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La filière du pétrole et du gaz est celle qui offre le moins de perspectives à long terme, car les technologies pour convertir cette énergie stockée sous forme chimique existent déjà. Toutefois des améliorations peuvent être apportées, jouant sur les rendements et l’hybridation des moteurs. Il reste de beaux jours à vivre à cette filière avant sa fin annoncée…

Les perspectives sont différentes pour le charbon. Cette source d’énergie, qui a déjà permis la 1ère Révolution Industrielle, va encore se faire remarquer au XXI siècle, voire même après, soit en plein durant l’ère du développement durable qui s’annonce. Elle pourrait même en être un acteur actif, via la conversion du charbon en Hydrogène, ou l'utilisation des carburants fossiles comme appoint, ou comme première étape de conversions chimiques, etc.


Les moteurs thermiques : améliorer les rendements de conversion

La conversion du pétrole en énergie mécanique est incontournable dans les transports et les machines thermiques. Elle a connu des améliorations technologiques continues qui ont permis et permettront encore de réduire la consommation pour une puissance motrice toujours plus grande. Pour l’automobile, on est ainsi passé en 20 ans d’une consommation moyenne de 8,5 à 6 L/100 km. L’Injection Directe a permis de gagner 20% d’efficacité. Et les progrès au niveau de la qualité de la combustion et du contrôle en temps réel du moteur ont également apporté 20% de plus. A cela s’ajoute la qualité des carburants, l’aérodynamique toujours plus efficace, et les différentes technologies « gadget » proposées de plus en plus en série, comme le Stop & Go qui économise le carburant à l’arrêt.


Enfin, la révolution amorcée par la Toyota Prius avec le développement croissant de moteurs hybrides est tout à fait positive. Ce concept permet de réduire la consommation tout en augmentant la puissance de façon significative. L’idée offre une perspective très attractive, et pourrait assurer la transition vers les véhicules 100% électriques. Jusqu’à présent on se contentait de convertir une forme d’énergie en une autre, en passant de la forme stockée à la forme utilisable (essence à chaleur). On n’hésite plus à passer d’une forme à une autre afin de récupérer ce qui n’aura pas été utilisé ou ce qu’on aura produit sans le vouloir. Ainsi, l’énergie cinétique perdue au freinage est emmagasinée dans des batteries et restituée à l’accélération suivante. Le rendement des moteurs est donc augmenté.


En parallèle, il existe encore beaucoup de difficultés pour remplacer le pétrole :

  • De nombreux verrous technologiques subsistent pour passer à la Pile à Combustible et/ou à Hydrogène (sécurité, fiabilité, coût, autonomie, compacité, production amont à partir des énergies fossiles…) ;

  • D’autres solutions existent mais sont aussi coûteuses ou complexes à imposer (solaire, électrique, ou encore fret par dirigeable) ;

  • Des limites technologiques existent encore pour les avancées récentes. Par exemple, les batteries des moteurs hybrides ont une durée de vie maximale de 7 ans, et posent toujours le problème environnemental de leur recyclage.

Finalement, même avec la fin annoncée du pétrole, l’Industrie et la Recherche produisent un effort important pour retarder cette échéance, en luttant indirectement par l’amélioration constante de l’efficacité des machines thermiques. Les rendements de conversion sont meilleurs, la consommation et donc les réserves diminuent moins vite… à défaut d’augmenter.


La conversion du Charbon: de réelles perspectives

La consommation annuelle de 4,5 Gt de charbon et lignite produit dans l’atmosphère un cube de 22 km de côté de CO2 gazeux à pression atmosphérique. Des travaux de recherche sont nécessaires pour convertir le charbon en filière propre.

Voici les pistes pour diminuer les pollutions acides (SOx, NOx) :

  • modification des brûleurs (dits à bas NOx) ;

  • températures de combustion modérées ;

  • injection de calcaire dans le foyer ;

  • traitement des fumées.

Voici également les axes de recherche sur l’efficacité des centrales :

  • utilisation de charbon pulvérisé, et adoption de lits fluidisés circulants, technique que l’on tente actuellement de transposer sous haute pression ;

  • remplacement de l’air par de l’oxygène pur (oxycombustion).

  • franchissement du point critique de l’eau (374 °C, 217 bars). Cela permet de gagner de 5 à 10 % de rendement, et même 20% en montant à 700 °C.

Ces solutions dépendent de plusieurs défis technologiques de tenue des matériaux et d’ingénierie.

  • Développement de l’IGCC (Integrated Gazeification in Combined Cycles), gazéification du charbon en gaz de synthèse (CO et H2 surtout), brûlé dans une turbine à cycle combiné. C’est une technique très prometteuse mais complexe. Sur le plan environnemental elle facilite la capture du CO2 et permet la trigénération de chaleur, électricité et hydrogène. Elle fait l’objet de beaucoup de travaux de R&D, aux États-Unis, en Chine et en Europe. Quelques centrales prototypes de ce type y sont actuellement en test. Le coût de cette technologie est, pour l’instant, trop élevé. Les études de développement ne font que commencer...

Au-delà d’une période intermédiaire (2020-2050), si l’on n’assiste pas à un renouveau sensible du nucléaire et à un développement suffisant des énergies renouvelables, un démarrage massif du charbon semble très probable car il serait alors le seul à permettre un bouclage énergétique difficile à réaliser autrement.

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