Inconvénients :

  • On ne peut pas utiliser cette énergie partout, il faut avoir un gisement à proximité.
  • La production n’est pas assez rentable dans les faibles gisements.

 Les moteurs innovants

Beaucoup de nos véhicules roulent grâce à des dérivés du pétrole. Malheureusement, cette source d’énergie n’est pas inépuisable et son utilisation pollue l’atmosphère (voir énergies fossiles et présentation des énergies). Heureusement, il existe de nombreux moyens de se déplacer en polluant moins et qui sont plus fiables à long terme. Nous vous les présentons :

 Les biocarburants

Tous les carburants produits, au moins en partie, biologiquement sont appelés biocarburants. Les principaux biocarburants sont :

  • l’ éthanol : on peut l’incorporer directement dans les essences ou l’utiliser pur avec quelques adaptations
  • les huiles végétales : les moteurs diesels, (s’ils sont assez tolérants), peuvent en consommer directement ou en mélange
  • le ’diester’ : il est fabriqué essentiellement à partir d’huile de colza ou de tournesol. On l’appelle ’diesel vert’
  • l’ETBE (Ethyl Tertio Butyl Ether) : il est obtenu par réaction de l’éthanol et d’isobuthène. L’isobuthène étant un coproduit excédentaire de l’industrie pétrolière, ce carburant est particulièrement intéressant
  • le MTBE (Methyl Tertio Butyl Ether) : c’est un cousin de l’ETBE produit à base de méthanol, également très intéressant pour l’industrie pétrolière. Malheureusement le MTBE est très toxique, et strictement interdit.

Le biométhane (ou biogaz) est un autre biocarburant issu de la fermentation des déchets, mais il est en général destiné à la production d’électricité ou le chauffage de bâtiments.

L’utilisation des biocarburants est assez intéressante du point de vue écologique. Le carbone des biocarburants vient de l’atmosphère et ne fait que retourner d’où il vient lors de sa combustion. Les énergies fossiles, quant à elles, libèrent lors de leur combustion du carbone qui était à l’origine stocké sous terre.

Cependant les biocarburants ne peuvent constituer qu’une énergie de complément, car le rendement des végétaux est trop faible et leur cout de production reste environ 2 fois plus élevé que celui des carburants fossiles.

 Le GNV

Le GNV (Gaz Naturel pour Véhicule), est un cousin du GPL. Cette énergie simple et propre est composée de 90% de méthane (CH4), un hydrocarbure naturel dont la combustion produit très peu de gaz nocifs.

En France, ce carburant est pour l’instant réservé aux bus (1nouveau bus sur 3 roule au GNV), aux bennes à ordures et aux véhicules d’entreprises. Mais depuis le 1er juillet 2004, le marché du gaz est totalement libre.

Le GNV présente plusieurs avantages par rapport au pétrole :
Tout d’abord, les réserves mondiales de gaz naturel sont plus abondantes et moins concentrées que celles du pétrole. Pour être utilisé, le gaz naturel ne nécessite aucune transformation et aucun transport par la route.
De plus, le GNV a une pollution bien plus faible que le pétrole : le gaz dégage à la combustion 25% d’émissions de CO2 de moins que le pétrole.
Puis, la combustion du gaz naturel n’émet ni fumées noires, ni odeurs désagréables et le moteur est bien plus silencieux. Le moteur a un fonctionnement particulièrement souple, réduisant ainsi l’usure du véhicule. Et, contrairement au GPL, ce carburant ne peut pas exploser.
Enfin, quand bientôt le GNV pourra être utilisé par les particuliers en France, son prix devrait être inférieur à celui du gazole.

Le GNV est déjà assez répandu avec plus de 2 millions de véhicules dans le monde, notamment en Italie et en Argentine. Cependant en France, ce carburant n’est pour l’instant pas utilisé par les véhicules utilitaires. Mais depuis le juillet 2004, le marché du gaz est totalement libre. Pour l’instant, seules 8 stations pouvant alimenter ces véhicules en GNV existent en France , alors qu’au moins 2000 seraient nécessaires pour être au niveau du GPL, ce qui coûterait 500 millions d’euros. GDF envisage donc d’installer des mini-stations de compression au domicile de ses clients. Cette innovation s’adresserait en priorité aux 4 millions de consommateurs de gaz qui vivent en maison individuelle puisque le plein doit être fait hors immeuble collectif. A domicile, le plein durera quelques heures contre quelques minutes en Station-service.
Pour obtenir une autonomie de 300 km, il faut embarquer un gaz comprimé à 200 bars ; il faut donc s’assurer de la sécurité des réservoirs. Ceux-ci sont donc faits en acier de forte épaisseur ou en matériau composite très résistant. La sécurité est donc très grande.

Si pour les voitures, on regarde toutes les solutions proposées qui pourraient remplacer le pétrole, le GNV semble la meilleure tant du point de vue écologique que géologique et qu’économique.
Le GPL est en effet un carburant propre mais cependant il reste un dérivé du raffinage du pétrole, donc limité en production.
L’électricité est une source d’énergie qui ne dégage aucune pollution directe mais le rechargement de ces véhicules demande beaucoup d’énergie et l’électricité est en général une énergie inadaptée à l’automobile.
Quant à la pile à combustible, son arrivée n’est pas prévue d’ici 10 à 20 ans. L’hydrogène qui doit l’alimenter posant des problème techniques.

Cependant n’oublions pas que le gaz naturel est une énergie fossile, ses réserves mondiales ne sont donc pas inépuisables. D’après les estimations nous avons encore environ 60 ans de gaz naturel (contre 40 environ pour le pétrole). Cette source d’énergie serait donc une solution d’attente avant de trouver le carburant idéal pour l’avenir de notre planète.

 Le GPL

Le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) est un mélange de propane (C3H8) et de butane (C4H10). Il est stocké sous forme de liquide à une pression modérée (8 à 10 bars). Ce carburant écologique est pourtant un produit des compagnies pétrolières. Il provient des usines de raffinage et des champs de production de gaz et de pétrole où on le brûle ( le plus souvent en torchère)
L’utilisation du GPL promet une réduction de 25% des émissions polluantes. Elle ne produit aucune particule, très peu de Nox ou de benzène et rejette moins de CO2 ce qui lui permet de figurer parmi les carburants propres. Cependant les émissions de CO restent proches de celles du diesel moderne. Sans compter que l’utilisation du GPL crée des problèmes de sécurité liés à l’explosivité de ce carburant.

Mais du point de vue confort, le GPL est un carburant qui préserve les performances du véhicule et qui réduit même l’usure du moteur. De plus, l’utilisation du GPL génère moins de bruit et de vibrations tout en offrant une grande souplesse dans la conduite.

Il existe deux types de véhicules équipés pour rouler au GPL. IL y a les véhicules de Première monte (équipés en usine) qui présentent de bons résultats et il y a les véhicules de Deuxième monte qui eux présentent des résultats très variables. Certains peuvent même se montrer beaucoup plus polluants sur certains points que des véhicules à essence.

On peut dire que le bilan environnemental et les performances du GPL sont assez bons mais pourraient nettement s’améliorer avec un moteur spécifiquement conçu pour fonctionner avec ce carburant.

Contrairement à la plupart des véhicules écologiques, le GPL ne revient pas très cher pour le consommateur. En France, il est disponible dans 1800 stations ce qui en fait le seul carburant propre immédiatement et facilement disponible pour les particuliers.

Pourtant la France par rapport à d’autres pays n’utilise pas beaucoup le GPL. En effet ce carburant représente plus de 30% du parc « essence » en Italie, 40 à 60% aux Etats Unis et au Canada et près de 60% en Hollande. En France moins de 200000 véhicules sont équipés pour rouler au GPL et leur vente a été divisé par 2,5 depuis 2 000.

Les raisons de cette baisse sont très variées mais une chose reste sûre : le GPL, carburant écologique est cependant fabriqué à partir de pétrole qui est une énergie dont les réserves ne sont pas inépuisables. Quand bientôt, (nous estimons environ 40 ans) il n’y aura plus de pétrole, le GPL ne pourra alors plus figurer sur la liste des carburants écologiques.

 Les voitures à pile à combustible

Si on veut une voiture performante mais qui ne pollue pas, la meilleure solution est sûrement la pile à combustible(PAC). Les voitures équipées d’une PAC (alimentée en hydrogène) ne peuvent pas encore être produites à grande échelle, et il n’existe aujourd’hui que des prototypes, mais les progrès de la science nous aideront sûrement à avancer.
Mais malgré le fait de ne pas polluer l’air, une voiture équipée d’un moteur à hydrogène(= pile à combustible) a quand même quelques inconvénients (mais qui disparaîtront sûrement avec les progrès technologiques) :
· L’hydrogène est un gaz dangereux : il est inflammable et son stockage est lui aussi dangereux (risque d’explosions des réservoirs).
· La production de l’hydrogène peut polluer.
· Une voiture fonctionnant avec une pile à combustible est plus complexe qu’une voiture classique, et donc plus chère ; mais ses avantages compensent largement ce surcoût :

Tout d’ abord, le moteur à hydrogène est beaucoup moins bruyant qu’un moteur classique et il ne tourne que pour faire avancer la voiture, car il se coupe aux feux rouges.

Ensuite, ce moteur ne libère aucun gaz d’échappement ou d’émission toxique. Il n’y a pas de combustion qui pourrait rejeter des gaz toxiques et polluants et le seul rejet du moteur est de l’eau.

Enfin, sur Terre, il y a de l’hydrogène en abondance : on n’en trouve pas à l’état naturel mais il rentre dans la constitution des hydrocarbures, ainsi que de l’eau et donc dans tout ce qui est vivant. La technique la plus simple aujourd’hui pour produire de l’hydrogène est celle à partir du gaz naturel. Mais pour une production à grande échelle, la solution la plus viable est l’électrolyse. Avec cette technique, il n’y a aucune pollution, mais tout dépend de la manière avec laquelle l’électricité est produite au départ.

La pile à combustible a 250 à 300km d’autonomie. Elle se trouve à l’avant, sous le capot. L’hydrogène, lui ,est stocké à l’arrière, sous le coffre.

Fonctionnement d’une pile à combustible :

D’un côté, on envoie de l’hydrogène.

L’hydrogène est décomposé grâce à une réaction chimique. On obtient les électrons séparés des noyaux d’hydrogène.

La membrane ne laisse passer que les noyaux d’hydrogène qui passent donc de l’autre côté de celle-ci.
On envoie alors de l’oxygène.

On se retrouve dans la configuration d’une pile classique : d’un côté une surcharge d’électrons, de l’autre des atomes d’oxygène et des atomes d’hydrogène en manque d’électrons.
On place alors un fil conducteur reliant les deux côtés de la membrane avec, en son centre, un moteur.

Les électrons, voulant rejoindre les noyaux d’hydrogène, passent par ce fil et font tourner le moteur. Les électrons étant arrivés de l’autre côté de la membrane, les atomes d’hydrogène se recomposent.
Il y a donc deux atomes d’hydrogène(2H) et un atome d’oxygène(O). Grâce à une réaction chimique, ils se transforment en une molécule d’eau(H2O) qui, à haute température, va se transformer en vapeur d’eau, seul rejet de cette pile.

 les voitures électriques

De nombreux véhicules électriques éxistent déjà, fonctionnent très bien et ont du succès : TGV, trains régionaux, tramways, métros, etc… qui sont alimentés par des fils ou par des rails. Ils sont performants, économiques et écologiques. Les voitures électriques n’ont besoin ni de rails, ni de fils, juste de se recharger régulièrement, et présentent les mêmes avantages.
Il faut savoir que 50% des automobilistes urbains parcourent moins de 5 km par jour. Les voitures électriques disposent de 50 à 130 km d’autonomie. Le problème de la recharge n’est donc pas très important pour les automobilistes roulant en ville.

Seulement 5% des véhicules électriques sont achetés par des particuliers. Répartition inégale des véhicules électriques : En Europe (15000 véhicules), en France (6000 véhicules), en Suisse (2500 véhicules), en Allemagne (2200 véhicules), aux Etats-Unis (3000 véhicules), en Asie (3000 véhicules)

Dans les véhicules électriques, il n’y a pas un moteur par véhicule, mais un moteur par roue. Voici le fonctionnement d’une voiture électrique : une batterie alimente les moteurs électriques pour qu’ils tournent. Les moteurs font tourner les roues du véhicules.

Il existe plusieurs types de batteries :
· Les batteries au plomb, les premières à avoir été développée, sont les moins chères mais leurs performances sont moyennes. La charge complète de ces batteries dure en moyenne 6 heures.
· Les batteries nickel cadium sont d’une technologie plus moderne. Elles possèdent une autonomie et une durée de vie plus importante, mais leur coût est plus élevé.
Le chargement des batteries se fait chez soi ou sur des bornes publiques.

Principaux avantages des véhicules électriques :
Ils ne polluent pas l’air, ils ne font pratiquement pas de bruit.
Le moteur transmet aux roues 90% de l’énergie produite au lieu de 30% pour le moteur thermique.

Principaux inconvénients des véhicules électriques :
Il faut les recharger régulièrement.
Il faut produire l’électricité qui est dans les batteries : si tous les automobilistes avaient des véhicules électriques, il faudrait doubler les centrales EDF.

En revanche, si l’électricité des véhicules électriques était produite par des énergies renouvelables, ils seraient presque parfaits. Mais on en est loin !

 Les véhicules hybrides

Les véhicules hybrides sont des véhicules qui fonctionnent en combinant l’électricité et l’essence. Cela permet de beaucoup moins polluer l’air, sans avoir les inconvénients des voitures électriques.
Comme dans les véhicules électriques, il y a un moteur électrique à chaque roue. Mais sur les véhicules hybrides, il y a aussi un moteur à essence.
Les moteurs électriques fonctionnent en ville et le moteur à essence prend le relais sur les grandes distances. Quand le moteur thermique fonctionne, les moteurs électriques peuvent se recharger.

Il y a plusieurs sortes de voitures hybrides : dans certains systèmes, des batteries alimentent les moteurs électriques qui entraînent les 4 roues ; dans d’autres, le moteur à essence entraîne les roues arrières tandis que les moteurs électriques alimentés par des batteries entraînent les roues avants.

La Toyota Prius et la Honda Insight sont deux voitures hybrides qui ont fait leurs preuves. Elles peuvent atteindre les 160km/h (Toyota Prius) et les 177km/h (Honda Insight) tout en polluant beaucoup moins que les voitures habituelles. La Honda Insight n’étant pas encore importée, la seule voiture hybride commercialisée en France est la Toyota Prius.

Mais pourquoi n’y a t-il en France aucune autre voiture hybride que la Toyota Prius ? Et pourquoi n’y a t-il pas plus de gens qui achète la Prius ?

Les gens ne savent pas vraiment ce qu’est une voiture hybride ni quels sont ses avantages. Donc ils ne demandent pas aux industriels de l’automobile de fabriquer des véhicules hybrides et ils n’achètent pas la seule voiture hybride existante en France. De plus, les véhicules hybrides sont chers : il faut payer le moteur thermique et les moteurs électriques.

 Les voitures solaires

Fabriquer une voiture fonctionnant à l’énergie solaire, impossible ? Non, des prototypes de voitures solaires existent déjà et participent à des courses. Mais avant d’en croiser sur les routes il faudra attendre longtemps.

Fonctionnement :
Les très nombreuses cellules photovoltaïques d’une voiture solaire transforment la lumière du soleil en électricité. L’électricité obtenue fait tourner un moteur qui fait avancer la voiture.

La course des voitures solaires :
Tous les trois ans, des équipes venues du monde entier participent au World Solar Challenge (Défi Solaire Mondial) qui a lieu en Australie. Seules des voitures solaires peuvent participer à cette course de 3010 km.
Des courses comme celles-ci encouragent la recherche dans la technologie des voitures à énergie solaire. La première course a eu lieu en 1987. Depuis, les voitures n’ont pas cessé de s’améliorer avec des vitesses passant de 67 à 90km/h.
Les voitures de course solaires sont très différentes des voitures de course normales. Elles sont aussi petites que possibles afin d’en réduire le poids. Leur forme est très importante car elles doivent pouvoir glisser facilement dans l’air, et elles sont bien sûr silencieuses.
« Nuna », fabriquée par Honda, est l’une des dernières gagnantes du World Solar Challenge. Couverte de 4584 cellules solaires, elle peut atteindre la vitesse de 130km/h, mais sa construction a coûté plus de 930 000 euros (6millions de francs). Elle mesure 5 m. de long, 1,8 m. de large, 97cm de hauteur et pèse 150kg.

 Les moteurs innovants conclusion

Tous les véhicules, moteurs, carburants que nous vous avons présentés sont évidemment beaucoup moins polluants que les moteurs thermiques. Malheureusement il n’existe pas d’avantage sans inconvénient :
Les véhicules électriques polluent peu et sont déjà en circulation. Cependant, ils doivent être rechargés régulièrement et la production d’électricité contenue dans les batteries peut polluer suivant la source d’énergie utilisée.

Les voitures hybrides utilisent l’électricité et l’essence. Ainsi, elles polluent moins que les véhicules thermiques sans pour autant avoir les inconvénients des voitures électriques. Malheureusement elles utilisent quand même un moteur thermique et leur prix est élevé.

Les avantages des voitures solaires sont nombreux : pas de pollution (exceptée celle de leur construction), pas besoin d’être rechargées, elles sont esthétiques…mais elles ont un inconvénient important. Ce ne sont pour l’instant que des prototypes et même s’ils fonctionnent, on n’est pas prêt d’en croiser sur les routes.

Les véhicules à pile à combustible ne font aucune pollution et leurs moteurs ne rejettent que de l’eau. Cependant, il n’existe aujourd’hui que des prototypes de ces véhicules car l’hydrogène (gaz indispensable pour le fonctionnement de ces véhicules) n’existe pas à l’état naturel et a besoin de techniques complexes et souvent polluantes pour être produit.

Les biocarburants sont des carburants moins polluants mais ce ne sont que des compléments à d’autres carburants et ne peuvent pas être utilisés sur tous les véhicules.

Le GPL est moins polluant et coûte moins cher que l’essence mais il est maintenant de plus en plus concurrencé par l’essence qui devient plus propre grâce aux filtres.

Le GNV est également un carburant moins polluant mais il est tout de même fait à partir d’une énergie fossile : le gaz naturel dont on manquera dans 60 ans environ. Ce carburant ne serait donc qu’une solution d’attente avant d’imaginer des voitures vraiment écologiques et qui dureront.

Nous voyons donc que chaque véhicule écologique a ses inconvénients mais ce sont pour l’instant les meilleures solutions si nous voulons préparer un avenir plus propre sur notre planète.

 Tchernobyl

Une centrale nucléaire est une usine de production d’électricité. Elle transforme la chaleur libérée par la fission d’un matériau nucléaire, appelé « combustible » en énergie mécanique, puis électrique. Le processus de production est commandé par un objectif unique : assurer le fonctionnement d’un alternateur, machine tournante conçue pour engendrer le courant électrique grâce à la rotation à grande vitesse d’un aimant placé à l’intérieur d’un bobinage métallique.

La plus grande catastrophe de l’histoire de l’énergie atomique civile est survenue le 26 Avril 1986 dans un parc de centrales électronucléaires édifié dans l’ancienne URSS, sur la localité de Tchernobyl, située au Nord de l’Ukraine, près de la frontière de Biélorussie.

L’accident de Tchernobyl résulte de disfonctionnements nombreux et importants.

Un des quatre réacteurs de la centrale explosa et brûla. Le réacteur ne put être contrôlé, il y eut deux explosions, le couvercle du réacteur fut soufflé et le coeur s’enflamma en brûlant à des températures de l’ordre de 1500°C. Des doses de radiation très élevées ont atteint la population proche du réacteur et un nuage de retombées radioactives s’est étendu vers l’ouest. Environ 13 500 personnes ont été évacuées dans un rayon de 30 km de la centrale. Plus de trente techniciens de la centrale et sauveteurs qui sont intervenus sur le site pendant l’accident sont morts. L’usine a été recouverte de béton. Cependant, en 1988, les trois autres réacteurs de Tchernobyl étaient de nouveau en fonctionnement.

Le déroulement de l’accident :

Le 26 Avril 1986 à 1heures 23 minutes 44 secondes locale, une expérience préparée par des électriciens, réalisée dans des conditions de puissance instables ne correspondant pas à ce qui était programmé, provoque l’ébullition de l’eau de refroidissement, entraînant une brutale augmentation de puissance : les opérateurs s’en rendent compte et insèrent les barres de commandes qui avaient été trop extraites du coeur, ce qui augmente encore la puissance et provoque une première explosion ; la dalle supérieure, pesant 2 000 tonnes, se soulève, rompant les tubes de force, entraînant une ébullition généralisée et une nouvelle augmentation de puissance qui cause une deuxième explosion. Ces explosions provoquent un incendie et la destruction partielle du coeur du réacteur . 5 tonnes de combustibles sont projetés dans l’atmosphère . 96% du combustible est resté dans le réacteur d’à côté. L’incendie des bâtiments est maîtrisé dans la matinée mais les sauveteurs sont gravement irradiés, 28 mourront peu après. Le coeur du réacteur continuera longtemps de brûler, tandis qu’augmentera la radioactivité dans l’atmosphère.

Bilan

Cet accident aura eu des effets néfastes sur la santé des hommes. Cinq millions de personnes ont été exposés aux radiations. Sur 5 millions,
1 700 000 irradiés esentiellement en Ukraine, Biélorussie et Russie, 135 000 personnes évacuées et soumises à des contrôles médicaux dans un rayon de 45 km, 850 000 vivent encore dans les zones contaminées et 248 000 doivent êtres évacuées. 33 sauveteurs ont péri à la suite des irradiations aiguës subies.

On ignore combien de victimes ont péri et périront encore du fait de cancers de la thyroïde, de leucémies et d’autres effets cancérigènes induits chez les populations irradiées.