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vendredi 13 avril 2018

Le CO2 pollue ?





Le CO2 n’est pas un polluant…
… mais l’augmentation de son taux est un risque majeur

Quand on entend Madame la Maire de Paris déclarer qu’il faut interdire les véhicules diesel dans sa ville pour réduire la pollution atmosphérique urbaine par le CO2, on croit rêver, mais ce concentré d’erreurs est un cauchemar ! Essayons de faire un peu de tri dans les bêtises qui circulent, joyeusement amplifiées par les médias. Quels sont les faits ?

Le dioxyde de carbone CO2 est présent dans l’air avec un taux qui était jusqu’au XIXème siècle de l’ordre de 300 ppm (parties par million), c’est-à-dire 0,03 % en volume.

Rappelons qu'il est à l’origine de la vie sur terre, car presque toute la vie évoluée terrestre repose sur la photosynthèse : Les végétaux reçoivent du soleil l’énergie lumineuse. Grâce à la chlorophylle, dont le vert est devenu le symbole de l’écologie, cette énergie leur permet de décomposer la molécule de CO2 présente dans l’air, en ses deux corps simples, l’oxygène et le carbone, ce dernier étant, avec l’eau, la base de cellulose, principal constituant de la matière végétale. 

Cette dernière est la base de la chaîne alimentaire vers les animaux herbivores terrestres ou maritimes de toutes familles, puis de leurs prédateurs jusqu’à l’homme, qui, tous, mangent et respirent, c’est-à-dire font brûler leur nourriture dans l’air et rejettent du CO2. Sans le CO2, toute la chaîne de la vie s’écroule…

L’augmentation du taux de CO2, même au-delà du taux actuel (400 ppm), n’a aucun inconvénient direct pour tous ces êtres vivants : les végétaux poussent plus vite, la nourriture végétale augmente pour le plus grand bien de ceux qui la consomment et de leurs prédateurs. Tous continuent à inhaler un air pur constitué à 99,96% d’oxygène, d’azote et d’argon, contrairement à celui qu’ils exhalent, chargé en CO2 et vapeur d’eau résultant de leur métabolisme.

Le taux de CO2 varie très peu selon le lieu : il est pratiquement le même partout, au cœur des mégapoles chinoises comme au milieu du Groenland. La notion de « pollution urbaine par le CO» est donc strictement dépourvue de sens, bien que fréquemment médiatisée !

Mais, malgré sa parfaite innocuité pour les êtres vivants, le CO2 joue un rôle important dans les échanges thermiques par rayonnement de la terre vers l’espace. L’augmentation de son taux augmente l'absorption des infrarouges réémis par la surface de la terre, et réduit ainsi le rayonnement terrestre vers l’espace, et donc la capacité de la terre à se refroidir : c’est l’effet de serre. Il est clairement démontré que :
  • Le taux de CO2 dans l’atmosphère a augmenté d’un tiers en un siècle
  • Cette augmentation résulte principalement à la combustion  des énergies fosssiles (charbon, du pétrole et gaz) dans des applications thermiques (chauffage domestique et industriel, cuisine) ou énergétiques (véhicules, avions, électricité) depuis la révolution industrielle, et accessoirement de la déforestation.
  • Depuis une vingtaine d’années, on observe un réchauffement climatique qui tend à s’accélérer.
Les travaux des scientifiques de nombreux pays, synthétisés dans les publications du GIEC (qui n’est pas leur employeur), et approuvés par la quasi-totalité des scientifiques compétents, établissent une relation de causalité du taux du CO2 vers le réchauffement climatique. Ils construisent des modèles cherchant à extrapoler le réchauffement futur en fonction du taux de CO2. Leurs résultats sont assez dispersés en raison de l’extrême complexité des modèles, et de la difficulté à y inclure certains phénomènes tels que la convection (mélange entre fluides), mais il est hautement probable que l’on tende vers une augmentation  de 2° à 3° en l’an 2100, sauf réduction drastique des émissions entre temps.

Cette augmentation serait localement supportable par plus de 50° de latitude, mais catastrophique en dessous de 40°. Elle entraînerait la désertification de larges territoires, la fonte des glaces terrestres et maritimes qui pourraient relever le niveau des océans, de un à plusieurs mètres en submergeant de nombreuses villes et régions côtières, et amènerait des migrations massives, potentiellement génératrices de conflits armés.

Il est donc urgent d’agir comme le recommande Jean Tirole, prix Nobel d’économie, en taxant, ou en plafonnant et négociant, les émissions de CO2 dans un marché mondial unique. Il n’existe aucune alternative.

vendredi 8 décembre 2017

13 – L’énergie dans l’Industrie



Chauffage process
(Colonne w du tableau de synthèse)

Des températures plus ou moins élevées, et des apports de chaleur sont nécessaires à de nombreux process de production industrielle pour lesquels l’origine de la chaleur ne s’impose pas. Citons :
  • Le ciment
  • Les céramiques
  • L’industrie chimique et pétrolière (distillation)
  • Les alliages métalliques
  • La plasturgie
  • L’agroalimentaire
  • La chimie
  • Le séchage
  • ...
Le choix de la source d’énergie est très varié. Pour certaine applications grosses consommatrices, mais très concurrentielles, telles les cimenteries, le charbon reste utilisé. On lui substitue parfois la combustion de pneumatiques déchiquetés dont le coût est nul voire légèrement négatif, tant leur élimination est problématique, d’où un dilemme entre l’avantage écologique d’éliminer les pneumatiques usagés, et l’inconvénient de l’émission de CO2 consécutive. Hormis ce cas, la plupart de ces industries pourraient utiliser le gaz ou l’électricité, cette dernière étant préférable si elle est largement ou totalement décarbonée.

Electricité process
(Colonne x du tableau de synthèse)

Certaines industries requièrent de l’électricité en tant que telle dans leur process de production. Citons :
  • L’électrolyse :CO2,
  • Production d’aluminium
  • Traitements de surface
  • Production d’hydrogène (potentiellement)
  • L’aciérie électrique
  • La soudure dans plusieurs variantes (TIG, MIG, UM, plasma, par points …)
  • ...
Elle n’est alors évidemment pas remplaçable.
Puissance mécanique
(Colonne y du tableau de synthèse)

La quasi-totalité des industries requièrent de l’électricité qui est transformée en énergie mécanique par des moteurs ou actionneurs électriques :
  • Ventilation
  • Refroidissement et cryogénie
  • Manutention, levage
  • Broyage, concassage, mélange
  • Machines-outils, machines-transfert, automates de production, robots
  • Production d’air comprimé
  • Centrifugeuses
Pour ces applications, l’électricité n’est pratiquement pas remplaçable, sinon par des moteurs thermiques aux émissions élevées et de moindre rendement, parfois utilisés en secours en cas de défaillance du réseau.

Hauts-Fourneaux et convertisseurs
(Colonne z du tableau de synthèse)

Rappelons que la fonte est obtenue par réduction du minerai de fer par le carbone suivant les réactions simplifiées :
2 C + O2 à 2 CO
2 Fe2 O3 + 3 CO à 4 Fe + 3 CO2
Le coke (carbone presque pur obtenu par distillation du charbon dans les fours à coke) est donc utilisé ici avant tout en qualité de réducteur chimique, et accessoirement seulement pour son apport de chaleur. Il est donc impossible de lui substituer une autre forme de chaleur : le carbone est partie intégrante de la réaction.

Les convertisseurs qui produisent l’acier à partir de la fonte procèdent également par oxydation du carbone résiduel contenu dans la fonte. Ils émettent donc aussi du CO2, inévitablement.

Rappelons aussi que « l’aciérie électrique » n’est pas un substitut de l’aciérie classique. Elle ne sert qu’à retransformer des ferrailles en lingots.

La sidérurgie fait donc partie des activités pour lesquelles le carbone n’est pas substituable : elle ne participera pas à la réduction des émissions de CO2 autrement que par amélioration de l’efficacité, ici dite « mise (Kg de coke) aux mille (kg de minerai de fer) », qui a été fortement réduite dans le passé, mais approche de sa limite théorique, ou par captation du CO2, dont la faisabilité économique reste à démontrer.


lundi 23 novembre 2015

Etape 3 : Substitution électronucléaire

Etape 3 : Substitution électronucléaire


Rappelons que le profil de notre blog fait figurer le « politiquement correct » dans la liste des « je n’aime pas ». Personne n’ose parler de ce qui suit, qui est pourtant absolument évident, et constitue une voie majeure pour réduire les émissions de CO2, et limiter le changement climatique. Nous le faisons en toute indépendance, sans tabou et sans militantisme d’aucun bord, avec l’objectivité nécessaire aux décisions technico-économiques.

Voyons les réductions d’émissions que l’électronucléaire permet de réaliser :
  • Elle est sans effet direct sur la production de fonte dans les hauts fourneaux. Indirectement, le moindre coût de l’aciérie électrique (retraitement des ferrailles) permet un meilleur recyclage des métaux ferreux, et donc une moindre demande en fonte. C’est peu de chose, et difficile à chiffrer, donc non pris en compte ici.
  • En agriculture et industrie, la quasi-totalité des besoins en chauffage (fours, serres, bâtiments agricoles et industriels, traitements thermiques…), en énergie mécanique autre que mobile (pompes, ventilateurs, usinage, manutention…) et en éclairage peuvent provenir de l’électronucléaire. Une baisse de 60% du gaz naturel est envisageable. Compte tenu des applications de  mobilité nécessitant du gazole, cette baisse serait plutôt de 30% pour le pétrole.
  • En chauffage résidentiel et tertiaire, l’électronucléaire est presque partout substituable aux combustibles fossiles, selon des modalités à examiner de plus près :
  • Les applications de chauffage sont avantageusement réalisées par des pompes à chaleur qui permettent une efficacité énergétique très supérieure à 100%, de l’ordre de 200% (aérothermiques), 300% (géothermiques) et même 500% (hydro-thermiques).
  • L’investissement  lourd dans les centrales électronucléaires, dont le prix de marché se situe autour de 3 milliards d’euros par GW (ce qui ne fait que 3 000 €/KW), n’est économiquement possible que si la centrale produit en moyenne au moins 75% de sa puissance nominale. Il n’est donc pas envisageable de dimensionner le parc électronucléaire pour les pointes de consommation.
  • Il est donc souhaitable de généraliser le chauffage biénergie par adjonction d’un chauffage de base électrique de faible puissance, à tous les bâtiments actuellement chauffés au fioul ou au gaz. Il est utilisé seul jusqu’à concurrence de la puissance nucléaire installée, les pointes de consommation restant assurées par le fioul et le gaz.
  • L’extension simultanée des pompes à chaleur qui réduisent la consommation du chauffage électronucléaire, et des chauffages de base électriques qui l’augmentent doit permettre une large compensation, et donc une faible augmentation du parc nucléaire.
  • Dans les transports, la seule substitution possible est relative aux véhicules électriques à batterie, ou hybrides rechargeables. Malgré d’énormes distorsions de concurrence (subventions, avantages de circulation et de stationnement, pas de TICPE…), ils peinent à se développer en dehors de quelques marchés de niches (auto-partage urbain, flottes urbaines). Envisageons avec optimisme qu’ils puissent réduire de 10% la consommation globale de carburants, c’est-à-dire, avec une efficacité énergétique fortement accrue par les moteurs électriques remplaçant les moteurs thermiques, réduire d’un facteur 3 l’énergie consommée, devenue électrique.

Dans cette substitution, les facteurs économiques jouent un rôle essentiel




Cette substitution aboutit à elle seule une réduction de 28% supplémentaires de l’énergie fossile consommée et de des émissions de CO2, ce qui est énorme. Elle aboutit à une baisse cumulée des émissions de CO2 de 45%, ce qui excède l’engagement français de -40% en 2030, mais n’est tenable qu’avec un développement très modéré de l’énergie électronucléaire, qui implique le renouvellement des centrales en limite d’âge, et un petit nombre de tranches supplémentaires.