| Voilà donc le type d'arguments
que les nucléocrates ont coutume d'utiliser à propos du solaire.
Mais il arrive souvent que, à bout d'arguments - ou dans un souci
constant et obstiné d'abuser les masses - on entende finalement
l'exclamation suivante: «croyez-vous donc que les populations
soient prêtes à revenir à la bougie?!».
On peut se demander parfois de quel côté est la «passion»
ou «l'irrationalité» en entendant de telles choses quand
on constate:
- que les partisans des énergies douces ne manifestent pas l'intention de faire un tel «retour en arrière», - qu'il n'y a pas de lien automatique, proportionnel et inéluctable entre croissance économique et croissance énergétique: rappelons que, selon une étude de la fondation Ford aux USA, il est possible par exemple d'envisager la poursuite d'un certain taux de croissance économique sans augmentation de consommation énergétique, - que les Pouvoirs Publics, ou les divers organismes qui travaillent à l'élaboration d'une «politique énergétique», n'ont jamais fait le moindre effort pour essayer de cbiffrer d'autres types de politique énergétique: ce point est d'ailleurs souligné à de nombreuses reprises dans les rapports Papon, Schloessing et Messmin de la commission des finances. Il apparaît donc opportun de faire état ici, de façon un peu détaillée, des travaux effectués par le «groupe de Bellevue»[15] dans la mesure où, sous forme de «scénario», il s'agit d'un exemple du genre de réflexion et d'approche qui devraient être effectuées par les organismes chargés officiellement de conduire une politique énergétique adaptée à la France. |
«Frappé par la timidité
de la prospective énergétique actuellement disponible pour
la France, ce groupe a naïvement entrepris, avec les moyens du bord,
l'étude d'un scénario énergétique axé
sur le potentiel renouvelable».
C'est en ces termes que s'exprime le Groupe de Bellevue pour présenter le «Projet Alter». Le Groupe de Bellevue est constitué de chercheurs de divers horizons: Centre National de la Recherche Scientifique, Collège de France, Electricité de France, Institut National de la Recherche Agronomique, impliqués professionnellement dans les recherches sur les énergies renouvelables. Les principaux points que nous retenons de l'introduction sont: - sur le plan de la motivation la volonté de réduire la «psychose selon laquelle un arrêt du développement nucléaire provoquerait nécessairement à terme une pénurie dramatique, pénurie qui concernerait en premier lieu les classes sociales aujourd'hui défavorisées et ruinerait l'économie du pays». - sur le plan de la démarche: «la remise en cause de l'impératif catégorique de croissance industrielle et son remplacement par un impératif de stabilisation de l'activité productrice de microcosme humain». 15. «Projet ALTER. Esquisse d'un régime à long terme tout solaire» (8 F) par le Groupe de Bellevue (85, boulevard de Port Royal, 75013 Paris). On peut se le procurer aussi au GSIEN. Voir aussi une courte introduction sur la Gazette N°15/16, p.8
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| Ceci se traduit par le refus d'utiliser
la démarche de prévision par extrapolation du passé.
Il faut savoir d'abord que le soleil (en France) apporte environ 3i)O fois l'énergie actuellement consommée. Le problème réside dans le fait que, étant « dilué » et intermittent, il n'est pas directement utilisable par l'homme pour satisfaire ses besoins en énergie, qui se présentent sous diverses formes. Pour raisonner en termes de « scénario », il est nécessaire de se pencher notamment sur 3 sortes d'informations capitales: - les quantités d'énergie utilisées par les différents secteurs (résidentiel, tertiaire, transports, industrie, agriculture) - la forme finale d'usage de l'énergie (chaleur, force motrice, électricité spécifique) - les « vecteurs » d'énergie (chaleur directe, combustibles solides, liquides, gazeux, électricité). Les auteurs de l'étude ont effectué un tel bilan à partir des données officielles disponibles actuellement, qui sont celles de 1975. Cela donne les 3 tableaux suivants: Secteurs d'utilisation de l'énergie
On notera que l'unité utilisée dans la comptabilité énergétique est le «Mégatep» (MTEP): «million de tonnes d'équivalent pétrole», c'est-à-dire la quantité d'énergie (sous une forme quelconque) qui aurait demandé l'utilisation d'un million de tonnes de pétrole. |
Utilisation finale de l'énergie en France (1975)
Répartition des vecteurs et sources d'énergie
p.9
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| L'étude fait apparaître:
que le secteur résidentiel et tertiaire représente une part
importante (39%) du bilan énergétique de 1975; que cette
énergie est utilisée essentiellement sous forme de chaleur
à basse température mais qu'elle est fournie par des combustibles
qui délivrent des calories à haute température et
même de l'électricité! Nous prenons ce secteur à
titre d'exemple mais on constate que les mêmes aberrations se retrouvent
dans tous les secteurs on utilise très souvent l'énergie
la plus «noble» pour la dégrader ensuite en ses formes
les moins nobles, toutes ces conversions successives représentant
un gaspillage considérable.
La démarche des auteurs est alors la suivante: 1. Chercher à définir des «besoins» à partir d'un certain nombre d'hypothèses sur le mode de vie et son évolution. 2. Considérer pour chaque usage la forme d'énergie la mieux adaptée et trouver la source d'énergie qui la satisfasse bien évidemment au moindre coût. Le «long terme» étudié correspond à l'an 2050. Les auteurs considèrent qu'à cette époque la France comptera environ 60 millions d'habitants et se basent sur les deux hypothèses suivantes très pessimistes: - en premier lieu, «il n'y aura plus de réserves fossiles» (ni charbon, ni pétrole, ni nucléaire)[16]; - en second lieu on admet qu'il n'y aura pas d'invention technique spectaculaire dans le domaine énergétique (notamment, il n'y a pas de fusion thermonucléaire, ni de production directe d'hydrogène à partir du rayonncment solaire, ni de centrales solaires spatiales) et on n'utilisera que les techniques dônt la faisabilité est actuellement démontrée. Un certain nombre d'hypothèsès ont été ensuite posées concernant l'évolution de divers « besoins» qui sont du domaine du « mode de~vie ». Il s'agit bien évidemment d'hypothèses arbitraires mais qui ont les caractéristiques suivantes: 1. Le confort augmente, ou plutôt de-vient plus égalitaire dans la mesure où chacun accède à un logement décent et àson automobile, notamment. 2. Les équipements collectifs et les transports en commun sont privilégiés (par contre, l'avion n'est pas « banalisé a). Cela se traduit par les hypothèses suivantes (tableau 4): Hypothèse arbitraire d'évolution de divers besoins
Dans le domaine du mode de vie, on ajoute encore
les deux hypothèses suivantes[17]:
16. Ou que l'on ne veut pas les utiliser à des fins énergétiques. 17. Ce qui suppose bien entendu une volonté politique qui n'existe pas actuellement. (suite)
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suite:
Les tableaux 1 et 3 donnent, comparés à la situation de 1975, les résultats obtenus dans ce contexte d'hypothèses et des diverses techniques d'utilisation rationnelle et optimale de l'énergie solaire. On remarque notamment que deux secteurs utilisent plus d'énergie (résidentiel, tertiaire et agriculture), mais que par contre le secteur des transports voit une baisse appréciable de sa consommation d'énergie. D'autre part, au niveau des «vecteurs» énergétiques, la «chaleur directe», inexistante actuellement, prend une. importance considérable par suite de l'utilisation directe du soleil pour le chauffage; par contre, les combustibles liquides (le fameux pétrole actuel) deviennent insignifiants et sont réservés pratiquement à la consommation des véhicules. Tout cela se traduit finalement, comme on peut le voir, par un bilan énergétique à long terme du même ordre de grandeur que celui de 1975 (141,5 MTEP contre 145,4). Le problème de la transition doit faire l'objet d'une autre étude détaillée, il est seulement abordé dans ses grandes lignes. On n'en donnera ici que quelques indications: 1. Les consommations passeraient par un maximum assez plat peu après 1985 pour décroître lentement vers le régime stable à long terme défini précédemment. 2. Dans la première période (1975-2000), la croissance de la production industrielle se poursuit en se ralentissant progressivement, avec un taux moyen de croissance annuelle entre 1,5% et 2% jusqu'à 1985 et inférieur à 1% ensuite[18]. Le potentiel industriel est employé: - d'une part à amener en l'an 2000 le niveau moyen de consommation et d'équipement de la population à celui prévu à long terme qui est considéré comme un niveau de saturation. - d'autre part à organiser l'appareil de production et de consommation de manière à économiser l'énergie et les matières premières et fabriquer des matériels plus durables. - enfin, à alimenter les exportations permettant en échange d'importer, entre autres mais en priorité, les combustibles fossiles dont la place est encore dominante dans l'approvisionnement énergétique du pays. En effet, pendant cette période, au moins jusqu'en 1990, l'apport des techniques nouvelles se limite aux économies d'énergie et au chauffage des locaux: on entreprend un effort de recherche et de développement à grande échelle (construction de prototypes variés) de manière à mettre soigneusement au point les filières et la structure du système énergétique qui sera mis en place ensuite. Parallèlement à cet effort de recherche, l'équipement hydro-électrique est poursuivi activement ainsi que l'équipement charbonnier et l'équipement gazier. 3. A la fin de cette première période (vers 1995), un vaste programme de reconversion est mis en oeuvre progressivement le potentiel industriel qui servait précédemment à assurer la croissance de la production de biens de consommation courante et du parc de biens d'équipement (croissance n'ayant plus de raison d'être pour cause de saturation au niveau prévu) est redéployé pour assumer la production du matériel qui doit assurer l'approvisionnement énergétique du pays à partir de l'énergie solaire. 4. Pendant la période suivante (2000-...), le potentiel industriel est employé - outre l'entretien et l'amélioration du parc existant et la charge des exportations - à la mise en place du nouveau système énergétique (y compris les transports). Cette mise en place progressive semble devoir durer assez longtemps (60 ans au moins). Cette mise en place, à peine amorcée en 2000, bat son plein en 2025 et est presque terminée en 2050. En conclusion, on peut donc constater que cette étude d'un scénario global que. constitue le «projet ALTER» tout solaire présente un intérêt manifeste. Il est évidemment possible de discuter des hypothèses - puisqu'elles sont la traduction d'une certaine vision de la société et de son fonctionnement - ainsi que des résultats chiffrés obtenus, mais l'essentiel à notre avis réside dans la démarche suivie puisqu'elle consiste notamment à partir d'une analyse des «besoins». Ces besoins sont ici définis par des hypothèses arbitraires, mais il est clair qu'ils pourraient - et devraient - être le fruit d'un large débat national. Enfin, on remarquera, à la lumière des hypothèses retenues dans ce scénario, que le maintien d'un certain niveau de consommation énergétique ne signifie absolument pas, dans les faits, le «retour à la bougie»! 18. Il faudra également repenser le probléme de la distribution du travail et substituer celui-ci au capital pour résoudre les problèmes de chômage. p.10
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| Il n'est pas dans les objectifs
de la Gazette Nucléaire de donner des informations techniques
détaillées, quel que soit le sujet considéré,
sachant que ce genre de travail est déjà effectué
par d'autres: nous préférons donc renvoyer le lecteur intéressé
à des ouvrages existants et, pour le sujet de ce numéro,
l'énergie solaire, on trouvera une bibliographie détaillée
sur les différents aspects du problème (voir annexe).
Toutefois, tant pour répondre à certaines interrogations
de nos lecteurs, que pour faciliter le compréhension du reste de
cette Gazette, nous avons jugé utile de donner tout de même
quelques indications de base sur les diverses façons d'utiliser
le solaire. Ce n'est absolument pas complet, même au niveau de l'inventaire,
nous nous attacherons seulement à parler des grandes voies possibles
ou existantes. Nous en profiterons, dans certains cas, pour faire le point
de certaines réalisations existantes ou en projet en France.
Nous citerons d'abord pour mémoire quelques «utilisations» particulières de l'énergie solaire: il s'agit en fait d'utilisation indirecte de cette énergie, à savoir l'hydro-électricité, l'énergie du vent, l'énergie des marées, l'énergie thermique des mers. D'autre part, nous ne reviendrons pas sur la «biomasse», ou utilisation des produits obtenus par la photosynthèse, puisque cet aspect a fait l'objet d'un premier examen dans la Gazette N°18. Nous n'aborderons donc ici que les autres aspects: production directe de chaleur, conversion thermodynamique, voire photovoltaïque, chimie solaire. Nous ajouterons une partie spéciale traitant du problème du «stockage», cette question étant particulièrement importante si l'on veut faire face au caractère intermittent de l'énergie solaire. Et pour tous ces points, nous emprunterons largement aux documents existants, dont la liste est donnée par ailleurs. |
1. Utilisation de l'énergie solaire sous sous
forme thermique
Toute surface exposée au soleil capte plus ou moins bien le rayonnement de celui-ci. Une partie de ce rayonnement est absorbée et entraîne le réchauffement du matériau constituant la surface, une partie est réfléchie. Une surface noire abosrbe tout le rayonnement visible; c'est justement pour cela qu'elle apparaît noire. Au contraire une surface blanche réfléchit la totalité de ce rayonnement. Un miroir n'est rien d'autre qu'une surface réfléchissante parfaitement lisse. Les habitations individuelles sont généralement construites pour exploiter le rayonnement solaire (façades orientées au sud, maisons étirées dans le sens est-ouest), ou pour s'en protéger dans les climats chauds (cours intérieures, patios). Les techniques actuelles permettent l'amélioration de ces méthodes. Ainsi un double vitrage orienté au sud ou au sud-ouest a généralement un bilan thermique positif: les apports solaires sont supérieurs aux déperditions. D'une façon plus large, il est possible actuellement, en jouant sur l'architecture, le choix des matériaux et des systèmes d'isolation, l'organisation rationnelle des échanges thermiques à l'intérieur des parois et de la maison, de capter - et de façon «passive» - une part importante de l'énergie solaire. Mais on peut aussi utiliser des capteurs solaires artificiels, permettant un rendement élevé et des solutions pratiques aux problèmes de chauffage. Le principe de captage est simple: il suffit d'absorber la majeure partie du rayonnement et d'en rééemettre le moins possible. On utilise pour cela des surfaces mates de couleur foncée (noir, vert, rouge, bleu) qui absorbent la quasi-totalite des rayons solaires, devant lesquelles on dispose une ou plusieurs vitres qui ont pour rôle de retenir le rayonnement infrarouge réémis par la surface foncée. L'ensemble se présente donc comme un véritable piège à calories conjuguant l'effet de serre et l'effet de corps noir. p.11
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| Pour récupérer ces
calories ainsi captées et les transporter jusqu'à l'utilisateur,
on utilise un fluide caloporteur qui est en général soit
de l'air circulant entre la surface mate et la vitre, soit un liquide (eau,
huile, antigel, etc.) qui circule derrière la surface absorbante.
Le rendement de ces capteurs simples, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie qu'ils fournissent et l'énergie solaire qu'ils reçoivent, dépend évidemment de beaucoup de paramètres, tels que la température à laquelle est porté le fluide caloporteur, la puissance du rayonnement solaire, la vitesse et la direction du vent, la température extérieure, etc. Pour ne citer qu'un chiffre, disons qu'un mètre carré de capteur incliné à 45° par rapport au sol peut fournir en France entre 850 et 1.500 kWh par an, ce qui est considérable; mais il s'agit là d'une énergie à basse température, le fluide caloporteur étant ainsi chauffé à 60°C environ. A partir de ces principes (architecture, matériaux, utilisation de divers types de «capteurs»), l'énergie solaire peut être utilisée de façon directe sous forme thermique pour produire notamment: - de l'eau chaude sanitaire, - un système de chauffage des maisons. Le bilan actuel des actions publiques entreprises en France est donné par le Ministère de l'Industrie, du Commerce et de l'Artisanat, dans un document d'octobre 1977: «Dans un premier temps, il était important de démontrer que l'utilisation de l'énergie solaire dans la vie quotidienne était possible, et économiquement rentable. C'est pourquoi a été entamée une campagne d'opérations d'applications de chauffage de locaux ou de chauffage de l'eau chaude sanitaire dans des bâtiments ayant une réelle valeur démonstrative, tels que centres administratifs, piscines, hôpitaux, etc. Depuis 1975, 64 opérations de dérnonstrai~on ont été ainsi engagées, parn~i lesquelles - 18 opérations concernant le secteur industriel, - 9 opérations concernant le secteur administratif, - 7 opérations concernant le secteur de l'enseignement, - 9 opérations concernant le secteur socio-culturel, - 13 opérations concernant le secteur des sports, - 3 opérations concernant le secteur de la santé, - 5 opérations concernant le secteur industriel et agricole. Ces opérations subventionnées représentent environ l'équivalent de 2.000 logements équipés. Le principe des subventions accordées consiste à financer une partie du surcoût entraîné par l'utilisation de l'énergie solaire par comparaison avec l'utilisation de l'énergie classique (jusqu'à 50% de ce surcoût). Les bénéficiaires sont, dans la quasi totalité des cas, des organismes publics ou parapublics, des collectivités locales ou des organismes d'intérêt public. La gestion des crédits et le contrôle des résultats sont assurés par l'Agence pour les Economies d'énergie, à la demande du délégué aux Energies nouvelles et après décision du comité directeur de l'agence. (suite)
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suite:
Ces opérations de démonstration ont eu pour conséquence de créer une demande dans un marché jusque là étroit. La fabrication des capteurs-plans a suivi une progression extrêmement sensible, puisqu'elle est passée de 4.000 m2 en 1975 à 12.000 m2 en 1976, 30 à 50.000 m2 en 1977, et devrait être de 100.000 m2 en 1978... Grâce à la création progressive du marché, les industriels fabricants sont mieux en mesure de prévoir des plans de charge permettant d'assurer une production de série. Cette évolution sera renforcée par l'effet d'opérations de commandes globales, notamment dans le domaine du chauffe-eau, telle l'opération HLM/Plan construction qui concerne 3.000 chauffe-eau en 1978. Les résultats sont d'ores et déjà positifs, à la fois dans le domaine des prix des matériels et de la création d'emplois locaux dans les secteurs de la production, de la distribution et de l'installation des équipements. 2. La production d'électricité ou d'énergie
mécanique par «conversion thermodynamique»
p.12
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| c) La focahsation linéaire
Les systèmes à focalisation linéaire utilisent des bandes parallèles de miroirs plans ou cylindro-paraboliques concentrant le soleil sur une chaudière dans laquelle on produit de la vapeur surchauffée, laquelle entraîne une turbine. Plusieurs variantes de réalisations de ces systèmes sont possibles, qu'il est inutile de détailler ici dans la mesure oû le coût et les performances que l'on peut en attendre sont voisins. Les concentrations obtenues varient du coefficient 20 au coefficient 50 environ et permettent d'atteindre des températures de l'ordre de 350°C. Un bon exemple de concentrateur linéaire est la chaudière réalisée au laboratoire d'Héliotechnique de Marseille (CNRS), qui utilise sept miroirs de 8 m sur 1 m. Cette chaudière, équipée d'un turbo-alternateur, produirait environ 5 kWé. On peut imaginer des équipements de structure analogue, mais d'une taille nettement supérieure. Les concentrations linéaires devraient bien convenir aux puissances comprises entre quelques dizaines de kW et un MW. Un de leurs avantages est qu'ils se prêtent sur le plan technologique à un grand éventail de réalisations. c) Captage direct Il consiste à utiliser des capteurs plans (dont on a vu le principe précédemment) ou des bassins solaires (adaptés pour les pays très ensoleillés) pour produire de la chaleur, qui est ensuite transformee en énergie mécanique par divers procédés thermodynamiques. 3. La production d'électricité par la
«voie photovoltaïque»
19. Malheureusement à basse tension continue, ce qui impose l'emploi de conventisseurs (mais dont la technique ne pose pas de problème). (suite)
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suite:
Ce qui est certain, c'est que les recherches en cours, qui peuvent à tout instant déclencher un coup de théâtre techologique, ne laissent d'incertitude que sur l'échéance, non sur le succès. 4. La chimie solaire
p.13
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| 5 Les problèmes de stockage de
l'énergie solaire
La production d'hydrogène - ou d'autres types de produits - est déjà une réponse apportée à ce problème du stockage. Mais cette question se pose aussi, et en d'autres termes, pour divers autres usages spécifiques de l'énergie solaire. Si on considère, par exemple, la production d'électricité par des centrales à conversion thermodynamique, on peut citer l'exemple du projet THEMIS: l'énergie solaire sert à échauffer un fluide de stockage particulier constitué d'un mélange de divers produits spécialement étudiés. Ce fluide (600 tonnes), dont la température peut varier entçe 250 et 425°C évolue entre 2 réservoirs qui permettent ainsi de «stocker» environ 6 heures d'ensoleillement, ce qui prolonge d'autant le fonctionnement de la turbine en dehors de la période diurne d'ensoleillement. Mais le plus important est sans doute le problème du stockage à réaliser pour le chauffage solaire des locaux et même, plus précisément, à l'échelle saisonnière, le problème consistant à stocker l'énergie l'été pour la restituer l'hiver. Diverses études et réalisations ont été effectuées àce sujet et on montre que la solution devient réalisable et de façon économique en construisant des cuves spéciales à faible déperdition de chaleur pour des ensembles de logements. Le «fluide» de stockage utilisé peut être soit de l'eau, soit même du sable, dont le «rendement» est encore supérieur à celui de l'eau. D'autres études portent également sur «l'héliogéothermie» qui promet d'être le plus efficace pour le chauffage urbain ou industriel. |
Si on croit Michel Bosquet dans le numéro spécial de
Que
Choisir: «de l'eau chaude «solaire» est injectée
dans des nappes d'eau souterraines, à faible profondeur, pendant
l'été, et elle est récupérée pendant
l'hiver, avec un rendement étonnant. Deux essais sont en cours en
France, l'un dû au Bureau de recherches géologiques et
minières (BRGM), l'autre à l'École des Mines de Paris
associée à EDF, cependant que Georges Vachaud en poursuit
l'étude au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).
L'étude la plus complète sur ce procédé, due à deux Suisses, A. Menjoz et B. Joos, de l'Institut d'hydrogéologie de Neuchâtel, est fondée sur la modélisation (c'est-à-dire sur le calcul par ordinateur) du cas suivant: pendant les six mois chauds, on injecte dans une nappe souterraine de l'eau à 90°C tout en soutirant simultanément une même quantité d'eau froide à la nappe. Durant les six mois d'hiver on inverse l'opération: on récupère alors près de 80% de la chaleur injectée sous forme d'eau à 67°C. Le rendement maximal de 80% est atteint au bout de cinq ans (il est de 63% la première année). L'équipe américaine de Witherspoon, au Lawrence Laboratory de Berkeley, a de son côté étudié le modèle suivant: pendant les trois mois les plus chauds, on njecte dans une nappe de cent mètres d'épaisseur de l'eau surpressurisée à 220°C. Après trois mois d'attente, on soutire l'eau chaude pendant 90 jours, au même débit et par le même puits. La température de l'eau soutirée tombe progressivement à 155°C et la quantité de chaleur récupérée atteint 91% (87% la première année). p.14
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