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Roger BALIAN
qu’on dit trop souvent, l’hydrogène ne sera jamais une source d’énergie : c’est
seulement un moyen de stockage, puisqu’il faut pour le produire fournir au moins
autant d’énergie que ce que l’on en tirera.
Une forme courante de stockage d’énergie électrique sous forme chimique est
constituée par les piles et accumulateurs. Leurs performances sont gouvernées
par les contraintes de la physique et de la chimie, en accord avec les ordres de grandeur indiqués plus haut pour les énergies de nature électromagnétique. Ainsi, la
capacité des accumulateurs au plomb est de 35 Wh/kg, celle des petites batteries
au lithium de 150 Wh/kg. Peut-on espérer faire beaucoup mieux ? Charger une batterie au lithium, métal le plus léger, élève le potentiel des ions Li
+ de 3 V, force électromotrice de la batterie. Ceci correspond à une fourniture d’énergie de 3 × 96 500 J
pour une mole (7 g) de Li, c’est-à-dire une capacité de 10 kWh par kg d’atomes
actifs de Li de la batterie. Mais celle-ci doit aussi comprendre un nombre beaucoup
plus grand d’atomes de structure, qui créent le potentiel vu par les ions Li
+ , se
comportent comme une éponge à travers laquelle ces ions peuvent se déplacer et
délimitent deux régions où ils peuvent se fixer avec des potentiels chimiques différents. La capacité actuellement réalisée correspond à une masse totale 60 fois
plus grande que celle du lithium actif, et il semble difficile de réduire considérablement cette masse.
La science fondamentale et ses principes conditionnent également d’autres aspects
essentiels de l’utilisation pratique de l’énergie, tels que transport, réserves ou nuisances. Les possibilités qu’elle ouvre et les contraintes qu’elle impose se conjuguent avec des facteurs économiques et sociaux (coûts, investissements, besoins
mondiaux...) sur lesquels nous reviendrons dans la suite de l’ouvrage. Par exemple,
si l’on souhaite mettre de l’énergie à disposition d’utilisateurs éloignés, l’énergie
électrique est la seule susceptible d’être facilement transportée et transformée
en n’importe quelle autre ; l’emploi dans ce but de lignes à haute tension n’a été
rendu possible, nous l’avons vu, que grâce à la maîtrise du ferromagnétisme au
XIX
e siècle. Cette avancée était capitale, car sinon il n’existe guère d’autre méthode
de transfert à distance de l’énergie que le transport des carburants. Une maîtrise
d’autres phénomènes physiques sera sans doute nécessaire au développement
industriel de nouvelles formes d’énergie, comme le solaire photovoltaïque.
ANNEXE - L’ÉLABORATION DU CONCEPT D’ÉNERGIE
Cette annexe a pour objet d’illustrer la complexité et la subtilité du concept d’énergie grâce à l’éclairage apporté par la perspective historique. De nombreux aspects
biographiques ou anecdotiques intéressants sortent cependant du présent cadre.
On consultera avec fruit le monumental Dictionary of Scientific Biography [1]. Seul
l’historique du premier principe est présenté ici avec quelques détails ; on pourra,
pour le deuxième principe, se reporter au paragraphe 3.4 du livre From Microphysics
to Macrophysics [2].
Roger BALIAN
qu’on dit trop souvent, l’hydrogène ne sera jamais une source d’énergie : c’est
seulement un moyen de stockage, puisqu’il faut pour le produire fournir au moins
autant d’énergie que ce que l’on en tirera.
Une forme courante de stockage d’énergie électrique sous forme chimique est
constituée par les piles et accumulateurs. Leurs performances sont gouvernées
par les contraintes de la physique et de la chimie, en accord avec les ordres de grandeur indiqués plus haut pour les énergies de nature électromagnétique. Ainsi, la
capacité des accumulateurs au plomb est de 35 Wh/kg, celle des petites batteries
au lithium de 150 Wh/kg. Peut-on espérer faire beaucoup mieux ? Charger une batterie au lithium, métal le plus léger, élève le potentiel des ions Li
+ de 3 V, force électromotrice de la batterie. Ceci correspond à une fourniture d’énergie de 3 × 96 500 J
pour une mole (7 g) de Li, c’est-à-dire une capacité de 10 kWh par kg d’atomes
actifs de Li de la batterie. Mais celle-ci doit aussi comprendre un nombre beaucoup
plus grand d’atomes de structure, qui créent le potentiel vu par les ions Li
+ , se
comportent comme une éponge à travers laquelle ces ions peuvent se déplacer et
délimitent deux régions où ils peuvent se fixer avec des potentiels chimiques différents. La capacité actuellement réalisée correspond à une masse totale 60 fois
plus grande que celle du lithium actif, et il semble difficile de réduire considérablement cette masse.
La science fondamentale et ses principes conditionnent également d’autres aspects
essentiels de l’utilisation pratique de l’énergie, tels que transport, réserves ou nuisances. Les possibilités qu’elle ouvre et les contraintes qu’elle impose se conjuguent avec des facteurs économiques et sociaux (coûts, investissements, besoins
mondiaux...) sur lesquels nous reviendrons dans la suite de l’ouvrage. Par exemple,
si l’on souhaite mettre de l’énergie à disposition d’utilisateurs éloignés, l’énergie
électrique est la seule susceptible d’être facilement transportée et transformée
en n’importe quelle autre ; l’emploi dans ce but de lignes à haute tension n’a été
rendu possible, nous l’avons vu, que grâce à la maîtrise du ferromagnétisme au
XIX
e siècle. Cette avancée était capitale, car sinon il n’existe guère d’autre méthode
de transfert à distance de l’énergie que le transport des carburants. Une maîtrise
d’autres phénomènes physiques sera sans doute nécessaire au développement
industriel de nouvelles formes d’énergie, comme le solaire photovoltaïque.
ANNEXE - L’ÉLABORATION DU CONCEPT D’ÉNERGIE
Cette annexe a pour objet d’illustrer la complexité et la subtilité du concept d’énergie grâce à l’éclairage apporté par la perspective historique. De nombreux aspects
biographiques ou anecdotiques intéressants sortent cependant du présent cadre.
On consultera avec fruit le monumental Dictionary of Scientific Biography [1]. Seul
l’historique du premier principe est présenté ici avec quelques détails ; on pourra,
pour le deuxième principe, se reporter au paragraphe 3.4 du livre From Microphysics
to Macrophysics [2].