La « Solar Water Economy » 

 

Il y a l’évolution naturelle du climat de la terre qui résulte des 3 mouvements de la terre par rapport au soleil. Mouvements qui sont décrits par l’astronome Milutin Milankovic. Il y a aussi, superposées aux périodes de glaciation et de réchauffement naturelles résultant de ces mouvements les conséquences du comportement de l’homme sur notre planète. Nous avons semble-t-il à ce sujet mis trop de temps pour prendre conscience de l'urgence qu'il y a de passer à l'action en ce qui concerne la transition énergétique. C'est du moins ce qui ressort d’un article de Good Planet et des conséquences actuelles de l‘effet de serre qui montre que l'augmentation de la température en fonction du temps résultant du comportement de l’homme en ce qui concerne son besoin en énergie pourrait bien être une fonction proche de la fonction exponentielle. De ce fait l'urgence qu'il y a à agir sur le poste le plus lourd en ce qui concerne la consommation en énergie, à savoir le chauffage de l’habitat est bien là. Nous ne pourrons pas faire autrement que de dissocier la construction neuve de l'existant dans ce domaine. Nous n'avons pas en effet les moyens financiers de tout démolir et de tout reconstruire aux nouvelles normes. D'ailleurs comment ferions-nous pour loger le citoyen pendant la période transitoire. Le lecteur pris par le temps peut lire la conclusion en fin de page

 

En raison de la croissance économique à venir prévue par l’OCDE sur l’image ci-contre, les conséquences de l’inaction peuvent être redoutable pour notre environnement. La dégradation de notre biodiversité mentionnée par un rapport de planète vivante est telle qu’il va falloir agir dans le sens du consommer moins et non du toujours+. L'urgence va être dans un premier temps de s’attaquer à la part carbone dégagée par l'exploitation des bâtiments existants plutôt que par l'énergie grise consommée pour la construction des bâtiments neufs. Ceci pour la simple raison que le bâtiment existant est le poste potentiellement le plus important qui nous permettra de diminuer rapidement nos besoins en d'énergie non renouvelable d'origine fossile. Ceci grâce au soleil. Il faudra par la suite porter nos efforts sur cette énergie grise de la construction neuve mais il y a un temps pour chaque chose.

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Pour sortir de l’enfer du réchauffement climatique, I’homme va devoir changer d’échelle. Pour cela, il va disposer au moins de deux nouvelles chaînes énergétiques du type « Solar Water Economy ». C’est en effet principalement le soleil en produisant l’électricité grâce au voltaïque qui va devenir le maître du jeu de ces deux concepts de production d’énergie qui seront utilisées pour satisfaire nos besoins. Il ne s’agit pas ici de rendre la planète « great again » mais de la rendre plus vivable. La première de ces deux chaines est celle qui utilise la chaleur spécifique de l’eau et l’enthalpie des corps. C’est celle que l’homme va devoir mettre en place en priorité. Ceci en assurant le chauffage, voire la climatisation de l’habitat. La deuxième de ces deux chaines est celle de l’hydrogène décrite à la fin de cette page. Ceci non seulement pour rendre la voiture moins polluante et moins énergivore mais aussi pour solutionner le problème du stockage posé par l’intermittence hiver-été de la production électrique solaire.

 

A)  La « Solar Water Economy » de l’enthalpie

 

La figure ci-dessous permet de comprendre pourquoi l’eau aidée par le sol va devancer l’air en termes d’efficacité. Nous avons besoin de cette efficacité par le fait que nous ne pourrons malheureusement pas isoler suffisamment les bâtiments existants. Sinon il faudrait tout démolir pour reconstruction sans savoir où reloger les habitants pendants les travaux. Ce constat étant valable non seulement en France mais probablement dans beaucoup de pays européens.

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Figure 1     Le COP du chauffage thermodynamique ou ce qui revient au même ses performances est fonction des températures aux sources froide Tf et chaude Tc.

Par définition le COP est égal à l’énergie thermique arrivant dans le logement que divise l’énergie finale nécessaire pour produire cette énergie thermique. Ceci avec un coefficient de performance COP = Tc / (Tc -Tf) formule bien connue des thermodynamiciens  démonstration. La courbe de performances ci-dessus est la transcription graphique de cette formule.


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La figure 2    ci-dessus est quant à elle un condensé de ce qu’il faut comprendre pour assimiler la « Solar Water Economy » de l’enthalpie. En conjuguant la géothermie profonde, l’aquathermie superficielle avec le circuit de la figure qui suit on peut envisager des COP de 8 pour le chauffage urbain. Cela signifie qu’il est possible d’assurer cette fonction en consommant très peu d’énergie électrique. (Environ 1 pour une quantité d’énergie thermique prélevée dans l’environnement égale à COP -1 = 8 -1 =7

 

C'est en définitive grâce aux performances élevées du chauffage thermodynamique aquathermique résultant de l'apport thermique des eaux géothermales profondes associé à celui de nos fleuves que les toits voltaïques abritant nos immeubles pourront délivrer annuellement une quantité d'énergie électrique adaptée aux besoins confondus de l'éclairage, du chauffage de l'habitat et d'une petite motorisation électrique adaptée au transport urbain de proximité implantée sur la voiture familiale. Ceci moyennant une amélioration de l'isolation des bâtiments existant il est vrai difficile à isoler après coup et ceci sans qu'il soit nécessaire (sauf exception) de démolir l'habitat existant.

Ceci aussi en tenant compte du fait qu'en période hivernale et la nuit la production solaire insuffisante devrait être associées aux capacités de stockage de quelques STEP de montagne ou de centrales de combustion des ordures qui viendraient au secours du voltaïque et non le nucléaire lors des pointes de consommation électriques journalières. Ceci sans même que soit nécessaire l'apport des éoliennes et les hydroliennes.

 

Compte tenu des avantages essentiels de la "Solar Water Economy" ébauchée plus en détail dans une prospective sur l’énergie du livre "La chaleur renouvelable et la rivière", les Lutins thermiques se sont longtemps demandés pourquoi un pays de technologie comme le nôtre a tenu si longtemps à l'écart les nouvelles chaines énergétiques de cette "Solar Water Economy". Ceci compte tenu de ses nombreux avantages dans l'urbain pour le chauffage collectif de l'habitat et le transport individuel basé sur la petite voiture électrique. Ils n'ont pu finalement expliquer cette lacune qu'au travers des lobbies pétroliers et d’une prise de conscience tardive par l’homme des possibilités du solaire voltaïque conjugués à une sorte d'aveuglement de la classe politique. En prenant connaissance des informations de l'ONU concernant cette aide mondiale de près de 500 milliards d'€ à la  production des produits pétroliers alors que l'on parle d'une assistance de 100 milliards d'€ aux pays qui en subissent les conséquences, ils se sont dit qu'il y avait  quelque chose qui clochait sur ce bas monde chez nos financiers. Ne serait-il pas en général préférable que ce soit la classe politique se concertent avant de prendre des décisions génératrices de déceptions amères.

La chaleur spécifique élevée de l'eau associée à l'enthalpie de la matière lorsqu'elle passe de l'état gazeux à l'état liquide permet de transmettre des flux thermiques importants compatibles avec le chauffage urbain. Les Lutins se sont dit qu'il fallait expliquer à l'exécutif que cela ne sert à rien de produire et de consommer plus de combustibles fossiles pour accroitre ses marges financières si, comme le fait justement remarquer le secrétaire général de l'ONU l'on ne peut plus respirer en ville. Ils se sont dit qu'il fallait aussi expliquer au couple formé par le politique et le financier comment il est maintenant techniquement envisageable à moyen terme de satisfaire les besoins en énergie thermique du chauffage urbains et ceux en énergie mécanique du transport individuel en ville sans faire appel à la combustion.

Ceci d'autant qu'à l'ère du réchauffement climatique et de ses lourdes conséquences sur notre futur immédiat, la nouvelle chaine énergétique proposée pour le chauffage de l'habitat a tendance en prélevant de l'énergie thermique dans notre environnement non pas à le réchauffer comme le fait la combustion mais à le refroidir. Qui plus est, à le faire grâce à l'aquathermie avec des performances environ deux fois supérieures à l'aérothermie et surtout plus silencieusement, ce dernier avantage étant important en ville. Ils estiment qu'il devient urgent d'évoluer vers ces nouvelles technologies pour assurer le transport individuel et le chauffage urbain collectif. Ceci en mettant conjointement en place les infrastructures comprenant principalement des réseaux de tuyauteries d'alimentation en eau non potable des immeubles et les toits voltaïques les abritant. Cette orientation qui concilie le social, l'environnement et l'économie permettrait à la France de respecter sa Loi sur la Transition Énergétique et la Croissance Verte (LTECV) ainsi que  les 17 objectifs de l'ONU. Ceci en créant de l'emploi, en améliorant nos conditions d'existence et en participant effectivement à l'atténuation climatique. Cela est possible si l'on prend conscience que l'énergie thermique transmise pour refroidir nos fleuves et nos rivières ainsi que l’eau géothermale lorsque cela est possible, c'est de l'énergie thermique renouvelable reçue pour chauffer l'habitat urbain. Ce faisant en améliorant la dépendance actuelle de nos rivières à l'énergie et en rendant vie à leur écosystème.

Il n'est pas question ici de remettre en cause l'utilité de nos grands barrages à lac et leur grande retenue qui produisent l'essentiel de notre  électricité d'origine hydroélectrique. Il est par contre question de s'interroger sur l'utilité de tous ces barrages "au fil de l'eau" sans retenue amont significative vu le caractère aléatoire de leur faible production électrique. On est légitimement en droit de s'interroger à ce sujet sur le bien-fondé de transformer nos rivières à saumons en escalier au mépris de leur écosystème et du tourisme nautique itinérant pour transformer ensuite la faible quantité d'énergie électrique qu'ils produisent en chaleur avec l'effet joule pour chauffer l'habitat. Il semble essentiel aux Lutins d'expliquer au politique qu'il est stupide de dégrader à ce point un fluide noble et onéreux comme l'électricité pour le transformer en chaleur avec l'effet joule vu son COP de 1 et ses performances déplorables. Ceci alors que l'on pourrait généraliser dans plusieurs régions françaises la même production de chaleur avec un COP de 8 en consommant huit fois moins d'électricité. Ceci sachant aussi que l'on pourrait pour les autres régions françaises non pourvues en eau géothermale profiter de la présence du fleuve pour minimiser la consommation d'énergie finale autant électrique que fossile. 


Il semble également essentiel selon les Lutins thermiques d'expliquer au politique qu’aussi déplorable que soient les performances de la combustion et ses conséquences pour la qualité de l'air de nos cités, la "chaufferie hybride" présente l'avantage de pouvoir généraliser l'usage d'un chauffage thermodynamique complémentaire à la combustion évitant de surcharger le réseau électrique au plus froid de l'hiver. Ceci en nous libérant de nos inquiétudes relatives au point de congélation de l'eau et en diminuant considérablement la quantité de gaz brulés émise dans l'atmosphère.

 

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La figure 3   ci-dessus prouve qu’il est possible d’assurer le chauffage urbain en consommant beaucoup moins d’énergie finale en conjuguant la géothermie profonde et l’aquathermie superficielle. Pour une température à la source chaude égale à 40°C (313 °K) correspondant à des planchers chauffants hydraulique et 15°C (288 °K) à la source froide les performances théoriques en mode thermodynamique de la chaufferie hybride sont excellentes.  COP = Tc / (Tc -Tf) = 313 / (313 – 288) = 12,5. Le lecteur intéressé de comprendre comment l’on doit réguler les débits sur les deux réseaux, celui du réseau profond d’eau géothermale et celui superficiel en liaison avec la seine selon la température de cette dernière peut se reporter au fichier suivant. Lorsque la température de la Seine est à 10°C c'est tout de même une puissance voisine de 0,35 kW thermique qui peut être mise à la disposition de chaque parisien compte tenu de la densité démographique moyenne* très élevée de notre capitale et du débit provenant de la Seine de 1200 m3/h**. Cette puissance suffisante pour satisfaire le besoin de tous est due autant à l'apport de l'aquathermie superficielle qu’à celui de l’eau géothermale. En hiver, lorsque la température du fleuve est proche de la température de congélation de l'eau, aucune énergie n’est prélevée dans le fleuve. L’apport thermique de l’eau géothermale et la combustion sont alors bien utiles pour assurer le besoin sans faire appel à une consommation excessive en électricité au plus froid de l’hiver. Ceci tel que cela est décrit dans le mode de fonctionnement de la chaufferie hybride . La commune de Boulogne Billancourt en région parisienne semble particulièrement bien adaptée à un tel réseau de chauffage.

*Un peu plus de 20 000 habitants/km². Il faut toutefois tenir compte que cette valeur augmente régulièrement et que la densité urbaine des arrondissements de Paris les plus peuplés tels que le 11e ou le 20e est selon l’INSEE proche de 40 000 habitants. Ceci dit, les arrondissements du 12ème et du 16ème se sont appropriés respectivement le bois de Vincennes et le bois de Boulogne ce qui explique leur faible densité urbaine. Si l’on considère qu’un puits géothermal délivrant 200 m³/h d’eau à 50° C et refoulant celle-ci à 20° C a besoin selon le BRGM d’une surface voisine de 2 km² pour assurer cette fonction alors que vivent sur cette surface 80 000 habitants, la géothermie, aussi puissante soit-elle ne permettra pas de satisfaire nos besoins en énergie. Et ceci même si l’on considère l’apport de l’aquathermie superficielle qui fournit pourtant la moitié de la puissance. La puissance thermique naturelle totale disponible de 1200 x 10 x 1,16 = 13 900 kW d’un réseau de chauffage urbain fonctionnant selon le principe de cette figure c’est en effet une puissance mise à disposition pour chacun des habitants de ces deux arrondissements limitée à 0,17 kW soit sur une période de chauffe de 5000 heures quelques 850 kWh. Cette valeur est peut-être proche du besoin de quelque 800 kWh par habitant de « l’immeuble de Monsieur tout le monde » respectant la RT2012 et ses 50 kWh par m² habitable, mais il faut se rendre à l’évidence, nous avons poussé le bouchon un peu trop loin avec la RT 2005 autorisant pour l’effet joule des déperditions supérieures à celle de la combustion.  Les erreurs passées de cette réglementation et le manque de sérieux avec lequel nous avons construit les bâtiments à l’époque va nous poser maintenant problème.

**Quant aux capacités de la Seine, de la Marne et de l’Oise confondues à assurer le besoin pour Paris et sa banlieue, il n’y a pas d’inquiétude à se faire. Le besoin débit de 1200 m3/h ou 0,33 m3/s pour 20 000 habitants c’est 183 m3/s pour les 11 millions d’habitants qui la peuple. Débit bien inférieur au débit moyen de la Seine à Paris majoré de celui de la marne et de l’Oise. Les deux figures ci-dessous donnent une idée du potentiel énergétique de la France

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Figure 4 Les 13 métropoles françaises
(chiffres en million d’habitants)

Figure 5 L’eau superficielle et géothermale

 

 

 

Le PB de l’isolation des bâtiments

Diviser par deux les consommations par l’isolation sans tout démolir sera parfois envisageable mais diviser par 5 les déperditions thermiques en passant de la valeur moyenne de 250 kWh/m² aux 50 kWh/m² de la RT 2012 relève de l’impossible particulièrement pour les immeubles avec balcons du fait des ponts thermiques. Et ceci même si l’on rajoute une isolation extérieure à un bâtiment isolé initialement par l’intérieur. La gêne provoquée par le rajout d’une isolation intérieure au plafond des appartements (figure 6 inférieure) ne résorbe qu’une faible partie des déperditions. Vu le faible gain énergétique dû au fait que la dalle est renforcée par une armature métallique interne pour des raisons de sécurité fait que les occupants ne sont pas prêts pour la plupart à l’accepter.

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Figure 6

Etant donné la difficulté d’isoler après-coup l’amélioration de l’isolation a été limitée à 25% dans l’étude ci-dessous ce qui réduite le besoin chauffage dans les mêmes proportions.

 

La maison et l’appartement

Un appartement à deux expositions situé aux étages intermédiaires avec voisins de palier est soumis à une consommation d’énergie nettement plus faible que celle d’une maison individuelle de même surface habitable. Ceci pour des coefficients de déperditions équivalents (voir P144) et des constructions situées dans une zone de température équivalente (voir P278)

 

Le constat est clair : Même les parisiens et les bordelais qui sont pourtant favorisés du fait de la présence d’eau géothermale dans leur sous-sol vont avoir besoin du soleil pour satisfaire leur besoin thermique. Particulièrement s’ils décident de tirer un trait sur le pétrole pour assurer notre confort respiratoire et allez dans le sens de l’atténuation climatique. Une remarque Bordeaux a d’ailleurs commencé dans ce sens.

 

Besoin moyen en énergie du citadin français

Le lecteur intéressé pas ces sujets peut aussi se reporter au texte du livre se reportant à l’immeuble de Mr tout le Monde et la RT2012 mais les calculs ci-dessous effectués dans le cadre d'une prospective correspondant à un CITADIN français moyennement fortuné donnent une meilleure idée de ce qu’est le besoin moyen en énergie du citoyen français. Ils sont effectués dans le cadre de l'intermittence été-hiver puis jour-nuit de l'énergie solaire et sans effort particulier sur l'isolation des bâtiments existants. Ils ne correspondent en aucun cas à la maison individuelle des zones rurales. Cela compte tenu des surfaces de déperdition nettement plus importantes de la maison individuelle comparativement à l'appartement.

Dans le cadre de l'intermittence jour-nuit

1) Production solaire

Compte tenu de l'ensoleillement en France la production annuelle de base en électricité des panneaux solaires voltaïques est de 100 kWh/m². Cela signifie que 22m² de panneaux voltaïques correctement orientés produisent annuellement à minima 2200 kWh avec une production journalière moyenne de 6 kWh (2200/365).

On sait que la production est plus importante en été qu'en hiver. En prenant à ce sujet comme hypothèse de calcul un rapport de 3 entre été et hiver on peut mettre en évidence la PRODUCTION JOURNALIÈRE suivante:

- en hiver de 3 kWh pendant les 3 mois de décembre janvier février : 275 kWh

- en mi-saison 6 kWh pendant les 6 mois de mars, avril, mai, juin, octobre, novembre 1098 kWh

- en été 9 kWh pendant les 3 mois de juillet aout septembre 823 kWh

Soit un total de 2196 kWh

 

2) Consommation électrique de la voiture hybride.

 Le trajet moyen du francilien en IDF avec sa voiture individuelle est inférieur à 10 km.  Si l'on prend par sécurité comme base 20 km/jour en zone habitée on arrive à une consommation journalière limitée à 3 kWh compte tenu de la consommation souvent retenue par les constructeurs de voitures électriques de 0,150 kWh par km parcouru. On observe contrairement au chauffage de l'habitat évoqué ci-après que le besoin en énergie est sensiblement constant en hiver comme en été. Ceci avec une production solaire journalière hivernale correspondant au besoin et excédentaire en mi-saison et en été.

3) Consommation thermique dû aux déperditions (chauffage)

En prenant comme base une déperdition moyenne de 240 kWh/m² correspondant malheureusement à l'habitat existant mal isolé (Voir P 280) et quitte à se redire difficile à isoler après coup on constate qu'avec une surface habitable moyenne de 22 m² par citadin équivalente à celle du panneau voltaïque on arrive à un besoin annuel par citadin de 5280 kWh. Soit une moyenne journalière de 15 kWh (5280/365). On sait aussi que

-  la puissance utile au chauffage est proportionnelle à la différence de température delta T entre l'intérieur et l'extérieur.

-  le delta T moyen correspondant à la région parisienne prise pour exemple pendant la période de chauffe est voisine de 10°C.  (Voir les DJU page 139)

Observons maintenant sur ces bases l'évolution approximative du besoin thermique par habitant au cours des saisons

Au plus froid de l'hiver 

1 mois avec un ∆T de 25°C ( -5°C dehors 20°C dedans) le besoin journalier de 37,5 kWh (15 × 25/10) étant assuré par le gaz assisté de la géothermie. C'est en effet la chaufferie hybride qui assure le besoin chauffage au plus froid de l’hiver sans consommation électrique sur le réseau. Ceci afin de soulager ce dernier dans des proportions qui sont loin d'être négligeables. Voir P 482

En hiver

2 mois avec un ∆T 20°C (0°C dehors 20°C dedans) le besoin journalier de 30 kWh (15 × 20/10) étant assuré principalement par la géothermie + la rivière avec éventuellement un petit apport gaz les flux thermique de la combustion et du chauffage thermodynamique s'additionnant dans la chaufferie hybride. Cela étant donné le raccordement du condenseur de la PAC sur le circuit retour radiateur (Voir P 346)

En mi-saison

6 mois avec un ∆T de 5°C ( 0°C dehors 20°C dedans) le besoin journalier de 7,5 kWh (15 × 5/10) thermique étant assuré uniquement par l'électricité sans apport gaz grâce au chauffage thermodynamique assisté  par la géothermie et la rivière  (voir P 568)

En été

Pendant 3 mois le chauffage est à l'arrêt ainsi que les pompes géothermales (Voir P 570). Le besoin en énergie thermique se limite à la fourniture de l'eau chaude sanitaire à savoir 50 litres/jour 330×50 > 16,5 m3/an. Soit à raison de 50 kWh/m3  50×16,5 = 825 kWh.

Avec une puissance installée du complément ENR sensiblement égale à la moitié de la puissance utile au plus froid de l'hiver la PAC permet de charger le ballon d'eau chaude en énergie pendant la nuit en moins de 3h (Voir P 404 ).

Pendant le jour il n'est probablement pas inenvisageable de concevoir le circuit

Compression > condensation > détente > évaporation  de la pompe à chaleur de telle sorte que cette dernière assure la climatisation du logement aux heures les plus chaude de la journée. Ceci en ajoutant une vanne 4 voies sur ce circuit comme indiqué (P 580) de telle sorte que les fonctions du condenseur et de l'évaporateur de la pompe à chaleur étant inversé cette dernière envoi du froid et non du chaud vers l'immeuble

VÉRIFICATION sur l'année

- 1 mois 30,5 jours à 37,5 kWh                     1125 kWh

- 2 mois de 30,5 jours à 30 kWh                   2130 kWh      puissance moyenne requise 0,31 kW

- 6 mois de 30,5 jours à 7,5 kWh                  1372 kWh

- 3 mois de 30,5 jours d’ECS à 9 kWh/jour    825  kWh

Total 5452 kWh très proche de la valeur de    5500 kWh

4) Satisfaction du besoin

Ce qu'il est important de constater c'est qu'avec un excédent électrique de 3 kWh en mi-saison CAD sensiblement pendant la moitié de l'année le besoin thermique journalier proche de 8 kWh pendant cette période peut être satisfait grâce à un chauffage thermodynamique ayant un médiocre COP de 3 (8/3 < 3). Cela est extrêmement encourageant par le fait que le COP acquis des réseaux de chauffage urbain performants tirant son énergie de son proche environnement tel que celui décrit dans la SWE est voisin de 6 avec un potentiel nettement supérieur ( voir P 556)

Quant à la production électrique journalière en été on constate a nouveau qu'il est important de favoriser l'autoconsommation vu que la production électrique journalière de 9 kWh est deux fois supérieure au besoin journalier en électricité vu qu'elle se limite pendant cette période estivale au 3 kWh de la voiture électrique et au 9/6 = 1,5  kWh de l'ECS (avec un COP de 6) soit  4,5 kWh au total le supplément étant plus que suffisant pendant cette période pour subvenir aux besoins de l'éclairage et de l'électroménager et l'excédent pouvant utilement être utilisé pour fabriquer de l'hydrogène dans le cadre de la 2eme Solar Water Economy (Voir P 614 )

Ceci afin de satisfaire la demande en énergie électrique de l'industrie et de l'agriculture.

Dans le cadre de l'intermittence jour-nuit

Du fait de

-  la constante de temps thermique importante du système formé par l'immeuble et sa chaufferie lorsque les murs et les planchers sont en béton (Voir P 156 ainsi que les 2 pages précédentes pour compréhension)

- la capacité de l'eau d'emmagasiner pendant le jour et grâce au soleil suffisamment d'énergie pour le besoin journalier en ECS,

On constate que l'intermittence jour-nuit du soleil ne sera pas un obstacle au développement de la Solar Water Economy de l'enthalpie. Ceci par le fait qu'elle autorise grâce à la chaufferie hybride un mode de fonctionnement dans lequel la plus grande partie de l'énergie thermique utile provient de l'eau. Et ceci la chaufferie hybride soit en mode combustion ou en mode ENR.

 

Capacité du réseau CPCUG à fournir le besoin en mi-saison

Compte tenu de sa surface (2 km²) et de la densité urbaine de Paris et de sa proche périphérie, un doublet géothermique associé à un réseau de chauffage urbain généralisé (G) tel qu'il est décrit à la page 552     du livre  "la Solar water Economy avec la rivière" peut délivrer environ 14 000 kW en mi-saison  lorsque la Seine est à 10°C. Compte tenu de la surface disponible au sol de 50 m2 par citadin, chacun des 40 000 citadins (2 000 000/50) alimentés par ce réseau CPCUG peut recevoir une puissance thermique de 14 000/40 000= 0,35 kW correspondant à une énergie thermique journalière de 8,4 kWh légèrement supérieure au besoin de 8 kWh. Il est vrai toutefois qu'avec un COP de 6 le besoin thermique de 8 kWh est satisfait en prélevant dans l'environnement 6, 67 kWh vu que les 1,33 kWh utiles au fonctionnement de la pompe à chaleur à compresseur viennent majorer la puissance délivrée par cette dernière. On observe toutefois à ce sujet que les capacités de la nature à satisfaire nos besoins sont là mais le surplus n'est pas très important. Si d'aventure la surélévation des bâtiments existants devaient prendre de l'ampleur en ville diminuant encore la surface disponible au sol pour chacun d'entre nous, le chauffage thermodynamique avec échange sur l'air pourrait venir à notre secours malgré ses inconvénients. Voir P 87 . On ne pourrait pas toutefois le généraliser vu qu'en été et en mode climatisation cette chaine énergétique augmente encore la température déjà bien élevée dans nos cités.

 

5) Dimensionnement des centrales voltaïques

On observe au travers des estimations ci-dessus que chaque citadin doit disposer d'une surface de panneaux solaire de 22 m² correspondant à la surface habitable moyenne dont il dispose pour satisfaire son besoin en énergie sans faire appel au nucléaire. On pourra peut-être équiper quelques toitures terrasses mais il faut se rendre à l'évidence que cela ne suffira pas et qu'il faudra à minima dans l'état actuel de la technique construire des centrales voltaïques permettant à chaque citoyen de disposer de 20 m² de panneaux. Si l'on considère la figure ci-contre et les quelques 8 millions de parisiens vivants dans Paris intra-muros et sa proche périphérie c'est quelque 160 km² (16 000 ha) de terrain qu'il faudra mettre à disposition pour satisfaire le besoin de chaque parisien. La ville de Bordeaux avec sa centrale voltaïque de 26 ha et ses 250 000 habitants n'a parcouru qu'une petite partie du chemin qui la sépare de l'autonomie énergétique 

 

6) Respect des écosystèmes

Le lecteur intéressé par ces notions peut se reporter au fichier suivant

En le lisant chacun d'entre nous devrait comprendre que la dépendance actuelle de la rivière à l’énergie n'est pas la bonne particulièrement si l'énergie électrique produite par les barrages qui affecte l'écosystème rivière est utilisé comme complément chauffage dans l'habitat de celui qui a froid.

Avec la "Solar Water Economy de l'enthalpie" échangeant sur l'eau les rivières vont reprendre vie. Ceci compte tenu du fait que les deux écosystèmes utilisés conjointement pour alimenter en eau non potable les immeubles dans le cadre de la SWE, à savoir celui formé par la nappe captive profonde contenant l'eau chaude géothermale et celui formé par l'eau froide superficielle de la rivière ne sont que très légèrement modifiés par rapport à la catastrophe écologique et humaine que constituent les barrages électrohydrauliques. Ceci par le fait qu’il n'y a aucun échange physique avec mélange comme cela se produit avec l'eau chaude sanitaire mais seulement un échange thermique. Cet échange thermique est obtenu dans un échangeur à plaques à contre-courant dans des circuits basse pression ne présentant aucun risque. La finalité de ce circuit est :

- d'augmenter la température à la source froide du chauffage thermodynamique de 5°C pour améliorer ses performances

- d'augmenter la chute de température dans l'évaporateur de la pompe à chaleur afin de diminuer le débit dans le réseau d'ENP et de réduire son coût.

- de doubler la puissance pouvant être prélevée dans l'environnement en mi-saison lorsque le fleuve est à 10°C. Ceci par le fait que la puissance prélevée dans l'eau géothermale s'additionne avec celle prélevée dans la rivière.

 

7) Economie

La part relative qui va être prise par chacune des deux principales filières de production de l'électricité que constituent le nucléaire et le voltaïque devrait résulter principalement de deux facteurs.

- d'une part leur empreinte sur l'environnement

- d'autre part la vérité des couts de l'énergie électrique rendu à l'utilisateur

La vérité des coûts pour le nucléaire est d'inclure dans le prix de vente de l'électricité les coûts suivants :

1) celui du stockage des déchets radioactifs,

2) le démantèlement des centrales en fin de vie afin de remettre la nature à l'identique en évitant la France poubelle

3) celui relatif à la construction des nouveaux réacteurs en examinant le rapport énergie produite/énergie grise

4) les frais à engager pour assurer leur entretien.

La vérité des coûts pour le voltaïque sera d'inclure

- les postes 2) 3) et 4) ci-dessus

- d'ajouter au prix de vente de l’électricité résultant de 2) 3) et 4) le coût du stockage et du déstockage permettant de solutionner l'intermittence hiver-été de l'électricité voltaïque.

Un tableau tentant d’établir ce comparatif est en préparation

Concernant le nucléaire : 
il devra aborder le cout du stockage des déchets radioactifs et de construction des centrales. 
Prendre en compte que démantèlement des centrales (le coût du démantèlement d’un réacteur serait selon EDF inférieur à ½ milliard d’€) ainsi que le recyclage de bure est impossible

Des frais d'entretien des centrales élevé en raison de la sécurité.
La part énergie grise / énergie produite
Le prix de vente du kWh électrique d’origine nucléaire

 

Concernant le voltaïque :
il devra aborder le recyclage des panneaux voltaïque qui semble envisageable ce qui ne semble pas être le cas des centrales nucléaires

Le coût du stockage/déstockage de l’énergie électrique (4 à 20 cts d'€ le kWh selon Mr Percebois) selon qu’il s’agit du cout des STEP ou celui de l’hydrogène avec l’hydrolyse de l'eau et la pile à combustible le stockage de l’électricité avec les batteries étant pour l’instant plus coûteux  0,30€/ kWh

La part énergie grise / énergie produite

Le prix de revient du kWh électrique d’origine voltaïque

 

La recherche de la vérité est complexe mais c'est seulement après avoir effectué à l'abri des lobbies ce comparatif établissant ces coûts respectifs que l'on y verra plus clair sur la part relative qui va être prise par chacun de ces deux systèmes de production. Un facteur important pour l’utilisateur est aussi le prix du kWh électrique rendu dans son logement.

8) Le passage à l’action ?

Sous l'impulsion de l'ONU, de L'OCDE, et de ses habitants, Paris qui se veut le leader de la transition énergétique suite à la conférence de Paris sur le climat de fin 2015 à mis en forme la Loi sur la Transition Energétique et la Croissance Verte (LTECV)

Il est maintenant sur le point d'établir un nouveau texte dans le cadre de la programmation pluriannuelle de l'énergie

En complément de ces travaux, des directives européennes qui concernent l'efficacité énergétique ont pris place. Le texte de ces directives 2018/844/EU est accessible au journal officiel du 9 juillet 2018 (Faire lien). Il prouve pour l'essentiel que l'Europe prends conscience qu'il va falloir agir et rénover le parc immobilier européen mais malheureusement sans préciser qu'elles seront les grandes lignes de cette action. Il précise seulement que l'objectif va être d'accélérer le taux de rénovation des bâtiments grâce à l'introduction de systèmes plus performants et la mise en place de bâtiments plus "intelligents". Ceci sans préciser comment.

Il laisse dans la pratique le Maître d'ouvrage qui va se trouver par la force des chose a l'origine de l'investissement imaginer et proposer les orientations qui vont permettent de satisfaire nos besoins en énergie en utilisant des chaînes énergétique plus performantes que celles utilisées actuellement.

Il est aussi évoqué dans cette directive "l'obligation" pour les états membres d'établir des stratégies à long terme de rénovation énergétique des bâtiments à usage résidentiel ou non.

Ceci avec l'objectif ambitieux de réduire à l'horizon 2050 les émissions des bâtiments de 80 à 95% par rapport à ce qu'elles étaient en 1990 mais sans préciser la nature de la stratégie qu'il convient d'utiliser pour y parvenir. Ceci en se proposant de faire un contrôle de la feuille de route en 2030 et 2040. L'exécutif organisme de contrôle des travaux finis en quelque sorte.

Le texte qui évoque une rénovation RENTABLE des bâtiments fait malgré tout un bon en avant sur le papier bien que cet aspect des choses ait déjà été évoqué lors du grenelle de l'environnement.  Voir P 548

Quoiqu'il en soit à ce sujet il est clair à ce sujet que rien ne se fera sans un climat de confiance permettant de comprendre que cette rentabilité ainsi que les investissements de départ se doivent d'être répartie équitablement entre les 2 parties concernées avec prise en charge financière :

- 1 Du système de la chaufferie hybride associé à la source chaude par le syndicat des copropriétaires avec gestion des comptes par le syndic. Ceci en incitant le Maître d’ouvrage à l’investissement avec une politique fiscale orientée vers le social. (Voir P597-598  pour comprendre selon que l’état antérieur ace est le gaz ou l’effet joule). La notion relative au respect d’un contrat de performance commence à se mettre en place afin d’aider le Maître d’ouvrage à se faire une idée du montage financier de l’opération.

- 2 Du réseau d’alimentation en eau non potable des immeubles  par l'état en collaboration avec les communes. Pour des raisons d’équité et afin de simplifier l’aspect comptable, le réseau // tel qu’il est défini à la figure 3 ci-dessus serait retenu préférentiellement au réseau en série tel qu’il représenté à la P 558. Donnant raison à Madame Mitterrand (Voir la prospective sur la 4ème Révolution Industrielle P 306), la distribution d’eau non potable serait considérée comme étant gratuite et objet d’une mission de service public. Les frais d’entretien de ce réseau serait au départ à la charge de l’état et facturés aux copropriétés au prorata du nombre de lots. La qualité et la nature des matériaux utilisées pour ces tuyauteries seraient laissées à l’appréciation d’un organisme indépendant type ASN. Voir l’aide au dimensionnement en annexe*

 

Notre président et Nicolas Hulot du temps de son mandat et après une longue torpeur que l’on pourrait assimiler à celle de la grenouille d’Al Gore viennent de réaliser tous les avantages du chauffage thermodynamique. Voir l’image ci-contre. Le seul problème qui a peut-être été la raison profonde de la démission de Nicolas Hulot est l’analyse faite par l’exécutif sur le plan financier en accordant une aide aux ENR limitée à 10 milliards d’€. Une somme qui sera insuffisante pour payer les infrastructures alors que les économies sur les achats en énergie primaire sont environ 5 fois plus élevées avec la chaufferie hybride. (Voir pour s’en convaincre les P 550 et 608)

 

Nota
Une note de chauffage réduite de 70% correspond sensiblement à un COP de 3* alors qu’avec le réseau CPCUG à 15°C du type // de la figure 3 ci-dessus c’est un COP de 6 assuré comme le prouve la figure 1 et une note de chauffage encore deux fois plus faible.

On sait que le poste chauffage est le plus lourd dans les copropriétés (P 358). Homo sapiens ne demande pas à l’état de payer le chauffage des français ! mais les infrastructures concernant l’alimentation en eau non potable des immeubles permettant de  réduire dans des proportions associées au respect d’un contrat de performances liées à la houille jaune de la rivière conjuguée avec celle de l’eau géothermale. Le syndicat des copropriétaires financerait quant à lui un complément ENR particulièrement compact implanté près des chaudières. Voir rectangle jaune P346. Ceci avec un complément de régulation assurant le fonctionnement de la PAC en relève de chaudière. Cette orientation pourrait être une solution permettant d’apaiser les « gilets jaunes » et les conflits sociaux actuels.

* en fait 100/30 = 3,33  Pour comprendre cela voir P73

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On peut penser que chaque partie peut y trouver son compte mais les textes ne donnent aucune idée de la méthode à utiliser pour obtenir ce résultat.

Voir à ce sujet la proposition d'incitation aux ENR en forme de synthèse qui est faite dans le livre "La Solar Water Economy avec la rivière

En tout cas le fait qu'il soit demandé dans cette directive de prendre en compte l'usage des véhicules électriques est en soit une prise de conscience salutaire pour l'air de nos cités. Certains diront que la France a la pointe avec le rafale, le TGV, les navettes spatiales, l'airbus et les éoliennes surpuissantes

e peut pas être meilleur partout. Dommage toutefois pour nos poumons et nos fins de mois qu'une impulsion forte de l'exécutif vers les constructeurs français les incitant à mettre au point des systèmes hybrides ne soit pas d'actualité. Ceci qu'il s'agisse de la chaufferie ou de la voiture individuelle de Mr tout le monde

 

Quant au fait que ces directives recommandent de tenir compte des moments clé de la vie du bâtiment on observe que l'immeuble évoqué dans le livre sur la "Solar Water Economy" et objet du "cas pratique" a 50 ans vu qu'il a été construit en 1968. Ce qui est la force de l'âge en quelque sorte pour homo sapiens pourrait être considéré comme la toute première jeunesse pour ce bâtiment en béton ayant une espérance de vie couvrant plusieurs générations. En y regardant de plus près force est de constater qu'il n'en est rien et que ses km de tuyauteries en acier ont plutôt l'âge avancé de votre serviteur.

 

Quoiqu'il en soit, il ne faudrait pas que cet état de fait soit un frein reculant encore la transition énergétique. Vu l'urgence qu'il y a à agir et à passer aux choses concrètes il serait temps de considérer que la réflexion est en passe d'être dernière npus. Pour diminuer la consommation des produits fossiles, la tendance actuelle consistant à augmenter leur prix devrait être la bonne. Ceci à condition que l'augmentation soit progressive et plus lente qu'elle ne l'est actuellement et qu’elle soit compensée pour des raisons sociales par une baisse du prix de vente de l'électricité au consommateur.  Cette diminution du prix de l'électricité devrait en toute logique être rendue possible par l'abandon du nucléaire et l'arrivée du solaire beaucoup plus simple en ce qui concerne la mise en œuvre et le recyclage éventuel des panneaux en fin de vie. Important aussi est de constater qu'en équilibrant les prix des kWh électrique et combustion on incite financièrement le Maître d'ouvrage à franchir le pas le conduisant vers les ENR.

 

Quant au financement des infrastructures nécessaires à la mise en place du réseau – 2 de la "Solar water Economy avec la rivière" composées principalement de travaux géothermiques, de centrales de pompage composés d'ensemble motopompes à débit variable et d'échanges à plaques ainsi que de réseaux de tuyauteries, il serait temps de réaliser que par soucis d'équité le moteur à combustion interne et le bâtiment ne peuvent pas être les seules vaches à lait de la transition énergétique. L'avion, par le jeu d'une taxe sur le kérosène actuellement inexistante se doit de participer également à cette transition en ce qui concerne le financement de ces infrastructures. Il faut aussi réaliser que cette transition qui va combiner la mise en place de centrales solaires et celle de réseaux de tuyauteries ne pourra se faire que lentement. Ceci non pas en raison du temps de mise en place des centrales solaires faible comparativement aux centrales nucléaires, mais en raison des décisions qu'il va falloir prendre pour l'emplacement des centrales de pompage, ainsi que pour la conception // ou série ainsi que le parcours du réseau de tuyauteries d'eau non potable (passage des collecteurs dans les égouts existants ou percement de liaisons plus profondes). Ces choix devront aussi inclure le calcul du diamètre des tuyauteries constituant le réseau, la nature des matériaux utilisés excluant l'acier (paramètre essentiel pour la durabilité). Tout cela va prendre aussi le temps qui va être nécessaire pour que les régions et les communes fassent leur plan de financement et prennent conscience que leur intérêt est d'agir dans ce sens. A l’occasion de la construction des bureaux et des logements qui vont enfin se mettre en place à l’ile Seguin, la commune de Boulogne Billancourt pourrait avec un premier doublet SP1 montrer l’exemple de ce que pourrait être une généralisation du chauffage urbain en ville.

 

Notas

Les calculs ci-dessus de 1) à 5) sont effectués avec des valeurs moyennes situées à mi-distance entre le pauvre qui ne possède qu'un vélo conventionnel pour ses déplacements et vit dans un petit studio de 12 m2, et le riche qui possède une voiture tout électrique Tesla de 250 CV voire deux et qui vit dans une suite de 400 m². Ce qu'il est important de constater c'est que riche ou pauvre, nous sommes sur le même navire. Un navire à la dérive par le fait que chaque citadin vivant en région parisienne ne dispose en dehors de sa surface habitable que de 50 m2 au sol pour se déplacer en ville. Ceci compte tenu de la densité urbaine de 20 000 habitants par km2.

 

Selon Engie et en 2008, 1 kWc de panneaux solaire délivrant annuellement environ 900 kWh dans de bonnes conditions coûtait 4 000€ soit sensiblement 444 €/m².  Aujourd’hui, CAD 10 ans plus tard les prix seraient divisés par 3 s'établissant à environ 150 €/m².

Un prix 50% supérieur à celui de Cestas établi ci-dessous :

La centrale voltaïque de Cestas de Bordeaux qui produit annuellement 300 GWh a coûté 300 millions d'euros. Vu que 300 GWh c'est 300 000 000 kWh, elle produit donc chaque année 1 kWh pour 1 € investis au départ. Avec un prix de vente à l'utilisateur de 0,1 € le kWh elle est donc amortie en 10 ans. Ceci avec une durée de vie qui peut être estimé à 20 ans. Une production de 300 000 000 kWh à raison de 100 kWh/m²  c'est une surface de panneaux solaire égale à 3 000 000 m2 (300 ha) soit 100 €/m2. L'investissement pour un parisien souhaitant avoir son autonomie énergétique grâce au soleil avec 22 m2 de panneaux voltaïques est donc de 2200 €.  Sensiblement ce qu'il dépense annuellement en essence en parcourant 20 000 km par an.

Mais si la France métropolitaine a tendance comme tous les pays du monde à s’agglutiner dans les ville (voir P 64), c'est aussi un des pays les moins peuplé d'Europe. Avec sa surface de 550 000 km² pour 66 millions de français c'est 8300 m2 au sol de disponible pour chacun d'entre nous. Ceci avec une emprise au sol des panneaux solaires situés dans la périphérie des grandes métropoles qui ne représente que 0,3% en laissant à la nature la possibilité de s'exprimer librement sur les 99,7% restant. Et ceci voire même en profitant du fait que le soleil et l'eau peuvent faire bon ménage pour aider le monde agricole à se protéger des intempéries en cas de culture délicate. Par exemple en récupérant l’eau de pluie pour arrosage automatique et culture sous les panneaux solaires.

 

B) La « Solar Water Economy » et le moteur à hydrogène

La "Solar Water Economy" c'est aussi la pile à combustible qui peut produire à la fois de l'électricité et de l’énergie thermique. Une application française de cette deuxième chaîne énergétique SWE totalement différente du chauffage thermodynamique basé sur l'enthalpie qui vient d’être évoqué est le gigantesque catamaran Energy observer qui va partir pour 6 ans faire son tout du monde courant 2017 en assurant les besoins énergétiques de l’équipage sans apport de combustibles fossiles. Ceci à partir d’une chaine énergétique utilisant principalement l'électricité produite par ses 130 m2 de panneaux solaires pour produire de l’hydrogène par catalyse de l'eau de mer par hydrolyse après l'avoir désalinisé. Le but de cette séparation hydrogène-oxygène de l’eau (H2O) étant d’utiliser l’hydrogène comme combustible pour la motorisation du catamaran lorsque le vent fait défaut. La pile à combustible assurant d’autre part la production d'eau chaude sanitaire pour les besoins de l'équipage.

La première flotte de taxis hydrogène au monde nommé Hype a été lancée pendant la signature des accords de Paris sur le climat par la Société du Taxi Electrique Parisien (STEP) une abréviation qui n’a rien à voir avec le stockage de l’énergie électrique style Grandmaison. Deux ans plus tard, la flotte compte 75 véhicules.  Ces voitures-taxi à hydrogène construites par Toyota et par le constructeur coréen Hyundai se rechargent en 3 à 5 minutes et disposent d’une autonomie de plus de 500 km. Ceci en n'émettant ni polluants locaux (NOx, ..), ni CO2, ni bruit, seulement … de l’eau !. Cette société vise 200 véhicules fin 2018 et 600 avant fin 2020. Bouffée d'oxygène pour Hype: deux stations de distribution d'hydrogène vont être construites ces prochains mois aux aéroports de Roissy et d'Orly par air liquide.




Dans un premier temps, il est probable toutefois que deux technologies vont se développer en parallèle pour les voitures électriques : celle de la voiture hybride rechargeable et celle de la voiture à hydrogène. La disponibilité de composant rare comme le lithium nécessaire à la fabrication des batteries utiles à la voiture hybride rechargeable ne devrait pas être un frein et devrait faire la fortune de pays comme la Bolivie. On devine toutefois celle qui pourrait bien l’emporter sur le long terme. Quoiqu’il advienne il va falloir faire abstraction de la nostalgie qui pourrait nous envahir en regardant le passé et les prestigieuses réalisations avec moteurs à explosion telles que celle de Bugatti en Alsace.

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L’orientation vers l’hydrogène et la pile à combustible semble être une orientation valable pour le stationnaire et le chauffage de l’habitat afin d’assurer le besoin en énergie de nos cités dans la mesure où elle génère à la fois électricité et chaleur. Tout compte fait, malgré l’extraordinaire performance du moteur à hydrogène, 40% de l’énergie contenue dans l’hydrogène est semble-t-il dissipée en chaleur en pure perte lors du fonctionnement du moteur à hydrogène en ayant pour conséquence de limiter le rendement de la pile à combustible utilisée lorsqu’elle est utilisée pour le transport. Ceci alors qu’avec une pile à combustible utilisée pour le stationnaire et le chauffage de l’habitat cette énergie thermique peut être utilisée afin d’améliorer encore un peu plus les performances déjà excellentes de la « Solar Water Economy de l’enthalpie ». L’Ademe doit veillez à ne pas trop se lier avec un fournisseur de gaz particulier pour faire évoluer nos chaînes énergétiques pour le chauffage de l’habitat. Ceci particulièrement si l’orientation consiste à mélanger l’hydrogène au gaz naturel en validant la combustion à plein temps.

 C) La complémentarité de l’hydrogène et de l’enthalpie

La "Solar WATER Economy de l'enthalpie" est une chaîne énergétique moderne et performante qui devrait permettre de généraliser le chauffage urbain en ville sans faire appel au nucléaire en prenant en charge le problème posé par l’intermittence été-hiver du voltaïque. Elle ne pourra pas le faire toute seule mais cela parait envisageable si elle est assistée par la "Solar WATER Economy de l'hydrogène".  La raison de ce succès pourrait être en premier lieu les performances améliorées de la thermodynamique lorsque les échanges se font sur l’eau plutôt que sur l’air comme l’indique la figure 1 ci-dessus).  La raison de s'orienter dans ce sens est motivée par le fait qu'en raison des températures à la source eau froide plus élevées cette chaine est sensiblement deux fois plus performante que la "Solar Air Economy de l'enthalpie".  On observe en effet sur cette figure que les performances de la "Solar Water Economy de l'enthalpie " s'améliorent notablement lorsque la température de l'eau à l'entrée de l'évaporateur augmente. Cette augmentation de la température à la source froide peut être assurée par la géothermie profonde des nattes captives et des échangeurs de température à plaques comme cela est indiqué sur la figure 3) ci-dessus. Mais cela dit, compte tenu des capacités très importante d’échange thermique de ce type d’échangeurs (voir la page 100 du fichier suivant) elle pourrait aussi être assurée en utilisant la chaleur générée par la pile à combustible stationnaire associée à la "Solar WATER Economy de l'hydrogène".

Comme on le voit l'eau occupe une position centrale et pourrait bien jouer un rôle essentiel dans le chauffage de l'habitat du fait de l’amélioration des performances de la thermodynamique qui résulte d’une augmentation de la température à la source froide. Cela est la principale raison pour laquelle ce fluide qu’il soit salé ou non devrait être en passe de remporter une victoire devant l'air pour assurer le besoin associé à la fourniture de chaleur dans l’habitat.  Mais il y a d'autres raisons complémentaires qui sont également importantes pour expliquer cette victoire à venir de l’eau par rapport à l'air. Ceci notamment si l'on observe que la fourniture de l'air conditionné délivré par la PAC thermodynamique air air que ce soit en été ou en hiver peut avoir de lourdes conséquences sur notre devenir thermique si elle devait se généraliser. Beaucoup d'organismes condamnent en effet surtout le fait qu'en été, le dispositif thermodynamique air air qui pulse de l'air frais dans les logements reçoit principalement son énergie thermique en réchauffant encore un peu plus l'air ambiant déjà bien chaud extérieur aux immeubles aggravant dans la pratique le réchauffement climatique en ville. Il faut aussi constater qu'en complément des reproches dont elle fait l’objet en été son comportement en hiver n’est également pas à l’abri de tout reproche. Ceci par le fait que si l'air ambiant est à -5°C cela peut être de l'air à -15°C qui sort de l'évaporateur avec deux effets défavorables : d’une part l’effet de refroidir l'air ambiant autour des bâtiments et d'augmenter ses déperditions thermiques et d’autre part l’effet de limiter le coefficient de performance (COP).

Le fait que la "Solar WATER Economy de l'enthalpie" limite considérablement la pollution de l'air dans les villes en évitant la surchauffe en été provoquée par la "Solar AIR Economy de l'enthalpie" est une raison complémentaire qui fait que l’homme a tout intérêt à se pencher sérieusement sur ces sujets qui sont d’une extrêmeimportance pour son devenir énergétique. 

Concernant l’intermittence des énergies renouvelables, il faut se rendre à l’évidence : bien que l'on puisse compter sur l'éolien vu que le vent souffle tout de même un peu la nuit et aussi compter sur les STEP hydrauliques comme celle de Grandmaison pour compenser l'intermittence jour-nuit du voltaïque, nous aurons besoin de dispositifs de stockage plus importants pour solutionner le problème du stockage de l'énergie électrique à l'échelle de l'intermittence été-hiver du solaire voltaïque. Il ressort de cela que les deux chaînes énergétiques qui peuvent venir au secours de l’éolien, des STEP et du solaire voltaïque vu leur caractère aléatoire sont

1  La chaine directe "Voltaïque > pile > moteur électrique"  pour le transport

2  La "Solar WATER Economy de l'hydrogène" pour le stationnaire et le chauffage de l’habitat. Une chaîne énergétique qui pourrait aussi s’écrire

"Voltaïque > électrolyse de l'eau > compression   > stockage hydrogène > pile à combustible > moteur électrique + chaleur" 

Les raisons qui pourraient favoriser l’hydrogène et l’électrolyse de l’eau sont :

-         pour la chaine directe 1 le fait que le potentiel de stockage de l'énergie électrique par unité de masse de l'hydrogène (33 kWh/kg)  est presque 3 fois plus important que celui de l'essence (12 kWh/kg). Cet aspect des choses est en effet surtout intéressant pour la mobilité sans être déterminant pour le stationnaire.

-         Le Pouvoir Calorifique Inférieur de l’hydrogène proche de 120 000 kilojoule/kg (3600 kilojoules dans un kWh) qui devrait rendre le stockage de l’énergie en grosse quantité acceptable.  Ceci pouvant aider au stockage de l'énergie électrique utile dans le cadre de la "Solar Water Economy de l'enthalpie" en raison du potentiel de stockage de l'énergie électrique par unité de masse important de l’hydrogène. La pile à combustible générant à la fois courant électrique et chaleur, il faudra aussi lors de la comparaison entre ces deux chaînes énergétiques 1 et 2) prendre en compte que cette dernière peut être utilisée pour élever la température à la source froide de la "Solar Water Economy de l'enthalpie" afin d'améliorer ses performances. On pourrait ainsi assister la géothermie profonde des nappes captives qui, on le sait maintenant et malgré le silence du BRGM, est limitée en puissance et ne permet pas sur le plan quantitatif de généraliser le chauffage urbain dans nos métropoles malgré la potentialité thermique de la rivière et de sa nappe libre. 

Vu les graves conséquences du réchauffement climatique et la pollution de l’air dans les villes nous aurions déjà dû, vu l'urgence qu'il y a à agir, développer plus d'applications en rapport avec la "Solar Water Economy de l'enthalpie". Ceci vu qu’elle diminue le rejet de gaz brulés dans l’atmosphère et permet de limiter notablement la quantité de produits fossile importés sur l’Europe. Il va devenir urgent de lancer les investissements finançant les infrastructures associées à cette chaine énergétique (principalement de tuyauteries) ainsi que la recherche. Une recherche qui devrait probablement se concentrer sur l’amélioration des performances de la chaîne 2 associée à l’électrolyse de l’eau. Ceci surtout en amont de cette chaîne vu que c’est seulement environ 20% de l’énergie solaire qui parvient sur terre qui est convertie actuellement en énergie électrique avec le voltaïque

 

Applications

1 Dans le cadre de la chaine directe "Voltaique > pile > moteur electrique"  une batterie géante composée de 80 modules de 3,6 tonnes chacun construite par la firme japonaise NGK-Locke a été implantée au Texas dans la petite ville de Presidio.  Cette pile au sodium de 4 MW  est capable de fonctionner pendant 8h  (32 000 kWh   288 000 kg  9kg par kWh )

1+2 Dans le cadre d’une réalisation mixte associant la chaine directe "Voltaique > pile > moteur électrique" et la "Solar WATER Economy de l'hydrogène", la société Hydrogène de France (HDF Energy) a annoncé une innovation majeure. A savoir le lancement d'un stockage d’énergie électrique nommé CEOG qui pourrait révolutionner le secteur de l’énergie et ouvrir une nouvelle ère énergétique. Ceci dans la mesure où ce CEOG comprend un parc photovoltaïque de 55 MW et dispose du plus gros dispositif de stockage mixte d’énergie renouvelable électrique au monde. Mixte par le fait que le dispositif capable de stocker 140 MWh conjugue l’hydrogène et un stockage d’appoint par batteries. L’investissement CEOG de 90 millions d’euros, porté par HDF et les banques répond à un besoin essentiel de production et de stockage d’énergie qui génèrera pendant 20 ans une énergie fiable à un coût inférieur à l’actuel et ce, sans subvention. L'énergie voltaïque électrique de 140 MWh produite annuellement en amont de ce CEOG par ce terrain guyanais correspond à une amélioration de quelque 40% par rapport à la performance moyenne sur l'hexagone. Cela étant donné les 140 kWh délivrés annuellement par m² par ce terrain de 100 ha (correspondant à un million de m²) alors qu'elle n'est en moyenne que de 100 sur l'hexagone. Les capacités de stockage de ces 2 chaines 1) et 2) conjuguées seraient excellentes et capables de prendre en compte les 140 000 kWh générés par le voltaïque pour un montant global de 90 millions d'€. Reste à savoir quelle est la quantité d'électricité et de chaleur que peut restituer ce système à partir de l'hydrogène fabriquée par électrolyse. A défaut de répondre à cette question la figure de la page 612 "met en évidence que sensiblement 70 % du besoin hors industrie et agriculture peut être satisfait par l'autoconsommation. Il est en conséquence nécessaire que le dispositif de stockage puisse satisfaire les 30 % restant proche d’un besoin individuel en électricité de 1300 kWh. Sur cette base c’est une dépense individuelle considérable et voisine de 800 000 € par individu ((90 000 000/140 000) x 1300) qui est nécessaire. Une dépense qui se verrait majorée du montant des infrastructures de la "Solar WATER Economy de l'enthalpie" et qui ne pourrait être financée que par la fiscalité sur les produits pétroliers tant qu’il en est encore temps. Ceci il est vrai sachant que comme le disait Barenton confiseur que l’investissement de départ n’est à faire qu’une fois alors que l’usage est de tous les ans.


Les incas avaient raison de dire que le soleil est notre maître. Il a seulement besoin de l'eau pour satisfaire la plupart de nos besoins en énergie. Cela en tirant profit de sa chaleur spécifique ou de l’hydrogène qu’elle contient. Reste à convaincre la classe politique qu’une transition énergétique ne peut que tirer profit de ces orientations. Le porte-parole des Lutins thermiques a tenté de convaincre dans  Batiactu et Goodplanet du bien-fondé de ces dernières. Il semblerait au travers de ce qui se passe à la Tour Montparnasse dans le 14ème arrondissement de Paris qu’il ne soit pas parvenu à convaincre. Dommage.

*Annexe
(assistance au dimensionnement du réseau d’alimentation en eau non potable des immeubles)

Débit maximum au départ de la station de pompage du réseau d’eau non potable 1200 m3/h
soit à titre d'exemple pour 
5 départs doublet géothermique de 200 m3/h (voir la  figure 3 ci-dessus)

La perte de charge en ligne de 0,7 bar communiquée par le programme deltaP.xlsx  accessible sur le logiciel OCES communique pour le départ le plus long de 1,5 km reste très raisonnable. Elle engendre une perte de puissance qui représente moins de 0,4% de la puissance thermique distribué si l’on tient compte du rejet vers la rivière. Ceci avec 8 coudes arrondis sur le trajet
Pour faciliter la mise en place dans les égouts existant les tuyauteries pourraient être dédoublé.

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Conclusion

 

Les Lutins thermiques espèrent que cela ne froissera pas l’exécutif d’observer que la principale raison du déploiement des énergies renouvelables électriques est plus liée à leur faible prix de revient qu'à une programmation pluriannuelle de l'énergie ou à une décision du chef de l'Etat. Ceci encore plus pour le photovoltaïque que pour l'éolien vu que le solaire verrait sa production multipliée par 5 d'ici à 2030 alors qu'elle ne serait que triplée à cette échéance pour l'éolien. Les lutins thermiques observent qu'il est probablement illusoire d'espérer concevoir en quelques années un nouveau concept de centrale nucléaire plus économique et plus sûre (Voir Batiactu). Les USA qui ont tenté avec le thorium et les sels fondus ont échoué et la fusion nucléaire avec ITER n'est pas pour demain. Ils sont convaincus qu’il va falloir développer la recherche en ce qui concerne le stockage et l’autoconsommation de l’énergie électrique. Ceci afin de consommer l'énergie électrique plus intelligemment pour le chauffage et éviter le toujours+. Les Lutins thermiques sont solidaires des « Gilets jaunes » non casseurs. Ils estiment que pour sortir du pétrin dans lequel nous nous sommes petit à petit enfoncé, il va falloir réduire la douloureuse de fin de mois. Pour ce faire il va bien falloir considérer qu’homo sapiens, le donneur d’ordre, est le plus souvent « le client qui paye ».

Notre président est sorti de sa réserve pour donner suite au mouvement de « Gilets jaunes ». Son gouvernement estime que l'électricité nucléaire est une "énergie à bas coût". Dans ce cas les Lutins thermiques aimeraient savoir pourquoi elle est vendue au citoyen 3 fois le prix de l'énergie fossile gaz pour le chauffage de l'habitat. Ceci à l'encontre de l'aspect social vu que beaucoup de citoyens dans le besoin, chauffés par un collectif gaz type chaudière, se plaignent de températures trop basses et ne disposent pas actuellement d'autre solution pour se chauffer que d'utiliser un complément chauffage par radiateurs électriques ayant un COP de 1. Ceci avec un prix du kWh thermique à 15 cts d'€ au lieu de 5 cts et, facteur aggravant, en surchargeant le réseau au plus froid de l'hiver. Dans l'attente d'un équilibrage des prix de vente de l'électricité et du gaz à 10 cts, la chaufferie hybride se sort heureusement de ce mauvais pas vu qu’elle chauffe l'habitat avec le gaz au plus froid de l'hiver. Qui plus est en laissant de l’électricité pour les besoins de la voiture hybride rechargeable. Il faut saluer le courage du président de l’ADEME qui explique dans le journal le Figaro du 11 décembre 2018 au sujet de notre transition énergétique que selon une étude de son agence, la relance d’un programme nucléaire, EPR incluse, n’est pas nécessaire pour remplacer les centrales actuelles. Ceci en estimant qu’il ne s’agit pas seulement d’une avancée climatique mais d’un gain pour le portefeuille des ménages vu que le prix du kWh électrique de l’électricité produite avec ce scénario serait proche de 90 le MWh (9 cts d’ le kWh). Cette étude estime que dans moins d’un demi-siècle soit dès 2050, la quasi-totalité de l’électricité produite dans l’hexagone sera de l’électricité « verte » suffisante pour satisfaire le besoin. Elle précise aussi qu’en s’engageant dès à présent dans ce scénario, nous serons en mesure d’envisager notre avenir sans nucléaire lorsque le parc actuel de centrales nucléaires aura 60 ans. A la question posée de savoir si l’intermittence de l’électricité verte pourrait être un frein à ce scénario sa réponse est claire : NON. A noter que cette étude s’inscrit en complémentarité de la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE). Vu l’urgence qu’il y a à changer les chaînes énergétiques actuelles, ne serait-ce que pour tenir compte du fait qu’elles ne sont pas inépuisables, on ne peut que regretter que la décision finale sur l’orientation qui va être adoptée soit reculée à 2021. Reste à espérer pour éviter le pire, que tout va être mis en œuvre pour que le scénario ADEME prenne place. Le secrétaire général de l’OCDE s’est déjà exprimé en 2017 dans sa revue Observer No 311Q3 concernant notre future immédiat : « Nous sommes maintenant confrontés à un moment attendu qui requiert la mise en place de nos fondations. Un moment décisif qui va exiger des remèdes plutôt que des palliatifs. Ceci dans le cadre d'actions basées sur l’audace et l’innovation permettant de créer ensemble un avenir juste et prospère pour tous »

 

Jean Grossmann alias Balendard           Novembre 2018

Voir les figures suivantes ou frapper dans Google les deux mots

batiactu balendard    ou    hulot balendard
pour se faire une idée de la continuité des motivations qui anime le signataire