Sources d’énergie : renouvelables, combustibles fossiles et plus

Que sont les sources d’énergie?

Les centrales électriques ne créent pas d’énergie. Les centrales électriques transforment l’énergie disponible sous d’autres formes en électricité. Les systèmes de production d’électricité ne sont que des convertisseurs d’énergie Les centrales électriques qui brulent du carburant convertissent l’énergie stockée sous forme de liens chimiques entre les atomes et les molécules qui existent dans le carburant. Les autres types de centrales électriques récupèrent l’énergie qui existe dans l’environnement et la convertissent en électricité.

Il se peut que vous ayez entendu parler de la conservation de l’énergie. Elle précise que l’énergie n’est jamais créée ni détruite. À la place, l’énergie n’est que transformée d’une forme à une autre. Prenez par exemple un pot de fleur sur le rebord de fenêtre. Quelqu’un a dû le porter jusque là. La personne en question a utilisé de l’énergie chimique stockée dans son corps pour le soulever. Maintenant qu’il est à une certaine hauteur, le pot de fleur a une énergie potentielle. Ensuite, le pot de fleur tombe et en tombant, il acquiert de la vitesse, une quantité de mouvement et ainsi, une énergie cinétique. Lorsque le pot de fleur explose par terre, son énergie cinétique est instantanément libérée sous forme de chaleur dans l’air environnant. Il s’agir d’un exemple d’énergie convertie de chimique, à potentielle, à cinétique, à chaleur. Bien entendu, les pots de fleur ne libèrent pas beaucoup de chaleur.

Mais pensez, par exemple, à ce qu’il arrive lorsque des météorites tombent sur terre. Le processus est le même – les météorites convertissent leur énergie cinétique et énergie potentielle en chaleur lorsqu’ils brulent dans l’atmosphère. L’astéoride qui a tué les dinosaures a certainement dégagé plus de chaleur qu’un pot de fleur qui tombe.

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Quels types d’énergie existe-t-il?

  1. L’énergie chimique résulte des liens entre les molécules d’une substance chimique. Lorsque ces liens se brisent, l’énergie est libérée sous forme de chaleur. Toute substance qui peut bruler contient une certaine quantité d’énergie chimique, mais la combustion n’est pas le seul moyen de libérer l’énergie chimique. La pile, par exemple, contient aussi de l’énergie chimique. Branchez ses bornes à une charge, et la pile libère son énergie chimique sous forme d’électricité.
  2. L’énergie cinétique est l’énergie associée au mouvement de matière. Plus l’objet est lourd, et plus il va vite, plus il a d’énergie cinétique. Lorsque l’air est en mouvement (c’est-à-dire quand il y a du vent), il a une énergie cinétique.
  3. L’énergie électrique est transportée dans des lignes électriques selon une combinaison de courant électrique et de tension électrique.
  4. L’énergie lumineuse est transportée par des ondes électromagnétiques. Les ondes radio, micro-ondes, rayons X et lumière visible sont tous des ondes électromagnétiques. Lorsque vous mettez une tasse d’eau dans un four micro-ondes, vous transférez l’énergie à l’eau au moyen d’ondes électromagnétiques. Si le soleil vous semble chaud, c’est parce que votre peau reçoit de l’énergie lumineuse du soleil.
  5. L’énergie nucléaire est dégagée par la fission d’atomes. Le noyau d’un atome est tenu ensemble par des forces extrêmement puissantes. De très grandes quantités d’énergie sont dégagées sous forme de chaleur et de radiation lorsqu’on brise ces liens.
  6. L’énergie thermale (chaleur) est simplement l’énergie associée aux choses qui sont chaudes. Les techniciens parlent souvent d’enthalpie, ce qui est une mesure comprenant la chaleur ainsi que l’énergie concernant les fluides sous pression.
  7. L’énergie potentielle gravitationnelle est l’énergie des choses qui peuvent tomber. Plus l’objet est haut, plus d’énergie sera dégagée lorsqu’il tombe.
  8. L’énergie potentielle élastique (pression) est l’énergie stockée dans un objet élastique à cause de la force qui y est exercée. Cette force résulte de la déformation de l’objet élastique. Cette déformation stocke l’énergie dans l’objet.
  9. L’énergie sonore est une forme d’énergie à ondes, qui en elle même est une forme d’énergie cinétique. Les ondes sonores transportent une petite quantité d’énergie à travers l’air. Les ondes transportent aussi de l’énergie dans l’eau. L’énergie de vagues de l’océan est d’une quantité importante.

 

 

 

 

Que sont les carburants fossiles et l’énergie provenant des carburants fossiles

Retour aux centrales électriques Un grand nombre de centrales électriques qui produisent de l’électricité en brulant du carburant. Les carburants comme le charbon, le gaz naturel et les carburants dérivés du pétrole s’appellent des carburants fossiles.

Les carburants fossiles résultent de la décomposition au cours d’une très grande période d’organismes morts enterrés. Ces organismes ont grandi il y a des millions d’années, selon un processus appelé photosynthèse (ou en mangeant des organismes capables de photosynthèse). La photosynthèse est un processus biologique qui permet aux plantes, algues et certaines bactéries de convertir l’énergie lumineuse du soleil et le dioxyde de carbone de leur environnement en molécules d’hydrate de carbone. Ainsi, d’une certaine façon, l’électricité produite dans une centrale à charbon provient du soleil. Est-ce que cela signifie que les centrales électriques fournissent de l’électricité renouvelable, comme l’énergie solaire? Malheureusement pas. Il faut tellement de temps, des millions d’années, pour que les plantes et les animaux morts se transforment en charbon, alors aucune quantité de charbon ne se forme au cours d’un délai humain. Si tout le charbon et tout le pétrole étaient extraits, il n’y en aurait plus, ce qui fait que les carburants fossiles ne sont pas renouvelables.

Le charbon a été la principale source d’énergie dans le monde pendant la plus grande partie du 20e siècle, et c’est encore un carburant prédominant pour la production d’électricité dans beaucoup de pays. Le gaz naturel aussi est une source d’énergie très populaire. Aux États-Unis, c’est actuellement le carburant préféré pour la production d’électricité. Le gaz naturel est bon marché, propre et excellent pour les centrales électrique à turbines au gaz. Les carburants liquides comme le naphthe, le diesel et le pétrole lourd sont aussi importants pour la production d’électricité. Ils sont disponibles presque partout et facile à stocker, ce pour quoi ils conviennent parfaitement à la production d’électricité de secours qu’on utilise lorsque les autres centrales électriques ne sont pas disponibles.

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L’énergie des biocarburants renouvelables : énergie neutre en CO2

Les carburants brulés dans les centrales électriques ne sont pas tous fossiles. Avec le bon système d’allumage, presque n’importe quoi peut servir à produire de l’électricité. Beaucoup de centrales électriques fonctionnent au carburant comme les copeaux, enveloppes de maïs, fibres de cane à sucre et même les ordures ménagères. Certaines usines de papier, par exemple, comprennent une petite centrale électrique qui fonctionne à la liqueur noire, sous-produit dérivé du procédé de fabrication du papier. De tels carburants viennent de plantes que l’on peut cultiver, ce pour quoi on dit qu’ils sont renouvelables.

Il est aussi possible de faire de carburants presque indiscernables des carburants fossiles. Par exemple, le soja, le maïs, la betterave et d’autres cultures peuvent se transformer en éthanol ou biodiesel. Beaucoup de groupes moteurs diesel peuvent fonctionner au biodiesel sans se faire modifier. L’éthanol peut se bruler tout seul, ou il peut se mélanger à l’essence et servir de carburant dans la plupart des véhicules. Saviez-vous que 98 % de l’essence vendue aux États-Unis contient 10 % d’éthanol?

La technologie du traitement des biocarburants s’est beaucoup améliorée au cours des années. Le fait qu’on dise que les biocarburants brulent sans CO2 intéresse beaucoup les gens. Il s’agit plutôt d’un terme inapproprié. Lorsque les copeaux brulent, du CO2 est émis dans l’atmosphère. C’est indéniable. Cependant, les copeaux proviennent d’un arbre, et l’arbre a capturé la même quantité de CO2 durant sa croissance. En conséquence, il n’y a pas d’augmentation nette de CO2 dans l’atmosphère, alors il serait plus juste de dire que c’est carboneutre.

Les biocarburants permettent aux centrales électriques de fonctionner de manière aussi fiable que les centrales à carburant fossile, mais sans les émissions de carbone. En revanche, lorsqu’on brule des carburants fossiles, le CO2 qui est émis a été capturé il y a des millions d’années. Sur échelle temporelle de cent millions d’années, les carburants fossiles peuvent bruler de manière carboneutre, mais pour les humains, bruler des carburants fossiles résulte en une augmentation nette de CO2 atmosphérique.

 


L’énergie du soleil et du vent : énergie propre

Les panneaux photovoltaïques et les éoliennes concernent les technologies de production d’électricité qui grandissent le plus vite au monde. Ce sont aussi les sources principales d’énergie renouvelable, avec les centrales hydroélectriques. Ils n’ont pas besoin de carburant pour produire de l’électricité. Est-ce que cela veut dire qu’ils créent de l’énergie à partir de rien? Bien sûr que non. Les panneaux solaires extraient de l’énergie électromagnétique de la lumière solaire. Les éoliennes obtiennent l’énergie cinétique du vent. Les deux sont d’excellents moyens de produire de l’électricité; il n’y a pas à s’inquiéter de carburant, il n’y a pas d’émissions. De plus, les panneaux solaire et les éolienne sont de moins en moins dispendieux et de plus en plus facile à installer chaque année.

Leur désavantage principal, c’est que bien que le soleil et le vent ne viennent jamais à manquer, cela ne veut pas dire qu’il y a toujours du vent et qu’il fait toujours soleil. Pas de soleil, pas d’énergie solaire. Pas de vent, pas d’énergie éolienne. Lorsqu’un réseau électrique a une grande quantité d’énergie solaire et éolienne, il est important que des centrales de secours soient disponibles pour les remplacer quand elle ne peut pas produire de l’électricité. Par exemple, le réseau électrique de la Californie comprend beaucoup d’énergie solaire et en conséquence, il lui faut un grand nombre de centrales électriques thermique flexibles le soir pour compenser la perte d’électricité solaire.

 

Énergie des centrales électriques nuclléaires : de l’énergie provenant de l’atome

Les centrales nucléaires tirent leur énergie d’une source de nature différente.

Le carburant nucléaire, l’uranium, ne stocke presque pas d’énergie chimique, et il ne brule pas comme le charbon ou le gaz naturel. À la place, les atomes d’uranium sont brisés par le processus de fission. Lors qu’un carburant normal brule, les liens chimiques des molécules se brisent, ce qui libère de l’énergie. Lorsque la fission de l’uranium a lieu, ce sont les liens du noyau des atomes d’uranium qui sont brisés et qui libèrent de l’énergie. Les liens nucléaires sont de nombreuses fois plus puissants que les liens chimique, ce qui explique pourquoi une très petite quantité d’uranium peut libérer tant d’énergie.

Saviez-vous que l’uranium n’est pas le seul élément que l’on peut utiliser dans les centrales nucléaires? Le thorium est aussi un élément naturel dont on peut se servir comme source d’énergie. Le thorium est habituellement plus abondant que l’uranium et les pays comme l’Inde qui n’ont pas de source d’uranium disent s’intéresser à élaborer un cycle de thorium carburant.

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