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Aujourd'hui, pour la plupart d'entre nous, il suffit d'appuyer sur un bouton dans le confort de notre maison pour que le gaz s'allume, que l'électricité circule, que l'eau douce coule et que les lumières s'allument . Cela est dû à un meilleur accès aux ressources à forte densité énergétique. Différentes zones géographiques peuvent avoir plus ou moins d'une ressource ou d'une accessibilité à la ressource.
La signification de l'expression "ressources énergétiques futures".
Lesressources énergétiquesfutures désignent les ressources dont l'utilisation pourrait se généraliser à l'avenir, grâce à des avancées technologiques ou à de nouvelles découvertes scientifiques. Les ressources énergétiques futures seront différentes de celles d'aujourd'hui en raison de plusieurs facteurs combinés.
| Raison | Détails |
Manque de disponibilité | Denouvelles technologies sont nécessaires lorsque les gisements de surface d'une ressource ont été épuisés. La fracturation hydraulique (fracking) consiste à injecter de l'eau à haute pression et d'autres produits chimiques dans les roches pour les fracturer et permettre l'extraction de combustibles fossiles. |
Nouvelles technologies | Amélioration de la sécurité sanitaire et environnementale, ainsi que de l'efficacité. Amélioration de la filtration, des membranes de séparation et des solutions pour le traitement du pétrole et du gaz (fossiles)1. |
Préoccupations environnementales | Lestaux d'extinction de la biodiversité indiquent directement les mauvaises pratiques d'utilisation des ressources. L'énergie sera investie, de par la loi, dans le gain de biodiversité. |
Opinion publique et investissements | Le public est plus conscient des facteurs de préoccupation liés à la santé, à l'industrie et à l'environnement et investit dans différentes sources de revenus. |
Sécurité nationale et internationale | Lesmenaces qui pèsent sur la sécurité peuvent entraîner des besoins énergétiques supplémentaires. Investissement dans les systèmes de défense planétaire contre les astéroïdes.2 |
Les types de ressources énergétiques du futur
Des efforts sont faits pour construire des technologies qui nous permettent de récolter et de stocker des formes d'énergie moins denses, telles que la lumière du soleil et le vent. Dans cette section, nous commencerons par l'énergie nucléaire, qui est omniprésente dans les plans énergétiques futurs.
L'énergie nucléaire
L'énergie nucléaire est l'une des formes d'énergie les plus denses que l'humanité apprend à gérer. La technologie nucléaire du futur peut être divisée en deux catégories : la fission et la fusion.
La fission nucléaire, ou la division des atomes, est la plus répandue dans le monde, mais elle pourrait être moins répandue à l'avenir.
La fusion nucléaire, ou la fusion (combinaison) d'atomes, produit plus d'énergie que la fission, mais elle est encore à l'essai.
Lesnouvelles technologies de fission comprennent les réacteurs à sels fondus, la fusion laser qui fusionne les atomes à l'aide d'un faisceau laser à haute énergie, et les réacteurs au thorium ou au plutonium.
Les nouvelles technologies defusion comprennent les réacteurs toroïdaux et la fusion laser, qui utilise un faisceau laser pour fusionner les isotopes d'hydrogène.
Les énergies renouvelables
Les ressources énergétiques renouvelables étaient un choix énergétique populaire avant le 18e siècle. Elles sont devenues moins courantes lorsque les progrès technologiques ont permis l'utilisation de combustibles fossiles.
Les technologies du futur comprennent :
Les voilessolaires et les panneaux solaires photovoltaïques, plus nombreux, pourraient être fabriqués à partir de pérovskite ou d'arséniure de gallium, deux matériaux qui peuvent remplacer le silicone. Des matériaux à base de nanotubes de carbone pour l'énergie solaire thermique sont également attendus. En outre, les champs de panneaux solaires peuvent être convertis en systèmes CSP (Concentrating Solar Power) qui utilisent des miroirs pour concentrer les rayons du soleil sur une source unique.
Les panneaux solaires peuvent désormais être rendus transparents et utilisés comme des fenêtres.
Les roueshydrauliques (à faible hauteur de chute, pour une exploitation à petite échelle), les turbines Kaplan ou les turbines hélicoïdales Gorlov (différentes conceptions de pales) pourront faire tourner leurs pales dans le sens où les courants les plus forts s'écoulent afin d'exploiter davantage d'énergie cinétique.
Ces turbines hydroélectriques peuvent également changer de forme ou de position pour s'adapter aux périodes où la nappe phréatique est plus basse ou plus haute.
L'énergiedes vagues et l'énergie marémotrice , utilisées près du bord de mer, exploitent l'énergie cinétique de l'eau. À l'avenir, elles pourraient également être en mesure de récolter l'énergie des gradients changeants de température et de salinité qui existent et se mélangent dans les couches d'eau de mer.3
Des barrages et des lagunes marémotrices peuvent également être construits pour amplifier l'effet des variations du niveau de l'eau.
L'énergie éolienne est l'une des plus flexibles. Différentes formes de pales peuvent être conçues pour augmenter la vitesse, réduire les turbulences et la traînée ou assurer une rotation plus douce (par exemple, les ailerons en bout de pale, les nacelles de pale, les axes verticaux et horizontaux hélicoïdaux des éoliennes -VAWT et HAWT).
Lesnavires assistés par le vent qui ne nécessitent qu'une seule personne, ou très peu, pour les faire fonctionner, seront de plus en plus courants à l'avenir.
Lesbiocarburants peuvent provenir des déchets agricoles et alimentaires des supermarchés, ainsi que de plantations dédiées, telles que l'herbe miscanthus. Le biocarburant du futur est souvent considéré comme une algue, car elle génère du méthane et de l'hydrogène en se décomposant. Les carburantsliquides (bioéthanol), solides (humus) et gazeux (biogaz) peuvent être obtenus à partir de la biomasse. Les trois peuvent également être obtenus à partir de biodigesteurs, qui utilisent des micro-organismes pour digérer les déchets.
L'énergie géothermique n' est disponible que dans des endroits spécifiques qui bénéficient d' une activité volcanique. En général, elle utilise l'eau chaude et la vapeur pour alimenter les moteurs. À l'avenir, elle sera associée à des liquides à faible point d'ébullition, comme le butane, pour produire de l'électricité à des températures globales plus basses.
Non renouvelable
Lecharbon, le pétrole et le gaz continueront probablement à être utilisés à l'avenir en raison de leur rendement énergétique élevé lorsqu'ils sont brûlés. Cependant, leur capacité de pollution reste élevée, entraînant le rejet de métaux lourds ou de gaz à effet de serre.
Les installations de combustion du futur proche doivent capturer ces polluants et ces émissions.
Charbon: la gazéification et la liquéfaction du charbon sont des procédés qui transforment le charbon en d'autres formes d'énergie utilisables. Ces deux techniques sont plus efficaces que la combustion.4
Lagazéification du charbon implique la combustion partielle du charbon pour produire un gaz qui peut être utilisé pour le chauffage ou la production d'électricité.
Laliquéfaction, quant à elle, implique la conversion du charbon en un carburant liquide qui peut être utilisé dans les transports.
Pétrole : les puits de production sous-marins, l'utilisation de sable bitumineux et de schiste bitumineux, et le forage seront associés à des techniques de récupération assistée du pétrole (RAH) très efficaces. Les techniques de récupération assistée du pétrole qui seront améliorées sont les suivantes :
La récupération primaire du pétrole, qui consiste à pomper le pétrole dans le sol et à le séparer de l'eau et des autres impuretés.
Larécupération secondaire du pétrole, qui consiste à utiliser de l'eau ou des produits chimiques pour augmenter le flux de pétrole du réservoir vers le puits.
La récupérationtertiaire du pétrole, qui consiste à injecter de la vapeur ou d'autres fluides dans le réservoir pour chauffer le pétrole, afin qu'il s'écoule plus facilement.5
Gaz naturel : la récupération assistée des gaz pourrait être associée à la fracturation pour capturer les gaz plus efficacement.
Comment mieux extraire les ressources énergétiques du futur ?
- Les véhicules téléguidés (ROV) sont contrôlés par un opérateur à distance.
- Les véhicules autonomes sans pilote (AUV) sont autonomes, ce qui signifie qu'ils peuvent fonctionner de façon indépendante.
Les deux sont utilisés dans des situations qui ne sont pas sûres ou pratiques pour les humains.
Exemples de ressources énergétiques futures
L'avenir de l'énergie est en constante évolution, ce qui rend difficile la prévision des sources d'énergie qui seront utilisées.
Lesréacteurs à sels fondus sont des technologies de fission améliorées qui pourraient nous servir plus largement comme ressource énergétique. Le sel ou les mélanges de sels sont utilisés comme refroidisseurs et permettent à l'énergie nucléaire de fonctionner à des températures plus élevées que si elle était refroidie uniquement par de l'eau.
Le réacteur à sels fondus de Fuji, au Japon.
Une technologie de fusion améliorée peut obtenir de l'énergie à partir du deutérium et du tritium, qui sont des isotopes ("espèces") de l'hydrogène.
Lesréacteurs toroïdaux, nommés ainsi en raison de la forme de beignet dans laquelle ils confinent le plasma (la source d'énergie), sont à l'essai dans de nombreux endroits du monde, comme au Royaume-Uni (JET, Culham), en France (le mégaprojet ITER en Provence) ou aux États-Unis (le tokamak de San Diego).
Leplasma à l'intérieur d'un tokamak est constitué d'hydrogène extrêmement chaud qui se charge électriquement.
Stratégies pour assurer l'approvisionnement futur en énergie
Ces dernières années, les efforts pour améliorer l'accès à l'électricité ont fait évoluer la population de la Terre (recensée par l'acte de naissance) en seulement 30 ans de 70 % à 90 %.
Certaines stratégies peuvent encore être employées pour aider à sécuriser les approvisionnements énergétiques futurs.
Diversifier les sources d'énergie en utilisant un mélange de sources renouvelables (solaire, marémotrice, éolienne, biomasse) et non renouvelables (pétrole).
Cela permet de se prémunir contre les fluctuations de prix et les ruptures d'approvisionnement.
Investir dans l'efficacité énergétique. Les économies d'énergie dans les transports, les bâtiments et l'industrie sont primordiales pour un avenir durable de l'utilisation des ressources énergétiques.
Isolation des bâtiments avec des solutions efficaces et rentables sur le plan énergétique (par exemple, le triple vitrage) ou des matériaux renouvelables ayant de bonnes propriétés thermiques, tels que la paille, les déchets animaux (fumier) ou un mélange de fibres végétales.
Conception des véhicules et choix des matériaux pour aider à réduire le poids et la traînée.
Systèmes de récupération de la chaleur et ventilation passive.
Développer des technologies de stockage qui permettent d'emmagasiner l'énergie excédentaire lorsque la demande est élevée. En employant ces stratégies, nous pouvons contribuer à garantir aux générations futures un approvisionnement en énergie fiable et abordable.
Des recherches sont en cours sur les batteries faites d'une enveloppe de diamant qui peuvent fonctionner grâce aux radiations.6
Laconservation et l'amélioration de l'habitat permettent aux cycles naturels de continuer à produire des sources d'énergie utilisables par l'homme.
Le bois, la tourbe et d'autres biomasses en sont des exemples.
Latourbe a besoin d'une combinaison de facteurs pour continuer à se former, comme une nappe phréatique élevée (l'eau près de la surface du sol), des sols gorgés d'eau et une végétation spécifique (par exemple les sphaignes ). Si l'on construit des drainages dans les habitats tourbeux ou si l'on plante des arbres, l'ensemble de l'habitat se dégrade et la tourbe cesse de se former.
Problèmes liés aux futures ressources énergétiques
Toutes les activités, y compris l'extraction, la transformation, le transport, l'utilisation et l'élimination de toutes les ressources et de leurs technologies (par exemple la construction d'une nacelle d'éolienne), laissent une empreinte environnementale.
Une empreinte environnementale mesure l'impact sur l'environnement de toutes les activités afférentes d'un groupe de personnes. Elle tient compte de l'utilisation des ressources, des terres, des déchets et de la pollution générés.
Les pollueurs ne sont pas souvent tenus pour responsables des dommages causés par la pollution. Le seront-ils à l'avenir ? Des taxes sur les gaz à effet de serre sont actuellement mises en place dans les pays européens et aux États-Unis, mais certaines pourraient ne pas entrer en vigueur avant 2024.7 Les consommateurs nationaux seront-ils également touchés par ces taxes ?
Les autres risques comprennent :
Lesnouvelles ressources énergétiques qui pourraient être denses en énergie mais difficiles à manipuler, à contenir et à transporter.
La volatilité des éléments nucléaires et la perméabilité du gaz hydrogène (il peut traverser de nombreux matériaux et s'échapper des réservoirs).
Les dommages causés à l'habitat et à la géologie.
Perte de vie de la biodiversité, tremblements de terre, etc.
Décisions "l'option la plus rapide et la moins chère".
Réouverture des mines de charbon une fois que les réserves de gaz et de pétrole sont épuisées.
Ressources énergétiques non conventionnelles
Certaines ressources énergétiques non conventionnelles sont déjà mises en œuvre.
L'énergie magnétique est prometteuse, car un ensemble d'aimants puissants peut à la fois attirer et repousser. L'énergie magnétique jouera un rôle déterminant dans les secteurs des transports et du bâtiment. Les champs magnétiques contribuent déjà au fonctionnement des réacteurs toroïdaux.
Le système de transport par train Maglev utilise des électro-aimants pour faire "flotter" le train à environ 10 centimètres dans l'air. Cette élimination des frottements permet aux pays qui emploient ce système, comme l'Allemagne et le Japon, de bénéficier de trains à grande vitesse. On peut essentiellement appeler cela la lévitation magnétique. Ils sont aussi moins bruyants !
Lacapture, l'utilisation et le stockage ducarbone (CCUS) pourraient contribuer à réduire l'empreinte carbone des industries extractives. La minéralisation du carbone utilise une technologie qui capture l'air pour ses molécules deCO2 et l'injecte dans le sol pour former des roches et des minéraux.
Un exemple est "Orca", employé par l'Islande, une technologie qui imite le processus naturel de formation des roches qui prendrait habituellement des centaines d'années.
En outre, les bio-batteries du futur, largement disponibles, devraient pouvoir exploiter la puissance des molécules organiques, telles que les enzymes, les sucres ou les bactéries, qui pourraient être contenues dans des substances comme la sève des arbres ou lesang8.
Nous rêverons toujours de puiser dans les sources d'énergie et les technologies qui nous permettent de vivre et d'apprendre différemment. Quelle que soit leur origine, nous devons nous assurer qu'elles sont éthiques et qu'elles ne causent pas de dommages environnementaux au monde naturel ou à nos villes et paysages construits.
Ressources énergétiques futures - Principaux enseignements
- Le manque de disponibilité des ressources, les nouvelles technologies, les préoccupations environnementales, l'opinion publique et les investissements, ainsi que la sécurité nationale et internationale sont autant de raisons pour lesquelles les approvisionnements énergétiques futurs seront différents de ceux d'aujourd'hui.
- Parmi les exemples de sources d'énergie futures actuellement utilisées mais en cours d'essai, on peut citer l'hydrogène pour la fission nucléaire, le transport électromagnétique et les turbines éoliennes et hydrauliques hélicoïdales.
- Les combustibles fossiles et autres ressources non renouvelables resteront probablement une source d'énergie.
- Diversifier les ressources énergétiques (plutôt que de dépendre des combustibles fossiles), investir dans l'efficacité énergétique, développer de nouvelles capacités de stockage et conserver ou améliorer les habitats naturels font partie des stratégies privilégiées pour assurer l'approvisionnement énergétique futur.
- Les risques liés aux ressources énergétiques futures comprennent leur disponibilité, leur volatilité, leur perméabilité et leur capacité de pollution.
Références
- Zane Vorenberg, Des scientifiques d'Argonne créent une nouvelle technologie de filtre résistant à l'huile, 2018.
- Josh Handal, La mission DART de la NASA frappe un astéroïde lors du tout premier test de défense planétaire, 2022.
- CCNUCC, La vague de l'avenir, 2021
- civils360, Gazéification et liquéfaction du charbon, 2022
- rigzone, Qu'est-ce que la RAH et comment fonctionne-t-elle ? 2022
- Jennifer Johnson, DOSSIER : Les piles au diamant sont éternelles, 2021
- Myles McCormick, La loi sur la réduction de l'inflation applique le principe du pollueur-payeur : la taxe sur le carbone accélérera la réduction des émissions de méthane, 2022
- Université d'East Anglia, Les bio-batteries, 2020
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