Analyse d’un document sur le développement durable

Il ne s’agit pas explicitement d’une critique mais d’une vérification quantitative des données. C’est toujours utile de vérifier ce qu’on lit ou entend.

Voici ce qu’on lit page 3 :

compare-energies

Vérification :

  • Une mole de charbon (carbone) produit par combustion 44 g de CO2 pour 393,5 kJ de chaleur libérée, soit 111,82 g de CO2 par mégajoule.
  • Comme le pétrole est un mélange d’hydrocarbures, notamment de nombreux alcanes, le calcul montre que la combustion du n-pentane (C5h12, le plus simple alcane liquide à température ambiante) produit 68,62 g de CO2 par mégajoule (soit 38,63% de moins que le charbon), et que la combustion du n-pentadécane (C15H32, le plus lourd alcane qui soit liquide à température ambiante) produit 71,61 g de CO2 par mégajoule (soit 35,96% de moins que le charbon). D’autres types d’hydrocarbures peuvent a priori expliquer que ce ne soit pas de 25% d’après la page 3 du document. Mais les apparences montrent que, puisque le taux calculé est différent, cela suggère que le pétrole contient autre chose majoritairement que des alcanes liquides.
  • D’après http://fr.wikipedia.org/wiki/Contenu_CO2, le charbon produit 342 g de CO2 par kWh, et le fioul lourd produit 281 g de CO2 par kWh. Donc le fioul lourd produit 17,8% de moins en CO2 que le charbon à énergie égale. Cependant, d’après Wolframalpha.com, le calcul montre qu’une mole de carbone produit 44 g de CO2 pour 393,5 kJ, or cela équivaut à 402,54 g de CO2 par kWh, et non pas 342 g.
  • Après ce constat, il semble que des incertitudes affectent les calculs à propos du PCI des combustibles. Ce détail ne doit pas être négligé.

Page 8 :

kWhm2

Vérification :

Page 77 :

  • Mention a été faite que l’essence produit 85,9 g de CO2 par MJ, et que le biogaz et le gaz naturel émet -20% de CO2.

Vérification :

  • -20% de 85,9 g/MJ, c’est égal à un reste de 68,72 g de CO2 par MJ (qui vaut 80% de 85,9 g/MJ).
  • Mais le calcul du PCI via les énergies de liaison montre que le méthane produit 54,86 g de CO2 par MJ, tandis que Wolframalpha.com indique une quantité de 49,4 g de CO2 par MJ. Ainsi, mes deux calculs montrent que le méthane produit respectivement -36% de CO2 par MJ et -42,5% de CO2 par MJ, mais pas -20%.

Page 24 :

eqcarb

Vérification :

  • Avec une densité de 0,84, alors 2000 L de fioul sont équivalents à 1680 kg de fioul, et comme il y a 86,5% de carbone en masse dans le fioul, alors il y a 1453,2 kg (soit 1,45 tonne) d’équivalent carbone dans 2000 L de fioul. Mais pas 1,25 tonne.
  • 2000 L de gaz naturel (méthane) non comprimé et à température ambiante, ça équivaut à 89,29 moles de méthane, soit  1,429 kg de méthane. Une mole de méthane produit une mole de CO2 (d’après CH4 + O2 -> CO2 + 2 H2O). Donc la combustion de 16 g de méthane libère 44 g de CO2. Donc la combustion de 2000 L de méthane libère environ 3,93 kg de CO2. Parmi ces 3,93 kg de CO2, il y a 1,07 kg de carbone. Et dans 2000 L de méthane (soit 1,429 kg) dans les conditions normales standards de température et de pression (1 atm et 25°C)  il y a 1,07 kg de carbone. Il faut 1,33 tonne de méthane (presque 1400 m³, soit 1,4 millions de litres, CNTP) pour qu’il y ait 1 tonne de carbone dedans, et il faut 3,666 tonnes de CO2 pour qu’il y ait 1 tonne de carbone dedans.
  • Je constate que les équivalences carbone pour comparer le fioul, le carbone et le gaz naturel ne s’appliquent pas aux masses. Alors cela s’applique t-il aux énergies de combustion (PCI) ? On va regarder ça.
  • 1,25 tonne de carbone = chaleur de 40987,5 MJ (puisque 393,5 kJ/mol donc 32,79 MJ/kg), et donc chaleur de 11385,4 kWh pour 1,25 tonne. Avec le fioul, on a un PCI de 7,5 à 9,462 kWh par litre (selon la qualité du rendement). Donc avec 2000 L de fioul, on produit 15000 à 18924 kWh de chaleur, ce qui est dans le même ordre de grandeur que l’équivalent carbone énergétique, mais avec une différence de plus de 31,7%.
  • Ensuite, pour 9108,32 kWh par tonne de carbone (puisque 11385,4 kWh pour 1,25 tonne de carbone), alors avec le méthane, qui produit 890,6 kJ/mol, donc 55,66 MJ/kg de méthane, soit 15,46 kWh/kg, alors pour que l’énergie produite par la combustion du méthane soit équivalente à celle de 1 tonne de carbone, on divise 9108,32 par 15,46, et il faut donc 589,15 kg de méthane pour avoir l’équivalent énergétique de 1 tonne de carbone. Mais 589,15 kg de méthane, ça a un volume de 824,56 m³ (824560 L) sous pression atmosphérique et température ambiante… Ainsi, je ne comprends pas du tout l’énoncé quand il parle du gaz naturel qui serait équivalent à une tonne de carbone, mais pour quelle masse ou quel volume de gaz naturel ? Bizarre…

Ensuite, pour évoquer la baisse de 1°C comparée aux 10% de diminution d’énergie. Il s’agit vraisemblablement d’énergie de chauffage. On va imaginer une chambre ayant un volume constant (et donc une surface interne constante). Cette chambre est chauffée selon un flux thermique exprimé dans l’unité watt par mètre carré. Cette unité physique est directement liée à la température.

f =flux, soit df la variation de flux, s = constante de Stefan-Boltzmann, T = température (°C).

Alors :      f = s(273,15 + T)⁴            et       f – df = s(273,15 + T – 1)⁴           alors on devrait trouver df/f = 0,1 si l’énoncé dit vrai. Je trouve 0,014 pour T=15°C. Soit une baisse d’énergie de 1,4% si on réduit de 1°C. Je ne suis pas satisfait de ce calcul, j’exprime ma réserve, je vais examiner et approfondir ce contexte précis. Ce point est à reprendre.

Pour commencer la reprise de l’argumentaire à propos du chauffage d’une chambre :

  • En fait, la perte de chaleur d’une chambre dépend de l’isolation (le type de matériau isolant pour les murs et les fenêtres) et de la différence de température entre l’air de la chambre et l’air à l’extérieur. Les murs absorbent peu à peu la chaleur de l’air de la chambre pour la diffuser vers l’extérieur, par conduction thermique dans les murs. Pour en savoir plus : http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivit%C3%A9_thermique

Très intéressant : en termes de bâtiment, selon la norme française RT2012, un matériau est considéré comme isolant si sa conductivité thermique est inférieure à 0,065 watts par mètre-kelvin.

Page 24 :

clim

Vérification :   

m = masse de carbone (g)

dm/dL = masse CO2 (g/km)

L = 15000 km

m = (12/44)×(L×(dm/dL)×(2/3) + L×(dm/dL)×(1/3)×1,2) = 150000 g ± 50000 g

Résultat :   pour 15000 km/an, la voiture aura émis en moyenne dm/dL = 34,38 g de CO2/km. C’est à peu près dans le même ordre de grandeur, mais un peu faible par rapport à la réalité (90 à 120 g/km).

Page 12 :

rendementwind2000h

Vérification :

  • Dans une année, il y a 8766 heures. Alors 2000/8766 = 0,228 = 22,8%. Et 22,8% correspond à peu près au rendement d’une éolienne en France. Donc l’argument des 2000 heures pleines est exact.

Page 26 :

ruminants

Vérification :

Page 32 :

fiouleconomie

Vérification :

  • On a vu plus haut que 2000 L de fioul correspondent à 1680 kg de fioul. Comme il y a 86,5% de carbone dans le fioul, alors il y a 1453,2 kg de carbone dans 2000 L de fioul. Et 50% de cette masse c’est 726,6 kg. C’est dans le même ordre de grandeur que les 0,8 tonne de carbone, avec un écart de 10,1%. On peut considérer que l’affirmation du document est valide.

Page 36 :

chaudiereagaz

Vérification :

  • Le fioul a un PCI maxi de 9,96 kWh/L et 12 kWh/kg. Le méthane libère 55,66 MJ/kg et 15,46 kWh/kg. La comparaison montre que, à masse équivalente entre combustibles, le méthane produit plus de chaleur (+28,8%) que le fioul. Et à confort équivalent (même chaleur), il faut 28,8% de fioul en plus pour produire autant de chaleur que le méthane. Maintenant, comparons en terme d’émissions en CO2. Il y a massiquement 86,5% de carbone dans le fioul. À confort équivalent (donc à chaleur équivalente), on va prendre exemple sur 1 kg de fioul et 776 g de méthane. Un kg de fioul brûle pour produire 3,17 kg de CO2. Et 776 g de méthane brûle pour produire 2,134 kg de CO2. À confort équivalent, le fioul produit plus de CO2 que le méthane, la différence est de 48,55% et non de 25%…

Page 38 :

fioul30pc-05t

Vérification :

  • On a vu plus haut que 2000 L de fioul c’est équivalent à une masse de 1680 kg (pour une densité de 0,84 par rapport à l’eau). On a vu aussi que dans le fioul, il y a 86,5% de carbone. Dans 2000 L de fioul, il y a donc 1453,2 kg de carbone. Donc 30% de cette masse de carbone, c’est égal à 435,96 kg, ce qui est effectivement proche de 0,5 tonne de carbone (écart : 14,7%).
  • Concernant l’économie de chauffage par abaissement de température, tout dépend de la conductivité thermique des matériaux d’isolation, et tout dépend aussi de la température extérieure par rapport à la température dans l’habitat.
  • Remarque : l’émittance (en watts par mètre carré) est proportionnelle à la puissance quatrième de la température absolue. Ainsi, la différence des émittances correspondant à 19°C et 22°C est de 4,17% seulement. Mais en raisonnant autrement, supposons que dehors il fasse 10°C, alors passer de 22°C à 19°C dans une chambre, ça implique une variation de différences des émittances intérieur/extérieur de -35,46%, soit une économie d’énergie thermique de 35,46%. Mais le gain économique dépend de la température extérieure autant que de la conductivité thermique des matériaux d’isolation. En revanche, un autre calcul montre que si la température extérieure est de -20°C (en-dessous de zéro), alors passer de 22°C à 19°C dans une chambre entraîne une économie thermique de 9,56% seulement, au lieu des 35,46% vus précédemment. Plus il fait froid dehors, moins il est possible d’économiser le combustible pour se chauffer. Il faut pouvoir se chauffer décemment en hiver, non ?
  • En fait, concrètement, les 30 à 40% d’économie de chauffage n’est vrai que si la température de dehors est supérieure ou égal à 10°C. On ne réalise pas une telle économie lors de températures extérieures hivernales.

Page 41 :

taxecarbone

Vérification :

  • 1500 € la tonne de carbone, c’est 1500 € pour 3,666 tonnes de CO2.
  • Sur cette base de taxation, cela signifierait que la respiration humaine pourrait être taxée jusqu’à 500 € par an et par humain, si un humain expire 3,39 kg de CO2 par jour (seulement si 100% de l’oxygène inspiré est expiré sous forme de CO2, avec une respiration individuelle de 6 L d’air par minute.
  • 1 L d’essence = 790 g d’essence. Dont 84,21% de carbone dans l’octane. 1 L d’essence équivaut donc à 665,3 g de carbone dont la valeur est de 1 €. Soit 1 € par litre d’essence. Ainsi, c’est inférieur à un doublement du prix de l’essence, puisqu’à la pompe l’essence coûte bien plus qu’un euro.
  • Concernant l’électricité, alors sachant que 1 kWh électrique équivaut à 900 g de CO2, alors la taxe carbone d’équivalence électrique en CO2 serait donc de 0,37 € pour 1 kWh, donc 37 centimes d’euro, et non pas 3 centimes d’euro. Ainsi, la taxe carbone appliquée à la consommation électrique vaut 3 fois plus cher que le prix actuel de l’électricité en France métropolitaine. Ainsi, en ajoutant la taxe carbone au prix électrique actuel, on constate un quadruplement du tarif de l’électricité…
  • La taxe carbone est un péril économique ! Exemple : les chauffeurs routiers ne pourront plus gagner décemment leur vie, les patrons pêcheurs non plus… Ce serait alors la mort économique pour de nombreux secteurs basés sur la logistique. Déjà qu’actuellement les charges fiscales sont élevées et que les PME sont en difficultés. Laissons l’écologie et le développement durable entre les mains de scientifiques, plutôt qu’entre les mains d’idéologues inconscients.

Bilan :

  • Sur les 10 paragraphes étudiés : 3 sont vrais, 1 comporte une incertitude, 2 sont faux, 3 divergent du résultat attendu, et 1 fait controverse (celle de la taxe carbone) et est faux en même temps (à cause du tarif électrique).

S’il faut effectivement du développement durable afin d’enrayer la pénurie des énergies, il faut néanmoins prendre en compte les incertitudes quantitatives, parce que les chiffres ne peuvent pas être absolument «exacts», il existe une marge de plus ou moins X%, où X n’est pas nul.

De plus, prévoir une taxation «carbone» (dont une des conséquences est le doublement du prix à la pompe d’essence ; voir page 41) est inadapté dans le contexte actuel de grave crise économique, et parce que ce sont les personnes les plus précaires et les plus démunies qui risqueront de souffrir davantage à cause d’une telle décision. Il faut trouver un équilibre entre la protection de l’environnement et le développement économique. On ne peut pas sacrifier l’économie, sachant que l’industrie est en train de mourir en France (voir la récente actualité à propos de la fermeture de l’usine des pneus «Good Year», en France). Pourquoi créer des taxes dans une nation qui représente environ 1% de la surface planétaire, sachant que les plus gros pays pollueurs continueront à polluer dans l’impunité ? Punir et culpabiliser les gens c’est rendre l’écologie incohérente. Il faut sensibiliser scientifiquement et avec bon sens à l’écologie. On ne résoudra jamais le problème des gaz à effet de serre si on décide de sortir du nucléaire, et si on décide de taxer seulement 1% de la planète (ou même seulement l’Union européenne).

Il faut un environnement durable équilibré avec un développement économique. Mais développement durable, c’est un oxymore, car il est difficile de concilier la santé de l’économie avec le fanatisme anti-CO2 (voir ici : https://jpcmanson.wordpress.com/2012/04/28/la-dictature-du-carbone/).

Le «tout CO2» ne doit pas faire oublier les priorités environnementales : le combat contre les pesticides afin de sauver les insectes pollinisateurs, la pollution par les déchets en plastique, etc… Puis aussi, s’il y a de moins en moins de poissons dans la mer c’est à cause de la surpêche, et il ne faut pas non plus désigner le réchauffement climatique comme unique cause de tous les problèmes environnementaux… Sans oublier les animaux massacrés volontairement (pour faire des manteaux de fourrure) ou involontairement (les dauphins et les tortues morts étranglés dans des filets de pêche abandonnés dans les océans)… Puis aussi, si l’industrie et les voitures émettent beaucoup de CO2, il ne faut pas oublier que l’accumulation de CO2 est aggravée par l’inconscience de la déforestation.

© 2013 John Philip C. Manson

Une erreur de calcul sur l’électricité via M6-Actualités

Le 31 janvier 2013 vers midi, en France, sur la chaîne TV M6 lors du journal présenté par la très jolie Kareen Guiock, l’écran affiche des données quantitatives à propos de la décision du gouvernement afin de réaliser des économies d’électricité.

Combattre la pollution lumineuse, réduire les gaspillages électriques, je suis satisfait de cette décision. Mais cette mesure ne sera toujours pas vraiment appliquée contre les éclairages urbains nocturnes ni même contre les décorations de Noël très voraces en énergie électrique…

Mais le problème que je vais évoquer est tout autre. Ce qui s’est affiché sur l’écran de la chaîne M6 affirmait doctement que les économies réalisées seront de 2000 milliards de watts. Oui, deux mille milliards de watts ! Comme je connais très bien le dossier de l’énergie électrique du réseau français, j’avais immédiatement détecté l’énorme bourde ! En effet, en 2010, la puissance électrique moyenne du réseau français était de 61,5 GW, soit 539 TWh sur une année. Ces 61,5 milliards de watts sont très inférieurs aux 2000 milliards de watts annoncés par M6. Le rapport est de 2000/61,5 = 32,52.

Comme je n’ai pas enregistré ce que j’avais vu à l’écran de M6, alors le 1er février 2013 (donc le lendemain), j’ai recherché des preuves de ce plan énergétique.

Voici le paragraphe litigieux :

milliardsdew

  • 2 térawatts/heure n’a pas de sens en physique. On parle plutôt de térawatt-heure, c’est une multiplication, pas une division. Le kilowatt-heure équivaut à une énergie électrique de 3,6 mégajoules. Mais un watt par heure n’a pas de sens, parce que le watt tout court est déjà lui-même un débit énergétique par unité de temps !
  • 2000 milliards de watts sont équivalents à 2 milliards de kW et égaux à 2 TW, mais pas à 2 TW/h ni même à 2 TWh !
  • 2 TWh par année, c’est vraisemblablement la grandeur physique qui aurait due être utilisée par le journaliste qui a publié l’annonce.
  • 2 TWh/an = 2 milliards de kWh par an = 228 154 kWh par heure, soit 228 154 kW en puissance électrique (équivalent à 228,154 MJ/s).
  • 228,154 MW pour 750 000 foyers est équivalent à 304 W par foyer, donc 2666,67 kWh par foyer et par an (je trouve que c’est peu par rapport à la réalité).
  • Est-ce que M6 dit vrai en parlant des 250 000 tonnes de CO2 ? Sachant que, d’après l’ADEME, que 1 kWh électrique équivaut à 900 g de CO2, alors cela fait 2,4 tonnes de CO2 par foyer et par an pour 304 W par foyer, soit donc 1,8 million de tonnes de CO2 par an pour 2 TWh/an. Ce qui est assez différent des 250 000 tonnes annuelles annoncées…

Petites erreurs ou négligence ? Je ne juge personne. Mais quand on revérifie les chiffres, ça fait peur.

Les journalistes devraient être aidés par des scientifiques, des physiciens et des électriciens. C’est même nécessaire.

© 2013 John Philip C. Manson

Le photovoltaïque peut-il remplacer tous les autres moyens de production électrique ?

Cet article est un complément de celui-ci : https://jpcmanson.wordpress.com/2013/01/03/kilowatts-ou-kilowatts-heure/

Le photovoltaïque peut-il remplacer tous les autres moyens de production électrique en France ?

  • La France a produit, en 2010, une quantité de 539 TWh d’électricité, ce qui correspond à une puissance moyenne de 61,49 GW sur une année.
  • Dans mon article précédent, on a vu que la puissance nette réelle moyenne d’un panneau solaire (dans les régions tempérées) est de 18 W/m².

Avec ces données, on se pose la question suivante : quelle surface faut-il en France pour qu’une ferme de panneaux solaires puisse remplacer le nucléaire, l’hydroélectricité, les centrales à gaz et à charbon, la biomasse et même les autres énergies renouvelables ?

Il faut au moins 3,42 milliards de mètres carrés de panneaux, donc 3420 km² (car 1 km² = 1 000 000 m²), soit 342 000 hectares. Le prix minimum pour tout cela ? Avec 1000 euros le mètre carré de panneau solaire, cela coûte au total plus de trois mille milliards d’euros. De toute évidence, c’est bien trop coûteux et irréaliste. On ne peut donc pas remplacer tous les moyens de production électrique par du photovoltaïque exclusivement.

En revanche, certains blogs semblent adhérer à l’utopie et montrent un enthousiasme qui masque les réalités. Voici une copie d’écran d’un extrait :

solaireblog

Trente kilowatts-heure en seulement deux journées ? Cela correspond à une puissance nette moyenne de 625 W sur deux jours, et cela équivaut à 34 ou 35 mètres carrés de panneaux solaires, soit un coût d’au moins 35000 euros.

Des panneaux solaires sur la moitié des bâtiments qui assureraient la quasi-totalité de la production électrique nationale ? Non. La surface nécessaire en France pour le photovoltaïque pour produire une puissance de 61 à 62 GW dépasse la surface des habitats…

© 2013 John Philip C. Manson

Internet et le CO2

Vu dans Twitter et Facebook :

CO2Google-VuSurTwitterEtFacebook

Le kilowatt-heure équivaudrait à 900 g de CO2, selon l’Ademe. Par conséquent, 15 g de CO2 sont équivalents à 0,0166 kWh, soit 16,6 Wh, donc une quantité de 60 kJ (soit 14,32 kcal).

Comme une requête sur Google équivaudrait à 15 g de CO2, donc à 60 kJ, et comme la durée est inférieure à une seconde, cela implique donc une puissance supérieure à 60 kW. Mais deux centrales nucléaires, cela fait 2 réacteurs nucléaires de 1 GW chacun par centrale, soit environ 4 GW en tout, ce qui est bien excessif par rapport aux 60 kW.

J’ai réalisé un test sur Google : une requête prend une durée d’un quart de seconde, donc si les données sont exactes (15 g de CO2 par requête), cela correspond à une puissance de 240 kW, ce qui est presque 17 fois moindre que la puissance de 2 centrales nucléaires. Puis en parlant de centrales nucléaires, sachant que la fission nucléaire ne produit aucun gaz à effet de serre (mais elle produit des déchets nucléaires très problématiques), il est inopportun de parler en «équivalence CO2» dans ce contexte, et qu’il aurait mieux valu de parler de centrales à combustible fossile (charbon, méthane…).

Sachant qu’une requête nécessite une énergie de 60kJ, est-ce que cela équivaut à chauffe l’eau de deux tasses de thé ?

Une tasse, ça contient environ 25 cl d’eau, soit 250 g d’eau. Pour porter ces 250 g de 20°C à 60°C, il faudra apporter une chaleur de 41,85 kJ. Donc 83,7 kJ pour deux tasses, ce qui est une valeur du même ordre de grandeur des 60 kJ par requête sur Google.

  • Donc la comparaison avec les tasses de thé est pertinente. Mais pas du même avis concernant les 2 centrales nucléaires : il faut peut-être l’équivalent de 2 centrales nucléaires pour des milliards de requêtes, mais pas pour en satisfaire juste une seule.

Puis à propos des 120 kW d’un personnage virtuel de jeu en ligne, il s’agit d’une puissance électrique d’après ce qu’on lit dans le texte : 120 kW sur une année ça fait au total 1,05 million de kWh (cela semble fort excessif, même à 10% du train de vie d’un brésilien)… Mais s’il s’agit en fait de 120 kWh par an, ce qui est nettement plus plausible, alors on peut vérifier ça. Quel est la consommation électrique moyenne d’un brésilien chaque année ? Source : « electricity in Brazil » et « people in Brazil » sur le site www.wolframalpha.com. Le Brésil produit 489 TWh d’électricité par an, et il y a 195 millions de Brésiliens : soit une moyenne de 2510 kWh/an par brésilien, résultat que vient confirmer cette source complémentaire : http://perspective.usherbrooke.ca/bilan/tend/BRA/fr/EG.USE.ELEC.KH.PC.html, or 120 kWh/an c’est 4,78% de la consommation moyenne annuelle d’un brésilien et non pas 10%.

  • On reconnaît une attitude scientifique au nombre de certitudes qu’elle fait tomber.

© 2012-2013 John Philip C. Manson

Une erreur dans un livre de thermodynamique pour ingénieurs

Je sors soudain de ma réserve et j’écris aujourd’hui exceptionnellement un article, par nécessité. Je n’avais plus rien publié de tel depuis fin juin 2012.

En lisant tranquillement le livre «Aide-mémoire de thermodynamique de l’ingénieur, énergétique – environnement» (éditions Dunod, 2004), ISBN 2100071548, j’ai constaté une erreur de paramètre physique dans la page 282 dans le chapitre consacré à l’effet de serre.

Comme le code de la propriété intellectuelle autorise les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, je reproduis ci-dessous les passages concernés sous forme d’images :

CONFUSION ENTRE PLANCK ET STEFAN-BOLTZMANN

  • Planck-BoltzmannIl ne s’agit en aucun cas de la constante de Planck, car ici l’équation est celle de Stefan-Boltzmann. Le sigma désigne en réalité la constante de Stefan-Boltzmann dont l’ordre de grandeur est d’environ 8,56 × 1025 fois celui de la constante de Planck. Le flux Phi(ir) est exprimé en W/m² et l’émissivité est une grandeur sans dimension (sans unité), tandis que T désigne la température absolue, il s’agit donc bien pour sigma de la constante de Stefan-Boltzmann.

PEUT-ON ÉVALUER UNE TEMPÉRATURE MOYENNE SANS EFFET DE SERRE ?

  • Greenhouse16D’autres sources mentionnent que la température moyenne globale serait de -18 ou -19°C sans l’effet de serre par le CO2, d’où 33 degrés de différence que l’on rencontre souvent dans les calculs ailleurs. Je pense qu’il est difficile d’estimer avec certitude une température moyenne en l’absence d’effet de serre.

Mise à jour le lendemain de la création de l’article :

À PROPOS DU RAYONNEMENT SOLAIRE REÇU SUR TERRE

J’ai relevé une erreur potentielle lors de la poursuite de la lecture du même ouvrage, page 284.

Copie image :

  • Solaire-francais700 000 TWh = 7×10¹⁴ kWh puisque 1 TWh = 1 milliard de kWh = 3,6 milliards de MJ = 3,6×10¹⁵ J.Or sachant que 1 kWh équivaut à 3,6 MJ, je trouve ceci :
    7×10¹⁴  ×  3 600 000 = 2,52×10²¹ J/an
    alors 2,52×10²¹/(86400 × 365,25) = 7,985×10¹³ W d’énergie solaire reçue en France métropolitaine.Et sachant que 1 km² équivaut à 1 000 000 m², et que la France métropolitaine a une superficie de 552 000 km², l’aire de l’Hexagone est de 5,52×10¹¹ m².Par conséquent :7,985×10¹³ / (5,52×10¹¹) = 144,66 W/m² d’énergie solaire moyenne captée en Hexagone.

Cette grandeur vaut environ 14% de la puissance solaire réelle moyenne reçue (1 kW/m²).

Comment expliquer cette différence flagrante ?

La réception concerne la totalité de la surface de l’Hexagone, et pas seulement les panneaux solaires, puisque l’énergie solaire réalise 1,09 TWh par an de production électrique en France.

Puis il ne s’agit pas de 144,66 W/m² de production électrique (après perte due au rendement), il est bien écrit dans la page qu’il est question d’«énergie solaire annuelle reçue sur l’ensemble du territoire français.»

Bon, soit, j’ai parlé de l’Hexagone seul, mais on peut y rajouter les territoires et départements d’outremer.
Le recalcul indique maintenant 118,23 W/m² en moyenne (la superficie totale du pays étant plus grande avec l’outremer inclus). Mais même en tenant compte de l’inclinaison de l’axe de rotation terrestre, ça ne colle pas.

D’où provient l’erreur ?
La nuit, il n’y a pas de soleil, donc 1kW/m² n’est vrai que de jour sous nos latitudes, et seulement par beau temps ensoleillé. Les aléas de la météo sont à prendre en compte (ciel nuageux). En supposant qu’il n’y ait pas d’erreur dans le livre à propos de l’énergie solaire, alors le rendement de l’énergie photovoltaïque est faible. En effet, si on ne capte que 14% des rayons solaires reçus et si le rendement électrique est de 8 à 20%, on n’aura produit que 12 à 29 W/m² d’électricité…

COMPARAISON DES GAZ À EFFET DE SERRE

Mon présent article est un exemple pour inciter le public de se souvenir que même les livres scientifiques de niveau post-bac peuvent toujours contenir des erreurs, des inexactitudes ou des omissions. L’erreur est humaine, et quotidienne. Se tromper est naturel et normal (on n’est pas des robots…). Cependant, un esprit critique toujours en éveil est un devoir et une nécessité. En effet, ce ne serait pas normal de lire un bouquin sans remarquer les erreurs éventuelles et de les croire comme parole d’évangile… Néanmoins, je suis à peu près sûr que les étudiants auront remarqué eux aussi l’erreur dont j’ai parlé ici.

Salutations à mes lecteurs. Veuillez passer de bonnes fêtes de fin d’année.

  • Puis, pour terminer, et dans un autre contexte que le présent article, j’avais promis il y a plusieurs mois de faire un blâme contre le New Age et ses délires d’apocalypse. Le moment est venu. J’espère que les esprits dérangés du New Age se sont calmés après l’imposture flagrante de la fin du monde du 21 décembre 2012. Une nouvelle expression est apparue : « mentir comme un maya ». C’est surtout les gourous contemporains et leurs adeptes qui mentent, les mayas ayant disparu il y a fort longtemps. Je trouve que les médias ont fait preuve d’un manque de déontologie, une faute. Le devoir du journalisme est de prendre une attitude critique pour dénoncer les sectes, et non d’entrer dans le jeu malsain des sectes pour faire de la propagande et du sensationnalisme sur le thème de la fin du monde… Le mythe de la fin du monde a été chié par une secte ufologique américaine inspirée par un roman russe publié par Zecharia Sitchin en 1976. Est-ce que les chaînes de TV qui ont fait des émissions spéciales «fin du monde» vont-elles présenter des excuses à leurs téléspectateurs ? Franchement, ne se passe t-il rien d’important en priorité pour que les médias aient eu besoin de nous saouler longtemps avec la fin du monde, tout ce cirque pour un non-événement. On n’est plus à l’ère de l’information. Alors qu’ici dans mon blog je m’étais efforcé à apporter de la qualité, et cela gratuitement. Nos libertés dépendent de notre capacité à être sceptiques, et notre époque est menacée par l’émergence de nouveaux obscurantismes.

Cordialement.

John Philip C. Manson

Confirmation expérimentale personnelle de la loi de Stefan-Boltzmann

Les 10 et 11 décembre 2011, j’ai personnellement pu réaliser des expériences afin d’évaluer la validité de la loi de Stefan-Boltzmann.

Liste du matériel nécessaire : une ampoule électrique à incandescence de 40 W, et un thermomètre à pointeur laser et capteur thermique (le mien est de marque Voltcraft IR-270L). L’ampoule doit néanmoins être faite en un verre translucide, donc sans opacité (un verre bien transparent laisse passer une majorité du rayonnement).

Lorsque l’ampoule est allumée depuis une durée suffisante pour que la température de sa paroi extérieure soit maximale, j’ai opéré sur une ampoule allumée depuis environ une durée de 6 heures.

  • Plusieurs mesures avec le thermomètre ont établi que la surface en verre a une température maximum de l’ordre de 191°C.

La température absolue T et la puissance électrique P de l’ampoule sont reliées entre elles par l’équation suivante :

T⁴ = P / (2 × S × s)

où S /2 est la demie-surface de la paroi de verre à travers laquelle le rayonnement est émis

et s = 0,0000000567 W/(m².K⁴), constante de Stefan-Boltzmann.

L’équation indique que pour P = 40 W une température de 184,4°C (T = 457,55 K), ce qui est proche de 191°C.

Satisfait du résultat, j’ai reproduit l’expérience cette fois sur le tube à néon de ma cuisine (tube en forme de cylindre refermé sur lui-même, donc une forme de tore). La température de surface du tube torique est de 33°C (soit T = 306,15 K), et le calcul indique que le néon aurait une puissance de 88,46 W (plus tard, une inscription derrière le tube indique une puissance de 80 W, ce qui est proche du calcul).

Les ampoules à incandescence ont une durée de vie de 1000 heures, ainsi une ampoule de 40 W qui dure 1000 heures a pu donc tout au long de sa vie faire circuler une puissance électrique de 40 kWh. Concernant les ampoules à basse consommation, elles éclairent beaucoup moins fort, mais ces ampoules ne sont pas éternelles (je vous laisse imaginer le travail de traitement de ces ampoules «écolos» sachant qu’elles contiennent du mercure toxique)…

Les tubes à néon fonctionnent sans filament, avec un starter et deux électrodes dans un tube rempli d’un gaz inerte. Un tube à néon, voila quelque chose d’économique et qui éclaire suffisamment et qui est durable : le tube à néon de ma cuisine, je l’ai depuis août 2003 (il y a déjà 8 ans et 4 mois) et il est toujours en excellent état. Mieux que les ampoules basse consommation achetées tous les 3 mois…

Complément d’information :

  • Dans un espace d’environ 7 cm autour de la surface d’une ampoule électrique (en forme de flamme de verre translucide) de 40 W, l’air est a priori parfaitement stérile lorsque le verre de l’ampoule a atteint sa température maximum (191°C sur le verre, et 100°C à 7 cm de la surface). À 1 mm du filament de tungstène, la température serait voisine de 1520°C (théoriquement).
  • L’expérience de mesure de la puissance du rayonnement optique a été reproduite avec une simple bougie de paraffine : la température est de l’ordre de 155°C à 2 cm de la base de la partie bleutée de la flamme, et de plus de 80°C à propos de la partie supérieure de la flamme jaune. L’expérience avec une bougie a montré que celle-ci a une puissance comprise entre 8,5 et 18,3 W. À noter que la puissance d’une bougie varie beaucoup selon les modèles utilisés : la puissance de la flamme est proportionnelle à la surface de la flamme et proportionnelle selon la puissance quatrième de sa température absolue.

© 2011 John Philip C. Manson

Thermochimie : étude de divers combustibles

Une relecture minutieuse (le 1er juin 2012) de l’article présent atteste que les données mentionnées (l’enthalpie par unité de masse, synonyme de PCI) ne comportent pas d’erreurs, cela a été soigneusement vérifié. Y ont été ajoutés le cas du méthanol et du dihydrogène.

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C’est un sujet que j’ai déjà abordé.

Le présent article ajoute des détails quantitatifs supplémentaires. En outre, les gaz propane et butane sont comparés avec l’octane (essence “sans plomb”) et l’éthanol (synonyme de bioéthanol). Pour simplifier, la quantité d’eau issue des réactions de combustion est négligée volontairement.

Voici la comparaison énergétique quantitative de différents combustibles (par unité de masse de combustible) :

  • La combustion complète du dihydrogène dans le dioxygène est exothermique : énergie de 285,85 kJ/mol soit 142,92 MJ/kg.
  • La combustion complète du méthane dans le dioxygène est exothermique : énergie de 890,6 kJ/mol soit 55,6625 MJ/kg.
  • La combustion complète du propane dans le dioxygène est exothermique : énergie de 2220 kJ/mol soit 50,4545 MJ/kg.
  • La combustion complète du butane dans le dioxygène est exothermique : énergie de 2877,5 kJ/mol soit 49,612 MJ/kg.
  • La combustion complète de l’octane dans le dioxygène est exothermique : énergie de 5051 kJ/mol soit 44,307 MJ/kg.
  • La combustion complète du charbon (carbone) dans le dioxygène est exothermique : énergie de 393,5 kJ/mol soit 32,792 MJ/kg.
  • La combustion complète de l’éthanol dans le dioxygène est exothermique : énergie de 1367 kJ/mol soit 29,72 MJ/kg.
  • La combustion complète du méthanol dans le dioxygène est exothermique : énergie de 726,5 kJ/mol soit 22,7 MJ/kg.

L’expression de l’énergie produite par masse de combustible montre que le méthanol est le combustible qui produit le moins d’énergie par unité de masse, par rapport aux autres combustibles.

Comparaison des émissions massiques de CO2 par kg de gaz consumé :

  • La combustion complète du dihydrogène dans le dioxygène ne produit que de l’eau, donc 0 kg de CO2 par kg de dihydrogène. Cela n’est vrai que par des électrolyses, et c’est la solution la plus avantageuse. Mais dans les faits actuels, 95% de la production industrielle du dihydrogène est réalisée par reformage du méthane selon la réaction CH4 + O2 -> 2 H2 + CO2. La réaction produit donc 2,75 kg de CO2 par kg de méthane et 0,25 kg de dihydrogène par kg de méthane : ainsi on aura produit finalement 11 kg de CO2 pour une production de 1 kg de dihydrogène.
  • La combustion complète du méthanol dans le dioxygène produit 1,37 kg de CO2 par kg de méthanol.
  • La combustion complète de l’éthanol dans le dioxygène produit 1,91 kg de CO2 par kg d’éthanol.
  • La combustion complète du méthane dans le dioxygène produit 2,75 kg de CO2 par kg de méthane.
  • La combustion complète du propane dans le dioxygène produit 3 kg de CO2 par kg de propane.
  • La combustion complète du butane dans le dioxygène produit 3,0345 kg de CO2 par kg de butane.
  • La combustion complète de l’octane dans le dioxygène produit 3,09 kg de CO2 par kg d’octane.
  • La combustion complète du carbone dans le dioxygène produit 3,66 kg de CO2 par kg de carbone.

Le charbon (suivi de l’octane) est le combustible qui émet le plus de CO2 par unité de masse.

Équivalence énergétique de la combustion des gaz en bouteille par rapport à l’énergie électrique :

  • Une bouteille de 13 kg de propane représente une énergie thermochimique potentielle de 655,9085 MJ, soit 182,1968 kWh, soit 156541,408 kcal.
  • Une bouteille de 13 kg de butane représente une énergie thermochimique potentielle de 644,956 MJ, soit 179,1544 kWh, soit 153927,446 kcal.

Information complémentaire :

  • La combustion complète d’une charge de 13 kg de propane émet 39 kg de CO2 au total.
  • La combustion complète d’une charge de 13 kg de butane émet 39,4485 kg de CO2 au total.

Conclusion pour le gaz en bouteille :

  • Le propane est plus avantageux que le butane : pour deux quantités identiques de gaz combustible, le propane produit 1,698% d’énergie thermique de plus que le butane.
  • Si une charge de 13 kg de gaz coûte 29,00 €, alors le prix moyen de l’énergie par combustion des gaz vaut environ 16 centimes d’euro par kilowatt-heure. L’électricité d’origine nucléaire coûte environ 9 centimes d’euro par kWh. Chauffer avec du gaz revient deux fois plus cher que chauffer à l’électricité. Si on sort du nucléaire, il est absolument certain que le prix moyen du kWh c’est plus cher avec le gaz ; et la surconsommation soudaine du gaz du fait de l’abandon du nucléaire ça fera grimper les prix (le gaz étant déjà cher), à croire que c’est un coup fait exprès… Si on supprime le nucléaire on peut s’attendre à voir une grimpée du prix du gaz qui deviendra prohibitif et les conséquences sont catastrophiques… L’électricité éolienne, elle aussi, c’est plus cher que le nucléaire.
  • Une masse de 1 kg de méthane produit 1,87 fois plus d’énergie thermique que 1 kg d’éthanol. Il faut donc 1,87 kg d’éthanol pour produire autant d’énergie que 1 kg de méthane. Un véhicule qui utilise par exemple 50 kg d’éthanol dans son réservoir parcourra donc 1,87 fois moins de km que s’il avait 50 kg d’octane dans son réservoir.

BILAN TRÈS INTÉRESSANT :

La combustion complètement dans le dioxygène produit une quantité d’énergie par kg de combustible :

  • 50 milliards de kWh (soit 50 TWh) sont théoriquement productibles par 1 kg d’antimatière qui s’annihile avec 1 kg de matière. Équivaut à presque 43 mégatonnes en puissance nucléaire. On est loin de pouvoir exploiter l’antimatière…
  • 116300 à 186080 kWh sont produits par la fission nucléaire de 1 kg d’uranium enrichi, la fission n’émet pas de CO2. Un kg d’uranium fissile équivaut de 10 à 16 kilotonnes de puissance nucléaire.
  • 15,462 kWh sont produits par 1 kg de méthane, ça émet par conséquent 2,75 kg de CO2.
  • 14,015 kWh sont produits par 1 kg de propane, ça émet par conséquent 3 kg de CO2.
  • 13,78 kWh sont produits par 1 kg de butane, ça émet par conséquent 3,03 kg de CO2.
  • 12,31 kWh sont produits par 1 kg d’octane, ça émet par conséquent 3,09 kg de CO2.
  • 9,11 kWh sont produits par 1 kg de charbon (carbone), ça émet par conséquent 3,66 kg de CO2.
  • 8,26 kWh sont produits par 1 kg d’éthanol, ça émet par conséquent 1,91 kg de CO2.

Parmi les combustibles, l’éthanol est celui qui fournit le moins d’énergie par unité de masse. Au niveau du rendement, le méthane est le combustible le plus avantageux (1,87 fois plus énergétique que l’éthanol par unité de masse de combustible).

La combustion complète dans le dioxygène (excepté la fission nucléaire) produit 1 kWh selon diverses masses de combustibles :

  • 1 kWh = 0,0033 g d’uranium enrichi (ou 0,0086 g d’uranium dans réacteur à eau à cycle ouvert) , soit une émission de 0 g de CO2.
  • 1 kWh = 65 g de méthane, soit une émission de 179 g de CO2.
  • 1 kWh = 71 g de propane, soit une émission de 213 g de CO2.
  • 1 kWh = 72,6 g de butane, soit une émission de 220,3 g de CO2.
  • 1 kWh = 121 g d’éthanol, soit une émission de 231 g de CO2.
  • 1 kWh = 81 g d’octane, soit une émission de 250,3 g de CO2.
  • 1 kWh = 110 g de carbone, soit une émission de 401,8 g de CO2.

Par kWh produit, le charbon est de tous les combustibles le plus émetteur en CO2. Les centrales électriques à charbon sont donc une mauvaise option énergétique.
 

Bilan énergétique : 

  • Pour une même quantité d’énergie thermochimique produite, l’octane émet environ 8% de CO2 de plus que l’éthanol, ce qui est une marge faible.
  • Mais pour produire une énergie équivalente, il faut une masse d’environ 49% d’éthanol en plus par rapport à l’octane, ce qui est un gros inconvénient.
  • Sachant que l’octane coûte actuellement environ 1,5 € par litre à la pompe à essence, alors ça correspond à 2,13 € par kg d’octane, sachant aussi que 1 kg d’octane équivaut à 12,31 kWh, alors le prix moyen du kWh par combustion de l’octane est de 17,3 centimes d’euros, ce qui est un prix énergétique sensiblement proche du prix du kWh du gaz en bouteille (lui, environ 16 centimes d’euro par kWh produit).
  • Raisonnement réaliste : Supposons que certains décident d’arrêter tout le nucléaire au profit des centrales électriques à charbon. Si tout le nucléaire était remplacé par des centrales électriques à charbon, cela reviendrait à dire que les 508,42 milliards de kWh annuels devront être produits par le charbon au lieu de la fission de l’uranium, ça consiste à renoncer à 2732 à 4372 tonnes d’uranium seulement pour se résigner à préférer transporter à travers le monde (importation) puis brûler les 34,8 millions de tonnes annuelles de charbon venu du monde entier qui émettront ainsi 127,7 millions de tonnes de CO2 par an

© 2011 John Philip C. Manson

Le LHC du CERN et l’imposture de la fin du monde

Le LHC est sans danger : on ne peut absolument pas faire péter la Terre avec une énergie de 7 TeV car cela correspond à une énergie de 0,3 millième de milliardième de kWh (kilowatt-heure). Les ampoules électriques de 25 W ou de 40 W rayonnent une lumière dont l’énergie, dans un laps de temps de moins d’une seconde, est beaucoup plus grande que l’énergie de 7 tera-électronvolts.

Pour faire vraiment péter la (surface de) Terre, il faudrait libérer une puissance d’un grand nombre de mégatonnes avec plusieurs explosions thermonucléaires. Ni une ampoule électrique, et encore moins une particule du LHC, n’est capable de cet exploit.

La comparaison avec l’antimatière montre aussi une inégalité extrême. L’annihilation entre 500 g de matière avec autant d’antimatière produit une énergie de 24,97 milliards de  kWh.

 

Le LHC qui reconstitue des mini Big Bangs ? Déjà, un Big Bang n’est pas synonyme de trou noir. Et pour reproduire le Big Bang, il faut une température de 1032 degrés et une énergie extrêmement supérieure à celle des 7 TeV actuels. Ne pas confondre littérature de journalisme et article scientifique.

Comparaisons quantitatives :

  • 7 TeV = 1,12 µJ = 0,268 µcal. = 2 dixièmes de millionième de calorie.
  • 1 kcal (kilocalorie) = 2,61 × 1022 eV = 26,1 milliards de TeV = 3,7 milliards de fois l’énergie du LHC.
  • 1 kcal = 1000 calories = quantité de chaleur nécessaire pour augmenter de 1°C une masse de 1 kg d’eau.
  • Énergie de Planck (pour 1 mini Big Bang) = ce qui correspond à 1,22 × 1019 GeV soit 1,22 × 1016 TeV, ce qui équivaut à 1,7 × 1015 fois l’énergie d’une particule accélérée du LHC (1,7 million de milliards de fois).

Par comparaison, une tonne de TNT (trinitrotoluène) correspond à 4,184 GJ (plusieurs millions de milliards de fois l’énergie d’une particule du LHC).

 

L’annihilation d’une paire proton/antiproton libère une énergie équivalente à 1,87 GeV, soit 0,2 millième de l’énergie maximale du LHC. Cela veut dire que le LHC ne peut pas produire plus de 5000 paires de protons et d’antiprotons à la fois. Le LHC ne mobilise qu’un tout petit nombre de particules accélérées, ce qui n’est presque rien en comparaison de la production électrique avec le nucléaire civil dans une centrale. Mieux vaudrait s’inquiéter des centrales nucléaires plutôt que du LHC, compte tenu des proportions entre l’un et l’autre cas.

 

On ne peut pas engendrer des trous noirs à cause d’une énergie trop faible en regard de ce qui définit un trou noir. Pour avoir un trou noir, la masse du système solaire lui-même est insuffisante pour provoquer un effondrement gravitationnel spontané ! De même, pour comprimer la matière par des collisions entre particules afin de fabriquer un trou noir, il faut pouvoir tasser considérablement des masses minuscules en un volume extrêmement réduit, ce qui nécessite une énergie très grande qui n’est pas à la portée du LHC !

 

Quels sont les effets d’une particule accélérée de 7 TeV sur un corps humain ?

L’accélération de particules chargées électriquement est similaire à de la radioactivité.Or on connaît l’énergie cinétique d’une particule dans le LHC : 7 TeV, ce qui correspond à 1,12 µJ.

Supposons qu’un corps humain de 75 kg en moyenne soit irradié par ce rayonnement, ce qui correspond à 1,49 * 10^-8 J/kg. Ainsi, cela correspond à une dose reçue de 14,9 nSv, ou 0,0149 µSv, en une fois. Donc 1,49 µrem.

À titre de comparaison, le taux naturel de radioactivité est d’environ 0,1 µSv/h (10 µrem/h).

Je pense donc que l’irradiation avec le rayonnement d’une seule particule de 7 TeV du LHC a des effets largement inférieurs au dixième de la radioactivité naturelle ambiante. C’est négligeable. Mais si on réalise un flux de millions de particules, chacune de 7 TeV, la dose reçue est évidemment plus grande, et le seuil de danger peut être franchi rapidement.

Maintenant, si certains soutiennent toujours la thèse de la fin du monde à cause du LHC après avoir lu mon article argumenté, ils sont désormais inexcusables.

 

© 2011 John Philip C. Manson