Cet article est le second d’une série qui vise à expliquer les fondamentaux de l’énergie. Pour accéder au premier article, cliquez ICI.
Tintin et les temple du soleil, Hergé
Il était une fois Tintin qui se demandait d’où venait l’énergie pour FAIRE1 toutes les choses que l’on fait de nos jours sur la Terre.
Je l’avoue, ce n’est pas le synopsis le plus drôle que Tintin ait déjà eu, mais en vérité c’est de cela que traite l’article ci-dessous.
Tintin, en journaliste rigoureux, approcha le sujet historiquement. Il utilisa la machine à remonter dans le temps du professeur Tournesol pour retourner très, très loin, avant que quelques singes ne se lèvent pour faire des singeries qui les mèneraient au bord d’un précipice environnemental. Alors, il vit l’extraordinaire, l’inimaginable : une planète qui se portait bien. À cette époque déjà, les minéraux ne faisaient rien de visible. Et les végétaux, eux, germaient, poussaient, grandissaient puis mouraient. Tintin observa les animaux, qui naissaient, se déplaçaient, mangeaient, se reproduisaient… et mouraient aussi, ça s’appelait déjà la vie. Il interrogea des montagnes, des lapins et des marguerites sur leurs ressources d’énergie, et étrangement personne ne s’inquiétait des réserves de pétrole.
Bon, laissons Tintin quelques instants…
Mais l’idée est là : on observe que ces 2 dernières catégories, les végétaux et les animaux FONT des choses. Ils utilisent donc de l’énergie. Mais, puisqu’ils n’ont pas encore inventé la mine de charbon, les éoliennes, ni même le feu, où la trouvent-ils ?
C’est simplement que l’énergie se trouve, comme tout, dans l’univers. Plus précisément, elle se trouve dans la matière, qui elle même vient de … et bien je ne suis pas bien sûre, mais il me semble qu’il y a un rapport avec le Big Bang.
Mais pour en revenir à nos moutons – préhistoriques – prenons-les en exemple. Pour faire des choses, disons se déplacer, les moutons doivent respirer, dormir, boire… et surtout manger. Leur source d’énergie est leur nourriture, c’est à dire l’herbe. Pour pousser, l’herbe a besoin d’air, d’eau et de soleil. Sa source d’énergie est le soleil, utilisé dans la fameuse photosynthèse. Cette petite description s’applique à tous les êtres vivants : végétaux qui mangent du soleil, et animaux qui mangent des végétaux ou d’autres animaux. Au final, quand nos objectifs restent simples : grandir, manger, se reproduire… nous n’avons besoin que du soleil.
Soit dit en passant, au-delà de faire pousser de la nourriture, le soleil permet aussi à la Terre de rester à une température agréable, plutôt que les – 273 °C qui l’entourent. On lui dit donc merci.
En effet pour info, la puissance du soleil reçue par la Terre en permanence est de 174 pétawatts (PW), soit tellement que mon correcteur orthographique ne connaît pas l’unité « pétawatts »2. Cela équivaut à recevoir en 1 heure plus d’énergie que les humains en consomment en 1 an sur Terre (toutes ressources et usages confondus)3.
Mais au-delà des occupations de base de la vie, les êtres humains se sont inventés de nouveaux besoins, comme chauffer leur foyer, partir en vacances ou regarder des séries sur Netflix.
Comment alors répondre à ces besoins de faire des nouvelles choses, qui nécessitent forcément de consommer de l’énergie ? Et bien comme avant : utiliser le soleil.
On a vu plus haut que le soleil est à l’origine de la biomasse4, comme le bois. Nos lointains ancêtres avaient d’ailleurs très bien compris comment le brûler pour avoir chaud ou manger un steak de mammouth poids-chiches à point. Alors que d’après l’INSEE le bois représentait 100 % de l’énergie primaire5 le jour de la découverte du feu, aujourd’hui la biomasse ne représente plus que 10 %6 de la production d’énergie primaire dans le monde.
Autre énergie provenant du soleil qu’il n’est pas nécessaire de présenter : l’énergie photovoltaïque. C’est celle-ci même qui par magie – si ce n’est pas de la magie comment expliquer que même après de longues études dans le domaine de l’énergie je ne comprenne toujours pas comment ça marche ? – transforme les photons que nous envoie le soleil en courant électrique.
On peut également utiliser directement la chaleur du soleil. L’option 1 est de récupérer la chaleur directement, par exemple pour chauffer l’eau d’un ballon d’eau chaude. Au passage, le concept de chauffer quelque chose avec les rayons du soleil n’a rien d’innovant, c’est ce que l’on fait lorsqu’on oriente sa maison (ou son temple du soleil) au sud, lorsqu’on construit une serre ou simplement qu’on se prélasse au soleil tel un lézard.
Une autre option consiste à concentrer les rayons du soleil sur une plus petite surface à l’aide de miroirs, de manière à atteindre des températures plus hautes, notamment pour produire avec de l’électricité7.
Si vous êtes écolos, vous me direz « Mais les éoliennes, elles tournent pas au soleil quand même ? ».
Si vous n’êtes pas écolos, vous me direz « Mais le pétrole, c’est quand même pas du soleil quand même ? ».
A vous de choisir, mais la réponse est quand même : « Ba si. ».
Développons mon chère Milou.
Les éoliennes tournent grâce au vent, c’est à dire de l’air qui se déplace plus ou moins vite d’un point A à un point B. Il faut donc aller chercher le pourquoi de ce déplacement, la source du vent. Pour cela je vous propose simplement d’ouvrir la fenêtre en hiver. C’est plus simple que de rassembler une équipe d’élite pour marcher dans le sens inverse du vent jusqu’à en trouver la source (n’est-ce pas M. Damasio?). Une fois la fenêtre ouverte constaterez que l’air chaud s’échappe, globalement en haut de l’ouverture, tandis qu’un filet d’air froid rentre chez vous et vous refroidit les pieds subrepticement. Refermez maintenant la fenêtre, il fait froid et il paraît qu’il faut économiser l’énergie. Cet exemple illustre le phénomène physique suivant : l’air (comme tout autre gaz ou liquide), se déplace lorsqu’il existe une différence de température, donc de pression, entre 2 endroits. Et sans entrer dans les détails8, c’est exactement ce qui se passe à différentes échelles, et qui provoque le déplacement de masses d’air, c’est à dire le vent. Or, c’est bien notre ami le soleil qui est responsable de l’échauffement de l’air de manière inégale à la surface de la Terre : en effet par exemple, il chauffe plus au niveau de l’équateur que vers les pôles. L’énergie éolienne est donc indirectement de l’énergie solaire. Concrètement, moins de 1 % de l’énergie du soleil reçue par la Terre se transforme en énergie contenue dans le vent9.
Pour le pétrole, le charbon et le gaz (et autres variations récentes des hydrocarbures que l’on extrait de nos sous-sols), c’est très simple : ce sont seulement des produits de la décomposition d’organismes vivants, de biomasse (#je roule au dinosaure). Cette énergie fossile est donc l’accumulation à très très long terme d’énergie solaire, à travers une photosynthèse ayant eu lieu il y a, et pendant, des milliers à millions d’années.
« Maman, pourquoi y a de l’eau qui coule tout le temps dans les rivières ? »10
Et bien peut-être qu’à ce stade de l’article vous l’aurez deviné : le soleil bien sûr ! Même si au quotidien ce n’est pas une question qu’on se pose, en vérité, on peut tous y répondre. On prend le problème depuis la fin. D’où viennent les rivières sur lesquelles on installe des barrages et moulins ? De plus haut. Ok, maintenant comment peut-il y a voir tout le temps de l’eau plus haut ? La pluie/ neige / grêle qui tombe régulièrement les alimente. Dac, maintenant d’où viennent les précipitations ? Facile celle-là, des nuages. Bon ça commence à faire beaucoup de questions, d’où viennent les nuages ? Il se forment par évaporation de l’eau qui est au sol et dans les océans pardi ! Ah on y arrive… et comment ça se fait que l’eau s’évapore ? Et bim. La chaleur apportée par le soleil.
CQFD.
Nous avons fait le tour des principales formes de l’énergie du soleil que l’on retrouve sur terre :
- la biomasse, qui pousse grâce au soleil,
- ses ancêtres qui feraient mieux de rester enterrés, c’est à dire les ressources fossiles,
- la chaleur du rayonnement solaire, que l’on peut utiliser de plusieurs façons,
- le vent et les rivières que le soleil mets en mouvement,
- et l’utilisation des photons qu’il nous envoie pour faire du courant électrique.
La réponse à pourquoi les Incas étaient énergéticiens est donc celle-ci : en vénérant le soleil, ils vénéraient en fait la source principale d’énergie sur Terre, la raison de notre survie et des barbeucs en été.
Je tiens finalement à mentionner les grands perdants du jeu de « Qui est vénéré par les Incas pour toute l’énergie qu’il leur fourni ? », j’ai nommé la Terre elle même ainsi que la Lune.
À la première, il reste un peu d’énergie héritée de sa formation, lorsque des quantités astronomiques (littéralement) de poussière et de cailloux se sont agglomérés pour former une boule de matière en fusion. Depuis, la Terre refroidit doucement, tellement doucement que ça n’est d’aucune utilité face à notre « petit » problème de changement climatique… La puissance qui s’échappe du centre de la Terre est en effet de seulement 44,2 térawatt1, soit 0,025 % de ce que le soleil apporte. Pour autant, cette énergie est utilisée depuis plusieurs millénaires pour prendre des bains chauds sans culpabilité, et plus récemment, dans les années 1940, pour faire pousser des bananes bas carbone en Islande11.
La lune elle aussi fait un petit effort : en déplaçant des masses considérables d’eau lors des marées, elle contribue à ce que l’on appelle l’énergie marémotrice. Cependant, celle-ci est minuscule comparée à la puissance perçue du soleil : elle n’en représente que moins de 0,002 %1. Cela ne signifie évidemment pas que l’énergie marémotrice n’est pas utile dans certains cas.
En revanche, cela signifie encore une fois que le soleil est notre plus grand allié, comme il était celui des Incas.
Mais une chose a tout de même changé entre le temps des Incas et le nôtre. Car même s’ils vénéraient le soleil, les Incas n’avaient pas essayé de … l’imiter. Je fais référence ici à l’énergie nucléaire, mais ne développerai pas car cet article est déjà trop long. Mais vu l’importance du sujet, ne doutez pas qu’un article dédié au nucléaire ne saurait tarder.
Longue vie au soleil, à Tintin et à Milou
Bisous.
1. Pour une introduction à l’énergie, je vous conseille l’article « Energie késako : les bases de chez bases » ↩
2. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Bilan_radiatif_de_la_Terre, consulté le 27/05/2020 ↩
3. Le total comptabilisé d’énergie consommée dans le Monde en 2015 était de 13 647 Mtep (source : https://www.connaissancedesenergies.org/les-chiffres-cles-de-lenergie-dans-le-monde-170926 ). À partir de la puissance solaire perçue par la Terre, on peut en déduire une énergie reçue quotidiennement de 359 140 Mtep, soit environ 26 fois plus que la consommation annuelle. ↩
4. Source : https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/biomasse consulté le 27/05/2020↩
5. L’énergie primaire est l’énergie brute avant toute conversion, celle que l’on trouve dans la nature par exemple. Cette notion est importante car pour une certaine quantité d’énergie consommée finalement, il a potentiellement fallu extraire bien plus d’énergie primaire. Pour mieux comprendre, lire l’article « L’électrique c’est (peut-être pas si ?) fantastique ! » (à paraître) ↩
6. Source : https://www.connaissancedesenergies.org/les-chiffres-cles-de-lenergie-dans-le-monde-170926 consulté le 27/05/2020 ↩
7. Lire l’article « L’électrique c’est (peut-être pas si ?) fantastique ! » (à paraître) pour mieux comprendre les différentes conversions de l’énergie. ↩
8. Un article complet pour expliquer les phénomènes de vents à la surface du globe vous expliquera tout cela d’ici peu. ↩
9. Source : Estimating maximum global land surface wind power extractability and associated climatic consequences, L. M. Miller, F. Gans, and A. Kleidon, 11 février 2011
↩
10. Question que pourrait poser un enfant de 7 à 77 ans https://tintinomania.com/tintin-origine-slogan ↩
11. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Culture_de_la_banane_en_Islande consulté le 27/05/2020 ↩