Pour une gestion de l'énergie dans notre écosystème

 

PHYSIQUE DES ONDES

ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

RUBRIQUE N° 21 Pour une gestion de l'énergie dans notre écosystème

Par Paul Bouchard Le 19/09/2017

1) INTRODUCTION

La présente rubrique est la suite de la rubrique N°20 qui place les règles de la thermodynamique ''quantique'' au centre des phénomènes énergétiques de notre écosystème. Les diverses formes de transfert thermique ainsi que les dégradations d'énergie qui leurs correspondent sont à mettre en relation avec les besoins que les activités humaines réclament. Une saine gestion doit éviter le pillage par certains et le gaspillage par beaucoup, d'une énergie et de matériaux qui sont en quantité limitée, alors qu'à côté existe une énergie inépuisable (à notre échelle de temps). De plus les résultats climatiques des sautes d'humeur de notre fournisseur solaire et des bizarreries orbitales de notre plancher terrestre devront, tôt ou tard, pouvoir être maîtrisées par le génie de nos puissants cerveaux, ce que les dinosaures ont été incapables de réaliser.

Voici à nouveau les définitions de l'écosystème données par Wikipédia :

<< Un écosystème est l'ensemble formé par une association ou communauté d'êtres vivants et son environnement biologique, géologique, hydrologique, climatique, etc...    (le biotope). Les éléments constituant un écosystème développent un réseau d'échange d'énergie et de matière permettant le maintien et le développement de la vie. >>

<< Le biotope correspond à l'ensemble des facteurs physiques (climatiques, géographiques, chimiques, physiques, morphologiques, géologiques,...) caractérisant un écosystème en équilibre ou cyclique, occupé par des organismes qui vivent en association spécifique (biocénose). C'est la composante non vivante ou abiotique, de l'écosystème.

La biocénose comprend l’ensemble de la flore et de la faune d'un biotope déterminé. C’est l’ensemble des organismes vivants (animaux et végétaux dont micro-organismes) qui occupent un écosystème donné. >>

La rubrique N°20 a montré que la bio-économie est un domaine très vaste. Il m'est donc très difficile d'envisager son étude d'ensemble. Dans une éventuelle prochaine rubrique, je souhaite cependant pouvoir aborder le domaine très important des ressources de la terre en matériaux et éléments chimiques et celui de leur utilisation par l'Homme. Mais présentement, je ne traiterai dans cette rubrique N°21 que des ressources énergétiques de l'écosystème sans pouvoir les rapprocher des besoins réels (actuels et futurs) de l'Homme n'ayant pas les connaissances économiques nécessaires. Le mot ''gestion'' placé dans mon titre n'est donc pas l'annonce d'un prochain miracle mais l'espérance d'une future réalisation de l'Homme, pour son avenir (et pour sa survie).

Nous nous limiterons donc à l'étude de l'énergie fournie par le soleil et la terre et à celle des problèmes de son utilisation par l'homme, en abandonnant pour une éventuelle prochaine rubrique l'étude de la vie des espèces, de celle de l'homme en particulier, de ses besoins vitaux, de ses activités, de son développement et de son avenir.

Nous abordons l'étude de l'énergie dans l'écosystème en citant à nouveau le texte de Nicholas Georgescu-Roegen :

« En économie comme en biologie, l’entropie se manifeste dans le fait que l’énergie utilisable est graduellement transformée en énergie liée, inutilisable. Cette dégradation inéluctable  et  irréversible  s’applique  non  seulement  à  l’énergie  mais  aussi  à  la matière. »

2) ÉNERGIE EN PROVENANCE DIRECTE DU SOLEIL

21) L'énergie du soleil directement utilisable

Nous commençons notre étude par l'énergie ''libre'' dégagée par le soleil, car c'est d'elle que vient toute vie sur terre, c'est d'elle dont dépendent l'activité humaine et son développement, à condition que nous soyons capables de l'utiliser aussi pour la survie de notre espèce.

Pour la physique des ondes, l'énergie émise par le soleil se présente sous la forme d'ondes de ''substance de l'espace'' (S.E.) dites ''rayonnement solaire'' Celui-ci est composé de toute la gamme des rayonnements, de l'ultraviolet lointain aux ondes radio en comprenant l'ensemble de la lumière visible. L'énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit dans le Soleil.

<< Le maximum d’émission est dans le vert. La répartition du rayonnement est à peu près pour moitié dans la lumière visible, pour moitié dans l'infrarouge, avec 1 % d'ultraviolets. Une partie du rayonnement solaire parvient jusqu'à la surface de la Terre (environ 50%). Ces rayonnements vont des ondes radio décamétriques aux rayons ultraviolets les plus mous. L'autre partie est réfléchie (30%) ou absorbée (20%) par l'atmosphère et l'ionosphère. Ainsi l'ozone absorbe une partie importante des ultraviolets. L'étude du rayonnement électromagnétique du Soleil par la radioastronomie a permis d'énormes progrès dans la compréhension du fonctionnement interne du Soleil. Les ondes radio émises par le Soleil proviennent principalement des plasmas constituant la chromosphère et la couronne solaire. Les ondes centimétriques correspondent aux couches basses de la chromosphère tandis que la couronne émet des ondes décamétriques. >> Wikipédia

Le rayonnement solaire contient aussi des rayons cosmiques qui sont constitués d'astroparticules diverses, protons, électrons, débris de noyaux atomiques de haute énergie, rayons gamma qui circulent dans la S.E. Heureusement pour nous, ces astroparticules sont détournées de la terre par le champ magnétique terrestre qui nous sert de bouclier et qui détourne également le vent solaire. Celui-ci est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil.

<< Dans le système solaire, la composition du plasma solaire est identique à celle de la couronne solaire : 73 % d'hydrogène et 25 % d'hélium. Le Soleil perd environ un million de tonnes de matière par seconde, sous forme de vent solaire. Dans la couronne solaire (dont la température atteint un million de kelvins) les atomes d'hydrogène sont ionisés, ce qui leur confère une charge électrique. Les particules de vent solaire sont à l'origine du phénomène des aurores polaires lorsque elles pénètrent dans l'atmosphère terrestre à proximité des pôles. >> Wikipédia

22) La photosynthèse

La partie du rayonnement solaire qui, après avoir traversé l'atmosphère, atteint la surface de la terre, est absorbée par elle le jour et convertie en chaleur. L'ensemble du rayonnement frappe également les êtres vivants qui y vivent, et en particulier les végétaux qui absorbent l'énergie lumineuse grâce à des pigments photosynthétiques appelés chlorophylle. Ceux-ci sont contenus dans des protéines faisant partie de complexes moléculaires inclus dans les chloroplastes présents dans les feuilles des végétaux. L'adénosine triphosphate (ATP) qui est le composé énergétique de toutes les cellules vivantes est le résultat final de cette ''chimie'' du vivant. Une lecture de la rubrique N°15 de notre blog N°1 intitulée ''Étude de la vie dans les cellules de matière vivante'' vous montrera le lien intime et complexe existant entre la structure de la matière, l'énergie et la vie.

<< La photosynthèse végétale permet de synthétiser la matière organique en utilisant la lumière du soleil. Des glucides, par exemple des oses tels que le glucose, sont synthétisés à partir du dioxyde de carbone CO2 et de l'eau H2O avec libération d'oxygène O2 comme sous-produit de l'oxydation de l'eau absorbée par les racines... Ainsi la photosynthèse, utilisant l'énergie solaire captée par les feuilles avec libération d'oxygène, en même temps qu'elle produit des glucides, réduit le dioxyde de carbone de l'atmosphère. C'est la photosynthèse oxygénique qui maintient constant le taux d'oxygène dans l'atmosphère terrestre et fournit toute la matière organique ainsi que l'essentiel de l'énergie utilisées par la vie sur Terre. >> Wikipédia

L'utilisation en direct de l'énergie solaire par les végétaux et certaines bactéries se trouve donc à la base de la vie et de la régulation de celle-ci sur la terre. Mais l'homme aussi profite de la chaleur dégagée en direct par le rayonnement, sans parler de l'essentielle lumière qui lui permet de ''voir''. L'énergie produite par le rayonnement solaire infrarouge possède en plus l'avantage de se stocker naturellement sous forme de chaleur, et donc de permettre la transmission possible des énergies les unes aux autres, ce qui facilite leur utilisation par l'homme dans nombre de ses activités. Notons que nous ne parlons ici que de l'énergie solaire directe due au rayonnement et non de l'ensemble de toutes les énergies dérivées comme le mouvement des vents par exemple et comme les énergies qui sont liées à la matière, les énergies fossiles entre autres. Celles-ci feront l'objet d'un prochain chapitre.

23) L'énergie solaire photovoltaïque

L'énorme intérêt pour l'homme d'utiliser les diverses formes de l'énergie solaire plutôt que les énergies fossiles, réside dans leur mise à disposition immédiate et facile pour le chauffage (habitation, eau) et pour l'éclairage. Le soleil représente également une source d’énergie inépuisable (énergie dite renouvelable). La durée de vie du soleil est estimée à 4,5 milliards d'années, ce qui nous laisse de la marge. L'inconvénient de cette utilisation en direct est qu'elle ne fonctionne que le jour, et dans les zones polaires que six mois par an. La nébulosité et la saisonnalité interviennent aussi pour rendre son efficacité inégale entre les régions océaniques tempérées, les régions équatoriales, les régions arides subtropicales ou polaires.

Cela montre l’extrême importance et le grand intérêt, pour soutenir (et développer) les activités humaines, de rechercher des améliorations dans les techniques d'emploi direct et indirect de l'énergie solaire. Trouver un procédé de stockage pratique de l'énergie indirecte (par exemple de l'électricité), serait notamment à l'origine d'un miracle économique et sociétal.

Je viens de relire trois des rubriques du blog N°1 de notre physique des ondes, la N°10 ''L'énergie et la chaleur dans l'atome'', la N°9 ''Le laser. Lumière et matière'', la N°11 ''Le laser atomique. L'atome froid''. Nous y avons traité du phénomène photoélectrique et de ses plus récentes applications.

En physique, l'effet photoélectrique (EPE) désigne en premier lieu l'émission d'électrons par un matériau soumis à l'action de la lumière. Par extension, il regroupe parfois l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau provoqués par l'action de la lumière. On distinguera alors deux effets : des électrons sont éjectés du matériau (émission photoélectrique) et il intervient une modification de la conductivité du matériau (photoconductivité).

L'effet photovoltaïque est l'un des effets photoélectriques. Il est mis en œuvre dans les cellules photovoltaïques pour produire de l'électricité à partir du rayonnement solaire. Voici ci-dessous l'explication du principe de cet effet par la physique des particules tel qu'il est enseigné. Je cite Wikipédia :

<< L’effet photovoltaïque est le produit du choc des photons de la lumière sur un matériau semi-conducteur qui transmet leur énergie aux électrons qui génèrent une tension électrique. Il est obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors des paires électrons-trous (excitation d'un électron de la bande de valence vers la bande de conduction) créant une tension ou un courant électrique. Plusieurs types de composants peuvent être créés à partir de ce principe. Ils sont appelés photodiodes, phototransistors ou des photopiles. Cet effet photovoltaïque est notamment utilisé dans les panneaux solaires photovoltaïques...Lorsque l'EPE se manifeste, toute l'énergie du photon incident se transmet à l'électron des couches profondes. Une quantité d'énergie minimale est nécessaire pour extraire l'électron de l'atome, l'énergie excédentaire est transmise à l'électron sous forme d'énergie cinétique. Une absorption partielle est caractérisée par la diffusion Compton.>>

Le principe de fonctionnement de la cellule est très bien expliqué avec dessins sur le site suivant :

https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16679#c20751+c20753+c20935933+c20935993

 Il y est question de deux semi-conducteurs mis en contact, l'un ''dopé'' d'électrons (négatifs), l'autre de ''trous'' (particule virtuelle positive). Les semi-conducteurs sont choisis de sorte que la ''bande interdite'' (fossé, gap) qui existe entre la bande de valence et la bande de conduction des atomes de chacun des semi-conducteurs soit suffisamment petite pour permettre un passage aisé des électrons d'une bande à l'autre. Ceci se passe lorsque le rayonnement lumineux qui les frappe possède l'énergie (le quantum et la fréquence) correspondant au saut du fossé, et lorsque les semi-conducteurs sont mis en circuit avec un récepteur de courant. Les électrons de la bande de valence, (considérés par la physique des particules comme des boules), tels des moutons stupides, se précipitent de l'autre coté du fossé en suivant ceux qui sont dopés. La production d'un courant électrique s'établit alors dans le circuit.

Notre physique des ondes considère qu'il serait possible d'obtenir des cellules photovoltaïques de plus grand débit à condition de considérer les électrons comme des ondes et non comme des boules de billard. Les radiations lumineuses ne sont pas des photons (boules blanches frappées par une queue correspondant à la pression de radiation). Les règles et techniques à utiliser sont celles des ondes et non des principes de mécanique. A l’intérieur de leur atome, les électrons ne se comportent pas comme des moutons affolés, ils ont leurs règles, celles que la physique quantique a réussi à bien déterminer pour les éléments chimiques les plus simples.

Pour obtenir un plus grand débit, il faudrait pouvoir mobiliser le plus grand nombre d'électrons libres, pas seulement ceux de la bande de valence qui ont l'énergie la plus élevée, mais ceux des orbites électroniques inférieures dont l'énergie correspond aux fréquences de l'infrarouge. Rappelons que le soleil rayonne à 50% dans l'infrarouge et que le rayonnement diffusé par la terre et l’atmosphère, de jour et de nuit, est aussi dans l'infrarouge. Or les cellules actuelles sont conçues pour faire travailler les électrons uniquement par saut entre les bandes de valence et de conduction. Cela signifie que leur travail se fait uniquement de jour , et avec un rendement de 20% maximum.

La clef du problème serait donc de pouvoir amener dans le circuit de production électrique le maximum d'électrons du maximum d'atomes d'un matériau choisi pour être capable d'absorber l'ensemble du rayonnement solaire. Pour y parvenir il est nécessaire de mobiliser et d'utiliser les électrons dans toutes les longueurs d'onde du spectre solaire et spécialement celles de l'infra-rouge qui ne sont utilisées actuellement que dans des cellules thermiques comme ''chauffe-eaux''.

Je pense que cela serait possible en utilisant un matériau, métal ou plus simplement gaz, ayant une configuration atomique correspondant au spectre solaire. Un champ magnétique appliqué à l'ensemble du matériau indique aux ''électrons-moutons'' la direction de sortie de leur atome (de leur pré, la tête vers le pôle négatif ). Ils sont ainsi prévenus et prêts à quitter leur orbite actuelle pour franchir le fossé qui les sépare de l'orbite suivante plus élevée. Cela peut se faire lorsque ils seront mis en résonance à la bonne fréquence et que le nombre de quantum nécessaire (l'énergie pour sauter) leur sera fourni.

Pour réaliser cette conjonction, on pourrait envisager un ''réchauffeur'' du type Zeeman inversé (voir la rubrique N°11 L'atome froid), ou encore choisir comme source de rayonnement solaire un réseau de diffraction tournant permettant d'attirer les électrons au niveau supérieur sans les violenter. Ainsi, soit tous ensemble ou bien orbite après orbite, le maximum d'électrons peut être dirigé, libres et disciplinés, vers le conducteur de sortie.

Je réfléchissais à ce problème lorsque je suis tombé sur la page suivante de Google : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone

Il y est question, parmi les multiples possibilités des nanotubes de carbone, de leur utilisation pour l'amélioration de la rentabilité des cellules photovoltaïques qui deviendraient des cellules thermophotovoltaïques permettant la conversion en électricité du rayonnement infrarouge. J'espère, lors d'une prochaine étude, connaître l'ensemble des possibilités de ces nouveaux matériaux.

En effet leurs propriétés électriques semblent très intéressantes comme l'exprime Wikipédia dans son article sur le graphène :

<< Le graphène est une forme allotropique cristalline du carbone et constitue l'élément structurel de base d’autres formes allotropiques, comme le graphite, les nanotubes de carbone (forme cylindrique) et les fullerènes (forme sphérique). Ce matériau possède le record de conduction thermique...Des recherches récentes montrent qu'il pourrait devenir un matériau idéal pour le stockage de l'énergie. >>

Voir à ce sujet le chapitre N°4 de notre thèse de base, en final du paragraphe N°433 nous avons parlé des supercondensateurs qui permettent déjà d'améliorer le rendement des batteries de voitures électriques et qui, grâce au graphène, pourraient un jour les supplanter.

L'imagination de l'Homme est en marche dans tous ces domaines qui concernent l'énergie et la structure des matériaux. Il est réconfortant de constater que les domaines d'avenir sont ceux de l'énergie renouvelable et d'une économie généralisée des matériaux, grâce à leur miniaturisation.

<< En 2011, un doctorant australien, Brandon MacDonald, a réussi à créer des cellules solaires si petites qu’elles peuvent être placées en suspension dans un liquide comme de l’encre. Cette technologie permettrait d'intégrer totalement les ''cellules de panneau solaire'' à la construction d’un bâtiment. La technologie permettrait aussi une fabrication de panneau solaire utilisant à peine 1 % des matériaux habituellement nécessaires...

En 2015 et 2016, un concept de « route solaire » a été proposé en France par la société Colas. Des dalles photovoltaïques de 7 mm d'épaisseur sont collées à une chaussée classique ; 1 km d'une telle route pourrait alimenter l'éclairage public d'une ville de 5 000 habitants selon l'Ademe et le Groupe COLAS ; et 20 m2 un foyer en électricité (hors chauffage)...

Des cellules polymères photovoltaïques peuvent être faites avec des composés organiques (matières plastiques), pour réaliser des panneaux souples et légers, des tuiles, voiles ou tissus photovoltaïques, espère-t-on à faible coût de fabrication. Pour l'instant leurs rendements sont faibles (5 % maximum), ainsi peut-être que leur durée de vie, et de nombreux problèmes techniques restent à résoudre. >> Wikipédia

24) Transformation de l'énergie rayonnante ''libre''. L'effet de serre

Nous restons ici dans le registre de l'énergie non liée, existant au départ sous forme de rayonnement solaire mais non directement utilisable sans transformation. Il s'agit par exemple de l'énergie solaire réfléchie par la lune et qui est responsable du mouvement des marées, possible source d'électricité. En fait toutes les différentes sortes d'énergie que nous utilisons sont issues de l'énergie solaire par transformation directe comme nous venons de le voir pour l'électricité, ou d'origine solaire indirecte comme l'énergie hydroélectrique et l'éolienne. Il en sera question plus loin.

Mais dans ce chapitre, nous parlons d'une partie du rayonnement solaire absorbé sous forme d'énergie thermique par la moitié de terre qui est éclairée le jour, rayonnement thermique réémis pendant la nuit en direction de l'espace via l'atmosphère terrestre. Seule une petite partie de ce rayonnement, estimée à 8%, arrive à s'échapper dans l'espace hors de l'ionosphère. Le reste est retenu dans l'atmosphère sous forme de chaleur par ce qu'on appelle maintenant '' l'effet de serre''.

Cette expression utilisée dans le cadre de la vulgarisation du réchauffement climatique est en fait inexacte, car le phénomène en question est surtout un transfert thermique par rayonnement et non principalement par convection comme dans une serre. Nous avons vu précédemment que la physique des particules avait des difficultés à expliquer le transfert thermique par rayonnement et qu'elle avait alors tendance à se réfugier dans la mathématique et la statistique. C'est donc aussi le cas dans ce difficile domaine d'étude où l'interprétation des moyennes et des facteurs approximatifs est d'autant plus partisane qu'elle est source d'angoisse pour notre avenir .Wikipédia va nous aider à voir plus clair sur cet effet de serre.

<< Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) est un organisme intergouvernemental, ouvert à tous les pays membres de l'ONU. Le GIEC a été créé en novembre 1988 à la demande du G7, sous la pression de Ronald Reagan et Margaret Thatcher, afin d'empêcher une agence de l’ONU, soupçonnée de militantisme écologique, de mettre la main sur l’expertise climatique... Le GIEC a pour mandat d'évaluer, sans parti pris et de manière méthodique, claire et objective, les informations scientifiques, techniques et socio-économiques disponibles en rapport avec la question du changement du climat...Il travaille à rendre compte des différents points de vue et des incertitudes, tout en dégageant clairement les éléments qui relèvent d'un consensus de la communauté scientifique. Il a donc pour mission ''d'établir régulièrement une expertise collective scientifique sur le changement climatique''. >>

Les scientifiques utilisent le terme de ''forçage radiatif'' pour décrire l’action de ces gaz à effet de serre qui bloquent le rayonnement infrarouge et qui influencent le bilan thermique de la Terre.

<< En climatologie, le forçage radiatif est approximativement défini comme la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné...Il mesure donc la propension d’un facteur à perturber l’équilibre énergétique de la Terre... Le terme forçage radiatif est employé par le GIEC avec le sens spécifique d'une perturbation du bilan radiatif du système climatique de la Terre...Il mesure l’impact de certains facteurs affectant le climat, sur l’équilibre énergétique du système couplé Terre/atmosphère qui contrôle la température à la surface de la planète... Le terme forçage est utilisé pour indiquer que l’équilibre radiatif de la Terre est en train d’être déstabilisé... Les climatologues sont confrontés au problème ardu d’identifier tous les facteurs qui affectent le climat, ainsi que les mécanismes de forçage, de quantifier le forçage radiatif pour chaque facteur et d’évaluer la somme des forçages radiatifs pour un groupe de facteurs. >> Wikipédia

Le travail du GIEC est extrêmement difficile car les températures terrestres résultent d'interactions complexes entre les apports solaires perturbés par les cycles de l'orbite terrestre, le pouvoir réfléchissant de l'atmosphère (effet albédo), les courants de convection dans l'atmosphère et les océans, le cycle de l'eau et l’équilibre énergétique terre-atmosphère. Ce dernier ne peut être estimé qu'en moyenne, ce qui est bien délicat pour un équilibre car il est différent entre terres et océans, entre zones habitées, déserts, zones boisées et zones glacières réfléchissantes. La latitude et l'altitude de ces divers éléments agissent aussi sur le temps de leur exposition aux radiations solaires. On doit également faire état des possibles variations climatiques de la terre à moyen, long et très long terme que l'on commence à mieux connaître, grâce aux carottages glaciaires, mais dont on ne peut qu'imaginer les causes.

Essayons de rester lucides en constatant une réalité plus ''physique''. Posons nous tout d'abord la question suivante : que sont les ''gaz à effet de serre'' qui sont tenus pour responsables du blocage dans l'atmosphère de 92% du rayonnement thermique qui est réfléchi par la terre ? Voici, d'après le GIEC, la contribution approximative à l’effet de serre des principaux éléments de ces ''gaz'' :

* 60% pour la vapeur d'eau des nuages.

* 26% pour le (CO2), le dioxyde de carbone qui est un gaz transparent en lumière visible mais absorbant dans le domaine infrarouge.

* 8% pour l'ozone qui, en outre, nous protège efficacement des ultraviolets nocifs du soleil.

* 6% pour le méthane et l’oxyde nitreux dont l'augmentation est particulièrement à surveiller.

Nous constatons actuellement une augmentation constante et même accélérée de la température de notre planète de par la fonte des glaciers et de la surface des calottes glaciaires des pôles. Cherchons à déterminer ci-dessous la part d'influence des éléments que nous venons de citer :

* L'effet des nuages sur l'augmentation de la température de la terre est double. Le premier est négatif car les nuages diminuent l'énergie du rayonnement solaire direct grâce à leur effet réfléchissant (effet « parasol », augmentation de l'effet d'albédo). Le deuxième effet est positif puisqu'il concerne 60% de l'effet de serre. Mais cette évaluation moyenne est délicate étant donné la diversité des éléments terrestres que nous avons déjà indiqués mais également la position de ces éléments en rapport des heures de leur ensoleillement. Wikipédia indique que l'effet d'albédo l'emporte et donc que l'effet résultant des nuages est de refroidir la planète.

* Le dioxyde de carbone (CO2) appelé aussi gaz carbonique est incolore et inodore. Nous avons vu au chapitre précédent N°422 traitant de la photosynthèse, que les végétaux utilisent l'énergie solaire pour synthétiser les éléments énergétiques (le glucose) nécessaires à la vie de leurs cellules. Cela se fait à partir du dioxyde de carbone atmosphérique CO2 et de l'eau H2O (de leurs racines) avec libération dans l'atmosphère d'oxygène O2 comme sous-produit de l'oxydation de l'eau. La présence et la vie des végétaux (leur synthèse par anabolisme) sont donc des éléments concourant à la diminution du CO2 présent dans l'atmosphère. L'ensemble du processus chimique de l'anabolisme est appelé cycle de Calvin ou cycle de Krebs inverse. Il fait partie de ce qui est appelé le cycle du carbone qui est particulièrement complexe.

Dans la rubrique N°15 du blog N°1 ''Étude de la vie dans les cellules de matière vivante'' nous avons parlé du métabolisme qui est << l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent au sein d'un être vivant, et en particulier dans une biomolécule. Comme nous venons de le voir l'anabolisme concerne les réactions de synthèse des molécules, leur construction....Les ''voies'' métaboliques sont très nombreuses et enchevêtrées les unes aux autres. Il s'agit de systèmes complexes soumis à des régulations hormonale et génétique dans lesquels les éléments catalyseurs sont très importants. >> Ainsi le cycle de Krebs est composé de 10 étapes catalysées par huit enzymes différentes.

A l'inverse, le catabolisme concerne l'ensemble des processus métaboliques de dégradation des biomolécules pour récupérer l'énergie dont elles ont besoin. La principale réaction de catabolisme est donc le produit de la combustion du carbone. Chez les plantes et les cyanobactéries, les réactions de catabolisme permettent de libérer l'énergie de la lumière solaire qu'elles ont stockée et dont elles ont besoin pour vivre. Chez les animaux, ces réactions conduisent à dégrader des molécules organiques complexes (par exemples les nutriments) en molécules de plus en plus simples jusqu'au rejet de dioxyde de carbone et d'eau. Et voilà donc du CO2 rejeté dans l'atmosphère et de l'oxygène absorbée par ce processus de dégradation et d'oxydation, de notre nourriture en particulier. Mais l'ensemble de nos activités et de nos besoins nécessite également une grosse consommation d'énergie, donc un dégagement de CO2 dans l'atmosphère. C'est spécialement le chauffage et les divers modes de transport qui en sont responsables lorsque nous utilisons comme combustible les énergies fossiles telles que le charbon, le gaz naturel, le pétrole, et toutes les autres matières organiques.

Les volcans et autres phénomènes géothermiques tels que les geysers peuvent modifier considérablement le phénomène de l'effet de serre, en aggravant ou réduisant son effet . Les feux de forêts sont une catastrophe à double titre puisque, d'une part ils dégagent de l'oxyde de carbone et consomment de l'oxygène en brûlant le bois et, d'autre part, pendant le temps de repousse, la végétation ne peut jouer son rôle normal d'absorption du CO2 atmosphérique.

Nous avons noté l'énorme difficulté pour le GIEC de fournir des chiffres et des pourcentages d'importance des divers facteurs, et surtout d'établir des moyennes pour l'ensemble de la terre étant donné l'énorme diversité de vie des sociétés humaines. Les seuls chiffrages acceptables sont établis par pays et en pourcentage de l'ensemble des activités de leurs habitants. Même les comparaisons entre les pays sont sujet à discussions (les participants des conférences y sont habitués).

Wikipédia (rapport du GIEC) nous indique qu'en France les émissions de gaz à effet de serre proviennent des transports pour 26 %, suivis de l’industrie (22 %), de l’agriculture (19 %), des bâtiments et habitations (19 %), de la production et de la transformation de l’énergie (13 %), et du traitement des déchets (3 %). Depuis 1990, les émissions ont augmenté de plus de 20 % pour les transports et les bâtiments. En revanche, elles ont diminué de 22 % dans l’industrie, de 10 % dans le secteur agricole, de 9 % dans le secteur de l’énergie et de 8 % pour le traitement des déchets.

* L'ozone ou tri-oxygène (O3) est, à température ambiante, un gaz incolore qui possède une odeur caractéristique qui rappelle l'eau de Javel. Il se dégage dans des endroits fermés où règne un champ électrique important (transformateur haute tension, tubes à ultra-violet) et dans des lieux confinés, sous l'action des rayons UV solaires. Très concentré ou respiré en grande quantité il devient toxique, mais c'est surtout un marqueur de pollution pour les villes ''écrasées par un soleil de plomb'' et ''sans un pouce d'air''. On dit alors ''pollution à l'ozone'' au lieu de ''pic de pollution'' tout court ce qui, à mon sens, détourne l'attention de notre propre responsabilité de pollueur et induit la population en erreur. L'ozone est même un très mauvais marqueur de la pollution réelle. La preuve en est que le taux d'ozone peut être très élevé dans une vallée de montagne exempte de pollution, où l'air stagne chauffé par le soleil, alors qu'il peut être beaucoup plus faible dans l'air d'une ville engluée par les particules fines et autres pollutions.

L'ozone est naturellement présent dans la basse atmosphère terrestre (la troposphère), son accumulation, d'origine aussi bien naturelle qu'industrielle, est due à la sur-oxydation par la chaleur de l'oxygène de l'air et des produits à base d'oxydes d'azote. L'ozone constitue environ 8% de ce qu'on appelle les gaz à effet de serre qui sont tenus pour responsables du blocage dans l'atmosphère du rayonnement thermique réfléchi par la terre.

L'ozone existe aussi dans la stratosphère sous la forme d'une ''couche d'ozone'' entre 13 et 40 km d'altitude qui intercepte plus de 97 % des rayons ultraviolets du Soleil. Cette couche protectrice est menacée par les émissions de gaz CFC, gaz fluorés ininflammables, stables, inertes et non toxiques qui étaient utilisés sans limite dans les réfrigérateurs, les climatiseurs et les bombes aérosols. Ces gaz montent dans la haute atmosphère et, par catalyse, détruisent durablement l’ozone en le transformant en dioxygène. Le constat de trous dans la couche d’ozone au niveau des pôles a fait prendre conscience en 1990 du danger de l'utilisation massive de ces composés à base de chlore, fluor et brome. Rassemblés sous le nom de hydrocarbures halogénés ou halocarbures, ces composés organiques produits industriellement sont considérés aussi comme des gaz à effet de serre. La gestion, la fabrication et l'utilisation de ces gaz ont été réglementées ce qui a entraîné l'augmentation du prix de leur usage en même temps qu'une diminution constatée des ''trous'' polaires.

* L'oxyde nitreux ou protoxyde d'azote (N2O) est un gaz à effet de serre réglementé par le Protocole de Kyoto. Bien que moins présent dans l'atmosphère en terme de masse le protoxyde d'azote a néanmoins un impact majeur sur le réchauffement climatique mondial.   En   effet   les  études  faites  sur  ce  gaz  ont  montré  qu'il  est  25  fois  plus  « réchauffant » que le méthane et 300 fois plus que le C02. Sa durée de vie dans l’atmosphère est également très longue. Elle est de 120 ans en moyenne contre 100 ans pour le C02 et 12 ans pour le méthane. Il est produit industriellement pour des usages divers :  médical  et  pharmaceutique  (anesthésique,  antalgique),  industriels   (augmentation de la puissance des moteurs), alimentaire (conservation de produits).

Mais son impact sur l'effet de serre est essentiellement celui de l'agriculture. Ce domaine est, à l'échelle mondiale, la plus grande source d'émissions de N2O causée par l'être humain (les 2/3). Produites principalement par les sols, ces émissions sont particulièrement attribuables à l'épandage d'engrais azotés (engrais chimiques ou d'origine animale : fumier, lisier) qui permettent de fertiliser les sols, notamment ceux des cultures intensives. Dégagent également du N2O le traitement des déchets et des eaux usées et la combustion de carburant.

* Le méthane, composé chimique de formule chimique CH4 est l'hydrocarbure le plus simple. C'est un hydrocarbure saturé, composé organique de la famille des alcanes, constitué exclusivement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H). D'énormes quantités de méthane sont enfouies dans le sous-sol géologique sous forme de gaz naturel (90% de méthane). Celui-ci peut être obtenu rapidement et facilement grâce à un processus biologique naturel. Il a donc constitué une ressource énergétique essentielle pour l'économie et, avec le pétrole, a représenté la base énergétique de la révolution industrielle. Mais il fait partie des ressources non renouvelables (charbon, pétrole et gaz) dont les gisements peuvent s'épuiser ou devenir très coûteux et plus difficiles à exploiter (gisements marins ou très profonds, et souvent de moindre qualité). Nous exposerons ces problèmes au chapitre suivant consacré à ''l'énergie liée''.

Nous parlons ici du méthane car, du fait de son utilisation massive, il devient aussi une source de gaz à effet de serre dont il représente environ 5%.en volume. Mais son importance est plus grande dans la réalité des effets car, selon Wikipédia : << Une molécule de méthane absorbe en moyenne 28 fois plus de rayonnement qu'une molécule de dioxyde de carbone sur une période de 100 ans, son potentiel de réchauffement global (PRG) est donc de 28. A échéance de 20 ans, son PRG est même de 67. Le méthane est considéré comme le deuxième gaz responsable du dérèglement climatique (32 % du forçage radiatif en 2011) derrière le CO2 mais loin devant les fréons et le protoxyde d'azote. >>

En effet le méthane se dégage naturellement des zones humides peu oxygénées comme les marais et certains sols longuement inondés, les rizières les lacs artificiels et les décharges. Il se forme aussi dans l'estomac et le tube digestif de nombreux animaux. Ce gaz est également présent en faible quantité dans les gaz intestinaux humains. Les volcans de boue, les décharges publiques et la digestion du bétail, notamment des ruminants dégagent du méthane.

Présent à tous les stades de l'industrie pétrolière, mais mal valorisé, le méthane est fréquemment brûlé dans une torchère. Ce comportement contribuant à l'effet de serre, les pétroliers tentent de plus en plus de restreindre ce procédé. Les fuites dans l'atmosphère lors de son extraction, de son transport, de son traitement et de sa distribution pourraient représenter jusqu'à 2 % de la production de gaz naturel.

3) LES ÉNERGIES LIÉES A LA MATIÈRE

31) Les énergies fossiles

Le précédent chapitre étudiait les gaz à effet de serre qui, pour la plupart, ont pour origine l'extraction et l'utilisation par l'homme des combustibles fossiles. Ce sont des composés organiques constitués presque exclusivement d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H) Ils sont << issus de la méthanisation ( dégradation de la matière organique en absence d'oxygène) d'êtres vivants morts et enfouis dans le sol depuis plusieurs millions d’années, jusqu’à parfois 650 millions d’années. Il s’agit du pétrole, du charbon, de la tourbe et du gaz naturel. Parmi ces derniers, le méthane (CH4) présente le rapport H/C le plus élevé, tandis que l’anthracite et certaines houilles sont composés de carbone presque pur. Ces sources d'énergie ne sont pas renouvelables car elles demandent des millions d'années pour se constituer et parce qu'elles sont utilisées beaucoup plus vite que le temps nécessaire pour recréer des réserves. >> Wikipédia

L'usage par l'homme de ces combustibles fossiles a été et est complètement lié au développement de ses activités, à l'évolution de son savoir, de son industrie, de son économie, de sa manière de vivre. On peut, en simplifiant, considérer plusieurs périodes :

* Le charbon de bois est un combustible (non fossile) fabriqué depuis l'antiquité pour l'usage des forges. En France, la trop grande déforestation obligeât à abandonner les forges du Berry pour exploiter des mines de charbon de terre (la houille) situé dans le nord et à l'est.

* La houille, par chance en France, se trouve dans le nord et en Lorraine, près des mines de fer, ce qui a favorisé le développement industriel de ces régions malgré la faible teneur en fer des minerais. A l’état brut, la houille est impropre aux utilisations de la sidérurgie et nécessite une « distillation » dans des batteries de cornues (cokeries). Le produit obtenu est le coke. Celui-ci est principalement utilisé en sidérurgie pour réduire le minerai de fer dans un haut-fourneau afin d’obtenir la fonte qui est ensuite transformée en acier. Durant tout le 19ème siècle le développement de toutes les industries liées à la sidérurgie (industrie dite lourde) utilisant et transformant ces produits (métallurgie), a été considérable en Sarre, en Lorraine et dans le Nord. En sous produit de la distillation de la houille, on obtient le gaz de houille (le gaz de ville) qui à permis à Londres et Paris aux alentours de 1815 d'éclairer les rues et de distribuer le gaz dans les immeubles. Le développement des cokeries a également permis, à la même époque, le début de la carbochimie, la valorisation de nouveaux sous-produits du coke (benzol, hydrogène, éthylène, etc.)

Le développement en France de l'extraction du charbon, de la métallurgie, de la chimie industrielle, des verreries et autre industries textiles dans toutes ces régions du nord et de l'est, correspond à celui des sciences et à celui du capitalisme industriel. Cela a entraîné, tout au long du 19ème siècle et au début du 20ème, une véritable révolution de la société. Avec la création d'usines et de grands magasins est arrivé au pouvoir une bourgeoisie industrielle et commerciale prospère, en même temps qu'une classe ouvrière consciente de ses droits. Ceci a vidé les campagnes de ses habitants, et dans le même temps, le besoin de main-d’œuvre a attiré en France, dans le nord des Polonais, dans le sud des Italiens, des Espagnols, des Portugais, des Maghrébins. La société, la politique, les mœurs, tout a progressivement changé, jusqu'au coup d’arrêt brutal de la grande guerre.

* Cette guerre a montré l'importance du pétrole pour le besoin des transports de troupes, pour les tanks et les avions. La paix qui a suivi a exacerbé la recherche de domination du pétrole pour alimenter la sidérurgie, pour les usines, les automobiles, les avions, les bateaux, et pour la production d'électricité, bref pour tous nouveaux besoins de la société, et pour ceux d'une nouvelle industrie chimique qui s'est développée à partir de 1930, ''la pétrochimie'' (voir plus loin). La mise en exploitation des importants gisements situés en Arabie et la création de raffineries dans les pays développés ont permis à ceux-ci de rattraper les États-Unis qui étaient en avance grâce à leurs propres gisements. Entre les deux guerres, la recherche et la possession du pétrole ont été en rapport étroit avec les relations internationales et les politiques de chaque pays. Cela reste le cas après la dernière guerre et sa possession détermine encore pour un pays son niveau de richesse...ou l'étendue de son malheur. Les réserves de pétrole, bien qu'elles soient importantes, ne sont pas inépuisables et se trouvent enfouies profondément au fond des océans, avec tous les dangers que cela représente.

* Le gaz naturel est là pour prendre sa succession. L'image suivante explique les différentes natures de gaz naturels. En voici l'auteur : US Energy Information Administration. Domaine public

http://www.eia.doe.gov/oil_gas/natural_gas/special/ngresources/ngresources.html,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27954918

Schéma des différentes types de source géologique du gaz naturel

A = Gaz naturel associé (au pétrole)           B = Gaz naturel conventionnel non associé     C = Gaz de couche (ou gaz de houille)        D = Gaz de « réservoir ultracompact »             E = Gaz de schiste

<< Contrairement au gaz naturel conventionnel qui est retenu dans une roche perméable permettant une exploitation facile, le gaz de schiste est piégé dans les porosités d'une roche rendue imperméable par l'argile qu'elle contient. L'extraction du gaz de schiste, particulièrement difficile, nécessite le recours systématique aux techniques combinées du forage dirigé et de la fracturation hydraulique à grands volumes particulièrement coûteuses......et à l’origine de problèmes environnementaux relatifs aux dégâts écologiques liés à leur extraction. >> Wikipédia

<< Comme tous les autres gaz naturels le ''gaz conventionnel non associé'' est composé, après traitement, de méthane (entre 81 et 97%) et d'azote. C'est ce gaz qui alimente le marché international du gaz naturel et ses réseaux de transport par gazoducs et méthaniers. Le ''gaz conventionnel associé'' est présent en solution dans le pétrole. Il est séparé lors de l'extraction de ce dernier. Pendant longtemps, il était considéré comme un déchet et détruit en torchère, ce qui constitue un gaspillage de ressources énergétiques non renouvelables et une pollution inutile. Aujourd'hui, une partie est soit réinjectée dans les gisements de pétrole (contribuant à y maintenir la pression et à maximiser l'extraction du pétrole), soit plus généralement valorisée. Wikipédia >>

<< L'usage du gaz naturel est en expansion, la plupart des pays favorisant son usage accru partout où il peut se substituer au pétrole La consommation mondiale de gaz naturel a progressé de 25 % entre 2005 et 2015. L'usage de ce gaz présente en effet plusieurs avantages si on le compare avec celui du pétrole : moins cher en général, moins polluant, il permet en outre de diversifier les approvisionnements énergétiques entre les pays producteurs. D'importantes réserves de gaz naturel ont été découvertes en Méditerranée orientale dans la zone dite ''bassin du Levant''. >> Wikipédia

L'existence de ces gisements de gaz sont une chance pour l'Homme. Ils vont lui permettre de poursuivre ses activités industrielles en lui fournissant une énergie moins polluante que celle du pétrole et mieux adaptée à la plupart des usages. L'extraction du pétrole des gisements actuels devrait se voir affectée à des domaines bien spécifiques, je pense par exemple à l'aviation et aux fusées, mais surtout à la fabrication des polymères synthétiques issus du pétrole dont le développement est énorme depuis 1950 et dont l'avenir apparaît gigantesque. En effet les matériaux composites aux propriétés mécaniques exceptionnelles, les moulages imprimés en 3D, les tissus aux usages multiples et étonnants, sont et seront d'origine pétrolière.

<< La fabrication d’un matériau plastique est la résultante de la polymérisation qui est le procédé par lequel des petites molécules, comme celles à base de carbone extraites du pétrole, réagissent entre elles pour former des molécules de masse plus élevée. La présence de réactifs et de catalyseurs et l’action de la chaleur et de la pression sont d’autres facteurs indispensables à la formation des chaînes dites macromoléculaires qui donneront naissance à une multitude de polymères...Un polymère est une structure moléculaire géante. C’est une macromolécule formée d’une longue chaîne de molécules plus petites et identiques, accrochées les unes aux autres un peu comme les perles d’un collier. Si le mot polymère a été inventé à la fin du XIXe siècle, ce type de structure moléculaire existe à l’état naturel et a toujours été utilisé par l’homme. L’ambre, l’écaille, la résine des arbres, la laine, les cheveux, les sécrétions de certains insectes, comme la laque et la soie, sont des plastiques puisqu’ils sont modulables. La cellulose, que l’on trouve dans les arbres, dans l’herbe, le lin, le chanvre ou le coton sont des polymères naturels. >> Wikipédia

Le retour à la nature fait partie de l'idéologie actuelle des pays riches. Mais, à la lecture du paragraphe précédent, on voit bien que, pour les hommes présents actuellement sur Terre, de par leur nombre, le mode de vie qu'ils ont adopté et les possibilités scientifiques qui sont les leurs, les techniques ancestrales ne correspondent plus ni à leurs besoins actuels ni à leur avenir. Les pays actuellement sous-développés mais dont la population est très jeune, vont aussi vouloir accéder progressivement aux nouveaux modes de vie, et donc à tous les nouveaux produits et techniques.

Nous avons exposé dans l'ensemble des chapitres précédents une partie des dangers que représente le mode d'exploitation actuel des énergies fossiles. Au départ, il s'est réalisée sans règles et sans limites, puis une prise de conscience s'est faite, au fur et à mesure des catastrophes survenues. Il est arrivé enfin le temps de dépasser les idéologies outrancières, celui d'une prise de conscience collective, internationale et raisonnable prenant en compte la réalité scientifique en l’appliquant aux conditions de vie dans notre écosystème. On commence à comprendre la puissance d'adaptation de LA VIE, même à nos plus grosses ''bêtises'' (Tchernobyl). Mais on a appris que la nature sait se défendre, contre la prolifération des espèces par exemple. On voit aussi les graves conséquences de notre laisser-aller, des demi-mesures et des égoïsmes sans retenu. Pour réussir à convaincre d’agir, on peut bien accepter les peurs et les outrances médiatiques, mais je reste persuadé qu'il est indispensable de mieux faire appel à l'intelligence de l'homme et lorsque c'est possible, à sa capacité à voir plus loin que son intérêt personnel immédiat (problèmes d'éducation et d'instruction).

32) L'énergie dans le noyau de l'atome

Nous abordons maintenant une énergie liée qui suscite dans le grand public encore plus de craintes que les gaz de serre des énergies fossiles. L'énergie interne à l'atome reste en effet une force mystérieuse, d'un abord scientifique difficile pour la grande majorité. En plus elle est considérée comme forcément dangereuse puisque c'est elle qui est à l'origine des deux bombes tombées sur le Japon, des essais nucléaires et des 2 catastrophes plus récentes, sans compter la destination non encore définie pour des déchets qui restent contaminés pendant des siècles.

Il est difficile d'expliquer dans les écoles que la matière (dont nous sommes faits) porte en elle, au centre des atomes une force dite '' interaction forte'' qui se manifeste lorsque les nucléons des noyaux des éléments lourds sont brisés ou ceux des éléments légers sont fusionnés. Cette manifestation d'énergie dite force nucléaire ou atomique est pour la physique des ondes la même force qui structure les noyaux de nos atomes. Elle est également de même nature que ''l'interaction électromagnétique'' et ''la force gravitationnelle'' de la physique standard et elle correspond à ce que notre physique des ondes a baptisé l'onde de structure ou la force de structure. Cette force peut être révélée par la fission ou par la fusion des noyaux atomiques.

321) La fission atomique

C'est le processus de fracture du noyau des atomes lourds qui a été utilisé dans les premières bombes A, celle Hiroshima, celle qui a révélé au monde entier l'existence de l'énergie existant au sein du noyau des atomes. Le fractionnement par des neutrons des atomes lourds, comme le plutonium 238, entraîne une réaction en chaîne. Pour utiliser normalement cette énergie, il faut donc la maîtriser. C'est le rôle des centrales et des réacteurs nucléaires. Citons Wikipédia :

<< On compte dans le monde environ 250 centrales nucléaires qui ont produit 10,8 % de l'électricité mondiale en 2013. Ces centrales comptent en janvier 2016 un total de 441 réacteurs en fonctionnement (y compris 41 réacteurs japonais à l'arrêt), dont la puissance atteint 382 GW ; 67 réacteurs sont en cours de construction....À eux seuls trois pays (États-Unis, France et Russie) disposent de 191 réacteurs soit 44 % du nombre total de réacteurs dans le monde. La répartition par filière est la suivante : 279 réacteurs à eau pressurisée (REP), 78 réacteurs à eau bouillante (REB), 49 réacteurs à eau lourde pressurisée, 15 réacteurs refroidis au gaz (GCR), 15 réacteurs de grande puissance à tubes de force (RMBK) et 2 réacteurs à neutrons rapides (RNR) expérimentaux. >>

<< En 2002, les cinq grandes puissances nucléaires (États-Unis, Russie, Royaume-Uni, France et Chine) disposaient de 245 réacteurs nucléaires militaires sur 182 navires de guerre. Entre 1954 et 2002, environ 760 réacteurs nucléaires servant à propulser des navires de guerre ont été construits dans le monde. Dans cette liste ne figurent pas les réacteurs nucléaires utilisés pour la production de plutonium, ni ceux embarqués sur des satellites (source : Observatoire des armements). >>

Qu'on soit optimiste ou qu'on aime à se faire peur, il faut admettre que notre sécurité dépend des décisions des techniciens de l'atome et que l'espèce humaine et l'écosystème se trouvent à la merci de nos dirigeants, psychopathes, religieux, idéologues ou même normaux qui peuvent, en appuyant sur un bouton, décider de notre avenir. On peut espérer que des procédures un peu complexes et des co-décideurs plus raisonnables limitent les risques. Comme il y a quelques chances qu'ils ne soient pas tous fous en même temps, cela nous laisse quelque répit.

Bien sûr il ne peut être question de mettre en doute la santé mentale de nos propres dirigeants ni de contrôler la sécurité militaire. Mais sur le plan du nucléaire civil, les organismes de contrôle sont tellement nombreux à tous les échelons et dans tous les domaines, qu'aucun défaut ne devrait pouvoir leur échapper... En voici un aperçu :

* Institutions internationales : Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) +3 autres

* Institutions européennes : Communauté européenne de l’énergie atomique (EURATOM)+4 autres

* Organismes français : Commissariat à l'énergie atomique de sûreté nucléaire (CEA) + Autorité de sûreté nucléaire (ASN) +18 autres organismes.... (comme toujours on est les plus précautionneux...)

322) La fusion nucléaire

Le grand public a du mal à comprendre la différence existant entre la fission des noyaux utilisée dans nos centrales atomiques (et dans la bombe A) et la fusion atomique qui fait la puissance de la bombe H (bombe à hydrogène). Je viens de relire notre rubrique N°13 ''L'énergie de liaison du noyau atomique'' qui traite de ces questions. Je n'ai rien à y modifier et je vous recommande sa lecture ainsi que celle du site suivant dont voici un extrait ci-dessous :

http://www.maxisciences.com/urban-scientist/bombe-a-et-bombe-h-quelle-difference_art38823.html

<< Précisons ici que la fusion atomique consiste à faire fusionner des noyaux d'atomes de deutérium et de tritium (une version lourde de l'atome le plus simple du monde : l'hydrogène) pour former un noyau d’hélium. La réaction, accompagnée d’une émission de particules, aboutit à la formation de noyaux plus légers que la somme des deux noyaux "parents". L'excès de poids, est libéré sous forme d'une énergie titanesque : elle est 4 fois supérieure à celle de la fission. Cette réaction est ni plus ni moins celle qui se déroule naturellement à l'intérieur du Soleil, et qui lui permet de nous éclairer et de nous chauffer à plusieurs dizaines de millions de kilomètres de distance....

C'est une ''énergie propre" dans le sens où elle ne relâche pas directement de composés radioactifs. Si l'homme sait la provoquer, il ne peut pas encore la maîtriser (d'où son utilisation exclusive dans l'armement). C'est pour cela que la fusion n'est pas encore utilisée dans nos centrales nucléaires. >>

Il est important de préciser que les bombes H utilisées, et toutes celles qui sont en stock de par le monde sont des bombes sales car << une bombe A est utilisée en tant qu'allumette pour déclencher une bombe H. La plus puissante des bombe H, la tsar bomba russe, est ainsi 3000 fois plus puissante que la bombe d'Hiroshima. >>

L'avenir de l'espèce humaine dépend donc du choix que feront les dirigeants (élus ou non) des pays les plus puissants entre l'énergie de mort, (la fission des atomes lourds), et l'énergie propre qui est la fusion des nucléons des éléments légers. Depuis 1945 les crédits que ces dirigeants ont affectés aux recherches dans ce domaine l'ont été à destination d'armement sous une responsabilité de militaires.

Cependant lors de la fin de la guerre froide (perestroïka), sur proposition de l'URSS à la communauté internationale, un projet de « réacteur thermonucléaire expérimental international » (ITER) a en effet été lancé qui associe trente-cinq pays, ceux de l'Union européenne ainsi que l'Inde, le Japon, la Chine, la Russie, la Corée du Sud, les États-Unis et la Suisse. C'est un projet civil de recherche qui s'inscrit dans une démarche à long terme dont le but est l'industrialisation de la fusion nucléaire. Les études préliminaires ont été faites entre 1988 et1992 et le premier réacteur de recherche est en construction en France à Cadarache dans les Bouches-du-Rhône. Le budget initial de construction était de 5 milliards d'euros, il est passé à 19 milliards. La mise en route du plasma dans le réacteur est prévu en 2025 pour une pleine puissance en 2035.

Mises à part les nombreuses critiques sur le budget et les retards, les controverses portent également sur la technique utilisée qui est dérivée de celle militaire de la bombe H, (emploi du tritium comme élément de fusion), sur l'obtention de neutrons dangereux et destructeurs du matériel et sur le résidu final de tritium radioactif (faiblement). Le tritium est principalement utilisé pour « accroître le rendement des armes thermonucléaires ainsi que l’efficacité de l’utilisation des matières explosives nucléaires » Science and Global Security. 5: 131-203.

Est-il possible d'oublier les militaires et leurs bombes ainsi que la physique des particules qui a la particularité de complexifier la nature ? Quoi de plus répandu dans l'univers que la fusion de l'isotope d'hydrogène (2H), le deutérium, qui se trouve être le combustible de toutes les étoiles et qui, en se transformant en isotope de l'hélium (4He), dégage l'énergie de base de la matière et de la vie. Depuis Francis William Aston (1877-1945), sa découverte des isotopes et son spectromètre de masse, toutes les recherches concernant la fusion des atomes légers et la transmutation des éléments butent sur le problème de la température du plasma des étoiles. Tous ces phénomènes se réalisent à environ 150 millions de degrés. Une pareille fusion auto-entretenue qui dégage une telle énergie serait la bienvenue sur terre, mais à condition de pouvoir la contrôler et la réaliser à une température qui nous soit accessible. C'est le Graal de la dite ''fusion froide'' qui fait fantasmer tous les pseudo-scientifiques, et même les vrais. J'ai parcouru les sujets accessibles sur internet et il est tout à fait possible que le nickel facilite en laboratoire la dite fusion. Voir à ce sujet :

https://www.youtube.com/watch?v=ec1EQMPQ8O8, et

https://theierecosmique.com/2016/09/05/e-cat-fusion-froide-ou-arnaque/

323) La physique des ondes et la fusion froide

Notre physique des ondes, compte tenu de ses hypothèses de base, de celle émise sur la création de la matière et des éléments chimiques dans les étoiles, de celle sur la double nature ondulatoire de l'électron particule de base de la matière, des hypothèses complémentaires sur la constitution des nucléons et leur force de structure, propose de concevoir un dispositif de fusion décrit ci-dessous :

L'appareillage proposé rapproche les procédés de refroidissement de l'atome, de résonance en cavité et de résonance magnétique nucléaire. Nous avons étudié ces domaines dans nos rubriques N°1, N°8 et 11. Dans cette dernière, en particulier grâce à la thèse de Yannick Bidel, nous avons pu pénétrer dans les arcanes complexes d'un appareillage de piégeage par laser et de refroidissement d'atomes de strontium. http://www.kaiserlux.eu/coldatoms/Theses/bidel.pdf

Nous proposons donc de fusionner à froid et en continu des atomes de deutérium en provenance d'eau de mer distillée, source importante car chaque mètre-cube d'eau de mer contient 33 milligrammes de deutérium que l'on extrait couramment à des fins scientifiques et industrielles. Le processus de fusion à mettre en œuvre nécessite tout d'abord de neutraliser les électrons des atomes d'un jet forcé de deutérium. Cela peut se faire comme cela est décrit dans notre rubrique N°11 ''Le laser atomique, l'atome froid'' par un ralentisseur Zeeman dont le rôle est de rassembler les électrons des atomes du jet de deutérium sur la couche électronique fondamentale. Ceci a pour effet de les ''refroidir'' jusqu’à les anesthésier.

Vient ensuite la séparation du flux de deutérium, en fait de ses noyaux (les deutérons), en deux jets forcés et régulés dans deux conduits parallèles différents. Les deux flux de deutérons sont soumis à deux champs magnétiques qui mettent ces nucléons en résonance. La fréquence de résonance dans les deux tubes est rigoureusement la même, comme en RMN elle se situe dans la zone des ondes radio THF, limite infrarouges. Les deux champs magnétiques mettent les deutérons en vibration dans des directions rigoureusement parallèles dans les deux tubes mais leur polarité est inversée entre les deux tubes. Les deux flux de nucléons sont poussés par des lasers dans un même piège qui est une chambre de confinement et qui devrait être la cellule de fusion des ''brochettes'' des nucléons. Le dégagement espérée de l'énergie de liaison devrait se faire par rayonnement et les noyaux des atomes d'hélium produits devraient récupérer leurs électrons qui ont été seulement ''endormis''.

C'est là que s’arrête ma description d'un processus dont la chance d'aboutir dépend de la validité de mon hypothèse complémentaire, celle qui concerne les nucléons formés de ''brochettes d'électrons'' composant les noyaux des atomes. Elle est exposée au chapitre 4 du blog N°1, paragraphe (424), reprise au N°94 de la rubrique N°1 et concerne la totalité de la rubrique N°13 ''l'énergie de liaison du noyau atomique. Cette hypothèse est audacieuse (c'est peu dire), et elle est à la base de ma proposition de fusion (réalisable ou non ?).

33 ) Autres énergies liées. .

Toute l'énergie dont nous disposons sur terre est en principe d'origine solaire, sauf si nous considérons, comme J.J.Mikalef, que la planète Terre est une ancienne petite étoile indépendante née en même temps que l'ensemble du système solaire, ce que je pense aussi. Dans ce cas l'énergie géothermique est directe, mais cependant liée à la matière, ce qui, pour son utilisation, revient au même. Cette énergie est très intéressante dans certains secteurs pour un chauffage de base des immeubles, même en tenant compte du prix des forages, le solaire venant en complément si nécessaire.

De nombreuses autres énergies liées à la matière sont, ou pourraient être exploitées dans de bonnes conditions. L'air en mouvement l'a toujours été par l'homme pour naviguer sur l'eau et maintenant pour ses besoins en électricité d'origine éolienne. La connaissance progressive par l'Homme des phénomènes météorologiques reliée à la nouvelle conception des champs électromagnétiques et des phénomènes ondulatoires qui est propre à notre physique des ondes, pourrait-elle permettre d'envisager l'exploitation maîtrisée de ces phénomènes ? La régulation (l'utilisation?) de l'énergie considérable qui réside dans ces mouvements atmosphériques permettrait, en même temps qu’une possible régulation du climat maîtrisant le réchauffement climatique, de contrôler les cyclones destructeurs, d'envisager la maîtrise de la répartition des pluviométries, de reboiser les zones désertiques et d'améliorer les rendements agricoles. Pourquoi ne pourrait-on pas rêver d'une possible entente des peuples sur de tels sujets ?

Je vous recommande, dans la sélection du Reader's Digest ''Les forces extraordinaires de la nature'', le livre ''Les humeurs du temps''. Je le cite :

<< Le temps a pour source l'énergie du soleil qui, réchauffant l'air, les terres et les océans, mobilise de puissantes forces au sein de l'atmosphère. L'évaporation des océans produit des nuages. Le déplacement des masses d'air et des courants aériens commande les vents et la pluie et engendre des phénomènes météorologiques extrêmes, prévisibles mais incontrôlables. >>

Nous constatons les morts et les dégâts engendrés par les cyclones, les tempêtes tropicales et autres phénomènes météorologiques qui, on le voit actuellement, ravagent de plus en plus fort les zones tropicales (et même plus près des pôles). Sommes-nous certains de ne pouvoir jamais ''contrôler'' ces ''forces extraordinaires de la nature'' ? Nous réussissons des prouesses pour réaliser nos rêves qui s'orientent spécialement sur ''l'au-delà'' terrestre, lune, mars, exoplanètes, mais nous serions incapables de réguler notre atmosphère terrestre, de réparer les dégâts de pollution que nous continuons de générer, (avec un semblant de retenue de la part de certains producteurs) !

Il n'y a pas que les plantes qui transforment l'énergie du soleil, les êtres vivants ont toujours été d'importants utilisateurs-transformateurs d'énergie : les chameaux pour le transport terrestre sur longue distance, les ânes et mulets en terrain difficile, les éléphants en exploitation forestière, les chevaux utilisés en messagerie, pour la guerre et les transports en commun, les bœufs en terrains agricoles, etc. L'homme lui même est idéal pour les courses en ville et le footing. Une bonne adaptation des moyens aux besoins a toujours été la clef du succès des entreprises humaines.

Je pense que l'énergie dégagée par l'homme qui marche (pour sa santé et pour satisfaire la nouvelle obligation de politique en France), pourrait, sans fatigue supplémentaire pour lui, être utilisée pour sa propre indépendance énergétique. Des cellules piézoélectriques disposées dans les semelles de ses souliers devraient pouvoir alimenter en courants faibles, d'une fréquence personnelle adaptée, tous les appareils dont il ne pourra plus se passer. Je pense non seulement aux smartphones les plus perfectionnés, mais aux prothèses visuelles et auditives 3D dont il va avoir un besoin impérieux, aux GPS, annuaires et mémoires auxiliaires indispensables pour gérer ses activités, aux radios et télé autonomes, à tous ses appareils auto-communicants, aux montres et réveils, et même pour nous les anciens qui marchons en pantoufle, à notre simple téléphone portable habituel, ce qui nous éviterait le souci de sa recharge.

De même pour l'autonomie électrique d'une automobile et son affectation en conduite à son seul propriétaire, il serait possible de généraliser à toutes les voitures,électriques ou non, une nouvelle génération d’amortisseurs capable de récupérer leur énergie perdue pour produire de l’électricité. Voici la proposition d'Audi sur le site :

http://www.automobile-propre.com/breves/audi-erot-amortisseurs-electriques/

« Chaque nid de poule, chaque bosse, chaque courbe apporte de l’énergie cinétique dans le véhicule. Les amortisseurs aujourd’hui installés absorbent cette énergie, qui est donc perdue sous forme de chaleur » constate Stefan Knirsch, en charge du développement technique chez le constructeur aux anneaux qui a souhaité proposer une nouvelle génération d’amortisseurs capable de récupérer cette énergie « perdue » pour produire de l’électricité.

De même il est possible de récupérer l'énergie perdue au freinage par un véhicule électrique. Voir la thèse de Alaa Hijaz du 13/12/2010 sur le site :

https://fr.scribd.com/document/112095008/Application-a-la-recuperation-de-l-energie-de-freinage-d-un-trolleybus

Je suis fier de pouvoir dire ici que mon père Pierre Bouchard ingénieur SUPELEC et spécialiste de traction électrique, à conçu en 1955 pour le réseau de trolleybus de la ville de Lyon, un dispositif de récupération d'énergie des véhicules lors des freinages et dans les descentes. Il en a généralisé l'usage sur l'important réseau de la compagnie OTL (Omnibus et Tramways de la ville de Lyon) dont il avait la charge. Il est fort regrettable que la dernière fonction qu'il a exercé à l'OTL, avant son décès à 86 ans en 1969, ait été celle de devoir remplacer les trolleybus par des autobus, ce qui était considéré à l'époque comme plus moderne. Les Lyonnais lucides le regrettent maintenant et seraient prêts à faire marche arrière.

4) TRANSFORMATION ET DÉGRADATION DES ÉNERGIES

Liées ou non les diverses formes d'énergie sont susceptibles de s'échanger entre elles, qu'elles soient emmagasinées dans la matière ou qu'elles se manifestent lors du transfert d'un sous-système à un autre. Parler de ''production ou de consommation d'énergie'' est donc une erreur de langage. Il n'existe que des transferts entre diverses formes d'énergie : mécanique, chimique, électrique, potentielle de l'eau d'un barrage, cinétique d'un objet en mouvement, nucléaire, ...etc. Au cours de chaque transformation se produisent des pertes (en % de rendement) ainsi que des dégradations entre des énergies nobles, comme l'électricité ou la lumière et la plus dégradée comme la chaleur trop souvent inutilisable, par exemple celles perdues par les frottements ou dans les lignes électriques.

Même la lumière qui nous vient des galaxies lointaines se dégrade forcément en traversant la matière dite noire. Cela explique le redshift (décalage de cette lumière vers le rouge) qui a été interprétée curieusement comme une dilatation de l'espace et une expansion de l'univers justifiant l'idée inverse d'une origine ponctuelle. Cette idée (le big-bang) énoncée à l'origine comme une moquerie est devenu le ''nec plus ultra'' de l'astrophysique moderne. La science-fiction est à la mode, spécialement à la télévision qui nous présente des spectacles ''scientifiques'' magnifiquement colorés et musicalement irréalistes. Il est seulement regrettable de constater trop souvent l'indigence des textes et l'ancienneté des ''découvertes'' présentées. Heureusement, certaines émissions remarquables nous font participer à des aventures extraordinaires comme celle qui a permis la rencontre de Philae et de Tchouri, ou celle de Huygens et de Titan.

Chaque échange d'énergie donne donc lieu à des pertes et des dégradations. Une bonne gestion doit donc relier au maximum la source et l'emploi en évitant les transports, les à-coups, les pertes de charge, les surcharges, les urgences, les déchets, les nuisances, les concentrations. Les stockages sont souvent indispensables mais ils entraînent obligatoirement des pertes. Des bilans particuliers sont nécessaires mais ils peuvent être contredits par le bilan global. C'est pourquoi on ne peut prendre au sérieux les affirmations péremptoires et partielles (ou partiales) qui sont émises trop souvent par beaucoup d'organismes plus ou moins officiels. Le bilan financier est encore une autre façon de voir les faits et de les juger. Comme dans toute prise de décision, la ''précaution'' appliquée sous forme de ''principe'' est souvent source de recul, d'aberration et quelques-fois même les prémices d'une catastrophe.

5) CONCLUSION

Ceux de mes lecteurs qui attendaient de cette rubrique des prises de position tranchées en faveur, défaveur ou stigmatisation de tel ou tel type d'énergie sont donc déçus. Toute énergie n'est en fait que la représentation intellectuelle d'un mouvement physique particulier et le résultat d'une transmission de ce mouvement. Certains mouvements sont extrêmement rapides comme celui de la lumière, d'autre sont très lents comme ceux de la radioactivité. Leur puissance et leurs effets sont aussi très différents. L'énergie mise en jeu est proportionnelle à la masse mise en jeu et au carré de la vitesse du mouvement. Il n'y a pas à porter de jugement sur l'existence du mouvement. Un jugement de qualité s'applique ''seulement'' sur la cause et la raison de son déclenchement, sur le résultat qui en découle, sur la quantification des résultats, sur la justesse et le but de l'action provoquée, sur son adaptation au but recherché, sur le but de l'action, de l'inaction ou de la réaction sur son efficacité par rapport au but à obtenir, sur la beauté du mouvement, etc...Beaucoup de clauses à débattre...C'est pourquoi nous en resterons là.

Dans ces 20ème et 21ème rubriques, j'ai poursuivi trois buts.

*Le premier est de montrer que les problèmes écologiques et spécialement ceux de l'énergie qui anime notre écosystème sont avant tout des problèmes de physique, et notamment de thermodynamique.

*Le deuxième but est de suggérer à certains scientifiques qui se posent des problèmes concernant la physique des particules et qui seraient ''tombés''par hasard sur mon blog, que notre physique des ondes et ses hypothèses de base permettent de concevoir la physique théorique autrement que sous des aspects mécanique, mathématique, statistique ou virtuel. En effet, dans la réalité, l'électron particule élémentaire de matière n'est pas une boule mais une onde double (énergie et structure), ce qui permet de comprendre plus simplement les échanges d'énergie liées à la matière. Il est possible de les faciliter par action sur l'une ou l'autre forme des ondes (c'est la même qui tourne), et aussi sur les deux en même temps car leurs zones de fréquences sont différentes. Les liaisons de matière, et donc les transferts d'énergie, se font comme des liaisons d'ondes, (interférence, résonance, etc). L'essentiel n'est en final qu'une question de réglage de fréquence et de sens de polarisation à l’intérieur d'un contexte qui reste, bien sûr, celui de la physique générale traditionnelle (macroscopique).

*Le troisième but était de tenter la présentation d'une ligne directrice qui serait la meilleure dans le choix des énergies respectant au mieux notre écosystème. Ceci, en fonction des besoins et usages présents et futurs de nos sociétés humaines. Sur ce point je déclare forfait car c'est pour moi un challenge trop difficile. J'ai cependant pris des risques en proposant, grâce à la physique des ondes, une possibilité d'amélioration du rendement des cellules photovoltaïques. J'ai proposé un type d'appareillage susceptible de résoudre le problème de la fusion de l'hydrogène à basse température. J'ai souhaité que l'on étudie les mouvements atmosphériques dans l'optique d'exploiter leur énergie, que l'on récupère les mouvements de l'homme et ceux des automobiles pour en tirer de l'énergie au plus près des besoins.

Mais, pour ceux de mes lecteurs qui attendaient une étude des énergies plus poussée et des prises de position, je souhaite vivement qu'ils se rendent sur le site suivant :

http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/Energie_Balian.xml#N100BB

pour y lire un article intitulé ''Les multiples visages de l'énergie'' dont l'auteur est Roger Balian. Celui-ci est né à Lyon en 1933. Il a été Ingénieur Physicien au Centre d'études de Saclay et Directeur de Recherche au CEA. Il est Membre de l'Académie des Sciences et maintenant Conseiller scientifique au Commissariat à l'énergie atomique. Vous trouverez dans ce dossier qui fait partie du livre « Un siècle de quanta », édité par Michel Crozon et Yves Sacquin, un exposé très clair consacré au concept d'énergie (exposé historique, conséquences énergétiques des principes fondamentaux, comparaisons des différentes formes d'énergie, conclusion). Vous trouverez là le détail des éléments de jugement que je ne puis vous apporter dans cette présente rubrique.