Le français et l'énergie
Pratiquement toutes
les formes d'énergie, mécanique, hydraulique, ou thermique sont omniprésentes
dans notre environnement. L'énergie potentielle contenue dans la matière qui se
trouve dans cet environnement est non seulement disponible et abondante, elle
est souvent, cerise sur le gâteau, gratuite et proche de nous. La masse de la
matière est omniprésente dans la plupart des formules physiques qui quantifient
les différentes formes d'énergies que l'homme a réussi à produire à partir de
son transfert ou de sa transformation. Notre passé nous apprend qu'il a d'abord
réussi à transformer cette matière en énergie thermique avec la combustion du
bois ou des combustibles fossiles et plus récemment des ordures ménagères.
Un passé encore
récent datant des années 50
nous apprend qu'en manque d'énergie, il a également
réussi à transférer l'eau de la retenue des barrages vers l'aval pour
transformer son énergie mécanique potentielle en énergie électrique avec une
chaîne énergétiques passant par la case hydraulique à l'aide des turbines
Pelton ou Kaplan.
L'homme n'a jamais
su stocker économiquement l'énergie électrique en très grosse quantité. Ni même
l'énergie thermique que ce soit grâce à la chaleur spécifique d'une masse de
fonte dans un convecteur électrique ou même d'un ballon d'eau chaude sanitaire,
sauf à majorer souvent inutilement le coût et l'encombrement d'une chaufferie,.
La France vient
heureusement de découvrir récemment et de mettre au point un dispositif appelé
STEP
consistant à remonter l'eau dans la retenue supérieure d'un barrage et à
utiliser la chute d'eau plusieurs fois. Insatiable énergétivore, la France a été
un des premiers pays à se transformer en apprenti sorcier en manipulant les chaînes atomiques de
la matière avec la fission et la fusion nucléaire. Les français ont par
exemple brillamment réussi, à l'occasion de ces manipulations à la faire «
disparaître» en générant de l'énergie électrique après être passé par la case
thermique. La célèbre formule E=mc2 reliant la masse de la
matière « disparu
» et l'énergie est une preuve supplémentaire de l'omniprésence de la matière
dans toute forme de production d'énergie.
En passant à nouveau
par la case thermique et sous réserve d'obtenir un niveau de température
suffisamment élevée, la France est également en passe de réussir à produire de
l'énergie électrique avec la géothermie profonde et le solaire thermique à plus
grande échelle,
solutions assurément plus intelligentes et moins destructrices pour notre
environnement que celles consistant à utiliser la combustion des combustibles
fossiles pour faire tourner des turbines à gaz ou pire encore des moteurs
diesels pour générer l'énergie mécanique nécessaire aux alternateurs. Ce qui
est surprenant dans les chaînes énergétiques les plus récentes évoqués
ci-dessus est le fait que l'on passe à chaque fois par la case thermique pour
générer l'énergie électrique, quitte à revenir au thermique pour se chauffer
par effet joule malgré la mauvaise efficacité d'un convecteur électrique.
Quant à l'énergie
électrique fournie par le solaire voltaïque, les éoliennes et les
futures
hydroliennes, elles ne passent pas par la case thermique, ce qui explique
probablement en partie pourquoi le prix de l'électricité qu'elles fournissent
est si élevé. Ne représentant pour l'instant en France qu'à peine 2% du total
de notre besoin global en énergie, elles ne devraient donc pas trop grever le prix de revient de
l'électricité nucléaire et hydroélectrique avec lesquelles elles sont
confondues.
En validant la réglementation thermique RT 2005 la France a fait une grave erreur en laissant s'implanter le chauffage par effet joule dans les immeubles anciens mal isolés et en tolérant des déperditions thermiques plus importantes avec ce type de chauffage.
La
feuille de route des réglementations thermiques (Courtesy CFP)
Vu les déperditions très faibles de la
RT 2012 on peut craindre qu'elle ne
soit jamais adaptée à la rénovation
D'ailleurs, a-t-elle véritablement
reconnue son erreur avec la réglementation thermique RT 2005 ?
Cette dernière ne valide-telle pas en définitive le gâchis que représente le chauffage
électrique par effet joule?.
(Lire du gâchis à l'intelligence)
Vous avez dit enthalpie?
Trop ambitieuse
pour être appliquée à la rénovation de l'habitat ancien, les 1400 pages !! de cette
réglementation thermique RT 2012, qui
commence à paraître au journal officiel va encore grever le prix de l'habitat neuf
et est trop ambitieuse pour être appliquée à l'habitat ancien.
Notre pays
n'est donc pas sorti de ce mauvais pas
dans la rénovation des bâtiments anciens difficiles à isoler après coup. Une faculté trop longtemps ignorée de la matière
peut heureusement l'aider à produire une énergie thermique bon marché en grosse
quantité. Et ceci
paradoxalement avec une petite quantité de matière. Il s'agit cette fois de la
faculté de la matière à générer un transfert thermique lorsque qu'elle change
d'état en passant par exemple de l'état liquide à l'état gazeux et inversement.
Cette faculté liée à ce qu'on appelle la chaleur latente de la matière ou
enthalpie, illustrée par le tableau ci-dessous dans le cas de l'eau, ne peut bien sur être comparée
avec la quantité d'énergie thermique considérable pouvant être dissipée par la
fission ou la fusion nucléaire de la matière lors de la perte de masse.
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Sans changement d’état |
Avec changement d’état |
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Constante physique |
Chaleur
spécifique |
Chaleur latente de
transformation |
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Unités
|
Joules/kg et °C |
Joules/kg |
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Un exemple ;
l’eau |
4180 Joules/kg et °C |
2 250 000 Joules/kg |
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Comparaison |
A partir des chiffres ci-dessus on constate qu’il
faut 5 fois moins d’énergie pour élever un litre d’eau de 0 à 100°C (à savoir
418 kJ) que pour évaporer cette eau en la maintenant à la température
constante de 100°C (à savoir 2250 kJ). |
|
Sous la surveillance de ses parents,
une expérience facile et amusante permet
à un enfant de
vérifier l’importance relative des chaleurs spécifique et latente.
Si l’on ne change pas le réglage du gaz sur la table de
cuisson, il faut environ 5 fois moins de temps pour porter une petite quantité d’eau
de 0 à ébullition (100°C) que pour
évaporer cette même quantité d’eau.
Une remarque pour éclairer le lecteur, alors que les transferts thermiques
dus à la chaleur spécifique s’établissent du fait des variations de
température, ceux provoqués par les variations d’enthalpie s’effectuent à
température constante.
Figure extraite de
l'aide
mémoire chauffage de la
société Jatech-TM
montrant la phase évaporation
.Ces transferts
d'énergie thermique, lorsqu'ils sont récupérés lors de la phase condensation,
avec des fluides caloporteurs performants, peuvent cependant être assez importants pour assurer le
chauffage d'un immeuble en raison de l'aspect cyclique de cette transformation.
Il y a donc urgence à réaliser que l'énergie thermique contenue dans la matière
provenant de cette dernière transformation est une solution particulièrement intéressante pour
le chauffage des copropriétés en milieu urbain. La plupart des précurseurs qui
ont eu le courage pour leur maison individuelle de s'engager dans
cette voie, trop longtemps négligée pour le chauffage collectif, ont été
récompensés. Il est temps de
réhabiliter l'énergie thermique et de considérer que cela ne fait pas
"vieillot" d'en parler. Comment a-t-on pu ignorer si longtemps
qu'elle est à la charnière des chaînes énergétiques les plus performantes. Au
moment où l'homme est peut être responsable du réchauffement
climatique*, le principe même de la pompe à chaleur devrait pourtant le
rassurer puisqu'elle présente en plus l'intérêt de refroidir notre environnement.
Cerise sur le gâteau elle
fournit une énergie thermique propre et gratuite puisque prélevée dans son
proche environnement. Ne fournissant pas plus que le besoin énergétique,
les nouveaux modes de régulation des PAC à compresseur par variateurs de
vitesse présentent l'avantage de ne pas avoir à stocker trop d'énergie
thermique, stockage qui,
on l'a vu,
pose parfois problème.
L'hydraulique est une technique merveilleusement complémentaire au service du génie climatique et du chauffage urbain. Le mot hydraulique est ici pris au sens le plus large puisqu'il englobe non seulement une approche différente de l'hydraulique des rivières et de leur sous-sol irrigué par les nappes libres, mais aussi l'hydraulique industrielle des circuits sous pression, asservis ou non.
Cette association ne manque pas d'intérêt puisqu'elle permet de concilier des impératifs paraissant contradictoires comme ceux de générer du chaud lorsqu'il fait froid, ou du froid lorsqu'il fait chaud, avec l'assurance de la performance au cours des saisons.. Quelle n'a pas été la surprise de l'auteur de constater qu'un réservoir hydraulique et l'huile qu'il contient se comporte sur le plan thermique comme un immeuble et sa chaufferie. Quel n'a pas été son étonnement de constater que l'étude en régime transitoire de ce système est régit par une fonction de transfert linéaire du premier ordre à coefficients constants identique à celle d'une servo pompe alimentant un vérin hydraulique asservis en position et comprimant un ressort. Ces analogies sont intéressantes pour la raison que l'expérience acquise parfois durement par l'auteur lors d'une carrière professionnelle consacrée exclusivement au service des systèmes asservis électro hydrauliques peut être transposée au bénéfice de la production d'une énergie thermique particulièrement économique, abondante et propre. Certes la thermodynamique moderne est plus complexe que la pompe à fioul, le filtre et le gicleur en série du brûleur d'une chaudière. Il s'agit de techniques avancées ou chaque spécialiste à son mot à dire sur la conception du système.
- Le frigoriste est par exemple concerné par le bon fonctionnement de l'évaporateur. Il sait comment tirer le meilleur parti d'un fluide caloporteur. Il sait comment les transferts thermiques s'effectuent dans une pompe à chaleur et comment elle peut prélever son énergie dans l'environnement à partir de l'air, du sol, ou de l'eau.
-
Le spécialiste en
hydraulique industrielle conventionnelle, habitué aux circuits à pression
élevée, est au fait de l'étanchéité rigoureuse qui doit être respectée pour
éviter toute fuite du fluide caloporteur vers l'extérieur afin de préserver la
couche d'ozone. Confronté aux problèmes de niveau sonore de sous ensembles
tournants comme les groupes moto pompe ou les aéro- réfrigérants,
il sait comment casser les vibrations et diminuer leur niveau sonore.
-
L'électronicien
ayant des connaissances en automatisme sait comment dimensionner le correcteur
électronique permettant de supprimer l'erreur statique afin d'assurer une
régulation de température stable et performante.
-
L'Ingénieur en génie
climatique maîtrise parfaitement la notion de degré jour unifié DJU.
Il
sait comment remédier aux variations de température imposées par les saisons
sans affecter les performances de la pompe à chaleur.
Au moment ou l'homme se sent responsable du réchauffement climatique, il a
compris l'intérêt de ce type de chauffage qui présente l'avantage de refroidir
notre environnement au lieu de le réchauffer
- L'architecte ayant des connaissances de thermicien sait comment concilier l'esthétique d'un bâtiment et les déperditions thermiques dans le bâti de celui-ci.
Bien que chaque
spécialiste sache comment appréhender les problèmes spécifiques relevant de son
domaine technique, des problèmes relevant de sa spécialité peuvent se poser
lors de l'élaboration des composants constituant le système. Une idée commencerait à germer qu'il y aurait un
maillon manquant dans les chaînes professionnelles existantes et qu'il pourrait
être nécessaire « d'inventer » un nouveau métier afin de fusionner, pour
réparer des erreurs de conception éventuelles, des connaissances qui seraient
disparates. Les mots «
intégrateur » ou « expert » viennent naturellement à l'esprit. Le mot «
communication » également. La mauvaise cohabitation entre parties communes et
privatives, entre chauffage individuel et collectif, ainsi que la difficulté
qu'a un citoyen lambda à appréhender les problèmes en raison du manque de
coordination entre le politique et le législateur, entre les acteurs internes
et externes à la copropriété qui ont bien du mal à se comprendre les uns les
autres, font que de toute évidence, si ce nouveau métier devait malgré tout
être créé les mots "communication" et "médiation" ne
peuvent être ignorés plus longtemps.
- Reste la nécessité d'un bon programmeur maîtrisant un langage de programmation pour finir peu rapide étant donné la constante de temps importante du système formé par l'immeuble et sa chaufferie. Afin de s'adapter au besoin thermique variant selon les saisons et les modes de marche, il devra comprendre les algorithmes établis par le thermodynamicien et élaborer la meilleure structure de programme possible afin d'assurer la liaison entre le système d'exploitation de l'ordinateur et la commande des différents composants constituants la pompe à chaleur.
- L'utilisateur final, quant à lui, considère à juste titre que la production de l'énergie ne devrait pas rester un domaine réservé aux initiés ou le particulier n'a pas eu jusqu'ici véritablement droit de regard et il considère qu'il est temps de casser cette barrière. Il commence à comprendre que l'énergie est surtout une source de profit pour ceux qui la comprenne. Il estime que les acteurs déjà en place sont tellement nombreux qu'il est légitimement préoccupé à l'idée d'en rajouter un nième. . Il espère suite à tout ce brouhaha médiatique que l'on va enfin lui proposer un système finalisé et il ne veut plus payer pour être informé.
Il redoute les fluctuations brutales des prix sur le pétrole et les déséquilibres qu'elles provoquent. Il espère que l'on est au bout du tunnel et que les comportements vont enfin changer.
Parfaitement intégré dans son environnement et à l’écosystème constitué par la rivière et son sous-sol une pompe à chaleur aquathermique, peut produire l’énergie thermique nécessaire à notre confort en améliorant notre pouvoir d’achat. Ceci en accélérant l’abandon des combustibles fossiles au profit d’une énergie propre et renouvelable dite « positive ». Le temps est maintenant venu pour se chauffer de concentrer notre action à la conception de composants adaptés au chauffage thermodynamique des immeubles tel qu'un condenseur permettant de récupérer la chaleur de condensation plutôt que de tenter d'exploiter le gaz de schiste.
Balendard septembre 2010