Educapoles – Découverte des sciences et des régions polaires

Indispensable énergie

Je vous propose aujourd’hui, de nous intéresser à l’énergie.

D’où nous vient-elle ? Qu’en faisons nous ? Quels sont ses avantages et inconvénients?

L’énergie, c’est ce qui met en mouvement. Elle est le moteur de bien des phénomènes naturels.

On ne la voit pas, mais on voit ses effets.

Produire de l’énergie est indispensable. En revanche, cela produit souvent une pollution conséquente. La pollution peut être visuelle (on abime localement un paysage), auditive (des turbines ou moteurs sont parfois très bruyants), atmosphérique (on produit beaucoup de gaz carbonique), radioactive (la radioactivité est un danger pour les formes de vie).

Les principales sources d’énergie utilisées pour notre confort sont d’origine organique (pétrole, charbon et gaz naturel), elles émettent des rejets importants de gaz polluants qui contribuent de façon importante au réchauffement climatique rapide qui nous inquiète.

La station belge Princess Elisabeth Antarctica est un prototype* qui a misé sur un pari : celui de faire fonctionner un bâtiment confortable et fonctionnel dans un environnement hostile (froid et vents violents).

Station PEA

 Les ingénieurs qui ont réfléchi à sa réalisation ont fait le choix d’utiliser 2 formes d’énergie renouvelables et abondantes : le vent et le soleil.

Ils ont équipé la station de 9 éoliennes et de panneaux solaire et photovoltaïques posés sur les parois du bâtiment ou sur des supports externes.

Le challenge est réussir à utiliser cette installation de façon adéquate.

Nous sommes habitués, en Europe, à recevoir et utiliser l’électricité distribuée par un réseau qui nous la fournit sur un potentiel de 230 Volts et une fréquence de 50 Hertz. Il s’agit d’un courant alternatif, lequel peut être plus facilement transporté sur de longues distances par des fils électriques.

Les stations en Antarctique doivent être autonomes pour leur approvisionnement en énergie, et toutes sont dépendantes de leurs générateurs qui fonctionnent au mazout (un dérivé du pétrole). Les consommations en pétrole sont donc considérables et polluantes, les émanations de CO2, un gaz à effet de serre*, aussi.

Bidons de carburant

Le pari des belges a été de construire une station qui ne pollue pas. Ils ont donc mis en œuvre les actions nécessaires à cette réussite, à savoir : isolation, installation de capteurs (éoliennes et panneaux solaires), de transformateurs (onduleurs pour obtenir une électricité adéquate pour les appareils électriques), batteries (pour stocker l’énergie produite), interrupteurs visibles pour distribuer l’électricité en fonction de la production et des nécessités.

Soleil sur la station

Didier à la scie circulaire

L’heure communication

C’est Johnny, qui a un master en électronique et une sérieuse expérience en énergies renouvelables, qui s’occupe de la gestion du réseau et qui nous fait visiter la station.

Johnny explique le fonctionnement

Ici, 9 éoliennes, des panneaux photovoltaïques (qui convertissent l’énergie solaire en énergie électrique) et des panneaux solaires (utilisent l’énergie solaire pour chauffer l’eau) permettent aux résidents de la station (nous sommes 17 actuellement) de vivre confortablement et de travailler avec leurs outils de façon optimale.

Ces panneaux solaires sont installés sur toutes les faces de la station puisque le soleil d’été éclaire à toute heure du jour et de la nuit, donc dans toutes les directions.

Capteurs solaires

Éoliennes

Il y a généralement un écart important entre la quantité d’énergie produite et la quantité d’énergie utilisée à un moment donné. Un jour couvert et sans vent sera insuffisant pour couvrir les besoins ; ou alors les besoins accrus à certaines heures de la journée ne correspondent pas avec le maximum de production d’énergie. Une nuit venteuse et ensoleillée rechargera les batteries lorsque tout le monde dort.

Les conditions météo se dégradent

Les batteries pour réguler

Tout ceci est question de balance. Chez nous, en Suisse, cette balance est assurée par le réseau électrique dans lequel on peut réinjecter un surplus de production ou acheter un peu plus d’électricité si on en a besoin.

Ici, à la station, il n’y a pas de réseau public, c’est l’autonomie qui prévaut.

Des séries de batteries permettent d’assurer cette balance. Cependant, il arrive que les batteries se vident trop, les économies d’énergie deviennent indispensables. Johnny vient nous prévenir qu’il faut débrancher certains appareils que l’on peut ne pas utiliser, ou alors c’est l’eau qu’il faut économiser. C’est pour cela que chaque prise électrique est équipée d’un interrupteur, et que Johnny peut lire les circuits ouverts et fermés sur un programme informatique sur son ordinateur.

Prises avec interrupteur

La principale utilisation d’énergie à la station en Antarctique concerne la « fabrication » d’eau.

L’eau de la station provient de la neige soufflée qui s’accumule autour du nunatak à chaque tempête. Avec une pelle mécanique, un homme remplit un réservoir appelé « snow melter ». Il va falloir transformer cette neige en eau, puis chauffer l’eau obtenue.

Le snow melter

Johnny m’explique qu’il faut autant d’énergie pour transformer 1kg d’eau solide à -1°C à une eau liquide à +1°C, que pour porter ce même kg d’eau liquide de 0°C à +60°C ! Transformer une matière d’un état à l’autre demande une énergie importante.

La station possède 3 boilers de 300L chacun ; l’eau est chauffée par les panneaux solaires, ou par l’électricité lorsque le soleil vient à manquer. On compte environs 40L d’eau par jour et par personne. Les douches sont équipées de bouton-pression : une pression procure 4 litres d’eau. Trois pressions doivent suffire pour être propre et rincé.

La salle de bains

Autre aspect important (et d’une efficacité admirable) : il concerne l’isolation du bâtiment. La première équipe a intégré la station au mois de novembre : il y faisait -7°C. Ils ont mis en route les chauffages afin de faire remonter la température, et depuis, tous les chauffages sont éteints. La température intérieure est maintenue à 21° ou 22°C grâce aux activités humaines qui s’y passent : chaleur humaine, cuisine, ordinateurs sont autant de sources de chaleur qui suffisent à chauffer la station.

Il faut la ventiler et contrôler les émissions CO2 produites par les habitants de ce bâtiment si bien isolé.

Isolation du bâtiment

Enfin, cette station polaire a une vocation scientifique : elle met à disposition les moyens nécessaires à des scientifiques de divers horizons et disciplines pour qu’ils puissent mener à bien leurs études et recherches. Certains appareil spécifiques ont besoin d’énergie toute l’année, pour leur fonctionnement mais aussi pour la transmission de leurs enregistrements, et ont donc un besoin constant d’énergie électrique.

Et les transmissions satellitaires, pour les communications et l’internet, demandent aussi un approvisionnement constant pendant l’activité estivale de la station, mais aussi ses transmissions hivernales pour qu’il soit possible de vérifier et réguler certains appareils depuis la Belgique pendant hiver austral.

Appareil scientifique

L’antenne satellite et soleil de minuit

Ce soir, la station se remet à chanter sous les assauts du vent d’est. Depuis ce matin, la pression chute et la vitesse du vent augmente, passant dessus et dessous la station qui résiste sans bouger. Ce bruit nous assure un approvisionnement adéquat en énergie, la douche sera bien chaude !

A bientôt.

Catherine Cherix

Soleil au NW

Lexique :

Effet de serre : processus naturel qui résulte de l’influence de l’atmosphère sur les différents flux thermiques qui contribuent aux températures au sol d’une planète.

Prototype : modèle ou ébauche de ce que sera un produit, un procédé ou un service. Un prototype sert à tester des hypothèses, des spécifications ou des formulations. Il est sujet à évoluer.