Biomasse, lumière, CO2 et effet de serre

Les végétaux croissent en absorbant de l’eau dans le sol et du dioxyde de carbone (CO2) dans l’air. L’eau et le CO2 réagissent ensemble pour former une molécule plus complexe, grâce à la lumière, en rejetant du dioxygène (O2)1.

Pour avoir un ordre de grandeur des quantités : en Europe, chaque m2 de sol reçoit en moyenne 3,5 kWh de lumière par jour, ce qui devrait permettre 250 kg de biomasse par an. Mais le rendement n’est pas de 100 %. L’efficacité du processus est faible : seulement entre 0,5 et 2% de la lumière disponible est transformée. La production est donc située entre 1 et 5 kg par m2, et par an, en moyenne ( entre 10 tonnes et 50 tonnes à l’hectare).

Une fois coupé et séché, le bois peut restituer l’énergie stockée sous forme chimique, en brûlant. Il peut aussi être converti en combustibles, liquides ou gazeux, plus commodes à utiliser. Cette combustion dégage du CO2 qui ne contribue pas à l’augmentation de l’effet de serre si l’on replante la même quantité de végétaux que celle qui est consommée. La production  de carburants issus de la biomasse devrait donc pouvoir remplacer les carburants fossiles, sans avoir leur impact sur l’effet de serre.

 

  1. Il faut environ 0,14 kWh de lumière pour fabriquer  30 g d’hydrate de carbone C6H12O6 []

D’autres formes de l’énergie

Le mouvement :

  • Un camion de 10 tonnes lancé à 100 km/h, possède 1 kWh d’énergie dans son mouvement. Quand il freine, cette énergie est transformée en chaleur dans les freins.

La chaleur :

  • avec 1 kWh de chaleur, on peut porter la température de 10 litres d’eau de 20 °C à 100 °C.
  • un corps contenant de la chaleur peut servir de source d’énergie  (thermique). Tout corps  de l’Univers et de la Terre en contient.  Même de la glace contient de l’énergie thermique. Seuls les corps qui sont à -273 °C (le zéro absolu de température) n’en ont pas, mais il n’y en a pas dans l’Univers : atteindre cette température est impossible.

La chimie :

  • 1 kWh c’est l’énergie moyenne que l’organisme extrait d’un repas. Seule une partie de l’énergie absorbée sous forme de nourriture peut être récupérée en travail des bras ou des jambes. Quand on fait un travail manuel, on a chaud, ce qui veut dire qu’on dissipe aussi de l’énergie en chaleur.

La lumière :

  • La lumière contient de l’énergie. Le Soleil nous apporte son énergie sous forme de lumière, ou plus généralement de rayonnement : rayonnement visible, infrarouge et ultraviolet : en moyenne 1 kWh vers midi,  sur 7 m2  et en une heure.

Aide mémoire :

1 kWh est obtenu  avec une petite quantité de matière si on est en chimie (combustion, nourriture), une grande quantité de matière si c’est par du mouvement (camion, eau, vent). La lumière du Soleil est entre les deux.

La chaleur aussi contient beaucoup d’énergie. Il est plus facile de créer de la chaleur à partir d’essence ou de mouvements que le contraire : on peut créer de la chaleur en bougeant, mais la chaleur ne nous fait pas bouger.

Moins d’énergie, moins de CO2, plus de confort

Poster 8

futur_possible Habitat malin, à consommation réduite

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Il a trois acteurs principaux dans un habitat : l’habitant, les sources d’énergie, et l’enveloppe, c’est à dire le bâtiment lui même. Quand ces trois éléments sont pris en compte dès la conception, la consommation d’énergie descend, le confort augmente. Par exemple, cette jolie  maison, ne consomme que 8000 kWh par an, tout compris, pour une surface de 200 m2 ! C’est  entre 5 et 10 fois moins que les maisons construites avant 1975.

Et pour arriver à une telle diminution de la consommation  d’énergie des habitants, le bâtiment utilise des techniques simples. Celles-ci peuvent encore être améliorées : il y a encore beaucoup d’imagination à avoir pour concevoir les enveloppes thermiques (notamment  pour la rénovation des bâtiments anciens), pour développer de nouvelles techniques de construction, pour avoir de bons diagnostiques thermiques, pour modéliser les bâtiments.

orientation Profiter de la lumière pour se chauffer

Un bâtiment bien orienté par rapport au soleil  peut profiter de l’énergie apportée par la lumière pour son chauffage. En été la circulation de l’air peut réaliser une climatisation naturelle. Les nouvelles maisons devraient utiliser ces principe plutôt que compter sur les radiateurs et climatisations énergivores 1.

isolation Isoler  le bâtiment et garder la chaleur

De façon spontanée un objet chaud refroidit et un objet froid se réchauffe. Un isolant thermique permet de limiter ce phénomène : ce qui est chaud reste chaud plus longtemps, et de même pour ce qui est froid.

Empêcher la chaleur de s’échapper d’un logement permet de réduire la consommation d’énergie de chauffage et/ou de climatisation.

Certains matériaux de construction sont naturellement de bons ou de mauvais isolants2. Par exemple, une chambre d’appartement séparée de l’extérieur par un simple mur de béton (épaisseur 10 cm, surface 10 m2 ) est très mal isolée : quand il fait froid dehors, pour une différence de température de 20°C entre l’extérieur et la pièce, la fuite de chaleur est de 2 kWh chaque heure.  Pour contrer cette fuite, et maintenir la température,  il faut  fournir ces 2 kWh à la pièce, en faisant fonctionner en permanence un radiateur puissant3.

Si ce mur est protégé par 20 cm de laine de roche ou de liège, la fuite de chaleur est réduite 40 fois. Le radiateur n’est pas nécessaire : un ordinateur allumé ou les occupants pourraient même dégager assez de chaleur pour chauffer la pièce !

pompe Le futur du chauffage électrique : les pompes à chaleur

La pompe à chaleur permet de faire passer de l’énergie thermique d’un endroit froid à  un endroit chaud ! C’est le contraire de ce qui se passe spontanément.

C’est le système de chauffage le plus performant : on s’aperçoit que quand on utilise  1 kWh électrique  (pour le compresseur), on arrive à  pomper 3 à 4 kWh de chaleur qui passe de l’endroit froid vers l’endroit chaud.

Toutefois, plus l’écart de températures est grand, moins le système est efficace, et certains systèmes doivent être réchauffés pour fonctionner sous 0 °C.

L’inconvénient de la pompe à chaleur est qu’elle est beaucoup plus chère à l’achat qu’un simple radiateur électrique (mais celui ci reviendra plus cher à l’usage) : il faut investir pour faire ensuite des économies.

equipement Choisir des équipements efficaces

En choisissant des appareils ménagers performants, on économise de l’énergie. Des progrès considérables ont été faits. Un réfrigérateur d’aujourd’hui consomme environ 300 kWh/an, soit environ 37 fois moins qu’un frigidaire des années 60. Toutefois il y a beaucoup plus de réfrigérateurs aujourd’hui qu’il y a cinquante ans 4 .

L’étiquette énergie, que l’on peut voir sur les appareils ménagers indique leur efficacité énergétique. Par exemple, un lave-linge ou un lave-vaisselle utilisant peu d’eau utilisent aussi moins d’électricité pour la chauffer. Ils peuvent être encore plus économes s’ils acceptent l’eau chaude d’un panneau solaire thermique, chauffée gratuitement.

puits_canadien Puits canadien, VMC et renouvellement de l’air

Dans les maisons très bien isolées, les échanges d’air sont limités. L’air est renouvelé par un système de ventilation naturel ou mécanique. Avant d’entrer dans l’habitat l’air extérieur est mis à température par un système peu énergivore : « puis canadien », VMC double flux, pompe à chaleur.

Le « puits canadien » est un conduit enterré de plusieurs dizaines de mètres de long. L’air y passe en hiver avant d’entrer dans la maison. A l’issue du trajet, l’air n’est plus glacial, et le chauffer avant qu’il n’entre dans l’habitat coûte moins cher. En été, l’air est rafraîchi par son passage sous terre, et l’air qui rentre par ce moyen dispense de climatisation. Au printemps, si la terre est fraiche, il n’est pas utilisé.

Un puits canadien doit être réalisé selon des règles précises, pour que l’eau de condensation ne puisse s’y accumuler. Sinon il devient un nid à bactéries.

eclairage Il y a lumière et lumière

Les lampes aussi doivent faire l’objet d’un choix judicieux. Les modèles à incandescence (lampes dites ordinaires qui disparaissent progressivement) produisent 5% de lumière et 95% de chaleur. C’est pourquoi elles sont bouillantes lorsqu’elles sont allumées. Les lampes fluocompactes (dites aussi basse consommation) émettent au contraire 80% de lumière et seulement 20% de chaleur. Elles sont plus chères mais durent en théorie plus longtemps (6 à 7 fois) si on ne les éteint et allume pas trop souvent (dans la pratique leur durée de vie dépasse rarement 5000 heures contre 2000 à 3000 heures pour une lampe halogène). Ainsi, une lampe à incandescence de 100 W peut être remplacée par une lampe fluocompacte de 15 W qui, sur sa durée de vie, permettra une économie théorique de plus de 300 kWh. Toutefois il ne faut les jeter n’importe où en fin de vie car elles comportent du mercure, un poison pour l’homme et l’environnement.

L’avenir est aux lampes utilisant des LED (en Anglais « light emission diodes », ou en français DEL : diodes électroluminescentes) qui consomment encore moins que les lampes fluorocompactes,  durent beaucoup plus longtemps (15 000 à 30 000 heures en pratique).  Leur rendement est proche de 15-20%, elles utilisent donc 5 fois moins d’électricité. La difficulté avec ces dispositifs est de produire une  lumière agréable, dont la teinte est proche de la lumière naturelle.

La lumière du jour, lorsqu’on peut l’utiliser, est encore plus économique … Bien aménager  un espace c’est aussi exploiter au maximum la lumière du jour : placer le plan de travail sous une fenêtre, opter pour des couleurs claires, bien orienter le bureau, etc.

transport_velo Éviter les transports énergivores

Selon l’endroit où l’on habite un véhicule est nécessaire ou non.

En France, les automobiles produisent en moyenne une tonne de CO2 par habitant et par an.  Une petite  voiture effectuant 60 km par jour produit 3  tonnes de CO2 par an, et une grosse voiture, 6 tonnes.

Les véhicules de l’avenir émettent beaucoup moins de CO2 : voiture, vélo, scooter électriques, par exemple.

D’autre part, un véhicule électrique possède une batterie qui pourrait fournir quelque centaines de Watt-heures d’électricité à toute la maison en cas de besoin.

fenetres Le secret des fenêtres isolantes

Le verre n’est pas un bon isolant thermique. Pour qu’une fenêtre soit néanmoins isolante, elle possède deux vitres séparées par une fine couche d’air. C’est elle qui procure l’isolation. C’est le principe des fenêtres à « double vitrage ». L’air  peut être remplacé par un autre gaz, encore meilleur isolant thermique.

Une fenêtre double vitrage d’un m2, soumise à une différence de température de 20°C, laisse fuir environ 0,03 kWh de chaleur par heure 5.  Les fenêtres à « triple vitrage » permettent de gagner encore un facteur 2 si nécessaire.

Mais des mesures simples permettent d’éviter les fuites de chaleur la nuit : les rideaux, les  volets  constituent de très bons moyens supplémentaires de réduire la fuite de chaleur.

casquette Une « casquette » pour faire de l’ombre

Un bon moyen de ne pas avoir trop chaud en été est de se mettre à l’ombre. Au sud, un toit qui dépasse fait de l’ombre à la fenêtre, en pleine journée, tout en laissant la lumière entrer le soir quand le soleil est plus bas.

Un arbre bien placé peut aussi faire de l’ombre au bon moment l’été. En hiver, s’il a perdu ses feuilles, il laisse passer la lumière.

panneaux Utiliser  l’énergie renouvelable disponible

Un panneau solaire thermique et un panneau photovoltaïque sur le toit permettent de produire chaleur et  électricité, pour obtenir un habitat autonome du point de vue énergétique, et utilisant une électricité sans carbone.Cette électricité peut aussi être cédée au réseau électrique, surtout en été.

L’électricité est fournie par le panneau solaire en courant continu, et il doit être transformé en courant alternatif de tension 220 V. Cette transformation fait perdre de l’énergie. Il faudrait que les appareils électroménagers puissent être alimentés directement avec du courant continu de 24 Volts !

energie_positive Innovation : les bâtiments à énergie positive

Ces bâtiments pilotes démontrent qu’il est possible de concevoir des bâtiments très peu consommateurs d’énergie,  avec des matériaux contenant peu d’énergie grise. Leurs faibles dépenses de fonctionnement peuvent amortir sur la durée le surcoût de leur fabrication.

Les BEPOS, bâtiments à énergie positive, ce sont des « Bâtiments Basse Consommation »(BBC) 6 qui possèdent sur le toit des panneaux photovoltaïques dont production d’électricité couvre en moyenne la consommation d’énergie annuelle du batiment.

fr_maison-zenLa Maison Zen, dans les Alpes est la première maison construite en France7 selon cette exigence. Exposition, ouvertures, isolation, pompes à chaleur, circulation d’air, échanges avec l’extérieur ont été pensés pour minimiser les besoins en énergie, avec un confort élevé. Elle a été construite avec des matériaux ayant une faible empreinte CO2. Sa surface est de 200 m2.

Les panneaux photovoltaïques qui constituent le toit sont des panneaux à couche mince. Ils   sont disposés sur les deux cotés du toit, donc y compris la face nord pour une production de 3000 kWh contre 7000 kWh au Sud, pour une surface un peu moindre au nord.

La maison est occupée par des bureaux (14 personnes en 2011). « Sur trois ans, du 12 Nov. 2007 au 11 Nov. 2010, la production photovoltaïque s’élève à 29 460 kWh (soit 9 820 kWh/an) et la consommation totale d’énergie (relevés compteur EDF) s’élève à 26 760 kWh (soit 8 920 kWh/ an) et 44,6 kWh/m².an. L’objectif de départ a donc été rempli. »8.

Ce bilan repose en premier lieu sur l’efficacité énergétique du bâtiment et des appareils électroménagers et informatiques. Mais elle repose aussi sur la manière de vivre des occupants, car dans une maison à si faible consommation,  l’impact des comportements devient prépondérant.

La sobriété énergétique des occupants  implique une plus grande attention aux dépenses d’énergie dans l’utilisation des appareils domestiques, le chauffage et l’aération des pièces.

annees_60 Rénovation des anciens bâtiments : la tour Bois le Prêtre

Une astuce à la base de cette rénovation qui fait économiser beaucoup d’énergie : la couche extérieure d’isolant thermique n’est pas posée sur le mur de l’immeuble. C’est une vaste enveloppe de verre, qui entoure le bâtiment en créant des jardins d’hiver pour tous les logements.

tour-bois-le-pretre-avantEn général, la rénovation de l’habitat ancien vise  plusieurs objectifs :

  • Un confort accru pour les occupants ;
  • Une consommation énergétique moindre, ce qui permettra d’amortir le coût des travaux ;
  • une réduction des émissions de gaz à effet de serre, pour se conformer aux engagements de la France.
  • La prise en compte d’exigences environnementales diverses, pour un habitat durable.

En général, le coût de la rénovation est inférieur au coût de la démolition reconstruction, qui exige de plus de loger les habitants durant les travaux.

La rénovation de la Tour Bois le Prêtre9 (Paris) a valu l’Équerre d’argent à leurs auteurs en 2011. Elle comporte 100 logements.

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Le bâtiment datant de 1962 étant encore sain du point de vue de la structure,   mais ne correspondait plus du tout aux besoins des familles y habitant : isolation, installation de chauffage, nombre d’ascenseurs. Cette rénovation a été effectuée en maintenant les habitants dans leur logement. Elle réorganise l’espace, apporte des améliorations techniques. Elle offre plus de surface aux habitants par l’ajout de jardins d’hiver : la surface passe de 8 900 m2 à plus de 12 000 m2. Le confort été comme hiver est amélioré.

La performance énergétique passe à  82 kWh/m2, ce qui réduit de plus de la moitié  la facture énergétique. Le site de Druot (voir références) offre de nombreux documents sur cette rénovation.

futur_possible Innovation : le futur possible de l’habitat urbain 

Un projet d’habitat écologique innovant porté par une équipe d’étudiants  ingénieurs,  architectes, designers de Rhône Alpes a remporté  le Solar Decathlon Europe 2012 à Barcelone.

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Le projet « Canopea » a remporté ce concours international  proposé à des universités du monde entier. Le but du concours qui a lieu tous les deux ans, est de construire la maison de demain,  n’utilisant que le solaire comme source d’énergie.  Un genre de « Concept House », un démonstrateur,  très en avance sur son temps mais qui permet de tester les idées et les techniques.

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Le projet de la Team Rhône-Alpes10 était le seul à proposer  un habitat collectif de petits immeubles, appelés « Home-towers », qui s’inscrit dans un quartier.  Le coordonateur de l’aventure Pascal Rollet, enseignant à l’école d’architecture de Grenoble raconte11 :   «C’est un habitat simple, l’antithèse de la maison d’architecte ! Surtout, Canopea n’est pas un bâtiment seul mais un écosystème urbain, en relation avec des voisins, des transports. Qui a nécessité un travail collectif de Recherche & Développement de haut niveau pendant quatre années. Avec des milliers de règles, comme dans la réalité.»

Les dix critères étaient : architecture, ingénierie/ construction, fonctionnalité énergétique, balance énergétique, confort, fonctionnement, liens avec le social, industrialisation et marchés, innovation et développement durable. «C’était une folie, Pour ce marathon de deux semaines, nous avons piloté numériquement notre prototype comme un bateau à voile, en fixant des caps. Afin d’ajuster notre stratégie en direct pour répondre à dix épreuves.»

L’intérêt de cette recherche ne se limite pas à un bilan énergétique domestique. Par exemple «Il y a une cinquième roue oubliée, ajoute Rollet, la chaîne alimentaire. Une salade, pour arriver dans un magasin, parcourt en moyenne six cents kilomètres. On propose donc une ferme en étages à côté des tours, une agriculture urbaine biologique dans des bacs de terre, une invention savoyarde. Cela fonctionne et est agréé par l’Inra. On pourrait assurer le complément alimentaire du quartier en fruits et légumes.

Retrouvez l’article complet  dans le dossier de presse 12

puce Compléments

puce Références

  1. voir l’article sur le chauffage []
  2. voir l’article : Quels matériaux pour la construction ? []
  3. Matériau conductivité thermique(l) Épaisseur e (m) résistance thermique (e/ l)  Fuite : 10 m2 20°C en une heure
    laine de roche, liège 0,045  W/m/K 0,20 m  0,20/0,045 = 4,4 m2.K/W 20*10/4,4 ~ 0,05 kWh par heure
    béton 0,92     W/m/K 0,10 m   0,1/1,1 = 0,11 m2.k/W  20*10/0,11 ~ 2 kWh par heure

    []

  4. voir l’article Moins consommer, c’est mieux []
  5. Pour une fenêtre double vitrage ayant un assez bon coefficient  Ug=1,5 W/m2/K, le flux de chaleur à travers  1 m2, pour une différence de 20 °C est de  30 Wattheures par heure []
  6. selon la norme RT 2005 []
  7. []

  8. Suivi de performance de la Maison Z.E.N, 2007-2010, http://www.cythelia.fr/documents.html []
  9. Rénovation de la tour Bois le Prêtre

    []

  10. voir le site facebook de l’équipe : http://www.facebook.com/pages/CANOPEA-Solar-Decathlon-Europe-2012-Team-Rh%C3%B4ne-Alpes/207903355924726 []
  11. Dans le journal libération, voir le dossier de presse du projet : http://www.solardecathlon.fr/?page_id=270 []
  12. site http://www.solardecathlon.fr/?page_id=270 []
  13. http://www.dailymotion.com/video/xb784p_le-puit-canadien-et-la-ventilation_tech#.UTRgxDeUKWE []
  14. http://onetonnelife.com/ un cas intéressant, car ils ont pris en compte les 3 principaux postes d’émissions de CO2 pour un ménage : alimentation, logement, déplacement []

Quelle énergie durable pour demain ?

Il faut se rendre compte de la quantité d’énergie que l’on consomme ! Elle est devenue gigantesque, et cela impacte le climat. La situation est telle que nous allons devoir changer. Mais pas n’importe comment, sur plusieurs années ! Cela va demander de l’imagination ! Quelques chiffres pour comprendre.

 personnages Énergie, climat  le défi

Entre 1800 et 1900 la consommation mondiale d’énergie a été multipliée par 5. Entre 1900 et 2000 elle a été multipliée par 10. Elle ne cesse d’augmenter.

La consommation d’énergie, si elle était entièrement extraite du pétrole,  représenterait  une gigantesque piscine que l’on viderait  de son pétrole chaque année. Elle serait grande comme tout un département, avec 2,5 m de profondeur, et sa taille augmenterait chaque année car les besoins en énergie de la planète ne cessent d’augmenter : si on continuait à ce rythme la consommation en 2100 sera plus de 70 fois supérieure  : toutes les réserves de pétrole de charbon de gaz existant aujourd’hui seraient consommées en quelques années. Il faut donc évoluer.

Cette consommation d’énergie a aussi un impact sur le climat : le pétrole, le gaz naturel et le charbon, en brûlant, produisent du dioxyde de carbone (CO2) en telles quantités qu’il modifie le climat de la Terre.

L’énergie nous pose donc un défi pour les années à venir :
• réduire nos émissions de CO2
• utiliser d’autres sources d’énergie, durables

En 2050, en France, nous consommerons certainement moins d’énergie par personne : nos logements seront plus performants, nous nous déplacerons autrement, nous ferons plus attention à l’énergie … Malgré cette diminution, comment faire pour que le développement se poursuive, en France, en Europe, dans le monde ? C’est le défi qui est posé. Il est tout à fait abordable puisque, en ce moment, l’énergie est encore souvent gaspillée.

50000kwh Nous sommes énergivores !

En France, nous consommons 50 000 kWh par an et par habitant. Par jour et par personne, cela représente presque 150 kWh, c’est à dire 15 litres équivalent pétrole. Cela inclut la consommation des particuliers mais aussi celle de l’industrie, du bâtiment, des transports de marchandises, des hôpitaux …

A quoi sert cette énergie ? A transformer. Dès qu’une transformation intervient, elle utilise de l’énergie. Vous avez froid, vous avez besoin d’énergie pour allumer le chauffage. Vous avez faim, on a utilisé de l’énergie pour préparer un repas. Vous habitez un logement ? Il a fallu de l’énergie pour le construire. Vous utilisez de l’essence, de l’électricité, vous utilisez de l’énergie.

L’énergie est très peu chère par rapport aux services qu’elle rend. Par exemple, pour un prix moyen de l’énergie de 15 centimes le kWh, 150 kWh coûtent 22 €. Si on payait des travailleurs au SMIC pour fabriquer cette énergie, par exemple en pédalant sur des vélos reliés à une dynamo, au lieu de 22 € il faudrait payer plus de 30 000 € de salaires chaque jour !   Il faudrait couper du bois, faire du feu, faire des vêtements entièrement faits main, aller à pied ou en pousse pousse au collège,  fabriquer les meubles sans scie électrique, etc. Il faudrait un grand nombre de personnes dans les champs, pour remplacer les tracteurs. Un tracteur représente environ 1 000 paires de jambes !

A partir de l’énergie que l’on trouve dans l’environnement ( dans le vent, le pétrole, un arbre mort …) on utilise un système pour obtenir ce qui va vraiment servir : de l’essence, du fioul, du bois de cheminée, de l’électricité. Une part importante de toute l’énergie produite (30%) est perdue dans les conversions de l’énergie quand on fabrique de l’électricité : les centrales électriques produisent de l’électricité, mais surtout de la chaleur. Cette chaleur n’est pas toujours utilisée. Une petite partie est aussi perdue dans les transport de l’énergie. Améliorer la transformation de la chaleur en électricité ferait gagner beaucoup d’énergie.

sources Nos sources d’énergie, de l’huile de coude au nucléaire et aux renouvelables

Personne ne crée l’énergie que l’on utilise : on l’extrait de « sources d’énergies » que l’on trouve dans notre environnement.

groupe_moulinAvant 1750, l’énergie disponible pour tous les travaux était uniquement celle des bras,  des  animaux, des moulins à vent et des moulins à eau. Pour se déplacer, il y avait les chevaux et les mulets. Pour se chauffer, et faire cuire les aliments, on se servait du bois.
groupe_barrilsLe charbon, puis le pétrole et gaz ont permis la révolution industrielle, avec des machines pour remplacer la force animale. Ils ont donné la richesse que connaissent maintenant les pays développés (un agriculteur par exemple réalise beaucoup plus de travail avec un tracteur que s’il utilisait sa seule force physique).

Aujourd’hui, dans les pays développés, les machines travaillent pour nous. Elles fonctionnent si on les alimente en carburant ou en électricité. Elles en usent de grandes quantités car l’énergie ne coûte pas cher : un kWh électrique aujourd’hui coûte  environ 0,13 € en France, et 0,25 € en Allemagne. Avec 0,13 € on peut fournir autant d’énergie à une scie (à moteur),  que 2 bucherons pendant une journée entière avec leurs bras !

Plus récemment (depuis 40 à 50 ans), une nouvelle source d’énergie a commencé à être exploitée : l’énergie nucléaire. Elle possède une grande concentration en énergie, puisque 1 gramme de matière fissile contient environ 23 000 kWh alors que 1 gramme de pétrole n’en contient que 0,012 kWh. Elle est utilisée pour fournir de l’électricité.

Connues et utilisées depuis longtemps, les énergies renouvelables (éolienne, hydraulique, bois) reviennent en force. Elles sont à l’inverse 1 million de fois moins concentrées que le pétrole, mais présentent des avantages incomparables : elles n’émettent pas de CO2, elle peuvent être utilisées au plus près du lieu de consommation, ce qui évite des pertes dans  le transport. De plus elles sont abondantes en France et en Europe, elles peuvent donc limiter notre dépendance énergétique vis à vis du pétrole, du gaz et de l’uranium. Mais les utiliser massivement nécessite recherches et adaptations.

esperance_de_vie Énergie et espérance de vie

Grâce à l’énergie, les conditions de vie se sont améliorées progressivement en France  entrainant une augmentation spectaculaire de l’espérance de vie : de moins de 30 ans avant la révolution, elle a atteint 50 ans en 1900, et elle dépasse maintenant 80 ans !

La disponibilité de l’énergie a permis celle de l’alimentation, la croissance des villes, les progrès de la médecine, la disparition des épidémies, de la mortalité des enfants.  Aujourd’hui la production agricole n’est plus un problème, elle est assurée par des machines pilotées par un nombre réduit d’agriculteurs ; au service de la santé on trouve des hôpitaux et toute une industrie du médicament ; en hiver les logements sont chauffés, et refroidis en été ; le travail est devenu, en général, beaucoup moins pénible.

Dans d’autres pays où les habitants n’ont pas accès à l’énergie et donc au développement1, l’espérance de vie est de 40 ou 50 ans, comme en France il y a 2 siècles.

1kwh Différentes façons d’obtenir 1 kWh

Les sources d’énergie que nous utilisons sont indiquées par des pictogrammes. Personne ne crée de l’énergie, on l’extrait de notre environnement, d’endroits où elle est plus abondante qu’ailleurs et facilement transformable pour notre usage : charbon, pétrole, vent, chute d’eau, …

picto_essencepicto_charbonpicto_gazpicto_bois

  • On peut extraire 1kWh  d’énergie sous forme de chaleur, de
    • 10 centilitres de pétrole
    • 70 grammes de gaz,
    • 140 g de charbon
    • 200 grammes bois bien sec.

    Pétrole, charbon, gaz, bois sec sont des sources d’énergie que nous trouvons dans notre environnement : elles peuvent fournir de l’énergie, sous forme de chaleur, par exemple.  A l’origine de cette énergie : les réactions chimiques qui transforment la matière : après avoir brulé du bois, il reste un tas de cendres,  et on a émis du dioxyde de carbone et d’autres gaz (NO2, etc. ).

    • picto_barrage On peut aussi extraire 1 kWh de la vitesse d’une quantité importante de matière.  Par exemple 360  kilogrammes d’eau qui dévalent 1 000 mètres de hauteur, ont  une énergie de mouvement2 de 1kWh. Les chutes d’eau sont des sources d’énergie.
      Transformer cette énergie de mouvement en chaleur n’est ni facile ni intéressant. On peut plutôt la transformer en électricité et la transporter dans les habitations par des fils électriques. A l’origine de cette énergie : le mouvement de l’eau vers le bas provoqué par l’attraction de la Terre.
    • picto_pelleLes  muscles peuvent fournir de l’énergie. Avec une pelle servant à envoyer des pelletées de terre à 1,60 m de haut, il faut 100 heures de travail avec les bras pour fournir 1 kWh ! Les bras sont un plus efficaces quand il s’agit de tourner une manivelle. Les jambes sont encore un peu plus efficaces.  A l’origine de cette énergie : les réactions biochimiques dans le corps qui créent le mouvement des muscles. Pour en savoir plus sur l’énergie musculaire, cliquer ici.
    • La lumière contient de l’énergie. C’est par la lumière que la Terre reçoit toute son énergie du Soleil. Une grande partie est convertie en chaleur. (Pour en savoir plus sur les formes que peut prendre l’énergie, cliquer ici.)
    • 1 kWh, c’est aussi à peu près ce que fournit un repas à l’organisme. A l’origine de cette énergie : les réactions chimiques de digestion.  (Pour en savoir plus sur l’énergie de la nourriture, cliquer ici)

appareilsÉnergie, quels appareils consomment le plus ?

groupe_appareilsSur le poster sont représentés certains appareils qui consomment de l’énergie, quand on les utilise : un radiateur électrique,  un réfrigérateur, un congélateur, un ordinateur portable, un smartphone, un écran de télévision, un chargeur, tous ces objets se branchent sur une prise et consomment de l’électricité dès qu’on les allume. Envoyer un mail, discuter sur Facebook, allumer une lampe, faire couler de l’eau, prendre un bus, écouter de la musique demandent aussi de l’énergie.

Voici quelques exemples de consommation électrique d’une famille de 4 personnes :

appareil durée approximative d’utilisation par an nombre de kWh utilisés
Un réfrigérateur moyen environ 380 kWh par an pour un réfrigérateur moyen.  380 kWh
Un radiateur électrique qui a une étiquette de 1 kW utilise 1 kWh par heure quand il chauffe sans s’arrêter. Mais il ne consomme rien s’il est à l’arrêt. S’il fonctionne pendant 10 heures sans interruption, il consomme 10 kWh. Sur 100 jours de froid, il consomme 1000 kWh  1000 kWh  fois le nombre de radiateurs allumés
Un micro-onde  800 W, quand on l’utilise à pleine puissance pendant 10 minutes par jour  50 kWh par an
Plaques électriques 1 kW pendant la préparation des repas 2 plaques pendant 15 minutes par jour soit 0,5 kWh par jour 180 kWh par an
Une machine à laver le linge  de 2 kW Une heure par jour,  consomme en moyenne 1,5 kWh par jour 550 kWh par an
Un sèche cheveux de 1000 watt pendant 20 minutes par jour : 0,33 kWh/j, tous les 3 jours  40 kWh par an
multimédia d’une famille  pc de bureau avec l’adsl, tablette, portable, TV …  1 000 kWh paran

En France, 47% de l’énergie produite est utilisée par les ménages pour leur usage domestique La consommation d’une résidence principale se répartit en moyenne de la manière suivante : 63% pour le chauffage, 12% pour la production d’eau chaude sanitaire, 19% pour des besoins spécifiques en électricité comme l’éclairage ou le réfrigérateur, et 7% pour la cuisson des aliments. Pour faire des économies d’énergie,  le plus simple est de baisser la température d’un logement : la baisser  de 1°C au voisinage de 20°C permet de diminuer la consommation de 7%.  Dès lors, se contenter de 19°C dans les pièces où l’on vit et de 16°C dans les chambres, plutôt que de 21 ou 22°C dans toute la maison permet de belles économies si on n’y est pas dans la journée.

Un grand nombre d’appareils numériques envahit les foyers. Pour une famille de 4 personnes la consommation électrique pour le numérique est d’environ 1000 kWh/an. (voir le détail ici). Enfin le système de veille des appareils multimédia( TV, ordinateur, imprimante, … ) consomme de l’énergie pour rien.

postit Notes et Références

  1. imaginons une personne d’un pays pauvre qui souhaite améliorer ses conditions de vie. Par exemple amener l’eau courante chez lui, ou traiter les eaux usées,  ou acheter un réfrigérateur, un téléphone, une lampe. Tout ceci consommera de l’énergie. Pour y arriver,  il va vouloir développer une activité économique, et donc vouloir  commencer à consommer de l’énergie. Le prix de l’énergie, qui est chère dans ces pays, est un obstacle au développement []
  2. énergie de mouvement, appelée énergie cinétique []