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A la fin du XVIIIè siècle, il y a une série de découvertes qui vont accélérer le développement technologique et industriel (machine à vapeur, métiers à tisser mécanisés…). Les besoins en énergie augmentent de façon vertigineuse, les énergies traditionnelles ne suffisent plus, entre autre le charbon. Le confort énergétique ainsi créé profite plus aux quantités produites qu’à l’optimisation des procédés : le gaspillage est immédiat.
A la fin du XXè siècle intervient une deuxième révolution : la maîtrise industrielle de l’électricité. Dès lors, l’énergie prend un côté propre, silencieux inodore,… pour autant que l’on habite pas près d’une centrale. Parallèlement, on commence l’extraction du pétrole dont l’importance dépassera celle du charbon après la seconde guerre mondiale. Entre temps, l’industrie fournit deux nouveaux types de produits : électroménager et le véhicule automobile. Et c’est le feu aux poudres, la courbe de consommation énergétique prend des airs d’exponentielle. L’arrivée du nucléaire n’a pas calmé cette boulimie…
Le pétrole reste cependant encore la principale source d’énergie primaire à l’échelle mondiale. Jusqu’à présent les autres énergies évoluaient à un rythme modéré. Il leur faut dorénavant évoluer très vite pour combler le vide causé par l’inversion de la tendance pétrolière. Conscients de l’épuisement imminent du pétrole, nous essayons, dans ce mémoire intitulé « Automatisme et économie d’énergie » d’apporter notre contribution à l’économie du carburant par le biais de l’utilisation de nos acquis et connaissances.
L’ENERGIE
L’énergie est indispensable à toute vie. Elle y est aussi intimement liée. Pour vivre, un organisme utilise de l’énergie ; énergie qu’il trouve dans les éléments de son écosystème, lumière solaire, énergie chimique d’autres organismes qu’il consomme… Si les formes commerciales de l’énergie, celles qui sont l’objet de transactions, que l’on peut évaluer et comptabiliser, apparaissent aussi importantes aux sociétés modernes ; il ne faut pas oublier que sous des formes non commerciales, l’énergie est liée à toute l’histoire de l’humanité. L’énergie fournie par le soleil est à l’origine de la vie sur terre : les plantes, les animaux, les hommes n’auraient pas existé sans l’apport de son rayonnement.
La circulation du vent, le cycle de l’eau, les combustibles issus de la vie sur la terre (charbon, pétrole, gaz naturel…), découlent de manière plus ou moins directe de l’énergie solaire.
HISTORIQUE DE L’ENERGIE
Les calories utilisées par la matière vivante restent, la plupart du temps, en dehors de l’histoire de l’énergie. Elles sont pourtant essentielles. Mais si l’homme avait limité son ambition à l’utilisation de ses seules forces corporelles, puisées dans son alimentation, et s’il ne les avait pas dépassées en développant des transformations énergétiques extérieures à lui-même, il n’aurait pu se démasquer des animaux et réussir à asseoir sa domination sur la terre. L’histoire de l’énergie n’est en fait qu’un des aspects de l’histoire de l’humanité.
Le « décollage » énergétique de l’homme était écrit en filigrane dans la conception, la réalisation et l’utilisation d’outils. Ceux-ci n’ont nécessité pendant longtemps que de l’énergie musculaire, mais le travail des métaux, permis par la domestication du feu, s’est développé grâce au combustible le plus facile d’accès : le bois. Les premiers outils et les premières machines ne firent en effet que prolonger la main de l’homme sans pour autant changer la quantité d’énergie dont il disposait. Ce ne fut qu’avec l’utilisation du feu qu’il put franchir une étape décisive. Celui-ci lui apporta un supplément d’autonomie considérable. Grâce à lui, il diversifia sa nourriture, améliora et étendit son habitat, se protégea plus efficacement contre les animaux.
La naissance de l’agriculture fut également une étape très importante dans le développement de l’humanité. Elle permit une meilleure utilisation par le biais de la nourriture domestiquée, qui vint pallier les aléas de la nourriture sauvage apportée par la chasse, la pêche, la cueillette. L’élevage des animaux fournit un appoint d’énergie par l’apport de leur force physique. Agriculture et élevage permirent un certain stockage de l’énergie alimentaire par le biais des céréales, du fromage, des viandes séchées. L’agriculture amena tout naturellement l’homme à la domestication de l’eau comme agent d’irrigation. Son utilisation, ainsi que celle du vent, en tant que source d’énergie fut plus tardive.
A l’aube des temps modernes, l’utilisation du bois à grande échelle pour la métallurgie, la construction navale et le chauffage menaça d’entraîner l’épuisement des forêts. Le charbon commença de jouer un rôle de substitut en matière de chauffage, sans pour autant servir de l’énergie mécanique. Celle-ci trouvait toujours sa source dans la force des hommes et des animaux domestiques, dans les chutes d’eau et dans le vent.
Lorsque la demande en charbon devint telle qu’il fallut exploiter les couches minières profondes, de sérieuses difficultés liées aux infiltrations d’eau dans les galeries surgirent. Il est intéressant de remarquer que c’est précisément l’invention de pompes mues par la vapeur, au 18e siècle, qui permit l’énorme essor de la production charbonnière. Ce fut l’amorce de la « révolution industrielle ». Le pétrole et le gaz naturel sont venus à leur tour compléter les choix offerts, la facilité de leur production et de leur transport ainsi que la souplesse de leur utilisation leur assurant le succès. Le taux de croissance énergétique augmente. L’électricité et les moteurs à combustion interne ont été les éléments déterminants de cette évolution. Il est frappant de constater qu’en peu plus de cent ans l’humanité est passé du cheval à l’avion supersonique et à la fusée.
Enfin, avec la fission nucléaire, on connaît une nouvelle source d’énergie, d’importance rapidement croissante. Une des caractéristiques principales de cette nouvelle ressource est son énorme concentration dans de faibles quantités de matière.
Cet historique en raccourci nous montre un cheminement très empirique de la quête énergétique de l’humanité.
SOURCES D’ENERGIE
Les flux d’énergie qui parviennent directement à la surface de la terre ont trois origines :
– d’abord, et de très loin, le rayonnement solaire,
– ensuite la chaleur interne du globe, la géothermie,
– enfin l’attraction de la lune et celle du soleil .
a- Le rayonnement solaire
Le soleil est le grand pourvoyeur de l’énergie qui atteint la surface du globe et se diffuse dans « l’écosystème » : 99,98% du total. Elle correspond à une puissance de 174.000milliards de kW. Environ 30% de cette puissance sont immédiatement rediffusés vers l’espace. Les 70% absorbés par la terre ont pour effet principal de maintenir la terre à une certaine température : il s’établit un équilibre entre cette puissance incidente et la puissance que la terre elle-même rayonne vers l’espace en fonction précisément de ces températures. Mais la terre se comporte également comme une machine thermique. Elle transforme une partie de cette énergie thermique en énergies mécaniques : celles du vent, des vagues, des courants marins, des précipitations atmosphériques qui donnent naissance au courant de fleuves, etc.…
b- La géothermie
La chaleur centrale de la terre est une réserve considérable. Mais cette chaleur se fraie difficilement un chemin vers la surface car l’écorce terrestre a une très mauvaise conductivité thermique. La « géothermie profonde » serait en principe une source virtuellement inépuisable d’énergie, mais les problèmes techniques, industriels et économiques à résoudre pour l’utiliser à grande échelle sont immenses.
c- L’attraction de la lune et du soleil
L’attraction de la lune et du soleil s’ajoutent ou se retranchent pour provoquer le cycle des marées de vives et mortes eaux. C’est une source d’énergie de l’ordre de quelques cent millièmes de celle qui vient du rayonnement solaire, et dont on ne peut exploiter qu’une fraction faible, mais elle a l’avantage d’être fournie directement sous forme mécanique et non sous forme de chaleur.
d- Ressources renouvelables et non renouvelables
Le terme « ressources » désigne les quantités globales de minerais énergétiques non renouvelables, ou d’énergies renouvelables, qui, avec un degré de probabilité raisonnable, peuvent être considérées à long terme comme exploitable.
Il faut encore insister sur un autre type d’approche : ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables.
On considère comme renouvelables :
– l’énergie solaire « directe » et ses dérivées telles que les énergies hydrauliques et éoliennes, celles des vagues et des gradients de température des océans, ainsi que la « biomasse », expression générale englobant toute la matière végétale, et animale, du globe,
– l’énergie géothermique, bien qu’elle pose souvent des questions d’épuisement local progressif en raison de la mauvaise conductibilité thermique de l’écorce terrestre,
– l’énergie marémotrice .
Les ressources non renouvelables sont :
– les combustibles fossiles, de nature chimique : charbon, lignites, tourbe, pétrole, gaz naturel.
– les « combustibles » nucléaires : uranium et thorium .
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