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 Historique Implantation des centrales nucléaires en France Maintenance des centrales Les difficultés de l'EPR2 Leçons tirées des difficultés

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

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

 

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.

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?

Les produits de fission:
L'uranium utilisé va permettre le fonctionnement de la centrale pendant environ 4 années. Petit à petit, les atomes d'uranium 235 , brisés par la réaction en chaîne, vont se raréfier. La centrale va perdre de son efficacité. Il va donc falloir extraire les produits issus de la fission et apporter à nouveau de l'uranium 235
En recevant un neutron , tous les atomes d'uranium ne vont pas se comporter de façon identique.

  - L'Uranium 238 qui n'est pas fissible, pourra capter ce neutron devenant alors de l'uranium 239 qui va, de lui même, devenir du Neptunium 239 au bout de 23 minutes puis du Plutonium 239 après 2,3 jours. Ce Plutonium est fissible pourra être utilisé comme source de chaleur dans une centrale nucléaire mélangé à de l'uranium (MOX). Image de droite tirée de:
 https://laradioactivite.com/energie_nucleaire/laformationduplutonium239

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 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 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 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 doit accueillir ses premiers élèves à la rentrée 2022.

La leçon va coûter cher les mouvements anti-nucléaires très actifs ont, depuis au moins 15 ans,  fait reculer les gouvernements successifs . 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 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
 

Centrales Nuward (de Nuclear Forward) de EDF
De nouvelles centrales pourraient voir le jour dans les années à venir. Il s'agit de petites centrales nucléaires destinées au remplacement des centrales à charbon , notamment, ou l'alimentation de régions isolées. Horizon 2035-2040.
 

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

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.

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)

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.
     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 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: