Contenu
- Les combustibles fossiles ont alimenté la révolution industrielle
- Les rivières et les ruisseaux sont une source d'énergie majeure
- Les océans sont aussi des ressources énergétiques importantes
- La technologie exploite l'énergie solaire et éolienne
- Génération d'énergie nucléaire Alternative aux combustibles fossiles
- L'énergie géothermique
- Les humains doivent faire un choix
Il faut beaucoup d’énergie pour nourrir une espèce telle que homo sapiens. Au cours des derniers siècles, cette espèce est devenue une présence mondiale interconnectée d'une manière qui, à la connaissance de la science, ne s'était jamais produite auparavant sur la planète.
Les types d'énergie dont les êtres humains ont besoin incluent l'électricité pour alimenter leurs maisons et leurs industries, l'énergie biochimique pour nourrir leur corps et leurs ressources combustibles pour la chaleur, les transports et la production industrielle.
Sur une large échelle, la capacité de la Terre à fournir ce dont l'homme a besoin dépend de cinq sources principales:
De plus, un apport énergétique important pour l'homme provient des corps en décomposition des organismes qui ont fleuri et sont morts au cours des siècles. Contrairement aux ressources énumérées ci-dessus, cette offre est toutefois limitée.
Les combustibles fossiles ont alimenté la révolution industrielle
Les combustibles fossiles, notamment le pétrole, le gaz naturel et le charbon, constituent en réalité une autre forme d'énergie solaire. Il y a des siècles, les organismes vivants convertissaient la lumière et la chaleur du soleil en molécules à base de carbone qui formaient leur corps. Les organismes sont morts et leurs corps se sont enfoncés profondément dans le sol et au fond des océans. Aujourd’hui, l’énergie emprisonnée dans ces liaisons de carbone peut être libérée en récupérant ce en quoi leur reste est transformé et en le brûlant.
Le pétrole et le gaz naturel proviennent du plancton marin microscopique qui a vécu il y a des millions d'années. Ils sont morts et ont sombré au fond des océans, où la décomposition et d'autres processus chimiques les ont transformés en fonds cireux. kérogène et tard bitume. Les fonds océaniques ont fini par se dessécher et ces matériaux ont été enfouis sous des roches et du sol. Ils sont devenus les matières premières pour la fabrication, l’essence, le carburant diesel, le kérosène et une foule d’autres produits pétroliers.
La méthode traditionnelle pour extraire le pétrole brut du sol est le forage, mais la fracturation hydraulique, ou fractionnement, est devenue une alternative moderne souvent utilisée. Dans ce processus, un mélange de sable, d'eau et de produits chimiques potentiellement dangereux est forcé dans le sol pour déplacer le pétrole. La fracturation est un processus coûteux, qui a un certain nombre d'effets délétères sur le substrat rocheux, la nappe phréatique et l'air ambiant.
Le charbon provient de plantes terrestres qui se sont installées dans des tourbières et des marécages et se sont transformées en tourbe. La tourbe se solidifiait au fur et à mesure que le sol s'assèchait et finissait par être recouverte par d'autres débris de roches. La pression l'a transformé en substance noire et rocheuse brûlée dans de nombreuses installations industrielles et centrales. Tout cela a commencé il y a 300 millions d'années, lorsque les dinosaures parcouraient la Terre, mais contrairement au mythe populaire, le charbon n'est pas un dinosaure décomposé.
Les rivières et les ruisseaux sont une source d'énergie majeure
Depuis des millénaires, les humains exploitent l'énergie de l'eau pour effectuer des travaux. En physique, le travail est synonyme d'énergie. Les roues hydrauliques placées près d'un ruisseau ou d'une cascade ont utilisé l'énergie générée par le déplacement de l'eau pour moudre le grain, irriguer les cultures, scier du bois et effectuer une foule d'autres tâches. Avec l'avènement de l'électricité, les roues hydrauliques ont été transformées en centrales.
La turbine à eau est le cœur d’une centrale hydroélectrique et fonctionne grâce au phénomène de l’induction électromagnétique, découvert par le physicien Michael Faraday en 1831. Faraday a découvert qu’un aimant en rotation à l’intérieur d’une bobine ou d’un fil conducteur génère un courant électrique dans la bobine, et moins de 100 ans plus tard, le premier générateur à induction est entré en service à Niagara Falls.
Aujourd'hui, les centrales hydroélectriques fournissent environ 6% de l'électricité consommée dans le monde. En revanche, la combustion de combustibles fossiles pour générer de la vapeur et des turbines à centrifuger génère près de 60% de l’électricité mondiale. La plupart de l'énergie hydroélectrique est générée par des barrages, pas par des cascades.
Un barrage, comme un ruisseau ou une cascade, dépend de la gravité. L'eau pénètre dans un passage au sommet du barrage, passe dans un tuyau qui amplifie son énergie et fait tourner une turbine avant de sortir près de la base du barrage. Les trois plus grands barrages hydroélectriques du monde sont le barrage des Trois Gorges en Chine, qui génère 22,5 gigawatts d'énergie, et le barrage d'Itaipu, à la frontière entre le Brésil et le Paraguay, qui génère 14 GW. Le barrage de Grand Coulee, dans l'État de Washington, est le plus grand barrage d'Amérique du Nord. Il ne génère qu'environ 7 mégawatts.
Les océans sont aussi des ressources énergétiques importantes
Les océans sont l'une des ressources énergétiques les plus importantes du monde pour deux raisons. La première est qu'ils ont des courants qui, conjointement avec les vents, forment des vagues. Les vagues peuvent être transformées en électricité. Parce qu’elles sont le résultat des écarts de température causés par la chaleur du soleil, les vagues et les courants qui les forment sont techniquement une forme d’énergie solaire.
L’autre source d’énergie dans les océans est constituée par les marées, qui sont causées par les influences gravitationnelles de la lune et du soleil, ainsi que par les mouvements de la terre elle-même. Des technologies existent également pour convertir l'énergie des marées en électricité.
Les centrales houlomotrices ne sont pas encore généralisées et le prototype, déployé au large des côtes écossaises, ne génère que 0,5 MW. Les technologies d'onde disponibles incluent:
Les centrales marémotrices peuvent utiliser la puissance des marées entrantes et sortantes pour faire tourner directement les turbines. L'eau est environ 800 fois plus dense que l'air. Par conséquent, si une turbine est placée au fond de l'océan, les mouvements des marées génèrent une puissance significative pour les faire tourner. Les systèmes de barrage de marée sont plus courants, cependant.
Un barrage de marée est une barrière érigée sur un bassin de marée qui permet à l'eau de la marée montante d'entrer, puis se ferme et contrôle le débit sortant sur la marée descendante. Le plus grand générateur de ce type est la centrale marémotrice de Sihwa Lake en Corée du Sud. Il génère environ 254 MW.
La technologie exploite l'énergie solaire et éolienne
Le déploiement d'éoliennes ou de panneaux photovoltaïques est l'un des moyens les plus connus de générer de l'électricité de manière à ne pas dépendre de la disparition de combustibles fossiles et à ne pas générer de pollution. Parce que le soleil est responsable des écarts de température qui créent le vent, les deux sont, à proprement parler, des formes d'énergie solaire.
Les éoliennes fonctionnent exactement comme des centrales hydroélectriques ou à énergie houlomotrice. Lorsque le vent souffle, il fait tourner un arbre qui est relié par des engrenages à une turbine de type à induction. Les turbines modernes sont calibrées pour fournir un courant alternatif à la même fréquence que le courant alternatif conventionnel, ce qui le rend disponible pour une utilisation immédiate. Les parcs éoliens du monde entier fournissent près de 5% de l'électricité mondiale.
Les panneaux solaires reposent sur l'effet photovoltaïque, le rayonnement solaire produisant une tension dans un matériau semi-conducteur. La tension crée un courant continu qui doit être converti en courant alternatif en le faisant passer par un onduleur. Les panneaux solaires ne génèrent de l'électricité que lorsque le soleil est dehors, ils sont donc souvent utilisés pour charger des batteries, qui stockent l'énergie pour une utilisation ultérieure.
Les panneaux solaires représentent peut-être l’un des moyens les plus accessibles de générer de l’électricité, mais ils ne fournissent qu’une petite fraction de l’électricité mondiale - moins de 1%.
Génération d'énergie nucléaire Alternative aux combustibles fossiles
Strictement parlant, le processus de fission nucléaire n'est pas un phénomène naturel, il provient de la nature. La fission nucléaire a été inventée peu de temps après que les scientifiques eurent pu comprendre l'atome et le phénomène naturel de la radioactivité. Bien que la fission fût utilisée à l'origine pour fabriquer des bombes, la première centrale nucléaire a été mise en service trois ans seulement après l'explosion de la première bombe sur le site de Trinity dans le désert du Nouveau-Mexique.
Des réactions de fission contrôlées se produisent dans toutes les centrales nucléaires du monde. Il génère de la chaleur pour faire bouillir de l'eau, ce qui produit la vapeur nécessaire au fonctionnement des turbines électriques. Une fois qu'une réaction de fission commence, il lui faut peu de carburant pour continuer indéfiniment.
Près de 20% des besoins mondiaux en électricité sont couverts par des générateurs nucléaires. Considérée à l'origine comme une source peu coûteuse d'énergie pratiquement illimitée, la fission nucléaire présente de graves inconvénients, dont le moindre est la possibilité d'une fusion et du dégagement incontrôlé de rayonnements nocifs. Deux accidents bien connus, l'un à la centrale de Tchernobyl en Russie et l'autre à la centrale de Fukushima au Japon, ont permis d'éviter ces dangers et ont rendu la production d'énergie nucléaire moins attrayante qu'elle ne l'était auparavant.
L'énergie géothermique
Au fond de la croûte terrestre, les pressions et les températures sont si élevées qu'elles liquéfient les roches en lave en fusion. Ce matériau surchauffé coule dans les veines de la croûte qui le dirige parfois près de la surface. Les communautés dans les zones où cela se produit peuvent utiliser la chaleur pour produire de l'électricité et fournir de la chaleur à leurs maisons. C'est ce qu'on appelle l'énergie géothermique, et dans certains cas, elle est augmentée par des matériaux radioactifs dans le sol, qui génèrent également de la chaleur.
Pour utiliser l’énergie géothermique, les développeurs forent un tunnel dans la terre sur un site approprié et font circuler l’eau dans le tunnel. L'eau chauffée arrive à la surface sous forme de vapeur, où elle peut être utilisée directement pour chauffer ou faire tourner une turbine. Dans certains cas, la chaleur est transférée de l'eau à une autre substance à point d'ébullition inférieur, telle que l'isobutane, et la vapeur résultante fait tourner les turbines.
Sous sa forme la plus simple, l’énergie géothermique a permis de soigner et de réconforter les spas naturels et les sources chaudes depuis aussi longtemps que des personnes les fréquentaient. Le Japon est l’un des pays les plus actifs sur le plan géologique au monde et dispose d’un vaste réseau de sources thermales naturelles et d’une longue tradition de trempage. Les experts estiment qu’elle dispose de suffisamment de ressources géothermiques pour couvrir jusqu’à 10% de ses besoins en électricité, ce qui fait de son potentiel géothermique le troisième rang mondial, derrière les États-Unis et l’Indonésie.
Les humains doivent faire un choix
Certaines ressources sont fragiles et en voie de disparition et leur conversion en énergie utilisable crée des polluants qui altèrent l'environnement planétaire. Les autres ressources ne dépendent que de la dynamique solaire et planétaire qui promet de rester inchangée au cours des prochains milliards d'années. Dans le moment présent, l'humanité a un choix urgent à faire. Sa survie même peut dépendre de sa capacité à passer de l’un à l’autre en peu de temps.