L’avenir de l’énergie est prometteur (I & II)

L’avenir de l’énergie est prometteur (I) 

Il y a de nombreux désaccords sur le thème de l’énergie avec des divergences d’opinion substantielles et bien fondées entre des personnes bien informées. Les gens ont tendance à être pris de court parce que ce sujet est à la fois viscéral (on sait très bien quand on a trop froid ou trop chaud, et quand on est dans le noir), politique (on sait très bien quand les factures incompressibles nous laissent sans le sou) et technique (on ne sait pas nécessairement la différence entre un kilowattet un kilowatt-heureou qu’un térawatt vaut un million de mégawatts). Mais il est très important de ne pas être pris au dépourvu par ces désaccords, car si vous vous retrouvez du mauvais côté de cet argument, votre manque d’accès à de l’énergie abordable va vous garantir de sérieusement compromettre votre style de vie.

Mais il semble y avoir un point d’accord quasi universel : les formes concentrées d’énergie, et en particulier l’électricité, sont un ingrédient essentiel de la civilisation moderne. Les pénuries de carburant et les hausses de prix sont une cause majeure de bouleversements sociaux et de troubles. Les coupures d’électricité sont perturbatrices, en particulier pour les installations de production industrielle qui ont besoin d’un régime permanent. Dans les hôpitaux et les centres médicaux, ils peuvent être mortels. Les pannes de courant prolongées entraînent souvent des émeutes et des pillages. Sans réfrigération, les stocks alimentaires sont gaspillés ; sans chauffage ni climatisation, les centres urbains deviennent inhabitables. Le commerce, de plus en plus dépendant des réseaux d’information distribués pour le traitement des paiements et le contrôle des stocks, s’arrête. Sans ascenseurs, les immeubles de grande hauteur deviennent inaccessibles.

Si les coupures d’électricité fréquentes mais temporaires sont une nuisance majeure, les prix stables mais élevés de l’électricité sont encore pires parce qu’ils  rendent des secteurs économiques entiers – tous ceux qui impliquent l’utilisation de machines industrielles électriques – non compétitifs au niveau mondial. Parfois, il suffit d’une mauvaise décision. Un exemple : il y a quelque temps, la Lituanie a décidé de fermer son seul réacteur nucléaire, parce qu’il s’agissait d’un vieux réacteur soviétique de conception-RBMK, du même type que celui qui avait explosé à Tchernobyl, malgré de nombreuses améliorations en matière de sécurité. C’est une politique stupide passant outre les aspects réels de sécurité qui étaient donc le vrai problème. Aujourd’hui, les Lituaniens ont des tarifs d’électricité parmi les plus élevés d’Europe, il n’y a plus d’industrie en Lituanie, et ils doivent chercher du travail en Allemagne.

Beaucoup de gens semblent penser que l’énergie n’est qu’une question de combustibles fossiles, qui sont mauvais parce que leur combustion provoque le réchauffement climatique. Il est vrai qu’une grande partie de notre énergie, et presque toute notre énergie de transport, provient des combustibles fossiles. Mais ils ne sont pas aussi abondants que nous le souhaiterions, et le monde dans son ensemble épuise la base de ressources en combustibles fossiles beaucoup plus vite qu’il ne trouve de nouvelles ressources. Il est aussi généralement admis qu’il reste suffisamment de ces ressources dans le sol pour détruire complètement le climat – si jamais elles étaient extraites et utilisées. Ainsi, l’épuisement des ressources en combustibles fossiles et le fait que la plupart des ressources restantes peuvent s’avérer trop difficiles et trop coûteuses à utiliser sont en fait une sorte de bénédiction déguisée.

En outre, la plupart des ressources en combustibles fossiles, en ce qui concerne les quantités de produits utilisables, ont dépassé leurs pics. La Chine a alimenté sa transformation en une puissance industrielle, en utilisant du charbon bon marché et abondant (causant beaucoup de dévastations environnementales), mais maintenant la production de charbon de la Chine est en déclin. La production mondiale d’essence a culminé autour de 2006. Le pétrole lourd, et la production de diesel qui l’accompagne, semble avoir atteint un pic en 2018. La production de gaz naturel continue d’augmenter, mais surtout grâce à la nouvelle production russe de gaz naturel liquéfié et à la production de gaz de schistes aux États-Unis, mais cette dernière souffre de taux d’épuisement très élevés et d’une rentabilité globalement insuffisante. Bien que tous les acteurs de l’industrie des combustibles fossiles soient obligés de brosser un tableau bien rose (de peur que l’argent des investissements ne s’assèche) et que nous soyons constamment bardés de projections optimistes, celles-ci s’avèrent souvent exagérées lorsqu’on les réexamine dans le rétroviseur. Bref, nous sommes peut-être plus bénis que nous ne le pensons.

Mais la bénédiction est aussi une malédiction, puisqu’un manque d’énergie stable, fiable et abordable signifie la fin du monde tel que nous le connaissons. Vous vous sentirez peut-être mieux en sachant que vous ne détruisez plus notre planète natale en vous promenant le long d’une route abandonnée, ramassant des branches d’arbres sèches pour votre feu de camp, sur lequel cuisiner des rongeurs que vous avez attrapés avec une fourche, mais ne seriez-vous pas encore mieux si l’on pouvait garder la lumière sans détruire la planète ?

C’est à ce moment-là que beaucoup de gens déraillent, se jettent dans les mauvaises herbes de l’énergie verte et s’y enlisent. Les formes d’énergie verte les plus utilisées sont le vent, le soleil et la biomasse, suivis par l’énergie marémotrice, la micro-hydroélectricité au fil de l’eau et d’autres formes d’énergie exotiques. Je ne suis certainement pas l’ennemi de l’une ou l’autre d’entre elles, ayant passé des mois à vivre hors réseau en utilisant divers dispositifs de ce genre. J’ai installé et entretenu des éoliennes et des panneaux solaires, et je le ferai probablement à nouveau si la situation l’exige. J’aime particulièrement la biomasse et j’ai un hangar à bois rempli à ras bord avec des bûches d’aulnes fendues pour le prouver. Allumer un feu de bois est une pure joie. J’aime moins les corvées qui consistent à passer sur des bancs de batteries, à faire le plein d’électrolyte et à chercher des cellules en court-circuit à contourner, à grimper sur des mâts pour entretenir des éoliennes ou à nettoyer des panneaux solaires avec un pulvérisateur et une raclette.

Mais j’ai aussi examiné les aspects économiques de la question et j’ai découvert qu’il n’y a qu’une seule situation où les éoliennes et les panneaux solaires ont un sens : quand les besoins en électricité sont très modestes et qu’il n’y a pas de réseau électrique auquel se connecter. Ils sont également inutiles pour remplacer l’énergie fossile, car ils ne peuvent être fabriqués, transportés et entretenus qu’avec de l’énergie et des matériaux provenant de sources pétrochimiques. Si on résume, le vent et le soleil fournissent des moyens raisonnablement bons de stocker et de transporter de petites quantités d’énergie fossile en utilisant le vent et la lumière du soleil comme une aide.

Les énergies éolienne et solaire seules ne peuvent pas être utilisées pour alimenter le réseau électrique parce que l’énergie qu’elles produisent est intermittente et qu’elle est soit trop soit trop peu abondante. Et comme le réseau électrique n’a aucun moyen de stocker l’énergie [Il existe les STEP, NdT](l’offre et la demande doivent rester en équilibre à tout moment), les excédents comme les déficits sont mauvais. Par conséquent, d’autres capacités de production stables (basées sur les combustibles fossiles, bien sûr) doivent également être fournies. Quelle est la capacité de production supplémentaire nécessaire ? Plutôt sans surprise, à peu près autant. Autrement dit, vous devez construire et maintenir la même capacité de production que vous auriez dû le faire autrement, sauf que vous devrez maintenant aussi payer pour des éoliennes et des panneaux solaires. Vous en économiserez une partie sur les combustibles fossiles, mais vous gaspillerez la plupart de ces économies sur les pertes d’efficacité parce que, voyez-vous, réduire rapidement votre capacité de production pour compenser les tempêtes de vent et les périodes ensoleillées va gaspiller beaucoup d’énergie (sous forme de cette précieuse vapeur comprimée stupidement rejetée dans l’atmosphère).

Soit dit en passant, la différence entre la puissance nominale et la puissance réelle est un sujet concernant le vent et le soleil qui semble embrouiller tout le monde. J’ai installé une éolienne de 400W sur deux bateaux distincts. Elle a généré, en moyenne, environ 30W. Une grande partie du temps, elle produisait 0W et une petite partie du temps, la météo était trop venteuse et elle hurlait au vent, puis passait en mode de freinage automatique et ne générait également que 0W. J’ai également installé 200W de panneaux solaires. Ceux-ci produisaient environ 150W vers midi, lorsque le ciel n’était pas couvert et que leur angle par rapport au soleil était proche de la perfection mais beaucoup moins – encore une fois, avec une moyenne d’environ 30W – le reste de l’année. S’il y avait du pollen d’arbres dans l’air et que je n’avais pas pris la peine de racler la poussière et le pollen, ils produisaient beaucoup moins.

Maintenant, faisons le calcul. Un générateur à essence de 1,5 kW (c’est-à-dire 1 500 watts) sur Alibaba coûte 250 $ US (et vous savez qu’il vous en faudra un pour ces journées sans vent et sans soleil). Un kit de panneau solaire de 200W coûte aussi environ 250$. Et une éolienne de 400 W coûte 300 $. Supposons que vous ayez besoin de pouvoir compter sur une puissance de 1kW, générée de manière « renouvelable »dans toute la mesure du possible, si vous le souhaitez. Eh bien, d’après mes chiffres, vous aurez besoin de 33 éoliennes et 33 panneaux solaires, pour un investissement total de 15 000 $ US. Les batteries ; les câbles ; les mâts ; les cadres de panneaux solaires ; les supports de batteries ; les régulateurs de charge ; les onduleurs, etc. ne sont pas inclus, mais ils s’additionneront pour doubler cette somme. La main d’œuvre pour l’installation et l’entretien n’est pas non plus incluse, et il est probable qu’elle doublera elle aussi le prix de base. Il s’agit donc d’un déboursé de 45 000 $ pour 1 kW. Si vous êtes en Californie, avec ses tarifs d’électricité scandaleux (0,1523 $/kWh), cela s’amortira en environ 300 000 heures, soit 33 ans.

Ou vous pourriez simplement dépenser 250 $ pour un générateur à essence de 1,5 kW et cela suffirait. Les 45 000 $ que vous économiserez vous permettront d’acheter plus de 10 000 gallons d’essence (en Californie, où le prix de l’essence est le plus élevé aux États-Unis). Le générateur consomme environ un gallon toutes les 4 heures, ce qui vous donne environ 45 000 heures (ou 5 ans) de fonctionnement continu à pleine puissance. Vous devrez remplacer votre générateur avant cette date, ce qui réduira quelque peu vos économies, mais d’un autre côté, il est peu probable que vous ayez à faire fonctionner la génératrice 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.

Je suis tout à fait sûr que vous pourriez étendre ce calcul à n’importe quelle échelle et les résultats seraient similaires, et les résultats économiques le confirment : personne n’a jamais réussi à maintenir des tarifs d’électricité compétitifs au niveau international en empruntant cette voie. Et si vous vous rendez non compétitif, vous n’aurez plus à résoudre ce problème parce que vos entreprises et vos travailleurs soit déménageront dans un endroit où les tarifs d’électricité sont compétitifs, soit ils s’enivreront tout le temps comme beaucoup de Lituaniens le font actuellement, en consommant très peu d’électricité dans le processus. Tout cela me semble assez simple, mais je suis sûr que je ne parviendrai pas à convaincre certaines personnes, probablement parce qu’elles pensent que les éoliennes et les panneaux solaires sont écologiques et qu’ils peuvent sauver la planète, que les générateurs sont bruyants et bons pour les rednecks, et que les maths c’est pour les nerds.

Quoi qu’il en soit. Si vous n’êtes pas convaincu, alors s’il vous plaît faites vos propres recherches pour le devenir. Je comprends que pour beaucoup de gens, la “technologie verte”est une question de foi, et je ne veux pas blesser les sentiments des fidèles. J’admets qu’il y a des problèmes majeurs avec les combustibles fossiles en ce qui concerne leur disponibilité à un prix abordable, malgré les images optimistes que certains géologues pétroliers et agences d’information sur l’énergie ont dressées (ils doivent feindre l’optimisme pour continuer à être payés). J’admets aussi que l’éolien, le solaire, la biomasse et d’autres technologies “vertes”n’offrent pas de solution (mais offrent un moyen aux gens de gaspiller encore plus de ressources naturelles et d’argent mais en les faisant se sentir verts et vertueux). À cela s’ajoute le fait que la combustion de combustibles fossiles est à l’origine de problèmes environnementaux majeurs. Pour couronner le tout, tenez compte du fait qu’une électricité abordable et fiable est la condition sine qua nond’une existence civilisée.

Ce problème a-t-il une solution ? Eh bien, oui, c’est pourquoi je crois que l’avenir de l’énergie est en fait si prometteur que vous aurez besoin d’équipement de protection spécialisé juste pour l’observer. Il est aussi très compliqué, plein de défis scientifiques, techniques et politiques, et plein de grands dangers. Je vais expliquer cela dans un prochain article.

(17 décembre 2018, Club Orlov– Traduction du Sakerfrancophone)

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L’avenir de l’énergie est prometteur (II)

Pour reprendre là où nous nous sommes arrêtés dans la Première Partie, on dira que le fonctionnement d’une économie industrielle nécessite une source d’électricité stable et bon marché. L’électricité fournie par le vent et le soleil est intermittente et ne correspond donc pas au besoin réel. L’électricité produite à partir du charbon, du diesel et du gaz naturel fonctionne mais cause des dommages à l’environnement, et ces combustibles fossiles sont pour la plupart dépassés, sont de plus en plus chers à produire et ne dureront pas longtemps de toute façon. L’hydroélectricité est un bon choix, mais toutes les zones utilisables ont déjà été exploitées. Les ressources en magasin telles que la biomasse, la micro-hydro, l’énergie marémotrice et tout ce que vous pouvez imaginer sont insuffisantes pour alimenter une économie industrielle. Il reste donc l’énergie nucléaire, mais l’énergie nucléaire pose de gros problèmes.

Il n’y a donc pas de bonnes solutions, mais ce n’est peut-être pas un problème parce que, voyez-vous, sans une source stable d’électricité bon marché, il n’y aura pas d’économie industrielle, et sans une économie industrielle, il n’y aura ni offre ni demande pour tout ce qui précède. Il y aura toujours une demande de bois de chauffage, que vous pourrez satisfaire en parcourant un tronçon de route abandonné, ramassant des branches d’arbres sèches pour votre feu de camp, sur lequel vous pourrez faire cuire des rongeurs que vous aurez attrapés avec un bâton fourchu.

Si vous trouvez ce scénario peu attrayant et que vous souhaitez chercher d’autres options, il n’y a pas d’autre choix que d’examiner de plus près l’énergie nucléaire. Oui, il a des problèmes majeurs, mais ces problèmes ont peut-être des solutions ? Vous n’y avez pas pensé, n’est-ce pas ? Ce n’est pas une idée aussi farfelue que vous pourriez l’imaginer. D’énormes équipes de scientifiques et de brillants ingénieurs qui travaillent avec diligence depuis des décennies trouvent parfois des solutions, même aux problèmes les plus difficiles. De toute évidence, il serait insensé de simplement supposer que tous les problèmes majeurs seront résolus, mais je crois qu’il est logique d’essayer de rester informé des progrès réels qui ont été réalisés, ne serait-ce que pour satisfaire votre curiosité intellectuelle, si vous en avez.

Avant d’aller plus loin, permettez-moi de vous assurer que je n’ai pas de position politique particulière vis-à-vis de l’énergie nucléaire. Je ne suis pas passé d’anti-nucléaire à pro-nucléaire ou à toute autre chose du genre. En outre, permettez-moi d’affirmer sans équivoque que votre opinion politique sur l’opportunité ou l’inopportunité de l’énergie nucléaire n’a pas la moindre importance. En fait, si jamais je devais dire que ça le devient, important, n’hésitez pas à supposer que je suis devenu sénile et à songer à m’éliminer car je ne veux pas être un fardeau. En retour, si je vous surprends en train de signer des pétitions anti-nucléaires, de participer à des rassemblements anti-nucléaires ou de faire connaître votre opinion sur la question, je supposerai la même chose à votre sujet, mais je ne prendrai pas la peine de venir vous éliminer. Mon souhait est d’informer, pas d’influencer. Si, armé de ces connaissances, vous trouvez des moyens d’éviter d’avoir à faire cuire des rongeurs sur un bâton (en cherchant dans le monde où il y aura encore de l’énergie et en vous déplaçant pendant qu’il en est encore temps), je serai heureux pour vous.

Une fois ces préliminaires terminés, permettez-moi de vous faire part de quelques faits centraux sur l’énergie nucléaire que vous devriez certainement avoir dans le crâne afin de comprendre l’importance de ce qui va suivre. L’énergie nucléaire est assez différente de l’énergie chimique en ce sens qu’elle est quelque chose comme 100 000 fois plus puissante : 1 kg de combustible nucléaire fournit autant d’énergie que 100 tonnes de charbon. L’uranium naturel contient deux isotopes : U-235 et U-238. Seul l’U-235 est directement capable de soutenir une réaction de fission : lorsqu’un atome d’U-235 est frappé par un neutron, il se fissionne en Baryum-141 et en Krypton-92, qui ont une très courte durée de vie et se décomposent en d’autres éléments, libérant beaucoup d’énergie au passage. Il émet également 3 neutrons, qui peuvent ensuite frapper d’autres atomes U-235, soutenant ainsi la réaction en chaîne.

Seulement 0,7 % de l’uranium naturel est cet isotope utile, le U-235. Le reste est l’isotope (presque) inutile U-238. Comme 0,7 % est loin d’être suffisant pour soutenir une réaction en chaîne, un processus compliqué est utilisé pour “enrichir”l’uranium, ce qui porte la concentration d’U-235 entre 3 % et 5 % (loin d’être suffisant pour fabriquer une bombe, soit dit en passant) en séparant l’U-238 en excès. Pour ce faire, on transforme le dioxyde d’uranium (UO2, aussi appelé yellowcake) en hexafluorure d’uranium (UF6), un solide incolore qui s’évapore légèrement au-dessus de la température ambiante. Le gaz UF6 est ensuite introduit dans une cascade de centrifugeuses qui séparent les isotopes. Le mélange enrichi est ensuite reconverti en UO2 qui est transformé en pastilles qui constituent le combustible nucléaire. Tout cela est basé sur une technologie très complexe et sensible, dont disposent seulement une poignée de pays.

La raison pour laquelle l’U-238 est presque inutile plutôt que complètement inutile est que, dans certaines conditions, il peut capturer un neutron et se transformer en plutonium-239, qui est également utile comme l’U-235 pour soutenir une réaction en chaîne. Le combustible nucléaire usé, dans lequel une grande partie de l’U-235 a été brûlée, contient une certaine quantité de Pu-239, qui peut ensuite être retraité en combustible mixte (MOX). Il est important de noter que le plutonium produit par les centrales nucléaires est inutile pour fabriquer des bombes nucléaires parce que les fractions d’isotopes ne sont pas les bonnes : les matières de qualité militaire ne peuvent pas contenir trop de Pu-240, qui est instable, mais le plutonium produit dans les centrales en contient près de 30%, et comme le procédé de séparation ne fonctionne pas avec le plutonium (il est littéralement trop chaud pour être traité) vous êtes coincé avec les fractions d’isotopes issues du réacteur à la fin du cycle de combustion. La quantité totale de plutonium recyclée chaque année dans le monde est d’environ 70 tonnes.

La capacité de produire du Pu-239 utile à partir de l’U-238 (presque) inutile dans les réacteurs nucléaires étend les réserves d’uranium. Le taux de conversion se situe généralement entre 0,5 et 0,8, ce qui signifie que plus d’U-235 est utilisé que de Pu-239 est créé pour le remplacer. C’est un problème, car les réserves d’uranium sont limitées et de plus en plus difficiles et coûteuses à produire. Mais si ce problème devait être résolu et que le taux de conversion dépassait 1, la quantité d’U-238 déjà produite serait suffisante pour alimenter les économies industrielles pendant des milliers (oui, littéralement, des milliers) d’années.

Et si je vous disais que ce problème est sur le point d’être résolu ? De plus, que se passerait-il si l’autre problème vraiment énorme – que faire avec les déchets nucléaires hautement radioactifs (environ 250 000 tonnes dans le monde) – était également en bonne voie d’être résolu ? (On a trouvé un moyen de tout brûler dans des réacteurs nucléaires.) Et si, enfin je vous disais que des solutions ont aussi été trouvées au problème des réacteurs nucléaires qui explosent et fondent de temps à autre ? (Cette dernière question est également très sérieuse. La catastrophe de Fukushima Daichia coûté, selon les estimations, au moins 500 milliards de dollars et a pratiquement atomisé l’industrie nucléaire japonaise).

Je vais expliquer par la suite à quoi ressemblent ces solutions. Encore une fois, je ne veux pas essayer de changer l’attitude de qui que ce soit à l’égard de l’énergie nucléaire, surtout parce que cela n’a pas d’importance. Vous n’avez pas plus de chances d’y mettre un terme, si vous essayez, que si vous êtes en mesure de vous acheter un réacteur nucléaire. Rassurez-vous, le problème n’est plus entre vos mains. Mais cela peut vous aider d’être informés. Comme c’est le cas pour la plupart des technologies, une fois qu’elles auront été créées et qu’elles se seront révélées utiles et efficaces, elles seront utilisées. Ceux qui les utiliseront gagneront et pourront jouer à nouveau, ceux qui ne les utiliseront pas perdront et abandonneront le jeu, et le monde ira de l’avant.

Avant d’expliquer ces solutions, j’aimerais aborder quelques autres questions connexes. La première est l’impact environnemental de l’industrie nucléaire par rapport à celui de l’industrie des combustibles fossiles et des énergies renouvelables. L’état de l’industrie nucléaire dans le monde et sa viabilité générale, qui est discutable à bien des égards, quelles que soient les solutions existantes, est aussi une question. Enfin, un dernier problème très important est celui de la radio-phobie : il semble que les radiations effraient les gens beaucoup plus qu’elles ne le devraient. Oui, les radiations peuvent être dangereuses, mais une batte de baseball en pleine tête aussi. La seule différence est que les battes de baseball sont visibles et les radiations ne le sont souvent pas, et les gens ont tendance à avoir beaucoup plus peur des dangers invisibles que des dangers visibles. J’aborderai bientôt ces questions.

(22 janvier 2019, Club Orlov– Traduction du Sackerfrancophone)