L’une des causes probables du réchauffement climatique est l’émission de dioxyde de carbone par l’homme dans l’atmosphère. Hormis quelques récalcitrants, tout le monde est au courant. Malheureusement, bien que l’éducation au développement durable soit transversale aussi bien en termes de discipline que de niveau, il n’est pas toujours facile pour des élèves de lycée de bien comprendre que le dioxyde de carbone n’est en réalité pas un polluant et qu’il est lié aux besoins énergétiques au niveau mondial. Le site Planète Énergies nous donne quelques clés pour comprendre l’origine des émissions anthropique de dioxyde de carbone et comment les diminuer.
Le cycle de l’énergie : complexe et étonnant !
Ces quelques explications scientifiques peuvent servir d’introduction à un cours sur l’énergie solaire ou le réchauffement climatique au lycée.
- L’origine de l’énergie
Pour toutes nos actions quotidiennes, un apport d’énergie est nécessaire. Fondamentalement, il n’existe que deux sources d’énergie dans notre environnement : l’énergie solaire et l’énergie géothermique. Mais cette dernière ne représente qu’une fraction infime de l’énergie disponible. Toutes deux sont le fruit de transformations au cœur même du noyau de l’atome. Dans le soleil, c’est la fusion de petits noyaux qui produit de l’énergie. Dans la Terre, c’est la fission de gros noyaux.
- Un circuit de redistribution qui touche tous les êtres vivants…
L’énergie thermique colossale du soleil est principalement évacuée dans l’espace environnant par rayonnement électromagnétique1[1]. Et c’est comme cela qu’elle nous parvient : lorsque ce rayonnement frappe la Terre, il est exploité par les plantes pour produire des molécules complexes (glucose, fructose, cellulose, etc.) nécessaires à leur métabolisme à partir du dioxyde de carbone de l’atmosphère et de l’eau : c’est la photosynthèse. Les plantes consomment donc le dioxyde de carbone pour stocker l’énergie du soleil sous forme chimique.
L’énergie de ces molécules bénéficie à l’ensemble du règne animal. Les animaux ne sont pas capables de capter et transformer l’énergie du soleil, ils doivent consommer les plantes pour alimenter leur propre centrale énergétique, nécessaire à leur survie. Quant à nous, humains, lorsque nous brûlons du bois, tout comme lorsque nous respirons (grâce à l’oxygène produit par les plantes), nous libérons l’énergie contenue dans les molécules en faisant la réaction inverse à leur photosynthèse. La combustion, comme la respiration, est donc une façon de libérer l’énergie du soleil que les plantes avaient stockée chimiquement. C’est un peu comme si la nuit, la lumière qui rayonne du feu dans la cheminée était un petit bout de la lumière du soleil.
- Et tous les milieux
Lorsque les micro-organismes meurent et tombent au fond de l’océan, leur dégradation à l’échelle des temps géologiques conduit à la fabrication du pétrole. Ainsi, lorsque nous exploitons le pétrole (voir le dossier « La transformation du pétrole », accessible dans l’Espace enseignants du site, au sein de la rubrique « Ressources pédagogiques », puis « Cahier n°13 “Chercheurs d’Énergies” – Magazine La Recherche », téléchargeable après la création d’un compte sur le site.), c’est encore l’énergie du soleil que nous utilisons. Le problème lorsqu’on choisit cette filière est que l’on relâche du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, qui y était présent il y a plusieurs centaines de milliers d’années. L’écosystème actuel n’est pas en mesure d’absorber cet excédent de carbone et la concentration en dioxyde de carbone de l’atmosphère grimpe inexorablement, entraînant avec elle la hausse de température de l’écosphère et l’acidification des océans.
Limiter le déséquilibre entre nos ressources et nos besoins, une nécessité pour demain.
Face à la hausse incessante de la demande en énergie, il faut donc trouver de nouvelles sources d’énergie autres que le pétrole. Dans l’idéal il faudrait changer complètement tous nos modèles de production pour cesser de brûler le carbone emmagasiné dans les entrailles de la Terre. Mais la transition ne peut se faire en un claquement de doigt (sans parler des problèmes géopolitiques…) et l’utilisation de plusieurs sources d’énergies (voir le Décryptage « Qu’est-ce que le mix énergétique ».) est incontournable.
L’énergie solaire, une alternative ambitieuse… et problématique !
- Pourquoi ne pas exploiter directement l’énergie solaire en la convertissant en énergie électrique ?
C’est la piste prometteuse suivie par la filière du solaire (voir le décryptage « Le solaire, une énergie diffuse, accessible à tous » ou « Le solaire, énergie de demain »). En moyenne, une puissance de 340 Watt atteint chaque mètre carré du sol terrestre[2]. Le parc électrique mondial a une puissance d’environ 2,5 TW, il faudrait donc environ 7 500 km² de panneaux photovoltaïques pour remplacer l’ensemble du parc de production électrique mondial, cela tiendrait sur un cercle de 100 km de diamètre, soit moins de 1/100e de la surface du Sahara… On se prend à imaginer un monde où toute l’énergie nécessaire à l’humanité serait produite dans les grandes zones arides et stériles. Paradoxalement, l’énergie solaire serait alors la solution pour stopper le réchauffement climatique !
- Une transition semée d’embûches
Cependant, la transition au tout solaire nécessite encore quelques décennies. D’une part, les panneaux solaires ne transforment qu’environ 20 % de l’énergie solaire qu’ils reçoivent en énergie électrique (voir le décryptage « Les différents types de technologies photovoltaïques ».) D’autre part, la production électrique solaire, bien que de plus en plus rentable, reste encore trop chère par rapport aux formes traditionnelles de production (voir le tableau comparatif des coûts de production en fonction de la source d’énergie, dans le décryptage « Le photovoltaïque, une filière de plus en plus compétitive ».). Ce n’est qu’à l’horizon 2060-2075 qu’on espère produire grâce au solaire 30 % de l’énergie consommée (voir le décryptage « Le développement du photovoltaïque dans le monde ») contre moins de 2 % actuellement. En attendant, il va falloir revoir nos pratiques quotidiennes pour réduire la facture énergétique et la production de dioxyde de carbone…
Pour aller plus loin…
Et conseiller aux élèves pour les travaux de recherche (MPS, TPE)
- Les ressources « solaires » du site Planète Énergies.
- Le cahier n° 10 « Chercheurs d’énergie-La Recherche » sur le solaire adapté au niveau lycée, disponible dans les Ressources pédagogiques de l’Espace enseignant et téléchargeable après la création d’un compte enseignant sur le site.
Cédric LÉMERY
[1] Le soleil expulse également de l’énergie par des particules extrêmement rapide. Fort heureusement, le champ magnétique terrestre nous protège de ce flux mortel.
[2] Il s’agit d’une valeur moyenne bien entendu : la même quantité d’énergie n’arrive pas à l’équateur et aux pôles…
