L'ELECTRICITE EN FRANCE

(Nucléaire et Energies renouvelables
voir aussi la fiche pétrole)

PLAN DE LA FICHE

1 - production d'électricité en France Pointes de consommation La consommations des Français Qui consomme? Qui produit? Echanges avec les voisins

2 - Electricté nucléaire Explication Fission nucléaire Produits de fission Historique Implantation des centrales nucléaires en France Maintenance des centrales Les difficultés de l'EPR2 Leçons tirées des difficultés Le nucléaire dans le monde

3 - les énergies sans consommation L'énergie solaire La centrale de Crucey Le stockage d'énergie L'énergie éolienne l'éolien offshore La production des différents modes en France L'énergie osmotique

4 - La production dans le monde Production d'origine nucléaire Principe d'une centrale nucléaire Parcs nucléaires dans le monde Part du nucléaire Les centrales EPR2 La production d'uranium

Les centrales à gaz Gaz de schiste Gaz de houille Hydrogène Trains à hydrogène Procédés de production Pile à combustible La méthanisation

La fusion nucléaire ITER Inauguration du Tokamak japonais Economies d'énergie l'éclairage LED Le véhicule électrique Les Data center Perspectives de RTE

 

Le problème des pointes de consommation

       En hiver 2004 la consommation électrique en France a atteint 86 024 Mw
       Le 19 décembre 2007 à 19 heures nouveau record de consommation 88 960 Mw (88,96 Gw)

       Le 7 janvier 2009 l'hiver est rigoureux -9° à Paris nouveau record de consommation 92,5 GW
*TWh = Téra watt heure, le préfixe Téra signifie 10 puissance 12 (10¹²), c'est à dire million de millions ou milliers de milliards.  Un Watt heure est l'énergie dépensée par un appareil consommant un watt pendant une heure.
Si en 1997 l' EDF a fourni 376 TWh, cela correspond pratiquement à 1 TWh par jour,  chaque heure 41,6 GWh sont fournis par EDF.

Début 2024 EDF publie les résultats de l'année précédente . En 2022 l'hiver n'a pas été trop rude et les importations ont pu palier la déficience de nos réacteurs mais le coût de nos importations a alourdi la facture énergétique de notre pays de 8 milliards d'Euros. En 2023 la France a retrouvé sa place de 1er exportateur d'électricité ce qui, cette fois, a allégé la facture  de 4 milliards.

Consommation des Français:

Le 9 janvier 2009 la pointe de consommation s'est élevée à 92,5 MW, la puissance installée en France a-t-elle été suffisante? C'est peu probable. Il est vraisemblable qu'EDF a du recourir à l'achat d'énergie chez l'un de nos voisins, énergie fabriquée comment? Et nos voisins qui étaient dans la même situation climatique que nous avaient-ils de l'énergie à vendre?

La pointe de consommation record (nov 2013) a été constatée le 8 février 2012 avec 102 100 MW alors qu'en février 2011 la consommation avait été de 48 423MW

Lorsque l'alimentation électrique est sur la corde raide comme à l'hiver 2009 et  2012,  la disjonction d'une centrale peut être catastrophique. Le maillage du réseau de fourniture de l'électricité permet à une région géographique alimentée par une centrale d'être alimentée par une autre en cas de défaillance de la première. Cela signifie que , en cas de surcharge d'une centrale, si une disjonction se produit, la seconde centrale va être sollicitée elle risque alors de disjoncter à son tour. Si la gestion du réseau n'est pas parfaite c'est tout le réseau qui peut s'écrouler. La remise en service d'un tel réseau est complexe et longue. Il est indispensable pour l'EDF, dans le cas de la surcharge d'une centrale, si les autres sont déjà fortement chargées de procéder à des délestages.

Qui consomme?:

https://www.insee.fr/fr/statistiques/4277884?sommaire=4318291&q=production+nette+d+electricite

https://www.insee.fr/fr/statistiques/2015872

Gérer le réseau électrique

Afin d'assurer une alimentation sans faute, RTE (société issue de EDF qui assure l'acheminement et la distribution de l'électricité) dispose d'une salle de commande sécurisée qui n'est évidemment pas ouverte à tous et cette salle est doublée par une seconde toujours prête à remplacer la première à la moindre alerte.
Le 4 novembre 2006, EOn compagnie allemande avait prévenue quelle devait interrompre la ligne à haute tension qui franchit l'Ems mais celle-ci l'interrompit un peu plutôt que prévu , le réseau européen faillit s'effondrer , ce jour là 15 millions de foyers dont 5 en France durent se passer d'électricité pendant une heure.

Qu'est ce qu'une centrale nucléaire?

Ce sont environ 2,5% de l' U238 qui seront modifiés par l'absorption d'un neutron à l'issue de la vie du combustible. On peut être étonné de la transformation de l'Uranium 239 dont le noyau est composé de 92 protons en Neptunium 239 à 93 protons puis en Plutonium 239 à 94 protons. En fait les protons et les neutrons ne sont pas des particules élémentaires, ils sont eux même composés de Quarks U (Up) et de quarks D (Down) . Un proton est formé de 2 quarks U et 1 quark D , un neutron est formé de 1 quark U et de 2 quarks D . Les quarks U ont une charge +2/3 et les quarks D -1/3
-  Un Neutron est formé de 1 QU charge +2/3 et de 2 QD charge 2 * -1/3 la somme donne 0 .
-  Le Proton 2 QU ( 2* 2/3 = 4/3 ) et 1 QD charge -1/3 la somme donne 3/3 =1 charge élémentaire de l'électron.
 Les quarks sont supposés ne pas être des particules élémentaires également . (Ça devient trop compliqué pour moi)

Dans la transformation de l' U239 en Pu239 il y a donc à chaque étape la transformation d'un Quark Down  en un Quark Up et émission d'une particule β- , β- est l'émission d'un électron et β+ d'un positon (électron chargé positivement).
(une émission α  est l'émission d'un noyau d'hélium composé de 2 protons et 2 neutrons au pouvoir de pénétration faible. Le rayonnement γ le plus dangereux, il est produit par une chute d'énergie des atomes, est un rayonnement de type électromagnétique très mauvais pour la santé)

Dans les réacteurs employés en France les neutrons sont freinés par l'eau qui baigne le coeur du réacteur , il s'agit alors de neutrons thermiques.
Des réacteurs peuvent utiliser le sodium liquide comme refroidisseur . Le sodium liquide ne ralentit pas les neutrons il s'agit alors de neutrons rapides. Le réacteur va produire du plutonium en plus grande quantité , il va en produire plus qu'il ne consomme d'uranium. Ce type de réacteur est très intéressant il s'agit alors d'un surgénérateur mais le sodium a la propriété de réagir très violemment  au contact de l'eau or en cas de surchauffe le refroidissement est très hypothétique. De tels surgénérateurs ont été construits en France à titre expérimental, le dernier en date super phénix, a été  arrêté en 1996 et  démantelé.

  - L'Uranium 235 va se scinder pour former différents déchets dont la radioactivité va décroître plus ou moins rapidement dans le temps.
On appelle T le temps qui va s'écouler pour voir la radioactivité d'un corps chuter de 50% . Si un corps a une durée T de 10 jours sa radioactivité va chuter de 50% à l'issue de ces 10 jours, la seconde période de 10 jours va voir sa radioactivité chuter de 50 % des 50% restant et ainsi de suite.
La durée de T peut varier de quelques minutes à quelques millions d'années. Si la période T est très courte il suffira d'isoler le matériau en question le temps que la radioactivité soit disparue (stockage en piscine par exemple). Si T est très long ce n'est pas forcément un problème. Nous avons tous entendu parler de la datation au carbone 14 élément radioactif de T= 5 730 ans on en trouve partout sans qu'on s'en émeuve. Une durée de T grande avec une faible radioactivité n'est pas un problème.
Plusieurs corps produits, à forte radioactivité, vont rester dangereux longtemps ce sont eux qui vont poser problème.
Pour les 58 réacteurs on évalue à 70 tonnes environ la quantité annuelle des déchets radioactifs

https://www.refletsdelaphysique.fr/articles/refdp/pdf/2018/05/refdp201860p8.pdf
https://fr.wikipedia.org/wiki/Radioactivit%C3%A9_%CE%B2
https://fr.wikipedia.org/wiki/Enrichissement_de_l%27uranium_en_France
https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/jeunes-enseignants/pour-les-jeunes/lenergie-de-a-a-z/produire-de-lelectricite/luranium-le-combustible-nucleaire
https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_%C3%A0_neutrons_rapides
https://laradioactivite.com/energie_nucleaire
https://www.suva.ch/fr-ch/prevention/par-danger/materiaux-rayonnements-et-situations-a-risque/rayonnement-et-radioactivite/

Historique

Le 5 mars 1974 Pierre Messmer alors premier ministre de Georges Pompidou annonce un vaste programme de construction de centrales nucléaires, "13 tranches de 900 Mégawatts seront construites dans les prochaines années".
En 1997 le parc nucléaire comportait 58 réacteurs qui ont produit 376 TWh* soit 78,2% de l'électricité en France pour une puissance installée de 61,5 GW
En 2005 EDF précise que les origines de l'électricité en France sont: 84,3% nucléaire, 8,1% renouvelables dont 7,6% hydraulique (447 centrales installées sur 220 barrages dont l'unité plus importante  est d'une puissance de 1 800 MW), 3,8% gaz, 3,1% charbon, 1,3% fioul, 0,3% autres
La puissance nucléaire installée en France est de 63,1 GW , puissance à laquelle il convient d'ajouter l'énergie hydraulique 20,4 GW et l'énergie thermique 14,5 GW soit une puissance installée de 98 GW. Ceci  signifie que , en principe, EDF peut fournir 98 GW en permanence. Mais il faut tenir compte des opérations de maintenance qui nécessitent l'arrêt de centrales . EDF a mis en place une politique tarifaire qui incite aux économies d'énergie durant les périodes de forte consommation.
 

mise en service	Mise à l'arrêt	Lieu	Puissance tranches	Technologie
1967	1985	Brennilis	70Mw	Eau lourde et gaz carbonique
1972	1994-2020	Bugey	3580Mw	Eau pressurisée
1978	2020	Fessenheim	900Mw	Eau pressurisée
1980		Dampierre	3560Mw (4x890)	Eau pressurisée
1980		Tricastin	3600Mw (4x900)	Eau pressurisée
1980		Graveline	3600Mw (4x900)	Eau pressurisée
1981		Blayais	3600Mw (4x900)	Eau pressurisée
1980		Tricastin	3660Mw (4x915)	Eau pressurisée
1969	1990-92	Saint Laurent (A1 et2)	4x900)	Graphite-Gaz
1983		Saint Laurent (B1 et2)	(2x915)	Eau pressurisée
1984-85		Cruas	3660Mw (4x915)	Eau pressurisée
1985-86		Paluel	5320Mw (4x1330)	Eau pressurisée
1986-87		Flamanville	2660Mw (2x1330)	Eau pressurisée
2023 ?		Flamanville	1630Mw	EPR (Eau pressurisée européen)
1986		Saint Alban	2670 (2x1335)	Eau pressurisée
1987-88		Belleville	2620Mw (2x1310)	Eau pressurisée
1963	1976	Chinon (A1)		Graphite-Gaz
1965-66	1985-90	Chinon A2 A3		Graphite-Gaz
1984-88		Chinon (B1-2-3-4)	3660Mw (4x915)	Eau pressurisée
1988-89		Nogent	2620Mw (2x1310)	Eau pressurisée
1991-94		Golfech	2620Mw (2x1310)	Eau pressurisée
1990-92		Penly	2600Mw (2x1300)	Eau pressurisée
1986-92		Cattenon	5200Mw (2x1300)	Eau pressurisée
1997-99		Civaux	2990Mw (2x1495)	Eau pressurisée
1997-99		Civaux	2990Mw (2x1495)	Eau pressurisée
1967	1991	Chooz A	305Mw	Eau pressurisée
1996-97		Chooz B	2900Mw (2x1450)	Eau pressurisée

Implantation des centrales nucléaires en France et fourniture d'énergie:

la maintenance des centrales:
En 1990 EDF a lancé un programme de remplacement des générateurs de vapeur des 34 réacteurs de 900 MW En 2011, EDF a commandé 44 générateurs , 32 à Areva et 12 à Westinghouse pour la somme de 1,5 milliard d'euros. Pour sa part Areva a fourni ses derniers générateurs en 2018.

L'opération de remplacement est une tâche énorme sur un seul site, chaque unité est munie de plusieurs générateurs, souvent 4.  800 personnes vont travailler à ce remplacement pendant 10 mois, salariés d'EDF et Sous traitants . Un générateur de vapeur pèse de 430 à 520 tonnes mesure 23 mètres de haut et 4 à 6 mètres de diamètre, l'échangeur thermique est constitué d'environ 120 km de tube dans lesquels une eau portée à 320 degré sous 155 bars de pression va circuler. Un portique doit être construit pour son positionnement dans la centrale. L'accueil des personnels impose la création d' équipements de vie.
 

Les difficultés de l'EPR2

 Sur le site de Flamanville, deux unités fonctionnent depuis de nombreuses années, chaque unité possède 4 générateurs de vapeur. En septembre 2021, 4 générateurs sont arrivés sur une barge après 42 jours de voyage. Un hangar spécifique a été construit pour les accueillir . Le chantier de remplacement était programmé pour avril 2022.
L'unité 3 (EPR nouvelle génération) est en cours de construction mais l'arrêt des constructions pendant de nombreuses années, le dernier réacteur Chooz B a été mis en fonction en 1997,  a fait perdre des compétences aux constructeurs. On ne compte plus les retards qui s'accumulent suite aux inspections de la commission de sécurité nucléaire avec laquelle on ne plaisante pas. Les derniers arrêts sont dus à la qualité jugée insuffisantes de soudures. Des robots ont dû être construits pour intervenir en milieu radioactif.
Pour palier la déficience de spécialistes en soudure, une école d'excellence est créée à Cherbourg nommée " Héfais" elle a accueilli ses premiers élèves à la rentrée 2022.

La leçon va coûter cher les mouvements anti-nucléaires très actifs ont, pendant au moins 15 ans, ont fait reculer les gouvernements successifs, maintenant avec le dérèglement climatique ces mouvements se sont tus . On ne remplace pas une centrale nucléaire par des éoliennes qui ne tournent que lorsque le vent souffle et encore pas trop fort, ni par des panneaux solaires qui ne fournissent de l'énergie que lorsque le soleil donne et encore  de 9 heures à 18 heures (au mieux) en été mais en hiver lorsque le soleil est bas sur l'horizon c'est beaucoup moindre.(voir plus loin un exemple de production solaire) Les personnes compétentes sont parties à la retraite sans former de successeurs ou se sont reconverties.  Le gouvernement a annoncé en février le projet de construction de 3 paires de réacteurs pour les 25 ans qui viennent, avons nous tous les moyens et toutes les compétences pour les mener à bien sans trop de déboires ?

Du positif pour l'EPR2:
   Début 2024, l'exploitant des centrales Finlandaises d'Olkiluoto ont publié un rapport d'activité des centrales et notamment l'EPR2 pour laquelle un retard considérable avait été enregistré . Il y fait état de résultats particulièrement satisfaisants .
   La centrale de Flamanville , sa construction est terminée, le combustible chargé, les tests sont en cours avant la connexion au réseau électrique qui est prévu pour la fin 2024. 

La puissance nucléaire installée en France est plafonnée par la loi sur la transition énergétique à 61,3GW?
En 2020 les 2 réacteurs de Fessenheim ont été mis à l'arrêt. Un décret d'avril 2020 prévoit d'arrêter 14 réacteurs d'ici 2035. La France ne pourra pas se permettre de se passer de cette électricité d'autant plus que sa consommation est appelée à augmenter, avec, notamment le véhicule électrique. 
L'EDF a remis un rapport au Président de la République à la mi 2021 (nous sommes) concernant la construction de 6 nouveaux EPR . Le Président estime que la décision ne pourra être prise qu'après le démarrage de la centrale de Flamanville prévu pour 2023. Cette centrale a connu bien des vicissitudes dues principalement à la perte des compétences causée par une longue période sans construction.

Les difficultés rencontrées lors de l'élaboration de l'EPR de Flamanville 3 ont poussé le PDG d'EDF Jean-Bernard Levy à commander en juillet 2019 auprès de Jean-Martin Folz, alors ex-PDG de PSA, un audit en expliquant les raisons. Le Rapport Folz énumère les problèmes en 9 points :
  1- Des estimations irréalistes: durée du chantier 54 mois alors que le dernier construit avait demandé 98 mois alors que Flamanville était beaucoup plus complexe
  2- Importance de la réalisation notamment dans le domaine de la sécurité, résistance au crash d'un avion, double salle de commande durée de vie de 60 ans etc...
  3- De 2006 à 2015 pas de chef de projet unique (sous estimation de l'importance du travail à réaliser)
  4- Organisation et emploi du numérique défaillant
  5- Le projet est coupé en tranches entre diverses entreprises sans coordination
  6- Études insuffisamment lancées au début, 4500 modifications effectuées en cours de chantier
  7- Contexte règlementaire évolutif durant le chantier . L'accident de Fukushima en 2011 a contraint à revoir tous les chantiers (Mineur pour Flamanville)
  8- Relations avec les entreprises insuffisantes alors que celles-ci font appel a des sous-traitants dont la compétence est quelques fois insuffisante.
  9- Pertes de compétences généralisée , les deux derniers chantier de de construction remontent à 24 et 16 années

 De ce rapport est tiré un plan rédigé sous la supervision d'Alain Tranzer (délégué général à la qualité industrielle et aux compétences nucléaires) en collaboration avec le GIFEN,( groupement des industries du Nucléaire)
En 2017 , un plan est élaboré, le plan Excell construit autour de trois principes:
  1- Renforcement de la qualité industrielle avec un recours plus marqué du numérique (maquettes 3D couplées au planning de construction)
  2- Renforcement des compétences techniques ( notamment un recrutement de 21 000 cadres, employés et ouvriers) création d'une université des métiers du nucléaire avec un plan spécifique pour la formation de soudeurs qualifiés.
  3- Renforcement de la gouvernance
Extrait de:  https://fr.wikipedia.org/wiki/Evolutionary_Power_Reactor_2_-_EPR
 

Le Nucléaire dans le monde:
Dans l'ensemble de la planète 413 centrales nucléaires fournissant environ 370 GW  , 9,2% de la production d'électricité en 2022 alors qu'en 1996 le nucléaire fournissait 17,5% de l'électricité mondiale. Devant la nécessité de dé-carboner la production d'énergie, une vingtaine de pays ont en projet ( COP28) le triplement leur capacité d'ici 2050 ce qui pour les spécialistes est ambitieux mais techniquement faisable.
Cette trajectoire supposerait de porter la durée de vie des réacteurs à 80 ans, la moyenne d'age des réacteurs en fonction dans le monde est de 32 ans (2023) . De 2018 à 2022, 29 réacteurs ont été arrêtés leur age moyen était de 43 années et demi . Le plus vieux réacteur en service est situé en Suisse il a 54 ans .
Actuellement, soixante réacteurs sont en construction , vingt six sont sur le sol chinois.
(les vues de RTE en fin de fiche)

LES ENERGIES INTERMITANTES

Des problèmes se profilent à l'horizon.

En effet, la réduction de l'activité économique et l'arrivée de l'éolien et du photovoltaïque invitent GDF qui possède des centrales thermiques au gaz à fermer ses centrales devenues non rentables et surtout productrices de gaz à effet de serre. Elles représentent 14 GW et la France n'est pas la seule touchée, en Europe cela représente 51 GW .
Pourtant ces centrales sont devenues indispensables du fait de l'intermittence de l'éolien et du photovoltaïque, les centrales thermiques au fioul ou au gaz  peuvent être mises en service rapidement lorsque l'éolien ou le photovoltaïque font défaut.
Pour palier ces problèmes qui ne peuvent pas être pris en considération par les compagnies privées, la rentabilité de systèmes ne fonctionnant qu'en cas de coup dur est loin d'être assurée, les décisions et le financement ne peuvent être que du ressort de l'administration et donc des États ou de l'Europe. On évalue ce besoin financier à 140 milliards d'euros qui seront difficiles à trouver. (novembre 2013)

Les problèmes se compliquent:
En 2022 deux évènements viennent compliquer les choses:
 -  d'une part,en France, de nombreuses centrales nucléaires sont à l'arrêt soit pour des opérations de maintenance qui avaient été programmées par EDF, soit par décision de l'ASN (agence de sécurité nucléaire) qui a détecté des problèmes de corrosion
 -  d'autre part des mesures de rétorsion à l'égard de la Russie qui a déclenché une guerre avec l'Ukraine. Ces mesures visent à priver la Russie des ressources que lui procure l'exportation de son gaz. La cessation de l'importation de gaz russe  va être particulièrement pénalisant pour les pays voisins, ex pays de l'URSS ainsi que l'Allemagne très dépendante du gaz russe notamment depuis l'arrêt d'une grande partie de ses centrales nucléaires.

L'utilisation de l'énergie solaire pour la production d'électricité, consiste à disposer des cellules photovoltaïques (voir la photo) qui produisent un courant électrique continu par temps ensoleillé. Un onduleur  transforme ce courant continu en courant alternatif de tension et de fréquence adéquat qui permet de se connecter au réseau EDF. L'électricité produite est rachetée un bon prix au producteur pour inciter à l'investissement.

L'objectif de l'Etat était de 4800 MW en 2020 mais devant l'aspect intéressant de l'investissement la file d'attente pour obtenir l'autorisation d'installation atteignait déjà ce montant en 2010. L'Etat fut donc contraint de ralentir les connections en raison de la limitation du budget. Pour compenser le frein mis à la construction de nouvelles installation, en octobre 2012 l'Etat augmente le tarif de rachat pour les petites installations de 36kW à 100kW. Le rachat passe de 17,5 à 18,4 centimes de façon à éviter l'effondrement de la filière et la liquidation des entreprises. Sur un autre plan , un règlement européen limite à 30% la production d'électricité d'origine solaire et éolienne du fait des problèmes posés par l'intermittence de cette énergie. La puissance fournie est maximum lorsque les rayons du soleil sont perpendiculaires aux panneaux ce qui fait que, en été,  avant 10h du matin et après 17h  la puissance est faible, en hiver c'est plus problématique. Pour une entreprise le créneau peut être satisfaisant mais pour tout un chacun ça ne l'est pas. Le stockage de l'électricité est difficile, actuellement seules les batteries lithium ion pourraient répondre aux besoins mais elles sont encore chères. Une solution pourrait , à terme, être trouvée, en effet la voiture électrique a besoin d'une très bonne puissance massique, lorsque en vieillissant les batteries voient leur performances baisser, l'autonomie du véhicule va se réduire, il faudra changer les batteries alors qu'elles peuvent encore servir. Lorsque la voiture électrique deviendra un objet courant, le recyclages des batteries va poser problème, une des solution consisterait à les utiliser  pour le stockage domestique.    

La Chine qui avait misé sur la construction de capteurs solaires se trouve en surcapacité. Du fait de la crise mondiale qui sévit chaque état se replie derrière son industrie afin de ne pas accroître le chômage. Elle est parvenue à réaliser des capteurs d'un rendement de 19,2% pour un coût de 1,5$ par Watt

Le solaire, comme l'éolien est une source d'énergie intermittente. Elle suppose de disposer d'installations capables de suppléer à leurs défaillances dans des délais courts. Pour cela des centrales au gaz notamment ont été construites mais leur rentabilité est loin d'être assurée aussi , actuellement , en 2013, les constructeurs envisagent de fermer ces centrales. Le coût de ces fournitures d'énergie, solaire et éolienne associées aux usines thermiques polluantes devient problématique.

Exemple de centrale solaire classique Crucey (Eure et Loir)
 

La centrale solaire de Crucey occupe un emplacement de 244 ha dont 130 pour les panneaux solaires. Prévue pour fournir une puissance crête de 60Mw produite par 741 150 modules de type "couches minces". Elle est installée sur un terrain pollué d'une ancienne piste aérienne. Elle a été inaugurée le 28 septembre 2012

Les essais de centrales à stockage d'énergie:
La centrale MYRTE. Située près d'Ajaccio en Corse, ( Gestion conjointe Université-CNRS ) cette centrale solaire expérimentale  de 3700 m² de panneaux photovoltaïques est associée à une unité d'électrolyse de l'eau qui produit pendant les périodes de fonctionnement de l'oxygène et de l'hydrogène qui sont stockées dans des cuves sous pression (35bars) . Lorsque les panneaux ne produisent plus d'électricité, ces gaz sont recombinés à l'aide d'une pile à combustible qui produit de l'électricité et de la chaleur (chaleur également intermittente ) .



Le champ photovoltaïque peut produire au mieux 560 kW (kW crête) en plein Soleil.  La capacité de stockage de l’hydrogène est de 1,75 MWh. La pile à combustible peut fournir de l’électricité pendant quelques heures à pleine puissance (entre 3 et 4 heures pour un rendement de pile égal à 50%).

Une autre technique utilisable dans certains sites consiste à réaliser deux bassins pouvant contenir de grandes quantités d'eau l'un à un niveau bas l'autre en altitude. Pendant la période de production d'électricité une pompe élève l'eau contenue dans le bassin "bas" vers le bassin haut. Lorsque la production d'électricité s'interrompt on laisse redescendre l'eau qui fait tourner un générateur
 

Plus concrètement, si comme moi vous êtes tenté par l'installation de panneaux solaires dans votre maison, j'ai réalisé une petite étude sur les 8 panneaux installés dans ma résidence secondaire dans le Languedoc (voir le topo)

L'ENERGIE EOLIENNE

La première éolienne a été créée par l'inventeur américain Charles Francis  Brush en 1888 (voir sa fiche)
En janvier 2012 le gouvernement décide de progresser dans le domaine de l'éolien et notamment l'éolien en mer.
En 2021, le gouvernement se trouve face à un mouvement d'une part des amoureux des paysages français, paysages défigurés par le développement anarchique des éoliennes et d'autre part des pêcheurs qui ont déjà des difficultés posées par le brexit (sortie de l'Angleterre de la communauté européenne), les eaux anglaises ne leurs sont plus ouvertes systématiquement et les éoliennes en mer risquent de leur créer des difficultés supplémentaires.

Les projets d'éolien en mer (offshore)

Le 23 novembre 2022 le parc éolien au large de Saint-Nazaire a été mis en service. C'est le premier parc éolien français, il doit produire 480 MW
Le 17 décembre 2023 la dernière des 62 éoliennes du parc au large de Saint Brieux a été posée. D'une puissance nominale de 8 MW le site devrait être mis en service au 1er semestre 2024

Quelques détails sur le projet méditerranéen de Port Saint Louis: Il s'agit d'un projet pilote de 3 éoliennes de 8,4 MW flottantes ancrées à 100 m de profondeur à 17 km des côtes. Elles devraient être mises en service fin 2023 le coût est estimé à 300 millions d'euros.

Objectif 2050 pour l'éolien en mer 45 GW
   - 3 parcs en fonctionnement
   - 3 parcs en construction
   - 2 parcs attribués
   - 4 procédures en cours

Production d'électricité en France

2022 année noire pour la production d'électricité en France

2022 a vu une conjonction d'évènements particulière. Sur le plan météorologique, l'année a été sèche, la production des barrages hydroélectriques ralentie, et le refroidissement  de certaines centrales nucléaires diminué. C'est surtout coté nucléaire que la situation a été difficile, plusieurs centrales étaient arrêtées pour maintenance situation prévue , remplacement des générateurs de vapeur en vue de prolonger la vie de certaines centrales , ce qui est un travail énorme (voir la fiche Macron_2 ) mais aussi la découverte de corrosion de soudures et de soudures défectueuses dans certaines centrales par l'Agence de Sécurité Nucléaire (ASN) ayant entraîné leur arrêt et la centrale EPR2 de Flamanville qui n'est toujours pas connectée au réseau électrique national. (prévision été 2024)
Le 17 mai 2024 le chargement du combustible de l'EPR2 de Flamanville l'agence de sécurité nucléaire ASN n'a constaté aucun problème. Les étapes suivantes sont: Début de la réaction nucléaire, Fonctionnement à 25%, Fonctionnement à 80%, Couplage au réseau qui devrait intervenir à l'été 2024.

https://analysesetdonnees.rte-france.com/bilan-electrique-synthese

PRODUCTION D' ÉLECTRICITÉ NUCLÉAIRE  DANS LE MONDE

La production d'électricité d'origine nucléaire a augmenté de 3,7 % entre 2018 et 2019. C'est la septième année consécutive de hausse. La part du nucléaire dans le mix électrique mondial est passée de 10,2 à 10,4 %. Il y a 453 réacteurs en service dans 31 pays. La production au Japon continue de remonter (+33 %) au fur et à mesure de la relance des réacteurs fermés après Fukushima. La Chine poursuit le développement de son parc (+20 %). En France, les problèmes de maintenance ont provoqué une baisse (la fermeture de la centrale de Fessenheim est intervenue en 2020).  Le recul en Allemagne continue, mais à un rythme plus lent. (Source  BP Statistical Review 2020  Site:  https://www.planete-energies.com/fr/medias/chiffres/production-mondiale-d-electricite-nucleaire)

Principaux pays producteurs d'uranium, production annuelle en tonnes
 

Source : le monde du 11/01/2009

LES  CENTRALES A GAZ

Aux Etats Unis l'exploitation des gaz et pétroles de schiste est autorisé dans plusieurs Etats. Ce gaz et pétrole est inclus dans la roche , il est nécessaire, pour le libérer de briser la roche, c'est la fracturation. Pour cela les exploitants injectent dans le sol des grandes quantités d'eau contenant des additifs sous haute pression, c'est la fracturation hydrolique. Il découle de cette technique, des probabilités importantes de pollution des mappes phréatiques. De l'absence de règlementation , découle une anarchie dans l'exploitation de ces gaz mais aussi une chute des prix de l'énergie aux US  donne un coup de fouet sur les coûts industriels qui risque de bouleverser le commerce international. Actuellement (début 2013) les forages sont interdits même pour la recherche et l'évaluation des gisements.
 

Les gaz de houille:
Une autre voie semble se présenter pour la France , l'exploitation des gaz de houille. Compte tenu de la structure de la houille il semblerait possible d'exploiter ces gisements sans fracturation hydraulique. Pour le moment , début 2013, la possibilité d'exploitation de ces gaz vient d'être évoquée. (à suivre)

Un nouveau venu sur le marché de l'énergie l'Hydrogène

l'hydrogène est un gaz très répandu sur terre notamment l'eau est le résultat de l'association de l'oxygène et de l'hydrogène . On ne le trouve pas à l'état naturel, il est toujours associé à d'autre corps aussi, avant de l'utiliser il faut le fabriquer. Cette affirmation doit être nuancée, des forages ont mis en évidence la présence d'hydrogène dans les anciennes mines de charbon dans le nord et l'est de la France. Les premiers résultats montrent que plus le forage est profond plus la concentration d'hydrogène est importante. Nous n'en sommes pas à l'étape de l'exploitation mais un espoir d'hydrogène blanc (2023) donc sans production de CO2 se fait jour. Actuellement deux pays semblent avoir des possibilités dans ce domaine, la France et l'Australie.

Il existe actuellement trois types de procédés de production  de l'hydrogène et un espoir d'hydrogène blanc:
 

Aujourd'hui, 95 % de l'hydrogène est fabriqué à partir de sources d'énergies fossiles (gaz naturel, pétrole ) et de bois.
 Il existe actuellement trois types de procédés de production :
 
    1/ Le procédé le plus courant de fabrication de l'hydrogène est le reformage (conversion de molécules à l'aide de réactions chimiques) du gaz naturel par de la vapeur d'eau surchauffée . On parle alors de vaporeformage. En présence de cette vapeur d'eau et de chaleur , les atomes carburés (C) du méthane (CH4) se dissocient . Après deux réactions successives , ils se reforment séparément pour obtenir , d'un côté du di-hydrogène (H2) et de l'autre du dioxyde de carbone (CO2) . Cette opération nécessite donc le recours au gaz naturel et produit donc du CO2.

   2/ Un autre procédé est la gazéification du charbon  de bois composé principalement de carbone et d'eau . Brûlé dans un réacteur à très haute température ( entre 1 200 et 1 500°C), le bois libère des gaz qui vont alors se séparer et se reformer pour obtenir , du dihydrogène (H2) et de l'autre du monoxyde de carbone (CO).

   3/ L'hydrogène peut aussi être fabriqué à partir de l’électricité, par l'électrolyse de l'eau. Elle consiste, à l'aide d'un courant électrique, à décomposer l'eau (H2O), en dioxygène (O2), d'un côté et en dihydrogène (H2) de l'autre . Cette méthode est très loin d'avoir la compétitivité économique de la production à partir des sources fossiles mais elle présente l'avantage de ne pas émettre de gaz à effet de serre. Si l'électricité est fournie par des panneaux solaires ou de l'éolien, dans ce cas l'hydrogène fourni prend l'appellation  d' Hydrogène vert. Une station offshort Sealhyfe construite par Lhyfe expérimentale produit 400 kg d'hydrogène par jour.. Une usine est également en projet, elle devrait fournir 1,6 Tonne d'hydrogène par our en 2025.

L'hydrogène produit aujourd'hui par vaporeformage du méthane coûte environ 1,5€/kg d' (H2) à la sortie de l'usine (hors coût de distribution ) un prix de revient qui est d'ailleurs le triple de celui du gaz naturel.

De nombreux pays aux sols pauvres mais souvent écrasés de soleil voient en la production d'hydrogène une possibilité de ressource. Recouvrir des surface désertiques de panneaux solaires leurs permettrait de produire de l'hydrogène . Le Maroc, L'Egypte, Oman, le Qatar, L'Arabie, Les Emirats Arabes Unis et probablement d'autres Etats ont en projet la production d'hydrogène

Hydrogène blanc. ou hydrogène natif: Des forages récents (2023) dans d'anciennes galeries de mine de charbon en Moselle ont permis de trouver de l'hydrogène à l'état naturel. Plus les forages sont profonds, plus la concentration en hydrogène est importante. Si les espoirs se confirment une production d'hydrogène non polluante à relativement bas coût serait envisageable. Dans le cadre de France 2030, l’État entend lancer une étude exploratoire sur l’hydrogène naturel afin d’évaluer d’ici à 2025  les potentiels d’extraction en France, mais également les intérêts économiques et impacts environnementaux  A suivre
     https://selectra.info/energie/actualites/expert/hydrogene-blanc

Coût de l'Hydrogène
 L'hydrogène issue de l'électrolyse revient aujourd'hui à un coût 4 fois supérieur sans compter l'impact du prix de l'électricité.
La technique par électrolyse ne représente aujourd’hui en France que 1 % de l’hydrogène produit. Mais le développement des nouveaux usages de l’hydrogène-énergie, qui nécessitent un hydrogène plus pur, ouvre de vastes perspectives à cette technique. Des recherches sont menées pour diminuer le coût de production, notamment en recourant à une électrolyse à haute température (EHT), entre 700 et 800 °C.
L'hydrogène vert obtenu par électrolyse coûte environ 10 €/kg
L'hydrogène natif dans la phase pilote revient à 3 à 4 €/kg en phase industrielle coûterait de 1 à 0,5 €.

Les coûts énoncés ci dessus ne tiennent pas compte des conditions d'utilisation et la qualité du gaz requise pour son utilisation. Pour la traction électrique notamment deux processus sont possibles , la pile a combustible qui va générer un courant électrique pour alimenter des moteurs ou la combustion Oxygène Hydrogène dans un moteur thermique

Stockage de l'hydrogène:
Le stockage de l'hydrogène est problématique :
Sous forme liquide il est pratiquement réservé au spatial. Pour liquéfier l'hydrogène  il est nécessaire de faire descendre sa température à environ 20K ( -253 °C ) et l'y maintenir ce qui n'est pas simple.
Sous forme gazeux généralement à 700 bars de récipient n'est pas simple à réaliser et particulièrement pour les véhicules notamment pour la sécurité. Une fuite, même légère, la molécule de l'hydrogène est très petite , peut être dramatique dans une atmosphère confinée, une étincelle peut provoquer une explosion.
Le volume et le poids du récipient peuvent être importants:
 sous forme gazeux à 700 bars il peut être stocker 42 kg d'hydrogène par m3
 sous forme liquide à -253 °C  70 kg de gaz dans un m3.

Une startup , Mc Phy, émanation du CNRS a mis au point un système de stockage de l'hydrogène dans une galette d'hydrure de magnésium qui semble présenter d'énormes avantages . Une galette de 30cm de diamètre et 2 cm d'épaisseur (dimensions approximatives) peut stocker 600 L d'hydrogène, soit 42 g dans un volume de 700 cm3 ce qui donne environ 60kg au m3 . Combiné avec le métal, l'hydrogène est solide, son utilisation semble simple, et sur le plan de la sécurité ne présente pas de problème . Si toutes ces qualités se confirment ce système devrait avoir un brillant avenir.
L'équipe de l'institut Néel qui a conçu ce procédé,Patricia de Rango, Daniel Fruchart, Albin Chaise, Michel Jehan et Nataliya Skryabina s'est vu attribuer le prix de l'invention 2023 par l'institut européen des brevets
     https://www.ecosources.org/100-galette-de-stockage-d-hydrogene-solide-mcphy
     https://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/comment-fabriquer-l-hydrogene

Le train à hydrogène:
Le coût actuel hydrogène - pile à combustible est un obstacle à sa démocratisation. En France Montpellier aurait renoncé à s'équiper en hydrogène-accu
 En 2018, en Allemagne , Alstom a fourni des trains avec comme source d'énergie une pile à combustible à hydrogène le Coradia iLint , depuis le Coradia iLint à parcouru 220 000 km dans 8 pays européens. En 2022 ce train à parcouru 1175 km sans recharge en hydrogène. Il est  actuellement utilisé sur deux lignes en Allemagne.
Ce système de traction est particulièrement intéressant pour équiper les lignes non électrifiées or en Amérique du Nord seules 1% des lignes sont électrifiées, le passage à l'hydrogène permettrait de se passer du diesel sans gros problèmes d'infrastructure. Au Canada où Alstom est présent notamment au Québec où il emploie 1800 personnes .

Moteur à combustion d'hydrogène
Dans le monde entier les réalisations de véhicule de toutes sortes à hydrogène sont effectuées et, en Californie, les voitures individuelles à hydrogène battent des records.

La pile à combustible
L'exploitation de l'hydrogène comme source d'énergie se fait principalement à l'aide de piles à combustible qui vont fournir l'énergie attendue sous forme de courant électrique et de chaleur.

 De nombreuses technologies existent en matière de piles à combustible , mais deux filières principales ont d’ores et déjà trouvé de nombreuses applications industrielles : les piles PEM, à membrane, et les piles SOFC, à oxyde solide

        La pile à membrane échangeuse de protons ( PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) est compacte et travaille à basse température (80 °C), avec un électrolyte  en polymère. Elle  fournit essentiellement de l’électricité, avec des rendements moyens entre 40 et 60 %. C’est un peu la pile « tous terrains », utilisable en mode portatif ou en mode stationnaire. Elle fait encore l’objet de nombreuses études, notamment pour diminuer son coût. Celui-ci est dû notamment à l’utilisation de platine pour l’anode et la cathode. C’est la seule qui convienne pour un usage dans les transports. Elle peut aussi être utilisée pour le stationnaire de « niche », comme l’alimentation de sites isolés ou la génération électrique de secours.

        La pile à oxyde solide (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) constitue une technologie bien adaptée à la cogénération (électricité + chaleur). Elle a pour électrolyte un oxyde double de zirconium et d'yttrium. Sa température de fonctionnement, de 800 °C, permet d'utiliser n'importe quel combustible contenant de l'hydrogène, grâce à des procédés de reformage interne, ce qui affranchit de la nécessité d’utiliser de l’hydrogène pur et permet d’employer notamment le gaz naturel du réseau. Elle a un très bon rendement électrique -entre 40 et 70 %- ainsi qu’un très bon rendement thermique. La chaleur qu’elle produit est en partie réutilisée pour le fonctionnement de la pile et la chaleur résiduelle, qui est à haute température, peut être facilement récupérée. Très lourde, sensible aux vibrations et supportant mal les arrêts fréquents, la pile SOFC est destinée à des utilisations stationnaires (unité de production électrique pour logements collectifs par exemple)

https://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/les-differents-types-de-pile-combustible

Une technologie prometteuse: l'utilisation de nanotubes de carbone. Issus de recherches au CEA et au MIT  (USA) le carbone en très faible couche , un atome, possède des propriétés tant électriques que mécaniques extraordinaires. Une startup créée par d'anciens chercheurs applique ces technologies notamment dans le domaine des composites et des piles à combustible. Une pile dans laquelle les électrodes sont recouvertes de nanotubes de carbone 

Une énergie renouvelable:  La méthanisation

La méthanisation est un procédé de traitement et de valorisation des déchets, qui reproduit un  phénomène biologique naturel par lequel les bactéries dégradent la matière organique. A la différence du compostage, ce processus également appelé digestion anaérobie, se réalise en l'absence d'oxygène
Mais revenons au procédé de traitement. Celui-ci consiste à chauffer et brasser pendant un à deux mois des matières organiques (intrants) au sein d'un réacteur appelé méthaniseur ou digesteur. Une large gamme d'intrants autant liquides que solides peuvent être traités par ce procédé: matières agricoles (fumier, lisier, résidus de céréales, etc.), déchets des entreprises agroalimentaires, biodéchets des ménages et collectivités (déchets alimentaires, tonte de pelouses, graisses, etc.), ou encore boues de station d'épuration. La dégradation de ces matières par les bactéries conduit à la formation:
 

d'un biogaz, principalement composé de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2)[3] (le même gaz que celui s'échappant des marais !).
 

A noter que la méthanisation peut être conduite à des gammes de températures de l'ordre de 35-40°C (on parle de méthanisation mésophile) ou de 50-56°C (thermophile). La voie mésophile est la plus courante en milieu agricole.

Du positif pour l'Etat
L'Etat voit dans ce processus un moyen d'accroître les revenus du monde agricole et d'accroître notre indépendance énergétique (bien que modeste actuellement).

Du positif pour les agriculteurs :
- Réduction des achats d'engrais de synthèse (environ 20%)
- Réduction des achats d'énergie
- Revente du surplus d'énergie

 https://www.notre-planete.info/actualites/4787-methanisation-avenir-danger-environnement-sante

Une énergie inépuisable: L'énergie osmotique

Avant tout, un peu de chimie simplifiée:

La molécule d'eau se compose d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.
  -  l'oxygène de valence 6 (nombre d'électrons sur la couche de valence)
  -  l'hydrogène de valence 1
Les atomes les plus stables ont leur couche de valence pleine ou égale à 8. La 1ére couche est pleine à 2 électrons (ex l'hélium) la 2ème couche, si le numéro atomique de l'atome est supérieur à 2,  8 électrons ( ex le néon) 3ème 18,  ainsi l'association de l'oxygène valence 6 et de 2 atomes d'hydrogène de valence 1 va se réaliser en mettant en commun, les électrons de l'hydrogène. Deux atomes d'hydrogène  vont se lier à l'oxygène qui va donc avoir en apparence 8 électrons  sur  sa couche de valence. Lorsqu'on dissocie une molécule d'eau à l'aide d'un champ électrique les atomes d'oxygène  vont conserver les électrons de d'hydrogène, il vont donc être négatifs et se retrouver à l'anode de l'électrolyseur,  les atomes d'hydrogène qui ont perdu chacun 1 électron deviennent positifs et se retrouvent à la cathode. On voit que tout en étant neutre électriquement la molécule d'eau peut avoir des comportements locaux variables selon la proximité avec les atomes d'hydrogène ou d'oxygène.

Une molécule de sel Cl Na (chlorure de sodium)
     Le chlore numéro atomique 17 possède sur sa couche de valence couche 3,  7 électrons
     Le sodium N°  11  possède sur sa couche de valence couche 3,  1 électron
La molécule de sel est donc composée d'un atome de chlore et d'un atome de sodium qui mettent en commun leurs électrons de valence 7+1 = 8

Si on dissous du sel dans de l'eau le soluté (le sel) va se dissocier dans le solvant ( l'eau) en 1 atome de Chlore qui va emporter l'électron de valence du Sodium et devenir électro-négatif et le Sodium qui a perdu son électron devient positif.
Les ions vont avoir tendance à s'associer aux molécules d'eau, le Cl- avec les zones positives H de la molécule et le Na+ avec les zones négatives oxygène  et former des paquets de molécules.

L'osmose:

Constaté depuis 1748 le phénomène d'osmose a été théorisé et mis en équation par le chimiste néerlandais Van 't Holf récompensé par le 1er prix Nobel de chimie en 1901.
Si on sépare deux solutions eau+sel de concentration différente par une membrane qui laisse passer l'eau mais pas les ions de soluté ; on constate que l'eau va migrer vers la solution la plus concentrée jusqu'à ce que les concentrations deviennent identiques. C'est le phénomène d'osmose.

En mettant en présence, d'un coté l'eau d'un fleuve (eau douce) et de l'autre coté d'une membrane osmotique de l'eau de la mer (eau salée) ,  l'eau douce va migrer à travers la membrane en direction de l'eau salée . Si d'un coté comme de l'autre de  cette  membrane semi perméable nous avons un réservoir,  la quantité d'eau du coté "sel" va augmenter et le niveau montant, la pression va augmenter. la limite théorique est 27 bars ce qui est très important mais encore faudrait-il que la membrane séparatrice résiste, dans la pratique on se limite à 10 bars. On peut alors exploiter cette différence de pression pour faire tourner une turbine et produire de l'électricité. Les résultats sont très décevants . En Norvège une  centrale expérimentale a été réalisée et ne produit que 4 KW . Ce principe n'a pas été retenu, d'autant plus que cette membrane qui ne permet d'obtenir que 0,5W/m² est très chère, plusieurs centaines d'Euros au m².

En 2013 Lydéric Bocquet du CNRS publie dans la revue Nature un article dans lequel il montre qu'à laide de nano tubes de bore son équipe est parvenue durant le processus d'osmose à ne laisser passer que les ions Na+ alors que les ions Cl- ne franchissent pas la membrane. Une différence de potentiel apparaît de part et d'autre de la membrane, et le flux d'ion peut être important ce qui permet la réalisation d'un courant électrique.  A partir de ces travaux et la rencontre avec une équipe de chercheurs: Nicolas Heuzé, Pascal Le Mélinaire, Bruno Mottet une startup a été créée Sweetch-energy en 2015

L'équipe est parvenue à créer une membrane , l'élément essentiel de la mise en évidence du processus osmotique, en utilisant les découvertes de Lydérick Bocquet  20  fois plus performante que les membranes existantes et 10 fois moins chère. La technologie INOD ( Ionic Nano Osmotic Diffusion ) va être mise en application dans un démonstrateur à l'embouchure du Rhône près de l'écluse du Barcarin . Ce démonstrateur devrait être mis en service en 2024. Mais à ce jour (9 août 2024 ) aucune photo ni reportage n'ont été diffusés semble t il..

Si INOD tient ses promesses, nous serions en présence d'une source d'énergie idéale . En dehors de la réalisation de la centrale de production par elle même, fonctionnement permanent , pas de pollution, pas d'émission de gaz, pas de consommation, pas de gène pour le voisinage . Sur le plan contrainte il faut évidemment la rencontre eau douce, eau salée, donc des estuaires fleuve-mer, et si évidemment, les enjeux sont tels que peu d'information ne sont diffusées sur les membranes, leur longévité. Il est certain que les membranes sont protégées par des filtres mais le rôle des filtres est d'arrêter les impuretés, donc de s'encrasser. On attend des informations plus sérieuses sur cette technologie.

Le site internet de Sweetch energie ne légende pas ses images en attendant confirmation nous supposerons qu'il s'agit du démonstrateur construit ( ou en cours de construction) près de l'écluse de Barcarin sur le Rhone . Photo ou Projet d'architecte ?
 

https://fr.wikipedia.org/wiki/Lyd%C3%A9ric_Bocquet
https://fr.khanacademy.org/science/biologie-a-l-ecole/x5047ff3843d876a6:bio-4e-annee-sciences-generales/x5047ff3843d876a6:bio-4-2h-transport-membranaire-l-osmose-et-la-diffusion/v/osmosis
https://ecampusontario.pressbooks.pub/genchempourlesgeegees/chapter/8-7-tendances-periodiques-et-variation-des-proprietes/
https://www.sweetch.energy/inod-technology
https://www.paca.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/f09323p0119_recours_precisions.pdf

Un projet d'envergure : La fusion nucléaire (énergie du futur?)
(illustration de droite)

L'énergie nucléaire actuelle utilise la fission de l'atome. Elle consiste à casser le noyau de l'atome (uranium ou plutonium) en le bombardant de neutrons. Lorsque le noyau de l'uranium ou du plutonium absorbe un neutron il va dans la plus part des cas se briser en libérant de l'énergie et un neutron qui va à son tour participer au bombardement.

La fusion nucléaire consiste à porter des gaz de faible poids atomique (Deutérium et Tritium) à une température extrêmement élevée, 150 millions de degrés. A ces températures les gaz sont entièrement ionisés, c'est à dire que les atomes sont entièrement dissociés, protons, neutrons, électrons sont devenus indépendants. Soumis à un champ magnétique intense, les particules chargées électriquement sont réorientées pour se combiner en hélium alors que les neutrons vont céder leur énergie. L'énergie libérée est telle que les matériaux qui sont contenus dans la batterie de nos ordinateur serait susceptible de fournir l'équivalent de 40 tonnes de charbon.

Pour réaliser cette fusion aucun matériau ne peut supporter une telle température aussi , le plasma ainsi obtenu doit-il être maintenu en lévitation à l'aide de bobines magnétiques qui seront parcourues par des courants électriques très intenses. Pour ce faire elles sont réalisées en matériaux supraconducteurs refroidis par le l'Hélium liquide (-269°c). Il est évident que pour obtenir ces températures et de l'hélium liquide, beaucoup d'énergie doit être dépensée.

Le projet ITER
Le terme de Tokamak est un acronyme de termes russes. Inventé par les savants russes Igor Tamm et Andeï Sakharov. Le premier a été construit à Moscou à l'Institut Kurchatov.
Il existe actuellement plusieurs dispositifs capables de mettre en application un tel procédé. Le plus important est en Angleterre le JET (Joint European Torus) c'est une installation de recherche qui a produit 16MW de puissance de fusion mais elle produit moins d'énergie qu'elle en consomme. Le Tokamak en cours de construction ( En 2024 ce Tokamak fonctionne et vient de battre un record voir West ci dessous) , à Cadarache dans le sud de la France, a pour ambition de produire 10 fois plus d'énergie qu'il en absorbe, 500 MW pour 50 absorbés.(voir ci dessous le tokamak WEST)

 A travers les chiffres :
- 7  participants au projet Chine, Corée, Etats Unis, Europe, Indes, Japon, Russie (35 pays) chaque pays réalise une fraction d'ITER
- 10 000 km de câble supraconducteur (niobium-étain) 6 pays se chargent de sa réalisation soit 400 tonnes de Nb3Sn alors que la production était de 15 tonnes par an.
- 18 bobines supra conductrices, chacune d'elles pèsera 360 tonnes d'une hauteur de 14m et de 9m de large elles seront acheminées par bateau puis par convoi
- 23 000 tonnes poids du tokamak ( la tour Eiffel pèse 7 300 tonnes)
- le volume de plasma sera de 840 m3 le JET anglais à un volume de plasma de 100 m3
- au plus fort de l'activité 5 000 personnes travailleront sur le site
- 77 000 personnes ont déjà visité le site en construction

2024:
Afin de confiner le plasma plusieurs champs magnétiques vont devoir se combiner et notamment certaines bobines doivent entourer l'ensemble de la chambre à plasma  l'anneau

L'objectif est de montrer qu'il est possible de produire de l'énergie pendant un temps long. Il devrait entrer en fonction en  2030 et permettre la réalisation d'une unité préindustrielle en 2050
Iter devrait produire son premier plasma en 2025 et effectuer sa première fusion en 2035. Cependant ce projet très coûteux ne servira qu'à démontrer la faisabilité de la fusion. La production d'électricité sera pour plus tard .

Ces informations ont été puisées sur les sites ci dessous
 
http://www.paristechreview.com/2015/02/23/fusion-nucleaire-iter/
http://www.iter.org/fr/factsfigures
https://www.iter.org/fr/mach/tokamak
https://www.cnim-systemes-industriels.com/9-anneaux-en-composite-de-5m-de-diametre-pour-le-coeur-diter#
 Je conseil également la lecture de l'article de futura sciences sur l'avancement du projet à l'adresse :
https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-iter-produira-son-premier-plasma-2025-62711/ .

Les pays qui participent au programme ITER sont : les 27 membres de l'Union européenne + la Chine, l'Inde, le Japon, la Corée, la Russie, et les Etats-Unis. Avant le Brexit, la Suisse et le Royaume-Uni participaient à travers la Communauté européenne de l'énergie atomique (Euratom), et le programme ITER continue à respecter les contrats en cours avec ces pays. Tout nouveau contrat est gelé et dépendra de la résolution des négociations en cours.
Extrait de
 https://www.iter.org/fr/proj/inafewlines

En 2023 35 sociétés dans le monde travaillent sur la fusion:  21 sont situées aux Etats Unis  et 6 en Europe , Marvel en Allemagne, Renaissance Fusion en France, une en Italie, 3 au Royaume Unie, (La fusion proposée par Marvel est effectuée par Laser . Le laser (ou les lasers) est fabriqué par Thales en Roumanie)
https://www.connaissancedesenergies.org/afp/fusion-nucleaire-la-start-allemande-marvel-fusion-cherche-des-financiers-en-france-230310

Inauguration du Tokamak japonais JT-60SA:

Le 1er décembre 2023 a été inauguré le Tokamak Japonais qui pourrait être qualifié de petit frère d'ITER  Il a été réalisé par le Japon évidemment avec la collaboration de l'Europe et notamment du CEA . Sa construction a démarré en 2013 il a été achevé en 2020 . D'une hauteur de 15,5 m il a un diamètre de 13,5 m . 500 scientifiques ont collaboré à cette réalisation ainsi que 70 entreprises. Le CEA quant à lui a fourni les aimants supraconducteurs notamment . 10 des 20 bobines supra conductrices de 31 tonnes c'est impressionnant fabriquées par GE Alsthom, ainsi que la station d'essais cryogéniques qui permet de tester les 18 aimants principaux  ainsi que  la centrale de production de fluide cryogéniques (- 269°C) (Air Liquide)
extrait de la Revue Générale Nucléaire (RGN)
https://www.sfen.org/rgn/fusion-nucleaire-le-tokamak-japonais-jt-60sa-est-inaugure/

le réacteur West du CEA

Le tokamak West a généré un plasma de fusion nucléaire de plus de six minutes, avec une température stationnaire de 50 millions de degrés Celsius. Ce nouveau record de durée vient clore une campagne expérimentale très prometteuse qui a permis de progresser dans de nombreux domaines
Une nouvelle campagne d'essais devrait être effectuée en fin d'année (2024)
https://www.cea.fr/drf/Pages/Actualites/En-direct-des-labos/2024/plasma-west-nouveau-record-duree.aspx
Dans l’Univers:
 Dans un plasma, deux noyaux « légers » qui se percutent à grande vitesse peuvent fusionner, créant un noyau plus lourd. Lors de cette réaction, la masse des produits de fusion est inférieure à la somme des masses des éléments de départ : cette différence de masse est libérée sous forme d'énergie, selon la formule d’Einstein E=mc² … énergie à l’origine de la chaleur qu’émet le Soleil.

Sur Terre:
 pour récupérer de l'énergie de fusion, les scientifiques se concentrent sur la réaction la plus accessible : la fusion de deutérium et de tritium, deux isotopes de l’hydrogène contenant respectivement un proton et un ou deux neutrons. Cette réaction produit un noyau d’hélium, aussi appelé particule alpha (α), et un neutron doté d’une grande énergie cinétique (environ 80% de l'énergie produite par la fusion). • Les particules α, particules chargées, restent confinées dans le plasma et transmettent leur énergie en collisionnant avec les autres particules. Ainsi, les particules α contribuent à « l’autochauffage » du plasma. • Le neutron, sans charge électrique, n’est pas confiné : il est arrêté dans la paroi de l’installation. Son énergie cinétique est transformée en chaleur. Dans un réacteur, elle sera récupérée et transformée pour fournir de l’électricité. Le neutron est également utilisé pour régénérer in situ le tritium, et éviter ainsi toute manipulation en dehors de l’enceinte de confinement .
Article
 https://www.cea.fr/presse/Documents/DP/2013/DOSSIER_WEST.pdf
 

Economies d'énergie

La tendance actuelle est aux économies d'énergie, électroménager étudié pour être moins gourmand, isolation des bâtiments et éclairage basse consommation.
Pour ce dernier, un évènement passé presque inaperçu est l'attribution du prix Nobel de physique à trois chercheurs japonais : Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, et Shuji Nakamura pour l'invention de la led bleue en 1990. La led (light emitting diode ou diode électroluminescente) existait déjà, mais la led rouge, or le rouge est un rayonnement de longueur d'onde d'environ 0,65 μm alors que le rayonnement  bleu de 0,47 μm est plus énergétique. L'énergie contenue dans un photon est donnée par la formule E=hc/λ ou h est la constante de Plank et c la vitesse de la lumière et  λ la longueur d'onde du photon . On voit que plus la longueur d'onde est petite plus l'énergie est grande donc utilisable.

Shuji Nakamura ne s'est pas arrêté là en ajoutant des fluorescents qui excités par la lumière de la led vont convertir une partie des radiations à 0,47 μm en diverses fréquences jusqu'a obtenir une lumière blanche. (voir la fiche sur les éclairages) La led blanche est commercialisée depuis 1996. Le rendement de cet éclairage est de loin supérieur à tous les autres et va occasionner des économies d'énergie considérables. L'absence d'échauffement, il n'y a pas d'effet Joule, offre un rendement excellent, qui va bousculer la fabrication des luminaires et accroître la durée de vie des sources lumineuses. On estime qu'en 2020, 75% de l'éclairage sera réalisé avec cette technologie.
Ajout 2024 il est difficile maintenant de trouver un autre mode d'éclairage

 Shuji Nakamura dont l'employeur japonais n'a pas eu la reconnaissance qu'il était en droit d'attendre a émigré aux Etats Unis.

La LED blanche actuellement a un rendement de 4 à 10% et fournit 26 à 70 lm/W on prévoit d'obtenir un rendement de 22% et jusqu'à 150 lm/W. Début 2015 on trouve dans le commerce des lampes fournissant 450 Lumens et consomment 5 Watts. Les formes de ces lampes se diversifient et notamment apparaissent des luminaires associant une multitude de Leds blanches. Il n'est pas exagéré de dire que l'éclairage par Led va se généraliser et que la consommation électrique pour les éclairages privés et publics va se trouver divisée par 10 et qu'il s'agit là d'une invention d'une portée extraordinaire

Le marché de l'éclairage par LED est évalué à 75,81 milliards de dollars en 2020 et devrait atteindre 160,03 milliards en 2026. L'économie d'électricité est évaluée à 18 milliards de dollars (j'aurais préféré des kWh) économisant 160 millions de tonnes de CO2
extrait du site : https://www.mordorintelligence.com/fr/industry-reports/led-lighting-market

 

Nouveaux consommateurs:

 Le véhicule électrique

Petit calcul personnel:
Actuellement (2021) les Etats procèdent à une marche forcée dans la direction du véhicule électrique. Les véhicules électriques devraient à terme remplacer les véhicules thermiques.
Il y a actuellement 52 millions de véhicules immatriculés en France. Seuls 39 millions roulent effectivement. La consommation d'un véhicule électrique est de l'ordre de 15 kWh/100km (15 10³/100).
Partons de 20 millions de véhicules (20 10⁶) parcourant chaque jour 50 km la consommation électrique annuelle serait:

20 10⁶ x 7,5 10³ x 365 = 54 750 10⁹ Wh     soit     54 750 GWh ou 54,75 TWh

Si l'on s'en réfère au tableau ci dessus , la production française annuelle est de 500 TWh il en résulterait une augmentation d'environ 11%. En ce qui concerne les véhicules et leur recharge classés dans le secteur résidentiel, la consommation d'électricité dans ce secteur est de l'ordre de 300TWh il va en découler une augmentation de ce secteur de 54 pour 300 soit 18%
Si cette consommation est prélevée sur les batteries il faudra compenser par une recharge de celles-ci en supposant que la recharge se fait en 10 heures (la nuit chez soi) avec un rendement de 100% la puissance appelée sur le réseau électrique sera :

(20 10⁶ x 7,5 10³) /10= 15 10⁹ W ou 15 GW

à rapprocher des pointes de consommation relevées en France (voir ci dessus)
Il va s'en suivre un besoin de mise à niveau non seulement des moyens de production mais aussi de distribution

Au 1er janvier 2024  on  recense en France 40 201 stations et 118 009 points de recharge dont  près de 14 500 bornes haute puissance incluant 7 000 en ultra haute puissance (supérieure à 150 kW), qui permettent une recharge en moins de 20 minutes. 
Le nombre de bornes très haute puissance, de 150 kW et plus, a été multiplié par 2 depuis le début de l'année 2023.

En Europe
En 2024 on compte 795 141 bornes publiques
Les Etats les plus pourvus
   - Pays bas       170 672
   - France           150 896
   - Allemagne      139 637
Les moins pourvus
   - Chypre                 493
   - Malte                   111

Les Data Center:

Les data center sont des immenses mémoires chargées de stocker tout et n'importe quoi dans lesquelles, les logiciels vont puiser leurs informations. Ils consomment actuellement (2024) environ 1% de l'énergie de la planète de 240 à 340 Twh.
   - Irlande: une centaine de data center dont la consommation dépasse le résidentiel
   - USA:  Ils devraient consommer de 4 à 10% de la consommation du pays en 2030
   - Europe: de 2% (62TWh) à 5% (150 TWh) en 2030

Les grands consommateurs d'électricité que sont les services de l'internet envisagent de créer leur énergie électrique.
   - Google associé à Kairos Power a en projet la construction de 4 réacteurs nucléaires de 140MW
   - Amazon associé à X Energie investit 500M$ dans la construction de petits réacteurs haute température de 80 MW avec pour objectif 5GW en 2039
   - Microsoft avec Constellation Energy redémarre la centrale "Three Mile Island" arrêtée en 2019 objectif 2028

Perspectives RTE

L'objectif de l'Union Européenne est de réduire l'émission de gaz à effet de serre de 50% en 2030 par rapport à 1990. La France en 2020 s'est fixée une réduction de 40% en 2050 .

Scénario de RTE ( 2023 ), la consommation d'électricité en  France devrait s'élever à 640 TWh par an ce qui représente un accroissement de 22% par rapport à 2021
   - Energie renouvelable 160 à 190 GW en 2035 ( actuellement 70 GW -2023)
   - Energie nucléaire  360TW en 2035 ( actuellement 320 )

En 2035,
  - la vente des véhicules thermiques devrait cesser. 18 millions de véhicules électriques seraient alors en circulation contre 1,6 millions en 2023. Ce qui représente un accroissement de consommation électrique de 40 TWh
  - on devrait compter 100 000 camions longue distance électriques , le parc actuel est de 307 000 poids lourds longue distance ce qui supposerait 12 200 points de recharge.

Un meilleur emploi des énergies intermittentes pourrait être réalisé à l'aide du stockage de l'énergie. Toutes les voitures ne sortent pas tous les jours du garage. Si l'installation électrique de ces véhicules le permet, RTE pourrait utiliser les batteries de celles ci comme réserve d'énergie aux heures de pointe.  Une recharge s'effectuerait durant les heures creuses des essais sont en cours actuellement (2024). ( vehicle-to-grid )

Il existe aussi une fiche sur le pétrole
Ainsi qu'une fiche sur l'énergie Hydrolienne

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Fiche revue le 11/11/2023

à nouveau le 17/10/2024

Document N° 076

 

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