guérir le climat


GUÉRIR-LE-CLIMAT

 

ON  PEUT  ENCORE GUÉRIR  LE  CLIMAT !

(Révision d'août 2016)

Le climat est de plus en plus malade : les symptômes menaçants, plus sérieux, se multiplient et le pronostic courant interdit tout espoir de guérison vu la totale insuffisance de la «cure» actuelle. La maladie est largement due au CO2 produit par les combustibles fossiles consommés mondialement. Le seul remède capable d'obtenir une guérison du climat en protégeant au mieux la vie sur notre planète est la substitution de la majorité de ces fossiles par des nouvelles énergies «décarbonées». Pourquoi ne l’a-t-on pas fait ? Comment peut-on le faire ?

L’analyse de la situation mondiale actuelle montre un rapport désastreux (1:50) entre les nouvelles énergies décarbonées déjà obtenues annuellement, ridiculement basses en dépit  d'annonces qui tiennent presque toujours du boniment (note [4] à la fin du Raccourci), et celles qu'il faudrait au moins produire chaque année.

Souvent les experts n’affrontent pas le problème à sa dimension mondiale, et se résignent à «l’inévitable» (note [5]), estimant qu’on ne pourrait pas soigner la maladie sans ruiner nos économies et renoncer à nos modes de vie. Les décideurs se bornent ainsi à quelques initiatives nationales déficitaires inefficaces, aux frais des usagers. Au contraire, un projet industriel rigoureux, focalisé sur la fabrication massive de capteurs solaires simplifiés capables d’une production d’énergie compétitive, donc applicable à l’échelle planétaire, pourrait procurer à très bas prix [6] un combustible décarboné abondant et transportable, respectant avec profit, sans subventions, les quatre conditions incontournables suivantes d’une guérison effective du climat :

1.  Les mesures correctives doivent être étudiées à une échelle globale, car les émissions d’un pays pollueur affectent aussi tout le reste du monde. Les solutions ne sont efficaces que si elles sont valables pour de très larges majorités de nations. Qu’un pays réussisse à maîtriser ses émissions ne résout le problème pour personne si les autres restent pollueurs (perspective perdante de «ma basse-cour» ou «my backyard»).
2.
Pour guérir la planète, on doit avant tout retourner le plus près possible de l’équilibre préindustriel du CO2 atmosphérique : il faut oser produire le plus tôt possible la quantité énorme d’énergie globale décarbonée qui permette de reporter en permanence la consommation mondiale des énergies fossiles nettement au-dessous de la moitié de sa valeur actuelle, au lieu de continuer à la laisser croître indéfiniment.
3. Les aides tarifaires très
coûteuses indiquent qu'on entend se limiter à des productions modestes donc insuffisantes de sources déficitaires. Les énergies décarbonées, nécessairement très abondantes, doivent pouvoir concurrencer sans aides les fossiles si l'on veut qu'elles soient largement utilisées. Pour
réduire fortement le coût de l’énergie renouvelable des grands sites, on doit se décider à produire en très grandes séries des capteurs solaires modulaires performants, très simplifiés, légers, durables et faciles à installer [6].
4. Ces énergies nouvelles sont presque toutes aléatoires. Leur utilisation directe accrue nécessiterait l'apport de sources électriques de réserve énormes
et polluantes , et un renforcement absurde des réseaux de distribution. Au-delà d’une proportion modeste d'énergies décarbonées, la continuité de la fourniture d'électricité ne serait plus garantie. Il faut donc employer, au lieu de sources de réserve impraticables, un vecteur décarboné capable d’assurer un stockage suffisant des nouvelles énergies ainsi que leur transport lointain. Obtenu par électrolyse avec l’électricité solaire abondante à très bas coût produite par les nouveaux capteurs dans d'immenses régions favorables arides ou désertiques, il serait distribué partout pour un usage devenu universel. Contrairement à des préjugés fréquents, l'hydrogène liquide a toutes les qualités requises pour jouer de la meilleure façon ce rôle de nouveau vecteur puissant, remplaçant compétitif moderne des combustibles fossiles [6] et base essentielle des solutions décarbonées futures.

La prévention des conséquences du désordre climatique croissant nous impose donc de concentrer nos efforts sur des projets capables de produire en zones arides de très grandes quantités d’énergie "propre" compétitive, en large partie sous la forme d’un vecteur décarboné qui la rende stockable, transportable et utilisable (presque) partout. L’énormité de ce nouveau marché potentiel suggère des solutions [6] qui, après une étude approfondie de capteurs modulaires légers, efficaces, fiables
et très simpliés, permettraient leur production mondiale en  très grandes séries. On obtiendrait ainsi des énergies non polluantes qui respecteraient en même temps les deux critères de coût très réduit (compétitif donc très profitable) et de quantités très abondantes.
Nous montrerons qu'on peut développer des solutions concurrentielles: loin d'obliger à gaspiller en vain l'argent public des subventions ni dépendre d'accords mondiaux imparfaits, mais en respectant les règles du marché et les mécanismes concrets de l'économie réelle, elles favoriseraient largement ceux qui participeraient à leur développement et à leur exploitation ou qui utiliseraient les énergies ainsi obtenues.

c.p.

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On peut continuer la lecture de deux façons:
- Par "le raccourci" (CLIMAT-ÉNERGIES : QUE FAIRE? ) qui résume ci-dessous en 12 questions dans cette page d'accueil tous les points dont il est essentiel de tenir compte si l'on veut obtenir la guérison du climat.
- Par "la complexité" qui examine de façon plus détaillée mais encore relativement simplifiée les divers aspects du problème et les solutions possibles dans le texte COMMENT GUÉRIR LE CLIMAT ? (introduction ci-dessous), composé de 4 sections et 39 articles, au total 110 pages A4. Ce texte peut être lu en séquence ou en choisissant les titres des articles sur les menus détaillés du Plan du Site.


Note : L’importance de disposer de capteurs capables de fournir les quantités nécessaires d’énergie décarbonée compétitive est évidente. Dans cette optique, les articles suivants ont été mis à jour, complétés et récrits (avril 2015) :


" Les capteurs thermiques futurs "
"Les capteurs photovoltaïques à concentration
"


 

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LE RACCOURCI




CLIMAT – ÉNERGIES : QUE FAIRE ?


TOUS  LES  FACTEURS  ESSENTIELS  EN  12  QUESTIONS



Il faut simplifier radicalement si l’on veut résumer les multiples aspects de ces deux thèmes en quelques questions. C'est à dire tenter d’aboutir à la simplicité, sans sacrifier l’essentiel, seulement après avoir visité attentivement la complexité. Le lecteur préfèrera sans doute le parcours inverse, en commençant par lire ce raccourci.

* On pourra trouver
à la fin du raccourci des notes, des données et des facteurs de conversion d'usage courant.


1ère question : Quelle est la maladie du climat ?

Les scientifiques sont justement préoccupés par l’évolution récente de ce qu’ils appellent la « température globale » (moyenne annuelle des températures superficielles de la planète, indicateur privilégié considérablement plus significatif que les données climatiques locales), qui a augmenté de 0,6°C et qui accélère sa progression. Dans les discours accessibles au public, on appelle cette nouvelle situation «réchauffement global» (ou «climatique»), choix regrettable qui donne l’impression erronée que cette situation se résume en un léger réchauffement plus ou moins uniforme de la planète. Il ne faut pas confondre un symptôme important (la hausse de la température moyenne, très modeste mais très significative) avec la «maladie», caractérisée depuis la fin du siècle dernier par une rapide détérioration des mécanismes régulateurs qui avaient permis, pendant des millénaires, que les climats terrestres soient en majorité relativement stables et tempérés.
Il faut bien sûr s’employer à atténuer les conséquences terribles de ce dérèglement climatique croissant [3], mais surtout il faut en attaquer les causes. En effet il menace de nombreux équilibres écologiques et a déjà provoqué en un temps très court l'augmentation de désordres de plus en plus graves et fréquents, tels que températures extrêmes, hautes et basses, tempêtes plus violentes, début de fontes abondantes inhabituelles de banquise et de glaces supposées permanentes, inondations et sècheresses plus meurtrières, incendies géants, risques de variations désastreuses des courants et du niveau des océans. Si nous n’agissons pas radicalement sans délai, ces phénomènes deviendront bien plus insupportables et leurs effets infiniment plus difficiles à prévenir.

L’usage presque exclusif de la température globale (ou celui du « réchauffement global ») pour décrire
au public le changement climatique provoque une grave désinformation, car les désordres climatiques sont déjà sérieux avec la hausse actuelle d’une fraction de degré de la température moyenne du globe, qui semble totalement inoffensive au non-spécialiste. Il était déjà frappant qu’on ait considéré "optimal" l’objectif d’une hausse de la température globale limitée à 2°C, sachant qu’elle serait accompagnée de graves catastrophes climatiques et écologiques, mais il est stupéfiant d’apprendre que le consensus international semble aujourd’hui se résigner à constater que [puisqu’on n’a encore fait aucun effort significatif] la hausse sera plutôt de 4°C (désastres étendus généralisés), tandis que beaucoup d'experts affirment qu’on se dirige déjà vers une augmentation de 6°C vers la fin du siècle (cataclysmes répétés). N’oublions pas l'échelle : la température globale n'a varié que de ±4°C en un million d’années, pendant une succession de cycles climatiques extrêmes (100.000 ans de glaciations profondes très étendues séparées par des périodes tempérées plus brèves). Les décideurs sont prêts, en laissant croître le marché fossile mondial, à accepter un futur climatique désastreux (+4 à +6°C globaux pour le premier siècle) !


2° question : Quelle est la cause principale de cette maladie ?

Les activités humaines, à cause du développement des populations et des économies, comportent une rapide croissance des consommations (en particulier d’énergie), et  utilisent chaque année des milliards de tonnes de produits fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) qui émettent, par leur combustion, des quantités énormes de dioxyde de carbone (CO2). Celles-ci se distribuent dans l’atmosphère et augmentent le désordre climatique.

L’«effet de serre» de l'atmosphère est dû à l’absorption par certains des gaz qui la composent, même à très faibles concentrations, d'une large partie du fort rayonnement infrarouge lointain
(390W moyens par m2) émis par la planète en fonction de sa température superficielle. Ceci réchauffe l’atmosphère, donc la surface terrestre : quand le CO2 était naturel, avec une concentration stable proche de 280 ppm (parties par million), pendant les milliers d'années successives à la fin de la dernière période glaciaire, l’effet de serre global assurait à la Terre des températures souvent modérées (moyenne de +15°C, qui aurait été de -18°C sans l'effet de serre), comme une sorte de couverture de la planète permettant une puissante croissance de la biosphère et des civilisations.

La concentration naturelle du CO2 n'avait jamais dépassé 280 ppm (sauf quelques très rares pointes inférieures à 300 ppm) depuis 800.000 ans. Par la croissance artificielle récente de sa concentration au-delà de 390 ppm (presque toute dans les 50 dernières années), le CO2 contribue aujourd'hui à modifier de façon très rapide et dangereuse les complexes échanges qui déterminent le climat des diverses zones de la planète.

Cette évolution vers une «couverture renforcée» quasi indestructible est la cause fondamentale de la maladie du climat, qui accélère considérablement la récente dégradation anthropique (créée par l'homme) des équilibres naturels des millénaires précédents. Ce désordre croissant laisse aux organismes complexes, végétaux et animaux, un temps insuffisant, décennies au lieu de siècles ou de millénaires, pour s'adapter, en provoquant par conséquent, outre les catastrophes climatiques courantes, de plus en plus de migrations massives ou de disparitions d'espèces.

La seule protection efficace disponible est la réduction radicale urgente de ces émissions supplémentaires de CO2 : lutter contre les effets de la maladie sans éliminer au plus tôt ses causes essentielles ferait croître ultérieurement les catastrophes "naturelles" et leurs conséquences, et compromettrait tout retour à la normalité.


3° question : Quel sont les trois rôles du CO2 atmosphérique ?


Les deux gaz à effet de serre les plus actifs présents dans l’atmosphère sont la vapeur d’eau (en concentration très variable, qui devient en moyenne 2% si l'on inclut l'eau des nuages) puis le CO2 (constant à 0,028% dans les siècles passés, aujourd’hui à 0,039% en croissance rapide). Avec l'eau, fondamentale, le CO2 a une importance particulière due à son rôle primordial tant sur les processus vitaux que sur le climat de la planète.
Chaque année 440 milliards de tonnes de CO2 "naturel" sont émises dans l'atmosphère par la respiration des organismes terrestres (consommation d'oxygène et rejet de CO2 relatifs à l'activité des cellules), mais la même quantité y est recyclée par les espèces végétales au moyen de la photosynthèse. Celle-ci, grâce à l’apport d'énergie du rayonnement solaire, et en présence de chlorophylle et d’eau,
transforme en aliments (p.ex. glucides) et en oxygène le CO2 atmosphérique absorbé par les végétaux (en particulier dans les feuilles des arbres), ce qui stabilise sa concentraton dans l'air. Les aliments nourrissent ces végétaux, qui deviendront, jusqu'à leur biodégradation finale, aliments primaires des autres espèces, en satisfaisant l'essentiel des besoins (en croissance et en énergie) du reste de la biosphère émergée. L'énergie est obtenue en "brûlant" (oxydant) les aliments dans les cellules, avec formation puis expulsion de CO2. Le soleil fournit l'énergie nécessaire à ce cycle vital naturel équilibré, et le CO2 prélevé l'alimente en carbone, tandis que l'oxygène libéré redevient disponible.
Des phénomènes analogues se produisent dans les océans, dont les échanges de CO2 avec l'atmosphère sont presque équilibrés (par an, 340 milliards de tonnes absorbées par les océans, 330 émises vers l'atmosphère).
Participer à ce recyclage intégral du carbone était, avant l'ère industrielle, le 2° rôle vital du CO2 naturel (le 1er était de garantir des températures favorables à la vie).

Mais aujourd'hui, en émettant en plus 35,5 milliards de tonnes par an de CO2 artificiel dû à la combustion des produits fossiles, résidus carbonés d'anciens organismes vivants, enfouis depuis de nombreux millions d'années, nous dépassons la capacité de recyclage naturel de ce gaz. La régulation naturelle de sa concentration a été remplacée par une accumulation continuelle due aux émissions de CO2 fossile, avec l’apparition (3° rôle du CO2) d’un effet de serre supplémentaire de plus en plus nuisible.


Ce qui rend encore plus déterminant l’effet du CO2 sur le climat, déjà nettement dominant par rapport aux autres gaz à effet de serre, est en effet sa stabilité: hors photosynthèse, sa durée de vie moyenne dans l’air est de l’ordre de 100 ans, contre peu de jours pour la vapeur d’eau qui se recycle surtout en retournant à l’état liquide ou solide sur les continents et les océans. L’énorme excédent de CO2 formé dans l’atmosphère par les activités humaines récentes a donc un caractère cumulatif et sa croissance accélérée est actuellement irréversible. Ses effets sont puissamment amplifiés par ceux de l’eau, dont l'évaporation, et donc la concentration atmosphérique (sous forme de vapeur ou de nuages), augmentent à cause de sa contribution prédominante à l'effet de serre global.


4° question : Quel est le remède ?


La réduction de ces émissions artificielles de CO2 nécessite une réduction dans la même proportion de la consommation mondiale des combustibles fossiles, ce qui peut se faire soit en les remplaçant par des sources à bilan carbone nul ou très réduit soit, encore mieux, en économisant l’énergie quand c'est
possible et raisonnable.

On peut aussi capter à la production puis enfouir ces émissions de CO2 dans des cavités naturelles (sous haute pression). Mais cette séquestration continuelle très coûteuse deviendrait vite gigantesque, et il serait très difficile de garantir durablement l’étanchéité: une fuite massive de CO2 sous haute pression pendant son transport ou son stockage (durant des milliers d’années) pourrait provoquer la mort des populations dans un rayon de dizaines de km (pour une fuite naturelle au lac Nyos, 1700 morts sur 30 km en 1986).
Si le captage du CO2 est praticable, il vaut bien mieux le faire réagir avec de l'hydrogène (solaire) en produisant du méthane (CH4) synthétique (réaction de Sabatier). Le CO2 émis quand on brûlera ce méthane étant égal au CO2 qu’on a capté pour le produire, ces deux opérations produisent l’énergie à émission globale nulle, sans le risque ni le coût du transport et du stockage permanent du CO2. D'autres synthèses basées sur du CO2 capté deviennent rentables si l'on dispose d'un hydrogène solaire
abondant  de coût très réduit [6].

Mis à part ces captages (actuellement négligeables), il reste nécessaire, afin d'arrêter la croissance de la concentration du CO2, de réduire très rapidement ses émissions, donc les consommations mondiales de combustibles fossiles, calculées en contenu de carbone (au net d’éventuelles séquestrations certifiées), et les limiter au-dessous de la moitié de leur valeur actuelle, quantité que les mécanismes naturels, comme le suggère le cycle du carbone, pourraient encore réussir à neutraliser, pour adopter ensuite des programmes de réduction lente de la concentration du CO2. Ceci en espérant que, si l'on agit assez rapidement, les flux actuels d'élimination naturelle des excédents de CO2 (par photosynthèse + bilan des océans) se maintiendront (il faut conserver les forêts et le plancton), et qu’il ne se produira pas entre temps de phénomène catastrophique dû au désordre climatique accru, tel que la libération d'énormes quantités de CO2 des océans ou de méthane du gaz de schiste ou du pergélisol (en anglais permafrost), qui bouleverseraient l’effet de serre global sans espoir de retour.
L’alternative à une réduction mondiale massive des consommations fossiles est la continuation des "efforts" dérisoires actuels donc l’accroissement continuel, finalement irrécupérable, du CO2 atmosphérique. Mais ce futur apocalyptique est encore un peu trop distant et les intérêts liés au statu quo beaucoup trop forts
pour qu'on puisse espérer une action efficace des grandes puissances de la planète, plus attentives à la situation politique et économique à court terme qu'à la santé future de la Terre. Elles citent toujours la réduction de moitié des émissions globales (le but lointain de bon ton), mais jamais le seul résultat concret important, facile à contrôler, la réduction de moitié des consommations fossiles mondiales (qui ne cessent pas d'augmenter).

 


5° question : Combien de nouvelles énergies ?


La consommation mondiale des combustibles fossiles en 2015 [1] a été de 11,3 milliards de tep (tonnes équivalentes de pétrole), soit pour chaque habitant de la planète une moyenne absurde de 1,6 tep par an (environ 700 $ de produits fossiles bruts par personne
chaque année, pays défavorisés et nouveau-nés compris !!). L'énergie thermique annuelle obtenue est énorme : 135 700 TWh (1 térawatt= 1million de MW= 1000 GW), soit une puissance moyenne [4] de 15490 GW (pétrole : 5935 GW moyens, gaz naturel : 4295, charbon : 5260) [biocarburants : 103]. Ces gigantesques consommations conditionnent fortement les politiques mondiales.
Sur ce total, 4795 GW moyens fossiles ont été utilisés pour produire environ 1820 GW d’électricité, avec un rendement conventionnel de 38% (la production d'électricité "fossile" cause déjà dans le monde un tiers des émissions artificielles de CO2, n'en déplaise aux partisans du "tout électrique" universel). Il faut y ajouter l’apport des sources électriques décarbonées: 294 GW moyens nucléaires, 450 hydroélectriques, et 184 GW moyens, soit 1612 TWh/an, 1,2% du total fossile, de nouvelles énergies renouvelables (dont 96 GW éoliens, 29 photovoltaïques, 59
géothermiques et biomasse), soit un total de 2750 GW moyens électriques, toutes origines comprises.
Si l’on tient compte de la croissance, même en supposant des futures économies d’énergie bien plus importantes qu’aujourd’hui, on voit qu'il faut disposer de plus de 8000 GW moyens de nouvelles sources renouvelables décarbonées, 45 fois plus qu'aujourd'hui, le plus tôt possible (typiquement vers le milieu du siècle).

Jusqu’ici, on s’est trompé grossièrement d’échelle sur la puissance des sites solaires (moyenne [4] et NON «nominale», «installée», «crête», . . .) à mettre en chantier et sur les délais que nous pouvons accepter !


6° question : Quel résultat avons-nous déjà obtenu ?


La preuve de la divergence entre la réalité et beaucoup de discours officiels qui se vantent de leurs programmes de réduction des émissions est élémentaire : loin de tendre à se réduire de moitié, la consommation mondiale annuelle des combustibles fossiles (évaluée en contenu de carbone) s’est accrue entre 2005 et 2015 de 18%, soit 1,36 milliards de tonnes de carbone de plus par an en 2015 qu'en 2005 (États-Unis -10% , Chine +50%, Union Européenne -18%). Les émissions mondiales de CO2 fossile sont passées en dix ans de 28,5 milliards de tonnes par an en 2005 à 33,5 milliards en 2015, soit une croissance supplémentaire de 5 milliards de tonnes par an en 2015 par rapport à 2005. On n'a donc fait aucun des "progrès décisifs" quelquefois annoncés (toujours futiles, car un pays vertueux n’est pas mieux protégé contre les effets du dérèglement climatique qui est global).

À l’échelle globale, la seule valable pour le climat, la situation empire rapidement : en 20 ans, nous avons à peine installé en nouvelles énergies renouvelables 178 GW moyens des 8000 GW nécessaires, tandis que la puissance fossile utilisée a augmenté de 5270 GW moyens, et ses émissions de 11,3 milliards de tonnes de CO2 par an ! Les puissances renouvelables mondiales publiées sont encore trompeuses : en 2015, 435 GW éoliens «installés», 96 GW moyens produits et 231 GW photovoltaìques «installés», 29 GW moyens produits !

Personne ne peut se féliciter des "progrès" obtenus ni se contenter des "décisions" (solennelles ou effectives) prises ou envisagées pour "réduire (!) les émissions", en "oubliant" que seuls comptent les résultats mondiaux.


Le monde doit s’engager dans un programme qui permette, à l’échelle planétaire, de renforcer énormément nos moyens de production d’énergies décarbonées de façon à atteindre, en moins d'une décennie, un rythme initial d’installation de capacités nouvelles (et beaucoup plus tard de remplacement d'installations devenues périmées) d'au moins 300 à 400 GW moyens [4] chaque année, minimum nécessaire pour espérer obtenir et gérer une capacité totale supérieure à 8000 GW vers le milieu du siècle. Il faudrait successivement dépasser ce rythme initial afin de l'ajuster en fonction de la croissance de la consommation mondiale d'énergie et de la durée de vie
effective des installations.


La "guérison du climat" (en supposant que les puissances mondiales s'y intéressent concrètement) n'est possible que si l'on s'oriente sans tarder vers une solution globale au moins équivalente à celle résumée ci-dessus.


7° question : Où trouver l’énergie propre suffisante ?


La production et l’utilisation généralisée de milliers de GW moyens renouvelables imposent des conditions particulières qui sont très loin d’être déjà satisfaites : la disponibilité a) de sources primaires abondantes, b) d’un espace suffisant, c) d’un transport d’énergie adéquat entre la production et l’utilisation, mais aussi d) la continuité de fourniture des énergies dérivées de sources discontinues (donc la possibilité de stocker une partie significative de l’énergie que l’on doit distribuer), e) une flexibilité acceptable d’utilisation (équilibre entre thermique, transports et électrique), et surtout f) un coût concurrentiel de l’énergie livrée aux utilisateurs.
La dernière condition est impérative si l’on veut que les énormes investissements nécessaires soient décidés par le marché (parce que nettement rentables) et non soutenus par le moyen de taxes internationales destinées à financer (et malheureusement encourager) des énormes installations renouvelables durablement déficitaires. Baser
la solution du problème sur une taxation généralisée aurait des conséquences dramatiques . Ce serait nettement inacceptable pour une large majorité d’États (dont font partie les plus grands pollueurs), donc durablement nocif pour les économies qui l'accepteraient et sans résultat significatif pour le dérèglement climatique.


Plutôt que s'attarder sur des solutions obsolètes inapplicables à l'échelle planétaire, il faut se concentrer sur des programmes importants capables de produire mondialement suffisamment d'énergie compétitive ; c'est une nécessité puisque c'est la condition indispensable pour que ces énergies propres soient utilisées globalement, donc efficaces pour sauver notre climat sans engager les États dans des stratégies ruineuses autant qu'inutiles.
Si l'on se fixe l'objectif correct d'un remplacement compétitif de plus de la moitié des combustibles fossiles et l'on se rend compte que dans ce cas l'énormité du nouveau marché ne serait pas un obstacle mais une opportunité majeure (comme toutes les grandes innovations du passé), on s'aperçoit que les solutions existent.


Le besoin d’énergie primaire abondante semble limiter le choix des solutions principales à l’éolien et au solaire (des solutions plus modestes peuvent néanmoins fournir un appoint appréciable). Une grande éolienne de 5MW nominaux peut fournir environ 11 GWh par an, soit une puissance moyenne [4] de 1,25 MW. Il en faut environ 800 pour un GW moyen, et il est difficile d’imaginer des installations compétitives de milliers de GW. En outre, la production de cette énergie est aléatoire et dispersée, et l'on devrait prévoir d’autant plus de sources de réserve que la puissance éolienne fournie serait importante. À ces puissances, le problème de l’interconnexion serait insoluble.

Reste donc le solaire, thermique (dit quelquefois thermodynamique), ou photovoltaïque. Dans les zones les plus ensoleillées des États-Unis et de l’Europe, un capteur à concentration à un axe de rotation reçoit un rayonnement direct moyen [4] de l’ordre de 250 W (soit 2190 kWh/an) par m2 d’ouverture, qui devient d'environ 295 W dans des grandes zones désertiques. On sait couramment transformer dans un site performant cette énergie rayonnée reçue en énergie électrique avec un rendement global d’environ 17%, donc produire en zones désertiques 50 W moyens (438 kWh/an) par m2 d’ouverture, soit environ 10 W moyens par m2 de terrain (bien mieux avec un  photovoltaïque moderne à concentration [6] à un axe de rotation,
nettement plus économique et performant, qui est apparemment la solution future, ouverte à d'importants progrès ultérieurs).
On peut donc obtenir les 8.000 GW moyens nécessaires sur un espace de l’ordre de 800.000 km2, soit environ 5% des zones favorables désertiques ou arides de la planète et respecter ainsi largement avec le solaire de ces zones les deux premières conditions de disponibilité abondante d’énergie primaire et d’espace. Pour les surfaces disponibles dans les régions développées on doit se limiter presque touours à des installations très modestes.


8° question : Où en est le solaire actuel ?


Les grands sites solaires thermiques construits jusqu’ici sont encore presque tous dérivés du vieux projet initial californien SEGS datant de 1985, légèrement retouché par l’étude européenne Eurotrough conclue en 2001. Ils ont une structure organisée en longues (150m) files de miroirs paraboliques, incroyablement lourdes ([2], Table 2), 700 kg par kW moyen de capacité (23,6 m2) pour un site de type Andasol, dont 250 kg de miroirs et 420 kg de structure métallique, donc 700.000 tonnes par GW moyen (structure métallique de la Tour Eiffel : 7.300 tonnes !). Sur un site désertique, le poids au kW moyen (20 m2) se "réduirait" à environ 600 kg, mais resterait largement excessif. Le coût de ces sites est évidemment très élevé : 14.000 € par kW moyen pour le site Andasol (avec stockage thermique), 11.600 € pour le site Nevada Solar One, soit 14 et 11,6 milliards par GW moyen, et plus de 500 € par m2. Andasol recevait en 2008 (suivant la loi espagnole) 27,8 centimes à la source par kWh produit !
Cela a fini par provoquer l’effondrement de cette approche : son leader mondial, l’allemand Solar Millennium, a déposé son bilan en décembre 2011. Il avait pourtant produit les trois sites Andasol (au total 150 MW nominaux - 62 MW moyens), remporté le plus gros contrat californien (250 MW nominaux – environ 75 MW moyens, extensible à 1 GW nominal), et il était membre fondateur de l’initiative géante DESERTEC. Il avait même obtenu une garantie fédérale de 2,1 milliards de dollars sur le financement du contrat californien qu'il a  abandonné. Beaucoup d'autres grands projets semblent abandonnés ou redimensionnés.


Les installations photovoltaïques, elles, sont usuellement passives, donc composées de panneaux fixes exposés au soleil. Les prix chinois des cellules de silicium sont en baisse et en voie d’éliminer les autres acteurs, mais le coût de l’électricité produite reste nettement trop élevé et les subventions trop coûteuses, au point que les États tendent à les réduire fortement et à les limiter aux petites installations. Surtout, cette solution consomme beaucoup de silicium, donc impose une forte consommation initiale d'énergie : 11,5 kg de silicium "PV" par kW crête, soit de 75 à 100 kg par kW moyen, ou 75.000 à 100.000 tonnes de silicium PV par GW moyen ! On ne risque pas d’aller très loin dans cette voie. Pour des puissances élevées, on devra utiliser la concentration [6], qui peut réduire la quantité de silicium nécessaire par un facteur d’environ 40 (pointage selon un axe) à 400 (deux axes).

Les "grandes" installations solaires actuelles ont une extension ridiculement insuffisante et par conséquent sont encore produites à un coût exorbitant et inacceptable. Il est largement temps de changer de méthode.


9° question : Que faire pour rendre le solaire nettement compétitif ?


Avec le solaire, où l’énergie primaire mondiale est surabondante, on n’a produit jusqu’ici que très peu d’énergie renouvelable parce que les capteurs utilisés étaient beaucoup trop coûteux. On doit clairement inverser cette logique qui ne peut conduire nulle part : il faut produire des capteurs qui deviennent considérablement moins coûteux parce qu’on les fabrique en séries énormes, afin d'obtenir beaucoup d'énergie. C’est ce qu’a toujours fait l’industrie quand des produits nouveaux ont laissé prévoir un marché suffisant. Dans notre cas, le marché n’est pas suffisant mais gigantesque et serait en mesure d'attirer fortement les investisseurs importants.
On atteindrait ainsi directement le résultat recherché, obtenir en très grandes quantités des énergies nettement compétitives.

L’énergie primaire (le rayonnement solaire) est gratuite, et avec des capteurs très fiables, automatiques et quasi statiques, les frais d’exploitation seraient très réduits. Par conséquent, le coût annuel de l’électricité produite en zones désertiques resterait voisin du seul amortissement de l’investissement, augmenté du coût du financement. Il dépendrait donc surtout du coût au GW moyen [4] de capacité des capteurs installés et de leur durée de vie.
On doit donc, en appliquant des technologies modernes, déjà largement utilisées ailleurs et bien maîtrisées, abandonner finalement le projet original nettement périmé et faire l'effort exceptionnel d'une étude de nouvelles structures rigoureusement optimisées, modulaires, légères et très fiables, formées de composants standardisés faciles à produire, à contrôler, à transporter, à assembler et à installer (aux antipodes de la version actuelle), et organiser la production internationale en très grandes séries de ces composants, puis leur assemblage très simplifié sur les nombreux sites importants où ils seraient installés.

Une étude approfondie, avec des réalisations pilotes significatives (productions automatiques des  composants et sites témoins), pourrait coûter jusqu'à 1 Mld€, ce qui explique pourquoi les opérateurs ont préféré jusqu’ici s’en tenir au vieux projet en profitant de l’aubaine des subventions
(combien de dépenses à fonds perdus chaque année pour encourager des solutions durablement déficitaires ?). Ce coût de l'étude serait négligeable par rapport à la valeur des capteurs à produire (à régime, plus de 500 Mld€ par an). Il est temps de changer d’échelle et de passer à un projet moderne, coûteux à entreprendre mais très rentable et capable de procurer énormément d’énergie décarbonée compétitive. Une occasion négligée par l’Europe, qui finance un très modeste photovoltaïque déficitaire d'origine chinoise au lieu de faire l'effort (bien moins coûteux que des aides répétées) qui donneraient le moyen de produire partout les milliers de GW moyens compétitifs propres qui sont nécessaires !

Les capteurs thermiques actuels sont formés de lourdes files rigides de 150m de miroirs paraboliques orientables autour d'un axe N-S (files très longues parce que les rayons solaires restent inclinés par rapport à cet axe, ce qui fait perdre, outre l'effet du pointage imparfait, des rayons réfléchis aux extrémités et aux discontinuités, en proportion d’autant plus forte que la file est plus courte). Ces longues files doivent donc être très rigides parce qu’une torsion minime, cumulée sur les 150 m, ferait focaliser une partie des rayons solaires en dehors des longs tubes récepteurs qui, solidaires des miroirs, risqueraient aussi la rupture. Ce besoin absolu de rigidité sur une structure très longue explique le poids  et le coût exorbitants de cette solution.
L'adaptation à une production industrielle massive consiste à fractionner les lourdes files rigides actuelles de 150m en modules courts autonomes, de l'ordre de 4m (donc très légers), par exemple juxtaposés pour réaliser un ensemble compact optiquement équivalent à la longue file rigide. Mieux, avec deux simples miroirs plans placés aux extrémités, on utilise tous les rayons incidents même sur des capteurs courts autonomes non juxtaposés. On obtient ainsi un rendement au moins comparable, à un coût très réduit : une structure qui doit limiter sa torsion sur 4m est énormément plus légère que celle qui doit maintenir la même précision sur 150m. Par exemple, des supports de miroirs produits sous la forme de berceaux paraboliques en mousse de polyuréthane d’une ouverture de 4m x 2,5 m (500 W moyens par berceau), à distance focale réduite et supportés par des traverses légères, pèseraient avec des miroirs en feuilles minces 32 kg, soit 64 kg par kW moyen contre les 600 kg des structures (miroirs + supports) actuelles [2]. Cette légèreté permettrait de faire tourner ces berceaux de 32 kg non plus autour d'un axe passant par le centre de gravité de la structure mobile mais autour de la ligne focale des miroirs paraboliques, qui coïncide avec l'axe des tubes récepteurs. Ceux-ci deviendraient donc fixes au lieu de suivre le mouvement des miroirs, simplification considérable qui permet aussi de rendre les miroirs indépendants sans risquer la rupture de la ligne continue des tubes récepteurs. Les supports des berceaux (et des tubes fixes) seraient de simples poteaux de 1,7 mètres au lieu de pylônes précis de 4 mètres, et les berceaux tourneraient au-dessous de leur axe de rotation et non au-dessus comme les capteurs actuels, très hauts donc plus sensibles à la poussée du vent.
Pou
r être indépendant, chacun de ces modules courts doit avoir son propre moteur et son dispositif de pointage; ceux-ci deviennent cependant extrêmement simples, car la légèreté des berceaux et la lenteur des mouvements permettraient d’utiliser des moteurs de très faible puissance, contrairement à la file rigide de 150 m dont la structure mobile pèse plus de 20 tonnes et le groupe moteur unique près d'une tonne [2]. Un pointage simple s'obtient en centrant le sommet de la parabole des miroirs sur l'ombre du tube récepteur de chaque module. Les simplifications décrites et l'allègement de la structure réduiraient radicalement le coût des capteurs.

Un discours analogue est valable a fortiori pour le photovoltaïque à concentration, nettement plus simple, pour lequel une version à un seul axe de pointage semble aussi optimale, car elle équilibrerait mieux les coûts de l’optique, du silicium et de la mécanique. Cette solution, qui réduit énormément la quantité de silicium nécessaire, pourrait produire l’électricité à un coût sensiblement inférieur à celui du thermique léger [6].


Le coût total des composants du capteur thermique léger, simples et produits en très grandes séries, serait proche de celui des seules matières premières. Il peut être estimé à moins de 1400 € par kW moyen. Avec le coût de l’installation (devenue très simple), on arrive à un objectif total de l'ordre de 2000 € par kW (100 €/m2) au lieu d'un coût actuel de plus de 10.000 € (500 €/m2). Soit pour une centrale solaire de 1 GW moyen 1,4 milliard d’euros pour les sous-ensembles produits en série et 600 millions pour la construction du site et de la centrale.
Dans ce cas, avec par exemple une vie utile d'au moins 20 ans, un financement de 2 Mld€ à 5% à annuités constantes coûterait au total 3,2 Mld€, soit 160 Mln€ par an pendant 20 ans, pour une production annuelle de 8760 GWh, donc 1,8 centime par kWh. Avec un tiers de frais de fonctionnement (environ 50 Mln€ par an), l’énergie primaire (soleil) étant gratuite, le coût total deviendrait 2,4 centimes par kWh (Andasol : 27,8 c/kWh !). Le coût direct de production de l’électricité solaire serait donc comparable à celui des meilleures sources (les grands barrages hydroélectriques), avec une capacité de production mondiale d’énergie incomparablement supérieure.
Le photovoltaïque à concentration à un axe pourrait coûter sensiblement moins (1400 €/kW au lieu de 2000), ce qui procurerait le kWh local à un coût direct de production de l'ordre de 1,5 centime [6].

Note : On tend généralement à sous-estimer les effets économiques du passage de la fabrication d’une quantité limitée d’un produit nouveau à sa production en très grandes séries, qui doit être précédée nécessairement d’une révision radicale et d’une optimisation de son projet et de ses méthodes de fabrication et d’assemblage, étendues à tous ses composants. Le cas classique est celui de l’automobile Ford "modèle T", la première conçue pour une production en très grandes séries, dont l’optimisation du projet en 1908, suivie en 1913 par l’assemblage à la chaîne (remplacé aujourd’hui par l’automatisation), avait permis de porter le coût de production des automobiles d‘environ 1300 $ (avant 1908) à 360 $ (1916), puis 260 $ (1921). Ces solutions ont été ensuite adoptées partout. Un facteur semblable de réduction, quelquefois supérieur, a été obtenu sur les coûts de production des électrodomestiques, des téléviseurs ... quand leurs composants ont été produits en très grandes quantités, et énormément plus (si l’on tient compte du rapport des performances) sur ceux de l’équipement informatique
.

Les solutions suggérées pour les capteurs solaires consomment près de dix fois moins de matières premières et deviennent très faciles à fabriquer et à installer. Le circuit du fluide des capteurs thermiques est radicalement simplifié et fiabilisé ; les capteurs photovoltaïques à concentration, très simples, peuvent atteindre des rendements excellents avec très peu de silicium. Dès qu’on décide de produire en très grandes séries des multitudes de capteurs simples identiques, on peut obtenir une énergie décarbonée abondante à des coûts très inférieurs à ceux des versions lourdes subventionnées devenues obsolètes, mais toujours préférées par des experts qui, sans chercher à les améliorer, affirment [5] qu’il est «impossible» d’obtenir avec le solaire toute l’énergie décarbonée nécessaire ! Ils renoncent à l’usage massif de capteurs simplifiés en zones arides, car ils excluent a priori l’emploi d’un vecteur moderne universel, compétitif et décarboné tel que l'hydrogène liquide (H2L), qui permettrait de distribuer globalement et de stocker de façon optimale l’énergie ainsi obtenue.


10° question : Comment utiliser cette énergie ?

Avec un coût aussi bas, on pourrait utiliser l’électricité des sites désertiques pour des applications locales importantes, telles que le dessalement massif à coût très réduit ou la métallurgie (aluminium, titane, tirage du silicium monocristallin, recyclages), et pour alimenter des lignes électriques régionales. Mais elle devrait avant tout servir à produire un vecteur universel d’énergie décarbonée, l’hydrogène liquide, permettant le transport lointain et le stockage qui restent essentiels pour la diffusion mondiale de cette énergie renouvelable propre, comme ils l'ont été dans le passé pour la diffusion des énergies fossiles.

L’hydrogène, par sa combustion, produit de l’eau, en quantité identique à celle qui a servi à l’obtenir. Il assurerait en outre, contrairement à ce qu'affirment des lieux communs superficiels, le respect des quatre dernières conditions requises : transport, stockage, flexibilité d’emploi, et coût concurrentiel. En effet, il peut être produit par l'électrolyse d’eau provenant du dessalement, puis liquéfié pour devenir stockable et transportable (le gaz est très léger et il occupe un volume excessif qui empêche tout transport ou stockage massifs même sous haute pression). Avec un total de 1,5 MWh (électrique) local, on peut produire en partant de l'eau 25,4 kg d’hydrogène liquide qui, transporté et restitué à l’état gazeux, très pur sans nécessité de raffinage, fournira par sa combustion 1 MWh (thermique) au point d’utilisation (plus des frigories récupérables). Avec un kWh solaire local à 1,5 centime, le coût énergétique du kWh thermique au point (lointain) d’utilisation serait donc de 2,25 centimes (à 100 $ le baril, le kWh thermique du pétrole coûte 0,061 $, soit environ 5,6 centimes à 1,1 $ pour 1 €).
Ce coût réduit de l’H2L permettrait aussi la très importante synthèse massive du méthane à partir du CO2 capté ("Power to Gas").

Toutes les conditions nécessaires pour disposer partout d'une énergie décarbonée abondante et compétitive sont réunies avec le parcours décrit, en une solution unique des principaux problèmes énergétiques de la planète.


L’hydrogène est un gaz très léger et, comme le gaz naturel, très facilement inflammable. À l’air libre, cependant, il tend à se diluer rapidement dans l’atmosphère et, pour des fuites faibles, à former moins souvent des mélanges dangereux. Au contraire, dans des espaces clos ou mal ventilés, il s’accumule facilement dans les parties hautes en créant, étant donnée sa très basse énergie d'activation, des risques considérables d’explosion. Il faut donc exclure ce cas critique ou adopter des mesures très rigoureuses de prévention, de détection et de ventilation.


11° question : Où l’utiliser ?


En plus de ses applications thermiques, l’hydrogène liquide peut remplacer presque partout les produits fossiles, avec des avantages encore supérieurs. Pour la production électrique, son utilisation dans des centrales à cycle combiné (turbines à gaz puis vapeur) produirait le kWh vers 3,7 centimes (rendement de plus de 60% contre 38 % pour les centrales classiques à fioul ou à charbon), avec de nombreuses opportunités de récupération d'énergie, et apporterait aux réseaux distribués une flexibilité précieuse par l'emploi de nombreuses sources distribuées propres facilement modulables à émissions nulles. Pour les transports lourds, maritimes, fluviaux, routiers, ce serait un carburant décarboné économique. Dans les transports ferroviaires, on pourrait en outre éviter d’installer les caténaires sur les nouvelles implantations. Mais c’est dans le transport aérien qu’il permettrait une véritable révolution : un vol de 10.000 km avec 400 passagers utiliserait 26 tonnes d’hydrogène liquide au lieu de 85 tonnes de kérosène, et l'avion pèserait au décollage à pleine charge presque 60 tonnes de moins que la version "normale" polluante !

Au contraire, pour la plupart des automobiles, l’hydrogène liquide est moins bien adapté : son stockage dans des volumes réduits est moins efficace, et l’évaporation rendrait trop dangereux le stationnement dans des locaux non équipés. Cependant avec l’hydrogène gazeux sous pression, à autonomie limitée mais suffisante en ville, l’avantage serait considérable dans les grandes agglomérations, si la circulation y était permise exclusivement à des voitures à hydrogène en location. Outre l'intérêt d’un tarif très bas, et la réduction radicale de la pollution et des stationnements donc des embouteillages, "le plein" d’hydrogène gazeux serait immédiat, comparé à la charge de la batterie d’une voiture électrique, et permettrait une rotation instantanée des voitures louées, tout en évitant les éventuelles émissions causées par la production de l'électricité nécessaire pour recharger les batteries (et par l'énergie dépensée pour les produire ou les recycler périodiquement).
En dehors de ce cas "tout hydrogène" urbain, on pourrait adopter des automobiles classiques à usage universel, à multi-carburants gazeux, capables de fonctionner avec un mélange quelconque de gaz naturel (GNV) et d'hydrogène, contenu dans un réservoir commun : l'utilisateur s'alimenterait à la pompe, en fonction de ses parcours, pour obtenir des concentrations comprises entre 100% d'hydrogène (autonomie réduite, zéro CO2 et coût minimum) et 100% de GNV (autonomie maximum). Le véhicule devrait être équipé d'un contrôleur qui optimiserait à tout moment la performance du moteur en réglant la pression et la temporisation de l'injection suivant la composition du mélange présent dans le réservoir (mesurée en permanence) et le régime requis (accélération, ralentissement, minimum). À part cette modification, les véhicules seraient très semblables aux modèles GNV normaux, avec en plus la liberté de choisir un combustible décarboné et beaucoup moins coûteux.
Le gaz pourrait être synthétisé à partir de CO2 capté et de LH2, ce qui en ferait un carburant neutre en CO2.

 



12° question : Quel serait le bilan ?


Une fois confirmée la possibilité de construire des capteurs solaires simplifiés, fiables et peu coûteux, installés principalement dans des zones arides, donc d'y produire l'électricité locale à un coût très réduit et un vecteur propre compétitif, les marchés des sites solaires arides et de l’hydrogène liquide devraient prendre rapidement des dimensions considérables, avec une demande durablement supérieure à l’offre. Il faudrait créer dans de
nombreux pays des centres de production des composants de capteurs de plus en plus importants. Leur capacité globale devrait croître rapidement, pour arriver à un chiffre d’affaires au moins comparable à celui de l’industrie automobile mondiale actuelle. Il s’y ajouterait une multitude de nouvelles activités annexes : construction et exploitation des sites, dessalement abondant, production de l’hydrogène liquide, construction des hydrogéniers et des terminaux, distribution (en particulier le transport maritime et fluvial), adaptation aux nouvelles situations. Vers le milieu du siècle, le marché total (hydrogène solaire + électricité locale des sites) dépasserait la moitié du marché actuel des combustibles fossiles donc serait supérieur à 3.000 milliards d'euros par an. Ceci créerait un développement rapide, parce que très rentable, des économies mondiales, aidé par la modération des prix de l’énergie et des matières premières. Les sites arides attireraient des centres importants d’activités industrielles, et le dessalement permettrait, dans les régions avoisinantes, des "contre-désertifications" étendues ainsi que la création de nombreuses entreprises agricoles et touristiques.

En même temps s’éloignerait la menace potentielle d'un pic pétrolier (avec ses augmentations catastrophiques des coûts de l'énergie), qui serait remplacée par la disponibilité d'une source primaire inépuisable, du moins pour quelques milliards d'années. Les investissements solaires rapidement rentables, devenus beaucoup plus attractifs et moins aventureux que la plupart des nouvelles prospections pétrolières, se multiplieraient et augmenteraient ultérieurement la part des énergies renouvelables. Les tensions internationales se réduiraient, de nombreux pays pauvres connaîtraient des améliorations importantes de leur condition, et les "guerres de l’eau" prévues pour un proche futur, ou les débats stériles sur qui devrait réduire ses propres émissions, n’auraient plus de raison d’être. La contribution des sites solaires à la production et au recyclage des matières premières principales devrait en assurer la disponibilité à des cours stabilisés. Les activités économiques "réelles" reprendraient beaucoup plus d'importance, et l’ensemble de la planète devrait profiter de la stabilité, de la sérénité et de la prospérité retrouvées, et pourrait prévoir un avenir nettement meilleur pour ses futures générations. Les meilleures conditions d'existence dans les régions pauvres devraient y réduire sensiblement la croissance démographique élevée qui accompagne souvent les plus bas niveaux économiques.
Enfin, last but not least, ce programme parviendrait finalement à réduire les émissions mondiales (et la pollution), de plus en plus rapidement, et réussirait à limiter la concentration du CO2 atmosphérique vers le milieu du siècle, au-dessous du double de la concentration préindustrielle. Alors, les mécanismes naturels (sans doute aidés par des interventions spécifiques, telles que l’emploi massif de bois traité dans les constructions civiles) pourraient commencer à réduire l’excès de concentration du CO2 apparu dans un passé récent pour se rapprocher
des équilibres climatiques préindustriels, et entamer ainsi la "convalescence" du climat dans un monde en voie de guérison, devenu plus stable, plus propre, plus paisible et moins pauvre.

_________________


Quand on aura réussi à obtenir l’électricité solaire des zones arides à un coût extrêmement bas qui rende le nouveau vecteur décarboné compétitif par rapport aux combustibles fossiles, la disponibilité abondante d’énergies renouvelables ne sera plus un problème ; ce sera la solution, la meilleure possible, de nos problèmes climatiques, énergétiques, écologiques et économiques, donc aussi d'une grande partie de nos problèmes politiques et sociaux, que ce soit à l'échelle nationale ou planétaire.
La clé de voûte de cette construction est la réussite d’un projet industriel de capteur solaire simplifié et optimisé : léger, modulaire, très fiable et de coût très réduit (analogue à celui décrit dans la neuvième Question et plus en détail dans la section « Que Faire ? »
[6]), à produire en quantités énormes en utilisant simplement des technologies déjà bien maitrisées. L'industrie a su relever dans le passé des défis techniques beaucoup plus complexes, mais rarement pour un enjeu aussi important.


QUI AURA LA CAPACITÉ ET LE COURAGE DE LE FAIRE ?


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Notes :

[1] Les valeurs citées pour les énergies produites ou consommées sont basées sur les statistiques détaillées publiées annuellement par BP :
bp-statistical-review-of-world-energy-2016-workbook.xlsx , éditées en format Excel dans la Version complète 2016 (données historiques 1965-2015), ou en Version imprimable 2015(pdf) .
[2]
EURO Trough JOR3-CT98-0231Publishable final report (Table 2 Page 10).
[3] NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) :
State of the Climate in 2009 . Disponible en version Highlight How we know the world has warmed (10 pages) ou Document Entier (218 pages).

[4] La puissance moyenne (effective) :

puissance moyenne (en multiples de W)= énergie annuelle (en multiples de Wh/an) / 8760 h      (8760 = nombre d’heures par an).

Ex. :  1GWh/an = 114,2 kW moyens ; 10 kW moyens = 87,6 MWh/an. (Rappelons qu'une énergie annuelle, par exemple exprimée en GWh/an, qui est une énergie divisée par un intervalle de temps, a la dimension d'une puissance et indique une puissance moyenne, produite ou consommée).

En ce qui concerne la réduction des émissions, la capacité effective (l’utilité essentielle) d’une source d’énergie renouvelable aléatoire ne peut être exprimée de façon significative qu’en termes d’énergie annuelle qu'elle pourra produire ou plus simplement par la conversion de cette énergie annuelle en puissance moyenne. Les valeurs de puissance «commerciales» couramment publiées ("crête", "électrique", "installée" …) ne mesurent aucunement la performance globale de l’installation et sont presque toujours grossièrement trompeuses (voir ci-dessous les rapports typiques). On peut remplacer éventuellement une source classique d'un GW par une source aléatoire d'un GW moyen, mais certainement pas par une source d'un GW "crête", "électrique" ou "installé", ou d'un incorrect "GW" tout court, qui ne peut indiquer dans le cas d'une source discontinue qu'une puissance instantanée, à un moment donné. Ces méthodes "commerciales" utilisées actuellement pour indiquer la capacité des sites éoliens et solaires ôtent toute valeur  aux raisonnements basés sur de telles informations. Quelques chiffres :

Renouvelables décarbonées - Rapports typiques entre puissance moyenne effective et puissance publiée :
Éolien : 1/4  (par exemple 5 MW publiés, puissance moyenne effective 1,25 MW)
Solaire thermique : 1/3,5  (avec accumulation thermique : 1/2,5
Photovoltaïque passif : de 1/6 à 1/10 en Europe suivant l’emplacement ("facteur de charge" de 10 % à 16,7 % ! ).

UN EXEMPLE D’ANNONCE :

Fin 2009, l’Allemagne communiquait officiellement que sa plus grande centrale photoélectrique ("la 2° du monde") était entrée en service à Lieberose. Sa "puissance" était de "53 MW" (faux : ce n'est que la puissance "crête" conventionnelle, jamais atteinte ; l’unité correcte serait à la limite MWc, ou MWp en anglais). On prévoyait une production d'énergie d’environ 53 GWh/an. Sa puissance moyenne estimée est donc de 53 GWh/8760h = 6,05 MW. Au mieux, elle ne peut remplacer que l'énergie d'une centrale fossile de 6 MW (non de 53 MW) fonctionnant en continu, en accord avec le rapport typique indiqué ci-dessus, s'agissant d'une zone à bas ensoleillement !

 

[5] Par exemple : H. Le Treut, J-M. Jancovici  L'effet de serre (Flammarion, 2004), chapitre Recourir de manière plus importante aux énergies renouvelables. Pour l'exclusion de l'hydrogène, voir sur le présent site la note finale de l'article Le vecteur : l'hydrogène

 

[6] Nouvelle rédaction : Les capteurs photovoltaïques à concentration


 

 

QUELQUES DONNÉES ET FACTEURS DE CONVERSION APPROCHÉS USUELS

 

Pétrole :  1 baril (159 litres) = environ 136,4 kg.

Équivalences énergétiques :
1 tep (tonne équivalente de pétrole) = 7,33 barils = 12 MWh thermiques
1 tep  produit 4,4 MWh électriques dans une centrale thermique classique (rendement moyen 36,7%)
1 tep = environ 1,5 tonne de charbon ou 0,82 tonne de gaz naturel ou 0,3 tonne d’hydrogène
1 tep par an = 1,37 kW moyen thermique = 0,5 kW moyen électrique classique.

Contenu moyen de carbone / émissions de CO2 (par tep) :
Pétrole : 1 tonne = 1 tep : 0,84 t de carbone / 3,07 t de CO2
Gaz naturel : 0,82 tonne = 1 tep : 0,64 t de carbone / 2,35 t de CO2
Charbon : 1,5 tonne = 1 tep : 1.08 t de carbone / 3,96 t de CO2
Hydrogène : 0,3 tonne = 1 tep : 0 t de carbone/ 0 t de CO2.
(1 tonne de carbone brûlée = 3,67 tonnes de CO2 émises).

Grandes centrales électriques courantes: 400 MW à 1 GW (thermique), 1 GW à 1,4 GW par réacteur (nucléaire).


 

 

 

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LA COMPLEXITÉ


COMMENT GUÉRIR LE CLIMAT ?


INTRODUCTION
(Article revu le 22/06/2012)


La consommation mondiale des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel), malgré vingt ans de déclarations officielles et d’engagements internationaux, continue de croître et provoque l'émission d'énormes quantités de dioxyde de carbone (CO2) qui sont rejetées dans l’atmosphère où elles s'accumulent continuellement en perturbant fortement les équilibres naturels des millénaires passés. Cela produira des effets de plus en plus catastrophiques dans les prochaines décennies si l’on n’adopte pas dans le monde entier des mesures d’une ampleur adaptée à l’échelle de la menace (voir
Le Climat).
L'objectif de ce site est d'examiner la façon d'arriver à des solutions optimisées convaincantes. Nous verrons que leur acceptation pourrait être facilement assurée si les nouvelles énergies propres obtenues pouvaient devenir compétitives, stockables et transportables (ce qui permettrait de les utiliser partout en quantités importantes).
Pour retourner vers une situation climatique plus stable il est nécessaire, après avoir économisé au mieux l'énergie, de réduire la consommation mondiale des combustibles fossiles à moins de la moitié des niveaux actuels, en remplaçant rapidement la plus grande partie de ces combustibles par des nouvelles sources renouvelables propres et suffisamment puissantes (voir
Les Énergies).
Une production en série massive, indispensable pour de tels volumes, serait le moyen d'obtenir les quantités nécessaires de nouveaux modèles de capteurs fiables à un coût très réduit par rapport à celui des versions actuelles, qui ne sont pas adaptées aux énormes quantités d'installations nécessaires (voir
Grands sites solaires thermiques : Les deux stratégies). On pourrait ainsi (voir Que Faire ?), l'énergie primaire (solaire) étant gratuite, obtenir de l'électricité locale abondante à très bas prix, donc être en mesure de produire par électrolyse (à partir d’eau provenant du dessalement de l’eau de mer) un vecteur d'énergie propre et compétitif, l'hydrogène qui, liquéfié, remplacerait partout avec avantage les combustibles fossiles dans presque toutes leurs applications, en rendant l’énergie dérivée des sites solaires stockable et transportable.
On atteindrait ainsi vers le milieu du siècle (voir
En 2050 ) un niveau relativement acceptable de stabilisation du CO2 atmosphérique, suivi d'une lente diminution des concentrations, ce qui limiterait de la façon la plus efficace possible les futurs effets catastrophiques du dérèglement climatique.
Cette politique produirait un fort développement général des économies mondiales au lieu de les pénaliser comme menacent de le faire la plupart des projets actuels. Elle modèrerait le coût de l’énergie et résoudrait le problème de la pénurie de carburants prévue pour la deuxième moitié du siècle, tout en évitant le recours à des nouvelles sources fossiles encore plus polluantes. C'est cette possibilité de développer une solution capable de produire une énergie renouvelable abondante, propre, compétitive et transportable que le présent site entend explorer et démontrer.

Le texte principal comprend quatre parties :
1. LE CLIMAT résume de façon très simplifiée mais aussi complète que possible l’état de nos connaissances sur ce sujet.
2. LES ÉNERGIES fournit des informations sur la situation actuelle, décrit les sources renouvelables principales et leurs caractéristiques, et définit l’ordre de grandeur de l’effort nécessaire.
3. QUE FAIRE ? s'adresse au problème principal que le monde doit résoudre correctement pour faire face à la menace climatique et pour nous libérer de notre dépendance des énergies fossiles. Elle décrit une solution compétitive (capteurs solaires simples et vecteur décarboné) qui permettrait d’atteindre sans sacrifices économiques, en quelques décennies, l’objectif de réduction des émissions, puis de la concentration du CO2 atmosphérique.
4. EN 2050 essaie d’imaginer plus en détail ce que pourrait devenir un monde qui aurait réussi à se doter rapidement d’énergies renouvelables abondantes et compétitives tout en stimulant les économies mondiales.
Bonne lecture !
cp

Lire le début : Les mécanismes du climat

 


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