Le blog de doc zaius

30 Décembre 2010

Nous avons vu qu’il existe beaucoup de nanoparticules naturelles dans l’atmosphère. Nano poussières, suies, fumées d’incendies naturels, érosion éolienne, éruptions volcaniques, pollens. Il est important de savoir les distinguer des nanoparticules artificielles dans l’hypothèse d’une règlementation sur les émissions.

Le même problème se pose pour l’eau. Le milieu liquide contient également des nanoparticules naturelles qu’il importe de caractériser afin d’évaluer l’état des lieux avant l’intrusion inévitable des nanoparticules artificielles dans les prochaines années.

Ralf Kägi, Directeur du Laboratoire d’Etudes des particules de l’EAWAG, a effectué en 2009 une caractérisation de l’eau potable de l’usine de potabilisation zurichoise de Lengg.

http://www.eawag.ch/medien/publ/eanews/news_66/en66f_kaegi_1.pdf   

Les échantillons d’eau potable ont été préalablement traités par une méthode de séparation afin de ne laisser subsister que les nanoparticules:

Une sédimentation de 2 h suivie du prélèvement de la couche supérieure; puis une première centrifugation  de ½ h à 330g, suivie d’une seconde centrifugation de 1h à 2700g, et enfin une ultra centrifugation de 12h à

120 000g.

A la suite de ce traitement, seules les nanoparticules subsistent dans l’eau.

Les échantillons ainsi «　purifiés　» sont analysés en terme de quantités de résidus, de formes et de dimensions des particules restant en suspension.

Trois méthodes complémentaires ont été mises en œuvre:

- Microscopie électronique à transmission.

- Microscopie à force atomique.

- LIBD ( Laser-Induced Breakdown Detection ).

Ces trois méthodes conjuguées ont permis d’évaluer la population de nanoparticules à un milliard par cm3, avec une taille moyenne de 15 nm.

Cette valeur extraordinaire appelle plusieurs réflexions:

- Une eau potable n’est pas une eau pure. De cela on se serait douté, mais ce type de mesures nous permet de passer du doute à la certitude.

Il serait du plus grand intérêt d’effectuer les mêmes mesures sur des échantillons d’eaux dites «　minérales　» vendues en bouteilles.

- Ces mesures ne renseignent pas sur la nature des nanoparticules, mais seulement sur leur nombre, leurs formes et leurs dimensions. La nature des particules doit être déterminée par d’autres méthodes , notamment spectroscopiques et chimiques.

- Ce «　simple　» dosage quantitatif des nanoparticules exige la mise en œuvre de procédés et de matériels de la technologie la plus avancée, utilisés par des personnels hautement qualifiés, en laboratoire. On imagine quelle sera la difficulté lorsqu’il s’agira d’effectuer des analyses de terrain, et non plus seulement de compter, mais d’identifier et de doser séparément les particules présentes dans le liquide.

L’introduction des nanoparticules dans de nombreux produits de consommation courante s’effectue aujourd’hui sans aucun contrôle et en l’absence de connaissances sur leur degré de nocivité.

Au vu de la lenteur de réaction des organismes officiels de santé en présence d’un seul produit ( le Médiator) dont la nocivité était prouvée depuis plusieurs années, on imagine sans peine la catastrophe de santé publique qui pourrait se produire si quelques-unes des centaines de nanoparticules utilisées sans discernement se révélaient toxiques pour les organismes vivants.

27 Décembre 2010,

Le baril est aujourd’hui coté  90,77 dollars, soit environ 42,7 centimes d’euro au litre .

Lorsque s’ajoutent les coûts du raffinage, du transport, de la distribution, et les taxes françaises ( TIPP et TVA ), l’usager doit débourser 1,4 euros pour acquérir un litre de carburant.

Si l’on envisage le scénario catastrophe d’un baril à 500 dollars, le prix de revient du litre de carburant passerait alors à 2,35 euros, à taux de change inchangé ( Et qui peut prédire le taux de change après une crise pétrolière?). Dans l’hypothèse d’une TIPP constante et d’un taux de TVA identique ( Et qui peut connaître les décisions du gouvernement en matière de TIPP et de TVA sur les carburants ? ), le litre de carburant coûterait autour de 3,60 euros à la pompe.

Quelles seraient les répercussions sur l’activité socio-économique ?

Pour certains secteurs professionnels les produits pétroliers sont incontournables aujourd’hui et représentent parfois une part importante des coûts: Transports de marchandises routiers, maritimes et aériens, transports en commun de personnes, taxis, ramassages scolaires, agriculture, pèche, tourisme ( voyages organisés), services de santé, police, services de secours, lutte anti incendies, une partie importante du chauffage collectif, les centrales électriques à fuel, et de nombreux sites industriels.…

Pour continuer d’exister, ces secteurs devraient répercuter intégralement les hausses du fuel sur leurs prix. Il en résulterait de profonds bouleversements dans les structures de distribution et du transport, et une hausse générale des prix à la consommation.

Sans oublier les traditionnels blocages des routes par les transporteurs qui exigeront de l’Etat des conditions particulières. Ni les abus de certains patrons qui bloqueront les augmentations de salaires pour compenser les hausses du carburant, de belles empoignades en perspective…

A cette hausse générale des prix des biens et des services, supportés par le consommateur, viendrait s’ajouter celle du coût des transports personnels en voiture, et du chauffage individuel au fuel.

Le particulier ne pourra pas échapper à la hausse générale des prix, tout au plus pourra-t-il réduire la note en appliquant quelques mesures de sauvegarde comme le covoiturage, le recours aux transports en commun lorsque c’est possible, l’isolation de son habitation, le réglage de son thermostat, l‘achat de quelques pull-overs et l‘annulation des déplacements inutiles.

Il faut donc s’attendre d’une part à une baisse de la consommation , avec son cortège de licenciements économiques et de dépôts de bilan, et à des   forts mouvements sociaux sur des revendications salariales pour compenser en partie les hausses de prix.

Mais un malheur n’arrive jamais seul. Une augmentation brutale de 500% du prix du baril ne peut être provoquée que par une très grave crise pétrolière accompagnée, ou déclenchée, par une grave crise politique, le tout résultant en une pénurie à l’origine de la flambée.

Il nous reste à espérer que la flambée n’aura pas lieu. Certes, le prix du baril atteindra un jour 500 euros, et même davantage, mais on peut penser que cette augmentation de prix sera progressive , peut-être étalée sur dix ou quinze ans dans le meilleur des cas.

Nous aurions donc dix ou quinze ans pour nous préparer à vivre avec un pétrole cher et rationné.

C’est-à-dire réformer le secteur des transports, réduire nos consommations énergétiques, développer les énergies renouvelables, repenser nos déplacements, développer les transports en commun ferroviaires, la voiture électrique, repenser l’habitat, promouvoir la proximité, modérer nos ambitions touristiques exotiques ( grand‘mère devra se passer de la visite des pyramides…).

N’est-ce pas cela le développement durable ?

Qu’en est-il en pratique ?

Loin de chercher à freiner le développement des transports routiers, les Etats envisagent  d’autoriser le roulage des super camions.

Sans commentaire…

En France, le gouvernement vient de porter un coup d’arrêt au développement du photovoltaïque en baissant fortement les avantages incitatifs . Cette politique d’un pas en avant suivi d’un pas en arrière n’est pas de nature à encourager les investissements dans ce secteur. Les industriels ont besoins de visibilité au moins à moyen terme.

Sans commentaire….

Toujours en France, la politique du transport ferroviaire est orientée exclusivement vers les lignes à grande vitesse, au détriment du réseau dit «　secondaire　» qui , seul, pourrait apporter une solution de remplacement au «　tout voiture　».

Sans commentaire….

Restons en France, où le gouvernement semble considérer avec bienveillance le  développement de la voiture électrique. Attendons cependant de connaître la politique tarifaire et de taxation qui sera décidée par le gouvernement pour l’électricité «　automobile　». Gageons que les usagers y regarderont à deux fois et voudront des garanties pour qu’on ne leur refasse pas le coup du photovoltaïque. De cette politique dépendra l　‘intérêt des usagers pour ce nouveau concept par ailleurs très dépendant d’infrastructures au sujet desquelles il n’existe aucun plan de développement.

Malgré les économies d’énergie, le sevrage du pétrole ne sera possible que par un recours à l’électricité. Le charbon et le fuel étant par définition exclus , cette électricité sera nucléaire ou ne sera pas.

Il existe en France une forte opposition au nucléaire. Il sera donc très difficile de lancer un programme de remplacement des centrales existantes, de construction de nouvelles centrales, et de développement des surrégénérateurs. De plus, un éventuel changement de majorité en 2012 serait probablement accompagné d’un arrêt de ces développements, souvenons-nous de Superphénix.

Les opposants au nucléaire sont souvent également opposés à l’éolien, pour des raisons différentes mais tout aussi péremptoires.

Le développement des énergies renouvelables est donc englué dans un contexte de pesanteurs étatiques et d’atermoiements écologiques dont on ne voit pas très bien l’issue.

Il faut donc s’attendre à une période de sevrage du pétrole très douloureuse, au cours de  laquelle se produiront de forts soubresauts politico-sociaux-économiques, dont l‘issue est très incertaine.

Faute d’un plan décennal gouvernemental de dégagement du pétrole, la mutation sera imposée par les marchés et nous devrons accepter la purge sans même pouvoir choisir le contenu de la potion.

30 Décembre 2010

Les anciens ont en mémoire les offensives sporadiques de la voiture électrique qui, tous les dix ans depuis le premier choc pétrolier, revient sur le devant de la scène avec un design relooké et des arguments marketing à chaque fois péremptoires et définitifs. Jusqu’à présent ces tentatives ont échoué face aux réalités du marché et faute d’une technologie adéquate.

Nous voici en présence d’une nouvelle tentative de percée, cette fois c’est juré, c’est la bonne.

Les circonstances sont en effet favorables :

- Perspective dramatique d’épuisement des ressources pétrolières, le «peak oïl　» serait derrière nous　.

- Risque non moins dramatique d’augmentation drastique du prix des carburants liquides à cause de l’accroissement de la demande des pays émergents.

- Impérieuse nécessité de réduire les émissions de CO2 à cause du réchauffement climatique, et donc menace de la taxe carbone.

- Urgence de réduire la pollution atmosphérique, les oxydes d’azote et les nanoparticules, induisant un cortège de taxes et de restrictions de circulation.

- Et si, au passage, on peut réduire la dépendance énergétique de la France, c’est tout bonus.

Voici donc un environnement des plus encourageants pour justifier l’électrification de nos chères guimbardes.

Mais la technique sera-t-elle cette fois à la hauteur ?

Les classiques batteries au plomb ont une énergie massique de l’ordre de 50 Wh/Kg . Cette faible capacité massique est notoirement insuffisante pour équiper autre chose que des engins de manutention.

Qu’en est-il aujourd’hui avec les nouvelles technologies ?

Les batteries au Lithium sont une technique prometteuse, la théorie laisse espérer des capacités massiques jusqu’à 500Wh/Kg, soit  dix fois les performances d’une batterie au plomb.

Mais il y a loin des expériences de laboratoire aux applications concrètes.

Une batterie destinée à fournir l’énergie de propulsion d’une automobile doit respecter un cahier des charges très sévère. La sécurité, la robustesse, la fiabilité, la non toxicité, la tenue en température, la capacité à délivrer sa puissance max, le nombre de cycles, la conservation de la charge, le coût des matériaux, la tenue aux court-circuits, le temps de recharge, la durée de vie, etc… sont des paramètres sur lesquels les constructeurs ne transigeront pas, surtout s’agissant d’une application nouvelle.

La nécessité de respecter toutes ces contraintes fait qu’on ne sait toujours pas construire aujourd’hui industriellement des batteries d’une capacité massique supérieure à 110 Wh/Kg ( Lithium Métal Polymère), ce qui limite la réserve énergétique embarquée à 25 KWh si l’on ne veut pas pénaliser le véhicule par un poids mort supérieur à 300Kg.

Or il faut embarquer une réserve énergétique électrique d’au moins 125 KWh pour égaler l’autonomie et les performances d’une voiture actuelle à moteur thermique.

D’autres types de batteries sont à l’étude , avec des promesses de performances impressionnantes, mais aucune ne sera industriellement disponible avant 2015.

Les voitures électriques actuelles sont construites pour valider une technologie et tester le marché.

Le véritable marché ne pourra démarrer que lorsque les batteries nécessaires seront disponibles, c’est-à-dire pas avant 2015.

Avec 25 KWh on peut développer plusieurs types de véhicules:

Le EV ( Electric Vehicle) , engin tout électrique , de faible gabarit et d’autonomie réduite, dont le «　Blue Car　» de Bolloré est un bon exemple. Véhicule destiné à un usage urbain et pouvant être rechargé simplement sur une prise quasi ordinaire.

Le HEV ( Hybrid Electric Vehicle ), véhicule hybride mû essentiellement par un moteur thermique, couplé à un moteur électrique qui apporte un surcroît de puissance momentané quand c’est nécessaire. La batterie, de faible capacité, est sensée être rechargée par le moteur thermique et par la récupération d’énergie au freinage.

L’exemple typique est la TOYOTA Prius, dont l’autonomie «　électrique　»　 ne dépasse pas 2 à 5 Kms !

Le PHEV ( Plug-in Hybrid Electric Vehicle ), le même que précédemment , mais avec une batterie plus grosse permettant une autonomie électrique décente. Il est alors nécessaire de la recharger sur le secteur, d’où l’appellation «　Plug-in　».

TOYOTA étudie une modification de la Prius pour en faire un «　plug-in　».

Les HEV ne sont pas des véhicules électriques puisque leur énergie reste entièrement d’origine classique ( carburant liquide).

Les PHEV actuels sont des véhicules partiellement électrisés, plus de  80% de leur énergie provient encore d’un carburant liquide.

Seuls les EV sont de véritables voiturettes électriques. Leur usage reste essentiellement urbain, ils ne remplacent pas une «　vraie　» voiture, ils en sont le complément.

Les «　vraies　» voitures électriques se feront donc encore attendre, la batterie restant la pièce maîtresse non encore disponible. 

16 Décembre 2010

Nous avons vu précédemment les obstacles à lever pour transformer les  expériences ponctuelles sur des véhicules électriques «　de salon　» en un marché industriel susceptible de remplacer 20 % des véhicules actuels à l’horizon 2020.

Le marché actuel de l’automobile est un marché technologiquement fermé. Par exemple un réservoir de Renault ne se monte pas sur une Mercédès, et c’est vrai pour la plupart des pièces, même si de gros efforts ont été faits ces dernières années.

Par contre, dans la voiture électrique , la batterie est et restera  une pièce très onéreuse. Pour en réduire le coût il est important d’en standardiser la fabrication. Il ne serait pas pertinent d’avoir un modèle de batterie pour chaque constructeur, voire pour chaque modèle.

D’autre part le problème de la recharge en cours de trajet conduit au concept d’échange de batterie, aucun usager n’accepterait d’attendre six heures à une station service pour faire le plein d’électricité !

Pour toutes ces raisons il est essentiel de construire une normalisation pour établir une standardisation des batteries de véhicules électriques, faute de quoi le marché ne pourrait pas démarrer.

Il faut définir les caractéristiques mécaniques , et électriques. La connectique, les systèmes de fixation, les différentes classes, les gammes, le marquage.

Ceci ne peut pas être fait rapidement. la Commission Européenne a lancé le processus qui devrait conduire à cette normalisation.

http://www.europarl.europa.eu/sides/getDoc.do?pubRef=-//EP//TEXT+TA+P7-TA-2010-0150+0+DOC+XML+V0//FR&language=FR  

On comprend la difficulté de la tâche quand on sait que la technologie des batteries est en pleine évolution. Comment normaliser un objet dont on ne connaît ni les caractéristiques, ni les conditions d’utilisation, ni les besoins réels du marché ?

Il est évident que l’échéance de 2011 souhaitée par la Commission, est un vœux pieux. Il est probable qu’un standard se dégagera progressivement , plus ou moins imposé par le ou les leaders du marché, et qu’il faudra attendre au moins 2015 pour pouvoir parler  de norme.

Il faudra bien ce temps pour développer les procédés, appareils et bancs de mesures destinés au test et à la vérification des batteries qui circuleront sur le réseau, ainsi que les infrastructures ad-hoc.

La voiture électrique ouvre un nouveau marché où il faudra se hâter lentement....

15 Décembre 2010

Aujourd’hui nous roulons dans des voitures qui consomment un carburant liquide. Ces véhicules nous donnent toute satisfaction, tant sur le plan du confort que de l’autonomie. Même le prix est apparemment accepté si l’on en juge par le succès commercial des nouveaux modèles . Nous apprécions de pouvoir emprunter les autoroutes pour franchir des centaines de kilomètres pour les vacances ou les week-ends, et ce sans avoir à s’arrêter pour faire le plein.

Pour cela nos autos sont équipées de réservoirs d’environ 70 litres, dont le volume et le poids sont discrets, laissant une large place pour emporter cinq passagers et leurs bagages.

le pouvoir calorifique de l’essence est d’environ 35 000 KJ/L, ce qui fait un stock énergétique de 2 450 MJ, ou encore 681 KWh.

Une grande partie de cette énergie est perdue* car le rendement de nos moteurs thermiques ne dépasse pas 0,4. L’énergie «　utile　» à la propulsion est donc de 272 KWh «　seulement　».

* Pas tout à fait perdue car une partie est utilisée pour le chauffage de l’habitacle en hiver.

Si l’on remplace le moteur thermique par une propulsion électrique, tout en conservant les mêmes prestations, il faut garder la même énergie utile de 272 KWh.

Le moteur électrique possède un excellent rendement, au moins 80%. La réserve d’énergie à prévoir sera donc d’environ 340 KWh en première approximation.

Mais on considère que 20 % environ de l’énergie dépensée peut être récupérée lors de phases de freinage. L’énergie embarquée peut alors se limiter à 270 KWh.

Dans l’état actuel de la technologie des batteries, la densité massique est de l’ordre de 100 Wh/Kg ( chiffres indiqués pour la batterie L.M.P. qui équipe la «　Blue-Car　» de Bolloré).

Pour obtenir une réserve de 270 KWh, il faut  une batterie d’un poids de 2 700 Kg.

Ceci est  bien sûr parfaitement inconcevable.

Donc, aujourd’hui, il n’est pas possible de fabriquer une voiture électrique offrant les mêmes prestations que son homologue à essence.

Les véhicules électriques présentés sur le marché sont une première offre compatible avec l’état de l’art. Le passage obligé est le poids maximum acceptable de la batterie, de l’ordre de 300 Kg. En-dessous l’énergie est très insuffisante, et au-dessus le poids est inacceptable. Ceci nous donne la réserve d’énergie, soit 30 KWh environ, c’est-à-dire presque dix fois moins que ce qu’il faudrait pour égaler les prestations d’une auto actuelle à essence.

Il n’est donc pas pertinent d’essayer de comparer les deux: il s’agit d’autre chose, pour un autre usage.

Avec ces 30 KWh, on cherche à offrir une autonomie raisonnable, de l’ordre de 150 Kms. Avec l’énergie récupérée au freinage on peut compter sur 40 KWh utiles .Il faut donc limiter la puissance du moteur à une vingtaine de Kilowatts, soit environ 27 CV, ce qui correspond à la puissance d’une Renault Dauphine, mais avec la pénalité d’une batterie de 300 Kg !

La Blue-Car de Bolloré est présentée avec un moteur de 50 KW, qui servira surtout à impressionner les journalistes en permettant une vitesse de pointe de 130 Km/h, qui ne pourra pas être soutenue bien longtemps évidemment, eu égard à la puissance crête de la batterie , annoncée pour 45 KW pendant 30 secondes ! Même pas de quoi impressionner la petite amie…

L’autonomie annoncée de 250 Kms doit être comprise à puissance limitée évidemment, c’est-à-dire à vitesse réduite, le Lithium ne permet pas de miracles….

Le problème de la voiture électrique reste donc la batterie. Mais , contrairement aux tentatives précédentes avortées faute de technologie de batteries, il y a aujourd’hui des espoirs sérieux d’améliorer significativement la situation.

L’objectif les labos de recherche est d’atteindre une densité massique de 1 KWh/Kg.

La technique industrialisable aujourd’hui  permet le dixième de ce chiffre. On mesure l’ampleur de la tâche à accomplir.

Nous verrons dans un autre article qui fait quoi dans ce domaine .