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TPE Groupe 9 (Hugo Avrillon, Lucas Bodin, Romain Lauwers) LA SALLE SAINT-LOUIS

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by

Romain Lauwers

on 1 June 2014

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Transcript of TPE Groupe 9 (Hugo Avrillon, Lucas Bodin, Romain Lauwers) LA SALLE SAINT-LOUIS

Sommaire
Les éoliennes aériennes
Qu'est- ce que les éoliennes aériennes ?
Les panneaux solaires spatiaux
Algocarburants
-Introduction

-Les éoliennes dans le ciel

-Les panneaux solaires dans l'espace

-Un diesel 100 % vert

-Conclusion

-Bibliographie

-Annexes
De nombreux systèmes ont été imaginés et certains développés pour récupérer l'énergie du vent en altitude. Ils sont généralement dérivés de cerfs-volants, de planeurs, de ballons...
Les éoliennes aériennes sont des éoliennes que l'on met dans les airs pour produire de l'électricité. Elles sont reliées au sol par des câbles qui permettent la transmission de l'électricité produite par ces éoliennes.
Pourquoi changer le système classique de l'éolienne ?
D'abord les vents entre 400 et 10.000 m d'altitude sont moins perturbés par le relief. Ensuite parce que les vents sont plus forts et plus fréquents en altitude qu'au niveau du sol (les vents qui passent au-dessus de l'Europe représentent une énergie équivalente à celle de 100 000 centrales nucléaires !).
De plus on pourrait capter le vent sur une plus grande surface sans augmenter l'emprise sur le sol et cela réduit l'impact sur l'environnement au sol.
Et pour finir cela serait plus rentable d'utiliser cette éolienne plutôt que sa grande soeur terrestre
Outre des rendements décuplés, une maintenance aisée et l’absence de nuisances sonores, les éoliennes volantes ont l’avantage de produire une électricité deux fois moins coûteuse : 0,03 euros le kilowatt-heure contre le 0,06 pour les éoliennes terrestres. Rétractables, ces engins ne causeraient en outre pas de pollution visuelle continue. Plus facilement installables, ils permettraient par ailleurs d’alimenter des régions isolées ainsi que les pays en développement affichant d’importants besoins en énergie.
Fonctionnement :
Différents systèmes sont aujourd'hui envisagés. Les systèmes plus légers que l'air ont l'intérêt de pouvoir rester en altitude sans apport d'énergie en l'absence de vents et les systèmes plus lourds ont besoin d'un apport d'énergie si le vent faiblit. Comme nous l'avons vu précédemment un câble pourrait être utilisé. Mais dans certains projets futuristes la partie volante serait retenue par un champ gravitationnel, les ondes génèrées par celui-ci pourraient aussi être utilisées. Un générateur aérien serait employé le plus souvent parce qu'il a l'avantage de ne pas demander de transmission mécanique. Concernant l'intérieur de l'éolienne cela fonctionne comme une éolienne terrestre.
Quel avenir pour ce projet ?
Les éoliennes aériennes sont des producteurs d'électricité aux performances très prometteuses. Alors que leurs grandes soeurs terrestres tournent seulement 20% du temps, elles pourraient tourner 4,5 fois plus, soit à 90% du temps. Elles seraient vraiment le moteur de la planète car si ces éoliennes volantes captaient 1% des vents de haute altitude, la totalité des besoins énergétiques de la planète seraient satisfaits. Donc il faut vraiment se pencher sur le sujet. D'ailleurs dès 2020 la commercialisation de ces engins à énergie verte devraient être mis en place.
Qu'est-ce que les panneaux solaires spatiaux ?
Ce sont des panneaux solaires projetés en orbite pour capter les rayons du soleil de manière optimale et les transmettre à la Terre sous forme d'ondes sans être gêné par les nuages ou le mauvais temps.
L'idée est d'envoyer des satellites dans l'espace où ils vont déployer des tableaux de panneaux solaires d’une longueur de 2,5 km. Ils seraient envoyés à 35 786 kilomètres, en orbite géostationnaire. Un objet qui se trouve sur cet orbite se déplace de manière exactement synchrone avec la planète et reste constamment au-dessus du même point de la surface. Les panneaux solaires montés sur le satellite seraient fabriqués d'un matériel en céramique contenant du chrome, pour absorber la lumière, et du néodyme pour la transformer en lumière laser.
Quels sont leurs intérêts ?
Les panneaux solaires donnent de l'électricité jusqu'à ce qu'ils soit hors d'état pour environ 25 euros par foyer.
Dans l'espace, le rayonnement est beaucoup plus puissant que sur Terre. Une partie de l'énergie solaire est perdue dès son entrée dans l'atmosphère à cause d’effets liés à sa réflexion et à son absorption.
De plus, le rayonnement ne dépend pas des saisons ni de la météo. Autre avantage très conséquent : plus de contrainte jour / nuit. Le satellite en espace travaille 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.
Pour ce qui est de la durée de vie des panneaux solaires spatiaux, les chercheurs s'inspirent des mécanismes mis en place par les organismes qui pratiquent la photosynthèse. Ils visent à reproduire la fonction qui leur permet de s’auto-réparer. L’absence d’une atmosphère protectrice pose un problème. Celui des micro météorites qui risquent d’endommager les panneaux. Il faudra donc que la centrale soit en mesure de réparer toute seule les trous qui pourraient apparaître dans les membranes photosensibles exposées à ce risque faute de pouvoir bénéficier du même blindage que le corps de l’engin, ce qui revient à lui donner la capacité de cicatriser à type de structures gonflables. Certains panneaux auraient une durée de vie d'un peu plus de 10 ans. Le mécanisme d’auto réparation de ces structures gonflables devra être comparable à celui de la paroi de nos cellules lorsqu’elles se retrouvent percées. Si la régénération des cellules photovoltaïques et l’auto réparation des panneaux solaires devraient être en mesure d’assurer un temps de vie assez long au dispositif, il n’est pas à exclure que des pannes plus importantes surviennent. Il faudra alors remplacer les pièces endommagées pour que la centrale continue à fonctionner normalement. Comme il est aussi coûteux que périlleux d’envoyer des techniciens pour réparer, cette mission devrait à terme être confiée à des robots. Ils pourraient rester à demeure sur l’engin en état de veille avec un stock de pièces de rechange identifiées comme les plus fragiles. La durée de vie d’un système étant déterminée par son élément le plus faible.
Comment fonctionnent-ils ?
Quel est leur avenir ?
Toujours à l'état de projet, cela fait 7 ans que l'entreprise Solaren planifie l'envoi d'un satellite équipé de panneaux solaires dans l’espace et cela fait 5 ans que la nasa fait des recherches à ce sujet. Dans environ 2 à 3 ans, les panneaux solaires spatiaux seront une réalité. De plus, d’ici 2030, le Japon souhaite pouvoir capter les rayons du soleil avec des centrales photovoltaïques spatiales avant même que ces rayons n'arrivent sur Terre.
Qu'est ce que les algocarburants ?
Ce sont des biocarburants de 3ème génération créés à partir de micros algues, contenant du biodiesel et de l'éthanol.
A quoi serviraient-ils ? Pourquoi les créer ?
Quel serait l'avenir des algocarburants ?
Ils seraient les successeurs du pétrole, car ils seraient peu coûteux (après une mise en marche), ils seraient à 1,50€ par litre ce prix qui ne varirait pas car il n'y aura pas de pénurie possible. En plus c'est une énergie 100% propre, donc il y a un respect vis-à-vis des générations futures.
Les algocarburants sont très productifs et écologiques car un hectare permettrait la production d'environ 25 000 à 60 000 litres par an.
De plus, cela peut être produit en pleine mer sur des plates-formes adaptées.
Et pour finir la production nécessite du CO₂, donc le bilan carbone est neutre, limitant le réchauffement climatique.
Cela serait extrêmement intéressant puisque des îles comme La Réunion pourrait entièrement rouler au pétrole fabriqué à partir de micro-algues.
Conclusion
Les projets énergétiques innovants
Ce prezi a été réalisé par les lycéens : Avrillon Hugo, Bodin Lucas et Lauwers Romain, en classe de 1ère S2, du lycée Saint-Louis à Pont-l'Abbé-d'Arnoult, dans le cadre des TPE. Notre but est de répondre à notre problématique : Les projets énergétiques innovants permettraient-ils de respecter les générations futures ?
Ils permettraient de remplacer le pétrole par l'algocarburant sans modification du moteur des véhicules.
Les algocarburants peuvent être produits rapidement et en grande quantité. Ils sont peu polluants voir pas du tout. Mais pour l'instant la production est coûteuse.
Comment les produire ?
Élevons des algues, puis privons les de nutriments,
explosons leur cellule, récupérons les glucides et lipides,
faisons les macérer, raffiner et nous obtenons du pétrole 100% propre en 2 jours.
Origine de l'électricité en France de nos jours
Bienvenue sur notre TPE
Soleil
Terre
rayons du Soleil
panneaux solaires spatiaux
ondes
Bibliographie
Nous vous remercions de votre attention
Ce système s'appelle Air Rotor Magenn (MARS) de Power Air Rotor System.
Annexes
La France dépend essentiellement du nucléaire pour la production d' électricité
MARS est une turbine plus légère que l'air attachée au sol grâce à un câble. L'énergie électrique fournie par l'éolienne est transférée vers le bas par ce même câble. L’hélium soutient le système Air Rotor Magenn, qui monte à une altitude choisie par l'opérateur pour capter les meilleurs vents. Le système Mars doit être installé dans un endroit très contrôlé et délimité, et enfin, en cas de vent trop faible ou trop fort, l’engin est automatiquement ramené au sol.
Nous sommes plus de 7 milliards d'humains sur Terre et nous avons tous besoin d'énergie.
Le pétrole, le charbon et le nucléaire, sont les premières sources d'énergie dans le monde
Mais ces moyens de production sont nocifs pour l'environnement dans lequel évoluerons nos enfants, à l'exception des énergies renouvelables.
Des projets innovants ont donc vu le jour et c'est de cela que nous allons parler avec pour fil directeur la problématique :
"Les projets énergétiques innovants permettraient-ils de respecter les générations futures?"
Un exemple : La France
Le pétrole est la 1ère source d'énergie dans le monde et satisfait 32 % des besoins énergétiques, mais ne représente que 4,6 % de l'électricité mondiale. Le pétrole représente une demande de 89,77 millions de barils par jour, soit 32 766,05 millions de barils par an.
La consommation de charbon dans le monde représente 5,8 milliards de tonnes de charbon ou 3 724 Millions TEP en 2011. La consommation de charbon a plus que doublé en 30 ans et devrait continuer à augmenter de 1,8% par an et passer à 4 441 Millions TEP en 2030. Le charbon représente plus de 41% de l'électricité mondiale.
L'exploitation d'une centrale nucléaire génère une quantité phénoménale de déchets radioactifs. La gestion de ces déchets est un processus complexe, en général confiée à une organisation spécifique.
La période radioactive des éléments nécessaires à la production d'électricité (soit l'uranium et le plutonium) peut atteindre plus de 24 000 ans. Or, chaque français avec une énergie issue à 80% du nucléaire produit 1 Kg de déchets radioactifs par an dont 10 g sont hautement radioactif et le resterons.
Pour information, l'économie française et les Français consomment 721 millions de barils de pétrole par an pour l'industrie, les transports et l'electricité.
Ce prototype a été développé par Makani Power, il est fait de fibres de carbone et il ressemble à un planeur ou à un cerf-volant. Ses ailes font 8 mètres d'envergure et sont dotées d'hélices motorisées destinées à le hisser jusqu'à 400 mètres d'altitude, là où le vent est plus fort et plus régulier. L'appareil, relié à la terre par un câble, est conçu pour adopter un mouvement circulaire perpendiculaire à la direction du vent. Cela lui permet de se maintenir dans le ciel sans consommer la moindre énergie. Ses hélices se muent alors en turbines, et son moteur en générateur.
Un autre type d'éolienne aérienne est en développement : celle-ci serait une éolienne de puissance moyenne ( environ 1,5 MW par heure). Elle est constituée de plusieurs rotors, et volerait à la manière d'un hélicoptère. Ici, nous pouvons voir une représentation artistique de cette éolienne.
L'éolienne volante en marche, l'électricité produite est rapatriée au sol via un câble électrique.
Centrale thermique à flamme de Cordemais, Loire-Atlantique, France
Les panneaux solaires spatiaux en orbite collecterait l’énergie solaire et la convertirait en électricité pour la transmettre sur Terre. En effet, grâce à un émetteur à micro-ondes ou un émetteur laser, il pourrait la concentrer et créer un faisceau qui serait collecté sur des bases terrestres. Les panneaux solaires équipés d'antennes massives mesurant trois km de long, chaque station serait capable de produire 1 GW d'électricité. Une seule unité placée dans l'espace pourrait générer suffisamment d'énergie pour alimenter 500 000 foyers, sans aucune émission de gaz à effet de serre!
Le 3 mai 2012, les ingénieurs de Makani Power ont testé avec succès le premier vol totalement autonome, du décollage à l'atterrissage, de cette éolienne volante.
Pour une ville comme Rochefort qui consomme 560 MWh par jour, (23,3 MWh en moyenne par heure) il faudrait : 16 éoliennes en moyenne.
Captage d'un panneau solaire spatial
Centrale nucléaire de Blaye (Gironde)
D'abord, parlons des éoliennes aériennes. Leur atout principal est leur faible coût, généralement moins de 10 000 euros pour une éolienne moyenne. Cependant, ce type d’éolienne peut présenter un problème pour l’aviation à sa proximité, car ayant un câble suspendu à 600m d’altitude, il peut présenter un risque de collision.
Puis regardons avec attention les panneaux solaires spatiaux. Ils pourraient nous permettre d'offrir aux générations futures une production d'électricité non polluante et à moindre coût pour les utilisateurs. Mais malheureusement, ces projet sont encore en développement.
C'est un projet tout à fait sérieux que le Japon nous présente ici. Il a décidé de construire, à l'horizon 2030, des panneaux solaires spatiaux, à même de capter l'énergie émise par le Soleil et de la reémettre sur Terre par faisceau laser ou micro-ondes.
Image de synthèse du projet.
D'après notre travail, nous pouvons certifier que produire du biocarburant à partir de micro-algues est bel et bien réalisable.
Les algocarburants représentent d'énormes avantages :
• elles ne concurrencent pas l'agriculture pour ce qui est de l'utilisation de l'eau et des surfaces arables ;
• leur exploitation n'est pas polluante, elle a un bilan carbone (CO2) neutre;
• les algocarburants rejettent au total 10 à 15% de CO2 en moins par rapport aux carburants fossiles
Mais le problème de la mise en place des algocarburants vient des lobbyings pétroliers qui font tout pour limiter leur circulation afin de profiter des revenus du pétrole le plus longtemps possible. Il y a un autre problème majeur actuellement qui empêche la production d'algocarburant, c'est le coût de production qui irait de 5 à 11 euros par litre. L'algocarburant est réellement capable de succéder au pétrole. Cependant, quelques obstacles freinent actuellement son développement. Avec les recherches qui continuent et les projets qui se développent, il est en effet possible que d'ici plusieurs années, l'algocarburant devienne une source d'énergie exploitable à l'échelle de nos besoins ils ouvriront donc les portes d'une ère énergétique nouvelle.
Le pétrole se mesure en baril. Un baril=158,9873 litres
TEP=tonnes équivalant pétrole


Fonctionnement d'une éolienne terrestre :
Son fonctionnement est simple et s’inspire de la technologie des moulins à vent.
La machine se compose de 3 pales (en général) portées par un rotor et installées au sommet d’un mât vertical. Cet ensemble est fixé par une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d’orienter la partie supérieure afin qu’elle soit toujours face au vent.
Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) du vent en énergie mécanique.
Le vent fait tourner les pales entre 10 et 25 tours par minute. La vitesse de rotation des pales est en fonction de la taille de celles-ci. Plus les pales seront grandes, moins elles tourneront rapidement.
Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des générateurs ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de l’électricité. Ainsi, le multiplicateur a pour rôle d’accélérer le mouvement lent des pales.
L’électricité produite par le générateur a une tension d’environ 690 volts. Ne pouvant pas être utilisée directement, elle est traitée grâce à un convertisseur, et sa tension est augmentée à 20 000 volts.
Elle est alors injectée dans le réseau électrique et peut être distribuée aux consommateurs.

Le prix pour les unités MARS 10 - 25 kW (photo 1 des éoliennes aériennes) est encore à déterminer, mais l'objectif de l’entreprise qui le conçoit est de livrer le produit à un coût qui s’élèvera à 4800 euros.
1 mégawatt-heure (MW·h) = 1 000 kW·h

Le néodyme est un élément chimique, de symbole Nd et de numéro atomique 60. C'est un métal gris argent du groupe des terres rares.

Le chrome de symbole Cr, de Numéro atomique 24, de Groupe 6, et de Période 4. C'est un métal gris-acier, très dur, cassant et qui résiste à la corrosion et aux températures ordinaires. Le métal pur a une couleur bleutée.

La biomasse est l'ensemble de la matière organique d'origine végétale ou animale.
Les principales formes de l’énergie de biomasse sont: les biocarburants pour le transport (produits essentiellement à partir de céréales, de sucre, d’oléagineux et d’huiles usagées) ; le chauffage domestique (alimenté au bois) ; et la combustion de bois et de déchets dans des centrales produisant de l’électricité, de la chaleur ou les deux.
schéma d'une éolienne :
Corentin JULE, Romain MORVAN et Thomas KIM
, Les algocarburants,
en ligne, site consulté à partir du 17/10/2013, disponible sur world wide web : http://tpe-algocarburant.net16.net/index.php

Courant positif,
Eoliennes volantes : l’avenir de l’énergie est dans le ciel
! (11 avril 2013 10 h 40 min), en ligne, site consulté plusieurs fois pendant les séances de TPE et à la maison, disponible sur world wide web : http://www.courantpositif.fr/eoliennes-volantes-lavenir-de-lenergie-est-dans-le-ciel-2/

RTFLASH,
Des éoliennes aériennes moins chères et plus éfficace !
, en ligne, site consulté le 15/10/2013, disponible sur world wide web : http://www.rtflash.fr/eoliennes-aeriennes-mons-cheres-et-plus-efficaces/article

Gentside découverte,
Des panneaux solaires dans l’espace pour acheminer de l’énergie renouvelable sur Terre ?
, en ligne, site consulté le 17/10/2013, disponible sur world wide web : http://www.maxisciences.com/panneau-solaire/des-panneaux-solaires-dans-l-espace-pour-acheminer-de-l-energie-renouvelable-sur-terre_art1704.html

Le parisien,
Futur : les éoliennes prennent leur envol
, en ligne, site consulté le à partir du 16/11/2013, disponible sur world wide web : http://www.leparisien.fr/magazine/grand-angle/futur-les-eoliennes-prennent-leur-envol-15-10-2012-2235281.php

lintern@ute.com,
L’électricité qui vient du ciel
, en ligne, site consulté plusieurs fois à partir du 29/11/2013, disponible sur world wide web : http://www.linternaute.com/science/espace/deja-demain/07/electricite-laser-espace/electricite-espace.shtml

AGORA VOX,
La centrale solaire spatiale et ses enjeux
, en ligne, site consulté à partir de début décembre, disponible sur world wide web : http://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/la-centrale-solaire-spatiale-et-88440

Imedd,
Perspective de l’énergie solaire dans l’espace
, en ligne, site consulté le 11/12/2013, disponible sur world wide web : http://www.imedd-group.com/onthemove-fr/perspectives-de-l-energie-solaire-dans-l-espac/#.UuaUhBBKFD9

Futura-sciences,
Greentech : Bioalgostral et son algocarburant valorisant des déchets
(29/05/2013), en ligne, site consulté pendant les vacances de noël, disponible sur world wide web : http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/actu/d/developpement-durable-greentech-bioalgostral-son-algocarburant-valorisant-dechets-46746/

Hélène Toutchkov,
Japon : une centrale solaire spatiale pour 2030
(08/09/2009), en ligne, site consulté pendant les vacances de noël, disponible sur world wide web : http://www.developpementdurable.com/technologie/2009/09/A2873/japon-une-centrale-solaire-spatiale-pour-2030.html

Clotilde BERTHIER et Vivien DELOULE, élèves ingénieurs 2e année,
Microalgues pour biocarburants de 3e génération
(Novembre 2013), en ligne, site consulté le 10/01/2014, disponible sur world wide web : http://cerig.efpg.inpg.fr/memoire/2013/biocarburant-microalgue.htm

Enerzine.com,
1er test d'une éolienne aérienne gonflable
, en ligne, site consulté le 10/01/2014, disponible sur world wide web : http://www.enerzine.com/3/4864+1er-test-dune-eolienne-aerienne-gonflable-+.html

EDF,
INFORMATION SUR L'ORIGINE DE L'ÉLECTRICITÉ FOURNIE PAR EDF
, en ligne, site consulté le 11/01/2014, disponible sur world wide web : http://fr.edf.com/autres-pages-53295.html

Planetoscope,
Consommation mondiale de pétrole
, site consulté le 12/01/2014, disponible sur world wide web : http://www.planetoscope.com/petrole/209-consommation-mondiale-de-petrole.html

DE GRANDI, MICHEL, Le Japon travaille à l'installation d'une station solaire spatiale, in Les Echos, n° 20560, 26 Novembre 2009, p 11
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