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Energies et Environnement Dr. Abdelhakim BELKAID 1 Contenu de la matière : Cont

Energies et Environnement Dr. Abdelhakim BELKAID 1 Contenu de la matière : Contenu de la matière : Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie Chapitre 2:Stockage de l’énergie Chapitre 3:Consommations, réserves et évolutions des ressources d’énergie Chapitre 4:Les différents types de pollutions Chapitre 5:Détection et traitement des polluants et des déchets Chapitre 6: Impact des pollutions sur la santé et l’environnement. 2 Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 3 Introduction Les ressources énergétiques disponibles dans la nature sont très variées, et peuvent se subdiviser en deux catégories selon qu’elles sont épuisables ou non dans le temps. Alors, on distingue les énergies renouvelables et les énergies épuisables. Ces dernières (charbon, pétrole, gaz, uranium) s’épuisent au fur et à mesure de leur exploitation contrairement aux énergies renouvelables (hydraulique, biomasse, solaire, éolien, géothermie, énergie des marées,…) qui seront disponibles encore à long terme. Il faut noter que la nature délivre chaque année à la surface du globe terrestre des ressources énergétiques renouvelables estimées à plus de 8000 fois la consommation humaine. Les énergies renouvelables polluent peu l'environnement car elles dégagent moins de gaz à effet de serre et moins de déchets. Elles permettent une production décentralisée adaptée aux ressources du site et encore aux besoins des usagers locaux. De plus, elles présentent une meilleure autonomie énergétique. Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 4 Historique: L’histoire de l’énergie ne date pas d’aujourd’hui, elle est datée de la naissance du premier Homme sur terre qui est Adam. Jusqu’au Moyen Âge, l’homme utilise sa propre force musculaire et celle des animaux. Petit à petit, l’être humain commence à exploiter la nature par des inventions et des techniques nouvelles afin d’améliorer son mode de vie. L’invention de l’arc est utilisée comme moyen pour la chasse, la biomasse fut la plus ancienne énergie grâce au feu et permet le chauffage, l’éclairage et la cuisson de nourriture. Après vient le tour à l’énergie du vent grâce aux bateaux à voiles qui datent de 3 000 ans avant Jésus-Christ [2]. Ensuite, Les premiers moulins à vent font leur venue par les Perses, vers 200 ans avant Jésus-Christ et sont exploités pour la meunerie et l’irrigation. Juste après, naissait des moulins à eau. Les barrages à stockage d’eau existent aussi depuis l’antiquité et servent pour l’agriculture et l’élevage ainsi que pour la consommation humaine. Le charbon a été employé comme combustible dès le XIe siècle ; son extraction dans les mines a rendu possible la révolution industrielle au XIXe siècle. Après arrive l’ère du pétrole et du gaz naturel au XXe siècle. Aussi au vingtième siècle est inventée l’énergie nucléaire. Ces mêmes énergies restent utilisées jusqu’à maintenant mais avec des techniques plus performantes. Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 5 Aujourd’hui, les panneaux solaires permettent de convertir l’énergie du soleil en électricité (solaire photovoltaïque) ou en chaleur (solaire thermique), les turbines des centrales hydro-électriques utilisent la force cinétique d’eau pour produire de l’électricité, pour ce même objectif on se sert de la force du vent grâce à des éoliennes, de plus à l’aide de centrales modernes géothermiques on se sert de la vapeur ou de l’eau capturée entre les roches et chauffée par la chaleur interne de la Terre pour produire de l’électricité et du chauffage. I.1.2. Les besoins de l’Homme en énergie: L'énergie est indispensable à la vie de tout le monde, peu importe quand et où ils sont. Cela est particulièrement vrai en ce nouveau siècle, où les gens continuent à poursuivre un haut niveau de vie. L’Homme sert au quotidien de l'énergie, pour satisfaire ses différents besoins comme l’éclairage, le chauffage, le froid, la cuisson, la distraction, la communication et l’information, transports des Hommes et des biens, dans l’agriculteur et dans l’industrie, etc. Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 6 Définition de l'énergie et de la puissance: L'énergie est une grandeur physique définie comme la capacité à effectuer un travail ou l’aptitude d'un système à entraîner un mouvement ou produire de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité. Généralement, l’énergie ne peut pas être exploitée sous sa forme primaire, il faut la transformer, sauf pour quelques cas particuliers comme séchage et chauffage (aliments, vêtements, …) au soleil. L’énergie est caractérisée par le pouvoir d’être convertie d’une forme en une autre et d’être conservée au cours des transformations. Réellement, elle ne se produit pas mais se transforme. La transformation nécessite l’utilisation de procédés et technologies plus ou moins sophistiqués : Divers formes d’énergie sont à distinguer: Énergie thermique : modification de la température ; Énergie cinétique : modification de la vitesse ; Énergie chimique : modification de la composition chimique ; Énergie nucléaire: modification de la composition atomique. L'énergie s'exprime en joules (dans le système international d'unités) ou souvent en kilowatts-heures (kWh). Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 7 Energies primaires et énergies secondaires L’énergie finale ou secondaire est celle consommée ou utilisée par les usagers dans différentes activités (électricité, chaleur, essence, kérosène, eau chaude). Elle n’existe pas en tant que telle dans la nature. Elle est le fruit d’un processus de conversion d’une ressource naturelle, dénommée énergie primaire, par divers techniques de production. L’énergie primaire est l’ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés. Par exemple : le feu à partir du bois ou d’huile, la force animale (bœufs, chevaux, chiens,...), combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel), combustible fissile (uranium), énergies renouvelables (eau, soleil, vent, biomasse, chaleur issue du noyau terrestre…). Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 8 la part de chaque source d’énergie primaire dans la consommation mondiale en 2007 Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 9 Energies épuisables et énergies renouvelables Les énergies épuisables ou non renouvelables sont constituées de matières organiques qui mettent des millions d’années à se reconstituer. On les appelle également énergies fossiles (par exemple: charbon, gaz, pétrole,...) parce qu’ils résultent de la fossilisation de substances vivantes. Ainsi, on utilise le pétrole pour fabriquer les différentes genres de carburants (kérosène, diesel, essence...), le fioul de chauffage, et les divers plastiques,...etc. L’énergie nucléaire fait partie aussi de ces énergies. Elle est basée sur la fission des atomes d’uranium pouvant libérer une importante quantité d’énergie. Il faut noter que les réserves naturelles de tous ces combustibles fossiles et fissiles sont limitées dans le temps, au maximum 200 ans au rythme actuel de consommation. Les énergies renouvelables sont celles dont les sources ne s’épuisent pas malgré leur exploitation. Les différents types d’énergies renouvelables sont: le rayonnement du soleil, la chute d’eau, le mouvement du vent, la chaleur interne de la terre, et les matières organiques végétales ou animales. Les diverses énergies épuisables et renouvelables sont généralement utilisées pour produire soit de la chaleur soit de l’électricité. Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 10 Vecteurs énergétiques : Tout ce qui est apte d’assurer le transport de l'énergie peut être regardé comme un vecteur de l'énergie. À l’heure actuelle, les deux primordiaux vecteurs énergétiques sont l’électricité et la chaleur. Mais dans un avenir proche l’hydrogène qui peut être converti en chaleur et en électricité grâce aux piles à combustible peut devenir un nouveau vecteur énergétique. L’hydrogène se retrouve naturellement en association avec l’oxygène dans l'eau (H2O) ou avec le carbone dans les hydrocarbures (Cx Hy). A l’aide d’un électrolyseur on peut produire de l’hydrogène à partir d’eau. Dans un chemin inverse on peut récupérer de l’énergie par la combustion de l’hydrogène dans une pile à combustible. L’avantage majeur de ce nouveau vecteur énergétique est sa capacité de se stocker contrairement à l’électricité. Quelques unités d’énergie 1 J = 1 newton x 1m = 1 volt x 1 ampère x 1 seconde 1 cal (calorie)=4,18 J 1th (La thermie )=1 Mcal 1 Btu (Le British Thermal Unit)= 1055 J=0.29 Wh 1 tonne équivalent pétrole (tep)=41,855 GJ (giga-joule)=11,6 MWh , correspond à l'énergie dégagée par la combustion d'une tonne de pétrole Chapitre 1:Les différentes ressources d’énergie 11 L’électron-volt (eV) est l'unité d'énergie utilisée en physique des particules : c'est l'énergie acquise par un électron soumis à un potentiel électrique de 1V. 1 eV = 1,602 10-19 J, 1J=6,2. 1018 eV Le watt (W) unité de mesure de la puissance électrique. Un watt équivaut à un joule par seconde. Pour évaluer la consommation électrique d'un foyer ou d'un équipement (Facture d’électricité), on emploie le kilowatt heure (kWh). Cette unité correspond à une puissance électrique de 1 kilowatt utilisée pendant une heure, soit 3,6 MJ d'énergie consommée. 1 W = 1 J/s ou 1 Wh/h 1 Wh = 3600 J Le cheval (cv) une autre unité de puissance utilisée dans les moteurs à combustion. 1 cv = 736 W Chapitre 2: Stockage de l’énergie 12 Généralement, l’énergie électrique se stocke indirectement via une autre forme d’énergie sauf dans certains cas particuliers comme condensateurs ou super condensateurs. Il est donc indispensable de transformer l’électricité en énergie stockable et déstockable. 1. Les Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) : Ces systèmes stockent de l’énergie électrique sous forme de l’énergie potentielle liée à la gravitation. Les STEP sont construites de deux retenues d’eau (lac ou barrage), situées à des altitudes différentes et reliées par des canalisations, elles sont équipées d’un système uploads/Histoire/ energies-et-environnement.pdf