Énergie - Vivre ailleurs - La vie dans l'espace

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Nécessités

L'énergie...

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Bien évidemment, si nous voulons vivre dans l’espace, nous avons à produire notre énergie, nous allons donc traiter les différentes manières de produire de l’énergie à bord d’une station...






Fission nucléaire :


      Lors d’une fission nucléaire, un noyau atomique lourd (c'est-
-à-dire, formé d'un grand nombre de nucléons comme l'uranium (que l’on trouve par exemple un peu partout sur la planète, et même dans la mer), le plutonium, etc.) est bombardé par un neutron ; il en résulte 2 (ou plus) noyaux atomiques plus légers. Ces noyaux sont accompagnés par l’émission de neutrons (en général 2 ou 3) mais aussi d’une émission d’énergie importante. La masse des réactifs est donc plus importante que celle des produits. Cette différence est ce qu’on appelle le déficit de masse que l’on note ∆m, et nous permet de calculer l’énergie dégagée par la réaction grâce à la célèbre formule d’Einstein E=∆m.c². Cette masse "perdue" est donc celle qui s’est transformée en énergie.


La fission utilisée dans les centrales nucléaires est celle de l’Uranium 235 (qui est fissile), qui peut résulter en 3 paires d’atomes légers différents : Zirconium et Tellure, Krypton et Baryum ou alors Strontium et Xénon. Quel que soit le résultat de cette fission, celle-ci génère en autre une énergie thermique (chaleur), qui est par la suite réutilisée…


Nous n’allons pas décrire tout le fonctionnement d’une centrale nucléaire à fission, les ressources pour sa construction ne sont pas nécessairement très onéreuses, et il faudrait ainsi, reproduire une mini-centrale, dans l’espace… Ce qui n’est cependant pas forcément chose facile…

Cependant, faute de ne pas vous expliquer le fonctionnement d’une centrale, vous pouvez continuer la lecture de cet article, et vous comprendrez comment l’énergie est convertie en quelque chose… d’"utile"…

 
Fusion nucléaire
(ou fusion thermonucléaire) :
 
 
      La fusion nucléaire est un processus durant lequel 2 noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau atomique plus lourd. Ce noyau plus lourd est toutefois plus léger que la somme des 2 atomes réactifs ; ce que l’on appelle le déficit de masse est converti en énergie sous sa forme la plus simple : la chaleur.
Cette conversion en énergie se traduit avec la formule E=∆m.c², tout comme pour la fission nucléaire.


Un de ses intérêts est de pouvoir obtenir théoriquement beaucoup plus d’énergie : d'abord à masse de "combustible" égale : la fusion libère trois à quatre fois plus d'énergie que la fission, et produit largement moins de déchets, même si nous pourrions abandonner les déchets de la fission vers un soleil (une étoile) afin de les détruire (nous reparlerons de ça dans « Notre Solution »).


Ensuite, le stock de "combustible" est beaucoup plus large : les océans contiennent naturellement une telle masse de deutérium (33 g/m³) qu'ils pourraient satisfaire la consommation d'énergie actuelle de l'espèce humaine pendant cent millions d'années (le deutérium contenu dans 1 m³ d'eau peut potentiellement fournir autant d'énergie que la combustion de 700t de pétrole).

Toutefois, pour cette réaction il faut du tritium, dont la quantité est bien plus faible : on possède actuellement 2kg de tritium sur Terre (depuis qu’on le récolte), avec une production d’uniquement 2g par an (au niveau mondial) ; mais bonne nouvelle : il y en a une quantité très importante sur la Lune.
Des robots-cargots-lunaires se chargeront de récolter le tritium nécessaire à la Forge (voir la partie "Solution"...).


Cette fusion tritium-deutérium a été notamment utilisé dans les années 50 et 60 par les États-Unis et l’Union Soviétique pour procéder aux essais de bombes thermonucléaires ou bombes H, beaucoup plus  puissantes (et polluantes) que les bombes atomiques basées sur la fission nucléaire utilisées en 1945. Cette réaction est difficile à réaliser car il faut rapprocher deux noyaux qui ont tendance naturellement à se repousser.


Maîtriser sur Terre la fusion de noyaux légers, tels que le deutérium, donnerait accès à des ressources énergétiques dans des quantités jamais rencontrées jusqu'alors par l'espèce humaine et produirait beaucoup moins de déchets nucléaires que la fission.
Cet enjeu considérable a mené les communautés scientifiques nationales et internationales à lancer pour l’instant un seul projet "d'envergure", tel qu’ITER dans le Sud de la France (projet international  qui s’inscrit dans une démarche d’industrialisation de la fusion nucléaire). ITER est actuellement en construction (depuis déjà 60 ans), nous avons un mini-Soleil en France, et (presque) personne ne le sait !... Tout est supergénial.

Heureusement, il y quelques entreprises privées qui se lancent dans la conception de moteur à fusion de quelque mètres seulement de diamètre.
Ainsi, dans la station il serait judicieux d’utiliser la fusion pour l’alimenter…

 


La dynamo, et la conversion d’énergie :
 

 
Un dynamo, c’est simple...

On fait tourner un aimant,
à l’intérieur d’une bobine de fil conducteur isolée.

La variation de champ magnétique de l’aimant (Nord/Sud), met les éléctrons en mouvement à l’intérieur de la bobine.

Les éléctrons vont ainsi d’un côté puis d’un autre : on produit alors un courant altérnatif, d’où le nom donné l’altérnateur…

Pour faire tourner l’aimant au sein de la bobine,
on utilise une roue quelconque (ou autre),
ou une turbine (actionnée ici par la vapeur des fusion/fission).


Deux autres dynamos : l'anneau de Pacinotti--Gramme, et une de vélo...
Un dynamo (en bleu) ; la première alimentée avec
de l'eau,
la seconde de la vapeur.
© C'est pas sorcier.

 

Panneaux Solaires :
 

Il existe 3 différents types de panneaux solaires...




Les panneaux solaires photovoltaïques : Ces panneaux convertissent les rayonnements solaires en électricité à l’aide de regroupement de cellules photovoltaïques. Ces cellules photovoltaïques sont composées de matériaux dits semi-conducteurs, le plus souvent du silicium dans le cas des panneaux solaires photovoltaïques.

Lorsque ces derniers sont frappés par les photons des rayons du soleil, les électrons vont alors se mettre en mouvement et ce déplacement produit un courant électrique continu. Le système permet ensuite d’additionner les quantités d’électricité produite par les différentes cellules qui composent le panneau solaire photovoltaïque. Enfin, il suffit de convertir le courant continu en courant alternatif à l’aide d’onduleurs.

On estime que si nous pouvions récupérer toute les rayonnements solaires en une heure nous aurions assez d’électricité pour couvrir les besoins de la planète entière en électricité pendant 24 heures.
Bien évidemment couvrir l’intégralité de la surface de la Terre en panneaux solaires n’est pas possible, mais dans une optique plus réaliste, un carré de 344 km de côté (c’est à dire 12000 km², un peu plus de la superficie de l’Islande qui fait, elle 10000 km²) suffirait à couvrir les besoins mondiaux en électricité.

À cause de l’atmosphère de notre planète, nous recevons environ 25% de rayonnements solaires en moins, les panneaux solaires photovoltaïques sont donc plus efficace dans l’espace, et la quasi omniprésence des panneaux solaires photovoltaïques sur les satellites et les nombreux projets de centrales électriques photovoltaïques spatiales.







Les panneaux solaires thermiques :
parmi cette catégorie, il existe 2 types
de panneau solaire thermique : les capteurs hydrothermiques, et les systèmes aérothermiques.
- Les capteurs  thermiques "à eau" : de l’eau circule dans des tubes en circuit fermé. Pour un meilleur rendement, ces tubes peuvent être "sous vide", c’est-à-dire que la surface des tubes est double et qu’entre ces deux couches est fait le vide, ce qui permet d’obtenir un effet de serre.

- Les capteurs thermiques "à air" : de l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs ou dans une zone d'effet de serre. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats, généralement pour le chauffage et parfois pour des usages industriels ou agricoles (séchage des produits).

En somme, les capteurs thermiques sont principalement utilisés pour préserver la chaleur obtenue grâce au Soleil.




 
Les panneaux solaires photovoltaïques hybrides : Cette technologie combine les deux précédentes en un seul panneau afin de produire jusqu’à 3 voire 4 fois plus d’énergie en piégeant la chaleur des rayons du soleil et de la convertir en énergie (en utilisant et l'énergie thermique du Soleil ou de l'étoile en question, mais également l'énergie thermique perdue lors de la convertion en une autre énergie...).
Même si cette technique paraît plus astucieuse, elle n’a pas été testée dans l’espace, et il est possible que l’absence d’atmosphère ne permette pas le même rendement d’énergie.

 
Cependant, il est possible que la proximité au zéro absolu qui règne dans l’espace rendrait ces panneaux hybrides moins efficaces que les panneaux intégralement photovoltaïques, qui sont quant à eux, moins coûteux à produire.  


Les énergies non-utilisables :

Toutes les énergies ne sont pas utilisables en raison des limites imposées par l’espace

 

 
L’énergie éolienne : Au début c’est une idée ridicule : il n’y a pas de vent dans l’espace, ni (ou peu) dans la station…
En y réfléchissant bien, on pourrait envoyer en sortie deux astronautes pousser un peu l’éolienne pour lui donner de l’élan (un moteur pourrait faire l’affaire aussi). Les forces de frottements étant inexistantes dans le vide, cela parait d’être une idée ingénieuse… L’énergie produite serait bien plus importante que celle utilisée pour le moteur (ou les astronautes).
Toutefois la friction de la dynamo (l’appareil électrique chargé de récupérer l’énergie produite) de l’éolienne empêche surement cette théorie d’être utilisable.


L’énergie hydraulique : Même raisonnement que pour
l’énergie éolienne.
En outre, l'eau est une ressource relativement précieuse,
et ce serait une perte de place considérable...

La combustion et l’énergie géothermique : Dans un espace où l’oxygène est limité et précieux, l’utilisation de la combustion pour produire de l’énergie semble contre-productif face aux autres alternatives, tandis que l’énergie géothermique dépend de la chaleur de la Terre, elles sont donc toutes deux inutilisables dans une station qui est composée en quasi-totalité de métal.

 

Pour résumer...


 
En analysant les différentes sources d’énergies utilisables, on finit donc par se pencher vers plusieurs sources principales d’énergie :

- les panneaux photovoltaïques, en raison de leur rendement prouvé dans les différentes installations que l’humanité a déjà envoyé dans l’espace, telles que les satellites et l’ISS (qui lui permettent de faire le plein d’énergie lorsque notre Soleil n’éclaire plus la station).

- de plus, on peut y associer la fusion nucléaire afin de produire plus d’énergie si les panneaux solaires ne sont pas suffisants : la technologie est bientôt au point et cette dernière est plus efficace, plus économe, et plus petite.

- on pourra également récupérer toutes sortes de molécules d'eau, en les cassant avec l'énergie fournie par les panneaux solaires, ou un générateur nucléaire. Ainsi, on en tirerait de l'hydrogène : un agent propulseur ; et de l'oxygène, pour respirer...


Le principal problème actuel est plus le stockage... Pour l'instant, on ne sait toujours pas faire, alors il faudra utiliser des bateries, soient piles combustibles à hydrogène, ou des normales (au lithium par exemple).


Mais les chercheurs, ingénieurs et scientifiques essayent
constamment de trouver une encore meilleure solution...
 
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