Energie Solaire

et 1785, James Watt apporta les améliorations qui permirent de nombreuses applications pour ce type de machines.

Les machines à vapeur, alimentées essentiellement au charbon, conduisirent également à l’avènement du transport par chemin de fer, notamment après l’invention, par George Stephenson, de la locomotive Locomotion, construite en 1825, qui se révéla plus efficace que d’autres formes de propulsion. Néanmoins, l’énergie chimique du charbon était convertie en force motrice avec un rendement inférieur à 1 %. Le charbon remplaça donc progressivement le bois en tant que combustible, même si ce dernier représente encore aujourd’hui environ 10 % des sources d’énergie mondiale.

En 1824, le physicien français Sadi Carnot énonça les deux principes fondamentaux de la thermodynamique, qui se révélèrent incontournables pour parvenir à une amélioration du rendement des machines.

Les besoins en énergie s’accrurent considérablement au XXe siècle, en particulier avant la Première Guerre mondiale. Les pays industrialisés connurent un autre bouleversement majeur à partir de 1973, lorsque les pays producteurs de pétrole multiplièrent par quatre le prix du baril de pétrole, le fixant à 12 dollars ; ils réduisirent également de 5 p. 100 leurs ventes aux principaux pays importateurs. En 1979, ils devaient encore augmenter ce prix ; en 1980, le pétrole brut se négociait ainsi à 40 dollars le baril.

La Communauté européenne mit alors en œuvre une politique privilégiant essentiellement deux pistes : le charbon et l’énergie nucléaire. Priorité fut d’abord donnée à la réduction de l’utilisation des combustibles fossiles, en particulier le pétrole. Face à la hausse du prix des carburants, on entreprit d’utiliser ces combustibles avec parcimonie ; en outre, des améliorations considérables furent réalisées quant au rendement énergétique dans les années 1980.

III. RÉSERVES DE COMBUSTIBLES FOSSILES

En Europe de l’Ouest, la consommation annuelle de combustibles atteint 3 tep par habitant ; elle est de 8 tep aux États-Unis. La consommation annuelle mondiale en combustibles s’élève à 8 milliards de tep et devrait atteindre 14 milliards de tep vers 2020. Une grande partie de cette nouvelle demande est formulée par les pays en voie de développement. La Chine utilise chaque année 1 milliard de tonnes de charbon mais, au cours des cinq années à venir, elle devrait en employer 1,5 milliard, son économie progressant de 10 % par an. (Dans un pays en voie de développement, une augmentation de 1,5 % de la consommation énergétique équivaut à une croissance économique moyenne de 1 %.)

L’augmentation rapide de la population des pays en voie de développement rend, bien sûr, ce problème crucial. Selon les Nations unies, la population mondiale, au milieu des années 1990, était légèrement supérieure à 5 milliards d’habitants ; elle pourrait atteindre 10 milliards en 2040. Huit milliards de personnes vivront alors dans des pays à économie en croissance rapide et dont les besoins énergétiques augmenteront.

Au rythme de la consommation actuelle dans les pays industrialisés, un habitant utilise près de 5 tonnes de pétrole par an , selon de nombreux experts, les réserves de pétrole et de gaz seraient épuisées dans une cinquantaine d’années ; celles de charbon, dans deux cents ans. Selon le Conseil mondial de l’énergie, les sources d’énergie renouvelables ne pourront couvrir au mieux que 30 % des besoins mondiaux vers 2020 (même si certains estiment que ce chiffre pourrait être de 60 % vers 2100).

IV. LES ENERGIES PRIMAIRES

Les types d’énergies primaires reconnues sont:

- Hydrocarbures bruts (charbons, pétroles, gaz naturel)

- Noyaux fissiles ou fertiles (essentiellement uranium 235 et 238, et thorium 232)

- Noyaux fusibles (avec lesquels on peut faire de la fusion nucléaire) ou susceptibles d'en produire (deutérium et lithium, ce dernier permettant de produire du tritium).

- Force mécanique des éléments (vent, eau, etc.)

- Rayonnement électromagnétique du soleil

- Radioactivité naturelle de la planète (énergie géothermique).

L'électricité, tout comme l’hydrogène, sont des énergies finales, inexistantes dans la nature, et obtenues par conversion d'une énergie primaire.

Nous pourrions rajouter la photosynthèse qui permet la culture d’espèces végétales pouvant servir comme carburant (huile végétale pure par exemple).

Et de manière à être le plus complet possible, il serait nécessaire de rajouter l’« énergie du point zéro » (énergie de l’espace ou énergie libre).

V. LES ÉNERGIE RENOUVELABLE

Une énergie renouvelable est une énergie dont les stocks sont illimités et le gisement se reconstitue en permanence à un rythme au moins égal à celui de la consommation.

Ce sont donc des énergies inépuisables. L'eau des rivières fait tourner les turbines d'un barrage hydroélectrique ; le vent brasse les pales d'une éolienne ; la lumière solaire excite les photopiles ; mais aussi l'eau chaude des profondeurs de la terre alimente des réseaux de chauffage. Sans oublier ces végétaux, comme la canne à sucre ou le colza, grâce auxquels on peut produire des carburants automobiles ou des combustibles pour des chaudières très performantes.

En plus de leur caractère illimité, ces sources d'énergie sont peu ou pas polluantes.

VI. L'ENERGIE SOLAIRE

L'énergie solaire est l'énergie du Soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère.

Dans l'espace, l'énergie des photons peut être utilisée, par exemple pour propulser une voile solaire.

Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse créée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaines alimentaires. L'énergie solaire est donc à l'origine de toutes les énergies sur Terre à l'exception de l'énergie nucléaire, de la géothermie et de l'énergie

marémotrice.

L'Homme utilise l'énergie solaire pour la transformer en d'autres formes d'énergie : énergie alimentaire, énergie cinétique, énergie thermique, électricité ou biomasse. Par extension, l'expression « énergie solaire» est souvent employée pour désigner l'électricité ou l'énergie thermique obtenue à partir de cette dernière.

1) Nature de l'énergie solaire

L'énergie solaire provient de la fusion nucléaire d'atomes (ou plutôt de noyaux d'atomes) d'hydrogène qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage dans le système solaire et dans l'Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique — de photons — selon la théorie corpusculaire.

La Terre est illuminée par le Soleil en permanence.

L'une des deux faces du globe terrestre se trouve privée d'énergie solaire — pendant la nuit — en raison de la rotation de la Terre. La puissance solaire reçue en un point du globe varie en fonction de l'heure de la journée, de la saison et de la latitude du lieu considéré.

2) Géographie terrestre

L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

• la latitude, vers l'équateur l'angle d'incidence est proche de 90° donc la surface éclairée est plus petite et l'énergie est plus concentrée.

• la nébulosité (nuages), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu

intertropical.

• l'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et

ponctuelles).

Le désert des Mojaves dans le sud-ouest des États-Unis est l'une des régions du monde les plus ensoleillées, elle possède une centrale solaire d'une puissance totale de 354 MW.

3) Unités utilisées

L'éclairement ou irradiance est défini comme une puissance reçue par une

surface. Il s'exprime en W/m2 (watt par mètre carré). Le S.I. (système

international d’unités) recommande d’utiliser le symbole E.

L'irradiation ou rayonnement est l'énergie reçue par une surface . Elle s'exprime

en J m-2 (joule par mètre carré). L'ISES (International Solar Energy Society)

recommande le symbole H. D'autres unités plus courantes sont le Wh/m2 (wattheure par mètre carré) bien que ce dernier ne doive pas être utilisé puisque

n'appartenant pas au système international d'unités (SI).

Le soleil décharge continuellement une énorme