Cours 15

Impact sur l'économie : La consommation d'énergie est historiquement corrélée au Produit Intérieur Brut (PIB). Plus une société consomme d'énergie, plus sa capacité de production de biens et services augmente, faisant de l'énergie le moteur physique de la croissance économique.
Problématiques actuelles : Environ 80\% de l'énergie mondiale provient encore de sources fossiles (pétrole, gaz, charbon), ce qui pose des problèmes de sécurité d'approvisionnement, de volatilité des prix et, fondamentalement, d'impact climatique via les émissions de gaz à effet de serre.
Objectif de développement durable (ODD) : L'objectif 7 des Nations Unies vise à garantir l'accès de tous à des services énergétiques fiables, durables, modernes et à un coût abordable d'ici 2030, en accélérant la transition vers les énergies renouvelables.

Définition scientifique : L'énergie est une grandeur physique exprimée en Joules (J) dans le système international. Elle quantifie la capacité d'un système à modifier l'état d'un autre système (en induisant un mouvement, une variation de température ou une modification de la structure atomique).
Premier principe de la thermodynamique : L'énergie d'un système isolé est constante. Elle ne peut être ni créée ni détruite, seulement transformée d'une forme à une autre (Loi de conservation de l'énergie).
Types de transformations détaillées :
- Énergie chimique à mécanique : Moteurs à combustion interne où la rupture des liaisons moléculaires du carburant crée une expansion de gaz actionnant un piston.
- Énergie électrique à chaleur : Effet Joule dans une résistance électrique.
- Énergie mécanique à électrique : Induction électromagnétique dans un alternateur (principe de Faraday-Lenz).
- Énergie nucléaire à électrique : La fission de noyaux d'Uranium libère de la chaleur, vaporise de l'eau pour faire tourner une turbine reliée à un alternateur.

Cascade énergétique :
- Énergie Primaire : Ressource telle qu'elle se trouve dans la nature sans transformation (pétrole brut, vent).
- Énergie Finale : Énergie livrée au point de consommation (électricité à la prise, essence à la pompe).
- Énergie Utile : Le service final rendu (la lumière émise, la chaleur de la pièce).
Pertes et Second principe : Toute transformation s'accompagne d'une dégradation d'une partie de l'énergie sous forme de chaleur irrécupérable (augmentation de l'entropie).
Efficacité énergétique :
- Rendement ($\eta$) : Rapport entre l'énergie utile obtenue et l'énergie initiale consommée ($\eta = \frac{E{utile}}{E{initiale}}$).
- Exemples de rendements :
  - Moteur thermique de voiture : \approx 25-35\%
  - Ampoule LED : \approx 30-50\%
  - Moteur électrique : \approx 90\%

Énergie fossile (Centrale à charbon) : Pour produire 1 \text{ kWh} d'électricité, il faut souvent près de 3 \text{ kWh} de chaleur initiale, car une grande partie de l'énergie (environ 60\%\text{ à }65\%\text{)} est évacuée dans l'environnement via des systèmes de refroidissement.
Énergie éolienne : Elle convertit l'énergie cinétique (E_c = \frac{1}{2} m v^2) directement en électricité.
- Limite de Betz : Une éolienne ne peut capter au maximum que 59.3\% de l'énergie du vent traversant son rotor.

Mix électrique : Composition des sources utilisées pour la production d'électricité d'une zone géographique.
- Belgique : Historiquement portée par le nucléaire (\approx 45-50\%\text{) et le gaz, avec une montée rapide de l'éolien offshore et du solaire.}
- Intensité carbone : C'est le nombre de grammes de CO_2 émis pour produire 1 \text{ kWh}.
  - Charbon : \approx 1000 \text{ gCO}_2/kWh
  - Nucléaire/Éolien : < 20 \text{ gCO}_2/kWh

Énergies fossiles :
- Avantages : Forte densité énergétique, stockables, pilotables (production à la demande).
- Inconvénients : Pollution locale, gaz à effet de serre, dépendance aux importations.
Énergie nucléaire :
- Avantages : Production massive de base, très peu de CO_2.
- Inconvénients : Gestion complexe des déchets radioactifs, risques d'accidents majeurs, coûts de démantèlement élevés.
Énergies renouvelables :
- Hydraulique : La plus stable et la plus puissante des renouvelables.
- Solaire/Éolien : Sources intermittentes (ne produisent pas en l'absence de soleil/vent), nécessitant des solutions de stockage ou des réseaux intelligents.

Stockage de l'énergie : Nécessité de développer les batteries, le pompage-turbinage hydraulique (STEP) et l'hydrogène vert pour compenser l'intermittence des renouvelables.
Souveraineté et Décarbonation : L'objectif est d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2050. Cela implique une électrification massive des usages (transport, chauffage) et une augmentation drastique de l'efficacité énergétique.
Changements sociétaux : La transition ne se limite pas à la technologie ; elle nécessite une sobriété énergétique (réduire la demande) pour être viable à long terme.