LES ÉNERGIES
LES ÉNERGIES T E X T E S C AT H Y F R A N C O I L L U S T R A T I O N S J A C Q U E S D AYA N
PETIT HISTORIQUE « Énergie » vient du mot grec energeia qui signifie « force en action ». Le bœuf qui tire la charrue utilise la force de ses muscles. On dit qu’il dépense de l’énergie. Le voilier utilise la force du vent (l’énergie éolienne) pour avancer. L’homme a toujours cherché à percer les secrets de l’énergie pour en tirer le meilleur profit dans toutes les tâches de la vie quotidienne : se chauffer, s’éclairer, se déplacer, soulever de lourdes charges et augmenter sa capacité de travail. Au XVIIIe siècle, l’invention de la machine à vapeur révolutionne l’industrie
Le feu
C’est durant la Préhistoire que l’homme réussit pour la première fois à faire du feu. Il lui procure chaleur et lumière, lui permet de cuire les aliments, de durcir les pointes des lances en bois dont il se sert pour chasser. L’homme ci-dessus fait tourner un bâton entre ses paumes sur du bois sec. L’échauffement qui en résulte permet d’enflammer des brindilles.
et les transports.
L’énergie du vent
Employée depuis l’Antiquité par les bateaux à voiles, elle est utilisée pour faire tourner les roues des moulins dès le VIIe siècle. En tournant, les ailes activent des roues reliées à des meules, qui broient les céréales.
Énergie démultipliée
Avec des systèmes de leviers et de poulies, et grâce à des appareils de levage reliés à des grues rudimentaires, les bâtisseurs de l’Antiquité parviennent à soulever sans efforts d’énormes blocs de pierre. Les Romains construisent ainsi les grands aqueducs qui alimentent les villes en eau.
PRODUIRE DE LA LUMIÈRE Les bougies à base de suif (graisse de ruminants) et les lampes à huile sont longtemps les principales sources d’éclairage. Au XIXe siècle, les lampes à pétrole font leur apparition. En 1879, Thomas Edison invente l’ampoule électrique. En vidant l’air à l’intérieur, il empêche le fil métallique, échauffé par le courant, de se consumer. Bougie
Lampe à pétrole
Ampoule électrique
Aubes
Utiliser la force de l’eau
La roue à aubes est la première machine qui utilise la force de l’eau (énergie hydraulique) pour produire de l’énergie mécanique (capable d’actionner un mécanisme). e Dès le XVI siècle, elle permet le développement de nombreuses petites entreprises (forges, scieries...). Le moulin à aubes (ci-contre) servait à faire fonctionner une forge. En tournant sous l’effet de la pression de l’eau (1), la roue actionnait un axe muni de bras (2) qui appuyaient sur des soufflets (3) pour envoyer de l’air dans les fours (4).
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La vapeur sous pression déclenche un mécanisme : elle pousse un piston qui entraîne le mouvement des roues.
À toute vapeur
Au XVIIIe siècle, l’homme parvient à transformer la chaleur en énergie mécanique : en chauffant de l’eau en grande quantité, il s’aperçoit que la vapeur obtenue est capable de déclencher un mécanisme si elle est sous pression et s’échappe brutalement. La machine à vapeur est née. Pour chauffer l’eau, on brûle du bois puis du charbon. La machine à vapeur active les roues des premières locomotives. 3
LES ÉNERGIES FOSSILES
Une mine souterraine
On appelle ainsi le charbon, le pétrole et le gaz, car ils se sont formés il y a plusieurs millions d’années. Ce sont
Des puits (1) conduisent aux veines (minces couches de charbon). Des ascenseurs (2) descendent les mineurs au fond de la mine. Le charbon extrait par la haveuse est chargé automatiquement sur un convoyeur (une sorte de tapis roulant) puis remonté à la surface dans des monte-charge (3). Le charbon est lavé et trié sur place. Les déblais rejetés forment des monticules : les terrils.
des combustibles : en brûlant, ils dégagent de l’énergie sous forme de chaleur. Mais leurs réserves sont limitées et leur combustion, notamment celle du charbon et du gaz, rejette des polluants dans l’atmosphère. Le Moyen-Orient détient 1
de très grandes réserves de pétrole et de gaz. Les plus grands producteurs de charbon sont la Chine et les États-Unis.
À la fin du XIXe siècle, de petits chevaux transportaient le charbon dans la mine. Ils ne voyaient jamais le jour.
2 Les plus grandes excavatrices mesurent 200 m de longueur et 100 m de hauteur !
B
Dans les galeries, les mineurs se déplacent en train (A) ou en télésiège (B).
Les mines à ciel ouvert
Quand les veines de charbon sont peu profondes (moins de 60 m), on dégage la terre et la roche qui les recouvrent, puis on extrait le charbon à l’aide d’une gigantesque machine, l’excavatrice. Un tapis roulant dirige le charbon à l’arrière de l’engin. 4
A
LA FORMATION DU CHARBON Tourbe
Lignite
Houille
Anthracite
Le charbon s’est formé au cours de millions d’années. Il provient de l’accumulation de végétaux morts issus d’anciens marécages, qui se sont entassés et enfoncés progressivement. La tourbe, une masse spongieuse de résidus végétaux, est le premier stade de formation du charbon. En s’enfonçant, elle a été comprimée et s’est transformée peu à peu en lignite, un charbon brun friable, puis en houille (appelée aussi charbon noir ; notre charbon domestique, le plus utilisé dans les centrales électriques au charbon) et enfin en anthracite.
De la surface, un système d’aération envoie de l’air frais dans la mine.
Un convoyeur
Cette machine (à gauche) creuse une galerie pour atteindre une veine de charbon.
Une haveuse
Les dents métalliques de la haveuse (ci-dessous en gros plan) abattent le charbon. La machine projette de l’eau pour éviter la formation de poussière. Avant la mécanisation, les mineurs extrayaient le charbon à l’aide de pioches et de pelles.
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Certains puits atteignent 1 200 m de profondeur !
Ce mineur manœuvre la haveuse au moyen d’une télécommande.
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LES GISEMENTS
Le forage
Pour repérer de nouveaux gisements, on étudie la nature du sous-sol. Un satellite prend des photos et un camion émet des ondes vers le sous-sol. Leur écho est transmis à une batterie de capteurs en surface puis analysé pour déterminer la nature géologique du sous-sol.
Pour atteindre un gisement d’hydrocarbures, on creuse un puits à partir d’une tour métallique, le derrick. Celui-ci supporte tout l’équipement permettant le forage.
Une raffinerie
Coupe du sous-sol avec la localisation des hydrocarbures : 1. Gaz - 2. Pétrole 3. Eau de mer résiduelle.
1 Des tubes vissés bout à bout forment un « train de tiges » qui va guider le trépan, outil de forage. Certaines nappes de pétrole ou de gaz se trouvent à plus de 4 000 m de profondeur ! Le gaz naturel et le pétrole sont souvent associés et extraits simultanément des mêmes gisements.
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Gros plan sur l’avant du trépan qui perce la roche pour atteindre les nappes de pétrole ou de gaz.
Le pétrole et le gaz
Ils proviennent de la décomposition de plantes et d’animaux microscopiques, le plancton, qui vivaient dans les mers il y a des millions d’années. En s’enfonçant progressivement dans le sol, ils ont été comprimés. Sous l’effet de la pression des couches sans cesse renouvelées et de la chaleur interne de la terre, ils se sont peu à peu transformés en hydrocarbures, autre nom donné au pétrole et au gaz. Le gaz est, dans la plupart des cas, le stade ultime de transformation du pétrole.
Les pompes à balancier sont utilisées pour extraire le pétrole.
L’extraction du pétrole et du gaz
Les hydrocarbures se trouvent souvent sous pression dans leur gisement et peuvent remonter tout seuls à la surface une fois les puits de production forés. Un système de vannes, appelé « arbre de Noël » (ci-contre, à droite), coiffe la tête du puits et permet de régler leur débit. Quand le débit n’est pas suffisant, une station de pompage située en surface permet de pomper le pétrole et le gaz. 6
Des torchères brûlent les gaz irrécupérables.
À la raffinerie
Le pétrole brut est un mélange de divers composés liquides, solides et gazeux. Il ne peut être utilisé qu’après avoir été raffiné (traité dans une raffinerie). Ses divers composants sont séparés dans une colonne de distillation (schéma ci-contre) sous l’effet de hautes températures. Les composants les plus légers comme les gaz (butane, propane...) ou l’essence remontent en tête de colonne ; les plus lourds (comme le goudron, qui sert au revêtement des routes) restent à la base. Chaque produit sort de la colonne à un niveau déterminé. Sa qualité est améliorée, puis il est traité dans un autre secteur de la raffinerie en vue d’être commercialisé.
Essence Kérosène Gazole
Huiles Dans une raffinerie, des centaines de kilomètres de tuyaux acheminent le pétrole et ses sous-produits entre les unités de traitement et les cuves de stockage.
Four
Mazout
Goudron
Le Transalaska (1 284 km !). Cet oléoduc traverse l’Alaska du nord au sud.
Le transport du gaz et du pétrole
Il s’effectue, entre autres, grâce à d’immenses conduites terrestres et sous-marines : les gazoducs (gaz) et les oléoducs (pétrole) qui sont le plus souvent enterrées. Le Transalaska (ci-dessus) a été surélevé à l’aide de pilotis pour éviter que le pétrole ne se fige sous l’effet du froid glacial.
Le parcours du gaz
Le gaz naturel est formé de méthane, de butane et de propane. Ces trois gaz sont séparés dans un terminal et débarrassés de leurs impuretés. Le butane et le propane sont liquéfiés (rendus liquides à – 161 °C) et stockés dans des réservoirs réfrigérés (ci-contre). Ils peuvent être mis en bouteilles pressurisées pour la cuisine ou servir de carburant sous le nom de GPL (gaz de pétrole liquéfié). Le méthane parcourt à l’état gazeux un réseau de canalisations enterrées jusqu’aux habitations.
Le gaz naturel n’a pas d’odeur. On lui donne son odeur caractéristique avec un produit à base de soufre afin de permettre de repérer d’éventuelles fuites.
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TA B L E D E S M AT I È R E S LES ÉNERGIES FOSSILES 2 L’ÉLECTRICITÉ 10 L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE 12 L’ÉNERGIE HYDRAULIQUE 14 L’ÉNERGIE ÉOLIENNE 16 L’ÉNERGIE SOLAIRE 18 D’AUTRES ÉNERGIES 20 ÉCONOMISER L’ÉNERGIE 22
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Crédits photographiques Fonds des pages : Pixabay.com, sauf © Shutterstock en pages 10-11, 14-15, 22-23 et © iStock en pages 18-19. Page 2 : Moulin à vent © iStock. Page 3 : Bougie, Lampe à pétrole et ampoule électrique © Shutterstock - Locomotive à vapeur © Shutterstock. Page 5 : Tourbe, lignite et anthracite © Shutterstock - Houille © iStock. Pages 6-7 : Raffinerie © iStock. Page 7 : Transalaska © iStock - Réservoirs réfrigérés de gaz © iStock. Page 15 : Jet-ski © iStock. Page 16 : Éolienne de foyer © Shutterstock. Page 17 : Pompe éolienne © Shutterstock - Éoliennes off-shore © iStock. Page 18 : Grande centrale solaire thermique © Shutterstock. Pages 18-19 : Champ de panneaux solaires © iStock. Page 19 : Avion Solar Stratos © SolarStratos2020 - Maisons équipées de panneaux solaires © iStock - Calculatrice © Shutterstock - Pile solaire © Shutterstock. Page 20 : Bois découpé © Shutterstock. Pages 20-21 : Biogaz © Shutterstock - Centrale de Svartsengi © Shutterstock. Page 21 : Biocarburants © iStock. Page 22 : Jeune fille devant ordinateur © Shutterstock. Page 23 : Ampoule à basse consommation © iStock - Mains sur radiateur © Shutterstock. Couverture : illustration de Jacques Dayan. Vignettes (de gauche à droite) : tout provient de Shutterstock sauf l’ampoule © iStock. Les images à découper sont des reprises d’images des pages intérieures.
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