strangepaths.com

Author: Welkin
Forum: Physique
Date: 2009-11-26

Merci pour la réponse

Author: xantox
Forum: Physique
Date: 2009-11-26

C'est bien une coquille, ça arrive. J'envoie un mail pour la signaler.

Re: Changement de base d'une métrique

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-11-25

Je passe régulièrement par la rubrique bibliographie du site pour découvrir de bons ouvrages. Dernièrement j'ai acquiq le livre de Peter et Uzan : Cosmologie Primordiale.

Très très bel achat

Moi aussi je l'ai.

Mais euh... je confesse sur les 3/4 des équations (dès que sa part dans la RG, précisément...) il ne reste de moi que de la tripe sanglante sur les barbelés

Je suis dérangé par ce qui me semble une erreur élémentaire dans le tout premier chapitre censé se composer de rappels. L'équation 1.3, décrivant comment la métrique newtonienne change par changement de base , me semble fausse. On a :

dl^2 = g_ij (y^k) dx^i dx^j avec g_ij (y^k) = dx^m/dy^i * dx^n/dy^j * deltakroenecker_mn

J'aurais écrit plutôt : dl^2 = g_ij (y^k) dy^i dy^j

Je pourrais penser à une coquille mais la même écriture est ensuite proposée pour la métrique de Minkowski en 1.8.
Il me manque quelque chose ?

Si xantox pouvait passer, y 'a des chance qu'il ait un avis éclairant là dessus.

a+

Changement de base d'une métrique

Author: Welkin
Forum: Physique
Date: 2009-11-22

Je passe régulièrement par la rubrique bibliographie du site pour découvrir de bons ouvrages. Dernièrement j'ai acquiq le livre de Peter et Uzan : Cosmologie Primordiale.

Je suis dérangé par ce qui me semble une erreur élémentaire dans le tout premier chapitre censé se composer de rappels. L'équation 1.3, décrivant comment la métrique newtonienne change par changement de base , me semble fausse. On a :

dl^2 = g_ij (y^k) dx^i dx^j avec g_ij (y^k) = dx^m/dy^i * dx^n/dy^j * deltakroenecker_mn

J'aurais écrit plutôt : dl^2 = g_ij (y^k) dy^i dy^j

Je pourrais penser à une coquille mais la même écriture est ensuite proposée pour la métrique de Minkowski en 1.8.
Il me manque quelque chose ?

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-11-17

non un simple aller sans retour.

deux fichiers word en cours de rédaction brouillonne.

Je cherche des informations pour savoir la consommation électrique d'un chauffage par l'électricité.

quelle température est idéale pour l'être humain, les plantes, les animaux qui voyagent dans un vaisseau spatial ? 37.5 ° C ?

la température dans l'espace influe t elle ?

Je cherche aussi des infos sur la production annuelle de fruits, légumes, production hebdomadaire ou journalière d'oeufs par les poules, de lait par des vaches ?

La quantité d'eau nécessaire en hydroponie ?

L'éclairage artificielle nécessaire pour les plantes ? la consommation électrique pour cet éclairage électrique ?

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-11-16

Pour la durée, c'est sur du 5-6 ans.

Un aller retour dans une fusée relativiste ?
Là ça dépote au niveau énergétique...

Tu veux un calcul propre d'aller retour ?

a+

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-11-16

Pour la durée, c'est sur du 5-6 ans.

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-11-14

C'est pour en faire un producteur d'électricité, d'eau et de chaleur.

Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.

Ok. Ca peut se comprendre. Mais est ce qu'on poursuit dans l'idée d'un scénario cohérent (aller retour en "une vie") avec un GRÖSS quantité d'énergie (comme expliqué dans la première réponse) ? Parce que si on est cohérent, les schémas d'économie d'énergie sont évidemment assez spécieux pour qq centaines de personnes dans un vaisseau relativiste qui dégouline d'énergie de propulsion

J'aime bien les scénarios cohérents et je pense que ça participe à l'efficacité pédagogique.

J'entend bien que le but de l'exercice c'est de leur faire découvrir les exigence d'une environnement "fini", qui est un des objectif majeur de la pensée écologique rationnellement transmissible, sans pathos évangélisateur.

Mais on le peut à un niveau supérieur justement en se plaçant dans le jeu intellectuel : "si j'avais de l'énergie...". Comment déplace t'on les équilibres avec la chaleur, la luminosité, les flux d'air et d'eau, le cycle des éléments...

Donc y'a un choix pédagogique assez intéressant à faire à mon sens pour maintenir la cohérence du "jeu d'essai" dans lequel on demande aux élève de s'investir en imagination, tout en leur ouvrant à la pensée d'un monde en interaction homme-nature.

Pour le dire plus crument, imaginer une pile à combustible dans un tel environnement (même restreint à une petite serre élémentaire) c'est un peu se demander combien de chevaux pour tirer le métro de Paris... Ceci dit, ça reste drôle et pédagogique mais c'est un peu plus jeu de société sur plateau C'est bien aussi...

a+

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-11-09

C'est pour en faire un producteur d'électricité, d'eau et de chaleur.

Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-11-08

Salut Waldham,

Un petit lien sur wiki à propos de :
l'hydroponie

L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.

L'utilisation d'un brouillard d'eau nutritive en lieu et place d'un sol est effectivement une solution intéressante mais à mon sens circonstanciée à certains usages, dans le cadre de l'Arche. On peut élargir le cadre de réflexion mais là il faudrait que tu me guide sur ce que tu envisages pour tes élèves. Entre la Station Internationale et l'Arche il y a une différences d'échelles...

Pour l'Arche en tout cas, l'usage d'une telle solution est assez restreinte mais elle m'intéresse par exemple pour alléger la "chaine de montagne" de l'Arche (baptisons là : Atlas, elle supporte le climat), qu'on voudrait la plus haute possible mais avec un poids surfacique limité à 20 t/m² (structure + sol+ biomasse). L'Atlas est formée de paliers étagés de végétations luxuriantes, avec possiblement là dedans des arbres de grandes dimensions et de gros diamètres. Il faudrait à la fois permettre un enracinement puissant (autours d'un réseau de câbles par exemple) et un minimum de sol pour limiter son poids, l'ultraponie offre une solution pour alimenter le chevelu racinaire avec un sol aérien sous quelques mètres de sol végétal. Ce n'est pas exactement de la culture de tomates sous serres...

Dans le cadre du Moyeu, j'ai besoin d'une chemise d'eau pleine pour protéger la structure des rayons cosmiques ; et il me semble que l'optimum de production de biomasse est plus facilement atteint avec des végétaux quasi-monocellulaires en solution dans une eau saturée de nutriment et fortement éclairée.

1) Je cherche des infos sur la productivité des différentes plantes qui pourraient servir de nourriture.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.

A la base il faut se figurer que le rendement de la transformation lumière -> énergie chimique est lié au rendement de Carnot.

La source froide c'est le température de la plante (Tf ~ 300K) et la source chaude c'est la température du photon (Tc~ 6000K).

Le rendement max (indépassable) est donné par r = 1-Tf/Tc soit ici 0,95.

Au niveau moléculaire (au niveau de l'antenne de chlorophylle, dans sa capacité à capter les photons incidents et à les transformer en électrons circulants) on n'est pas loin de ce rendement, par contre au niveau biomasse on tombe à quelque chose de l'ordre de 5% comme déjà évoqué. Multiplier ce rendement par 8 ou 10 n'est pas un objectif déraisonnable à l'échéance à laquelle on se situe, pour certaine production en tout cas, dont celles qui auraient lieu dans la chemise d'eau du Moyeu, de nature assez industrielles. Ce ne serait pas de l'ultraponie tel que je l'envisage mais on n'est pas obligé non plus de figer les choix à une technique du XXIe siècle, même pour le présenter aux élèves.

2) Je cherche aussi la consommation d'eau, d'électricité, d'engrais et de phyto-sanitaires.

Dans le cadre d'un espace clôt, la seule chose consommée véritablement est l'énergie, le reste ce sont des flux de recyclages. Maintenant pour quantifier ces flux "matière" (eau et nutriment, pour les phyto, c'est vraiment top infime et circonstancié à un type de lutte pour être quantifiable même en théorie) il faudrait se fixer sur une végétal modèle pour fixer les choses, en fonction d'un usage : alimentation, textile, engrai azoté...

3) Le compost peut il remplacer l'engrais ? Une idée de la quantité de compost produit par rapport à une quantité de déchets ?

Je connais un des spécialistes français de la question, je vais voir s'il veut bien apporter ses lumières.

A la base, le compost "redonne ce qu'on lui donne" au niveau nutriment. C'est juste une technique de remise en circulation de la matière vivante sous une forme agronomiquement bénéfique (incluant l'apport à la texture des sols). L'élément clé (entendre : usuellement limitant) pour la croissance des végétaux étant l'azote, l'apport puremnt nutritionnel va dépendre de la richesse en protéines du subtsrat.

4) Je cherche des infos sur l'éclairage artificiel.

La difficulté fondamentale est de reconstituer le spectre de la lumière qui est un spectre de corps noir à 6000K. Après réflexion, il est àmha hors de question de reconstituer un sphère de plasma de forte densité (pour avoir une bonne émittance) à 6000K dans les entrefers d'une bobine. Ce serait un petite bombe. Il me semble plus accessible de reconstituer une spectre thermique à l'aide d'un patchwork d'éléments non thermiques (émettant "à froid" cad à qq centaine de K, à température ambiante dans l'idéal) chascun quasi monochromatique et reconstituant de façon précise le spectre voulu. Sachant que pour un environnement clot rémettant "sur lui même", on peut se passer de 50% de la puissance émise dans les infra rouge puisque chaque élément de la surface intérieur sera éclairé dans cette portion du spectre par les surfaces en vis à vis. On cherche donc uniquement un peu d'UV et de l'optique (0,3-0,5 µm).

5) Je cherche des infos concernant la pile à combustible à hydrogène. A savoir la production d'eau, de chaleur, d'électricité.

C'est pour en faire quoi ?

a+

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-11-08

Question de Waldham
(edité par erreur ! )

Un petit lien sur wiki à propos de :
l'hydroponie

L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.

1) Je cherche des infos sur la productivité des différentes plantes qui pourraient servir de nourriture.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.

2) Je cherche aussi la consommation d'eau, d'électricité, d'engrais et de phyto-sanitaires.

3) Le compost peut il remplacer l'engrais ? Une idée de la quantité de compost produit par rapport à une quantité de déchets ?

4) Je cherche des infos sur l'éclairage artificiel.

5) Je cherche des infos concernant la pile à combustible à hydrogène. A savoir la production d'eau, de chaleur, d'électricité.

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-10-23

J'ai trouvé ce pdf concernant le fait de survivre dans un environnement fermé.

Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.

Ecosystéme fermé

Bonne pêche, j'ai lu et c'est du bon, tu peux t'y fier.

Dans l'optique où l'arche arrive à destination, comment les archonautes débarquent ils sur la nouvelle planète ?

Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?

Oui, petits vaisseaux.

L'Arche est un petit astre qui ne peut ni se poser sans dommage ni plus décoller de la surface d'une planète qu'un astéroide.

Aucune structure creuse à parois fine (comparativement à son volume), ne peut acquerrir une solidité structurelle suffisante pour s'accoler sans dommage à une surface rigide en champs de gravité fort. L'Arche est une structure qui ne peut maintenir sa forme qu'en chute libre dans le vide.

Pour le débarquement on imagine une flottille d'une douzaine de navettes à propulsion mixte (in vacuum et atmosphérique) pouvant contenir chacune moins d'une centaine de personnes. La taille et le nombre des transports sont proportionnés à la faiblesse prévisible du rythme de débarquement. Seule une fraction débarquera dans l'immédiat et prendre, disons, 3 à 5 ans pour que tous les archonautes posent le pieds à la surface de la nouvelle planète (avant pour la plupart de remonter à bord) ne me semble pas impensable.

Bien entendu l'atteinte d'un but planétaire soigneusement étudié pendant pas loin d'un millénaire constituerait un moment d'un grandiose impérissable. Mais ça ne signifie pas un débarquement en force dans la mesure où, si l'Arche atteint ces contrée en ces durées, elle constitue forcément un lieu d'habitat en permanence agréable, sensiblement plus que la planète, probablement invivable tête nue en l'état, où on prend pieds.

Une utilisation de ce qui constitue l'arche comme matériau et autre pour l'établissement d'une colonie est il possible ?

Certainement peu. De quoi produire des machines c'est tout. Pour établir un projet un tant soit peu sérieux de terraformation de la planète cible, il faut une base-lieu de vie absolument intacte, au summum de son habitabilité et de sa productivité, notamment manufacturière et énergétique.

Sur un échéance longue, en bonne structure vivante, l'Arche doit faire des petits, sur sa nouvelle orbite.

Question hors sujet :
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?

Mmmh, je ne sais pas. Y'a t'il un Canadien dans la salle ?

Expérience avancée sur les plantes en orbite (APEX-Cambium)

quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?

Intéressant...

L'expérience n'est pas encore lancée (prévu pour la mission de navette STS-129 = 12 nov 2009).

Wikipédia :
le dihydrogène (bio-hydrogène) : le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale
--------
Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?

Non, aucun carburant chimique n'est envisageable, c'est totalement hors de proportion avec la puissance nécessaire.

si je me souviens bien l'arche se propulse grâce à du deutérieum et de l'hydrogène

Oui, mais ce qui nous intéresse, c'est l'énergie du noyau de deutérium, pas l'énergie potentielle stockée dans une réduction chimique préalable de l'eau ou autre molécule hydrogénée pour obtenir une gaz combustible chimiquement.

Par contre, bien entendu que pour former de la glace de deutérium pure en ces quantité (16 Gt) il va falloir dissocier moélculairement des palanquées d'eau en O+H, dissociation suivie d'une séparation isotopique : le deutérium représente environ un 10-4 de l'hydrogène, cela donne en ordre de grandeur le ratio entre le nombre de molécule d'eau à traiter et la quantité voulue d'atome de deutérium.
On peut éviter éviter l'étape de dissociation par séparation isotopique directe du gaz de l'atmosphère de planètes géantes. Probablement Uranus : son champs de gravité au sein de l'atmosphère est comparable à celui de la Terre (alors que Jupiter et Saturne, plus proches constituent des puits de gravité beaucoup plus profonds) et elle est plus proche que Neptune, autre candidate éligible au titre de la première raison.

Si c'est de l'eau qu'on distille il y a deux origines possibles : les astéroides et les océans terrestres. L'océan terrestre est incontestablement plus pratiquable technologiquement mais d'un autre côté, si on choisit d'extraire les autres éléments nécessaires à la croissance de l'Arche d'un astéroide, celui ci est composé au 3/4 d'eau environ et constitue une source inépuisable en masse, à très faible champs de gravité.

a+

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-10-21

J'ai trouvé ce pdf concernant le fait de survivre dans un environnement fermé.

Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.

Ecosystéme fermé

Dans l'optique où l'arche arrive à destination, comment les archonautes débarquent ils sur la nouvelle planète ?

Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?

Une utilisation de ce qui constitue l'arche comme matériau et autre pour l'établissement d'une colonie est il possible ?

Question hors sujet :
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?

Expérience avancée sur les plantes en orbite (APEX-Cambium)

quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?

Wikipédia :
le dihydrogène (bio-hydrogène) : le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale[

Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?
si je me souviens bien l'arche se propulse grâce à du deutérieum et de l'hydrogène

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Gilgamesh
Forum: Physique
Date: 2009-10-20

Salut Waldham,

L'image que tu as mis au dessus pour la représentation n'est pas visible.

Chez moi ça marche

Je t'ai envoyé un MP.

Programme Physique-Chimie (5ème)

Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.

20) L'arche et les chiffres clés

masse de l'arche : 20 Gt (Gt=gigatonnes, l'équivalent en masse d'une sphère d'eau de 3,4 km de diamètre)
masse de carburant : 16,5 Gt
vitesse de croisière : 4500 km/s
surface habitable : 314 km2

21)L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?

Oui, mais ça présente un intérêt marginal. Le surcroit potentiel de vitesse acquis par "fronde gravitationnelle" dans le repère héliocentrique est égal à la vitesse orbitale de l'astre attracteur, auquel on "emprunte" de la vitesse. Soit par exemple pour Jupiter, 13 km/s. C'est un maximum (pour un corps faiblement motorisé ; il est possible de magnifier l'effet de fronde en accélérant fortement au périgée mais ce n'est pas possible pour l'Arche qui au maximum de se puissance permet une accélération de 2 mm/s2). Un tel gain de vitesse représente à peine 0,3% de ce que l'on vise.

22) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?

On peut le faire (de façon inexacte) en passant par l'énergie cinétique mais je craint que ça ne rende pas la chose plus accessible, vu que le concept s'aborde au lycée. Mais l'équation fondamentale de l'astronautique s'aborde relativement facilement "avec les mains", je peux rédiger quelque chose d'accessible que tu adapterais au besoin.

Sinon, faire le calcul de la vitesse moyenne engendre une erreur assez modeste, d'autant plus que le trajet est long (pour epsilon eridani la vitesse la vitesse moyenne 10,5 al/752 ans est de 4190 km/s soit 93% de la vitesse de vol libre), mais cela ne permet pas d'expliquer la quantité de carburant, ni aucun aspect clé de la propulsion.

23) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.

Tu as un document ici :
http://www.eaufrance.fr/IMG/pdf/Eau_de_consommation.pdf

En résumé, 150 l/français/j semble une moyenne acceptable. On peut calquer la consommation des archonautes là dessus.

24) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?

En énergie, cela représente pour un adulte ~10 MJ et en fèces, disons 1,8 kg.

Tu peux détailler avec le Quid (oui, ça existe encore...)

Le concept de l'arche par son aspect végétal me plait, ça me fait penser à vaisseau spatial écolo.

Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.

Merci

Au plan pédagogique ça permet d'appréhender l'idée d'un monde fini de façon radicale, mais sans passer par le catalogue un peu chagrin des misères de notre pov' monde

a+

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-10-20

Energies et matières renouvelables
Les biomatériaux
Ils sont issus des produits et sous-produits des céréales (amidon, gluten), oléagineux et protéagineux (protéines) ainsi que des plantes fibreuses (cellulose), ils permettent de fabriquer des biopolymères (films et emballages) et des agromatériaux composites (revêtements, garnitures automobiles, isolants,etc.).
· Les biopolymères sont des matériaux renouvelables et biodégradables qui offrent une alternative aux matériaux plastiques d'origine fossile tels que l'emballage de calage, le sac de collecte des déchets verts et le sac à compost, barquette alimentaire, film alimentaire...
· Les agromatériaux sont composés majoritairement de matières premières d'origine agricole. En particulier les mélanges de fibres et de biopolymères naturels (amidon, cellulose...) ou de polymères synthétiques. Par exemple des fibres de chanvre ou de lin peuvent remplacer la laine de verre dans le bâtiment.
Les biomolécules
Il s'agit de molécules synthétisées à partir de matières premières d'origines végétales transformées comme les esters méthyliques végétaux, ou les molécules extraites des différentes agroressources (colza, tournesol, blé, maïs, betterave et plantes spéciales).
Les lubrifiants, les tensioactifs et les solvants sont trois grands champs d'action des biomolécules.

Biomasse
Cultures énergétiques
Les cultures énergétiques servent à produire de la chaleur et/ou de l'électricité (cogénération) ou des biocarburants.
Il s'agit de combustibles biologiques et renouvelables (biocombustibles) : le bois, les cultures lignocellulosiques, (ex. taillis à courte rotation, plantes pérennes ...) plantes céréalières et oléagineuses, et résidus de récolte. Ils peuvent être traités de différentes façons, par combustion, distillation, fermentation, gazéification ou pyrolyse. Ils permettent de réduire les émissions de CO2 et de limiter l'épuisement des ressources fossiles.

Eolien Y a t il un vent créé au sein de l'arche ?
Une éolienne est une machine permettant de convertir l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Cette énergie mécanique a été utilisée au cours des âges pour pomper l'eau ou moudre le grain.
Les machines actuelles sont utilisées pour produire de l'électricité qui est consommée localement (sites isolés), ou injectée sur le réseau électrique (éoliennes connectées au réseau). L'application « connecté réseau » ou « grand éolien » représente, en terme de puissance installée, la quasi totalité du marché éolien.
Il existe deux grandes familles d'éoliennes : les machines à axe vertical et les machines à axe horizontal. Pour le « grand éolien », on utile des machines à axe horizontal ; elles se composent, dans la plupart des applications, d'un rotor tripale. Les technologies de conversion et de contrôle peuvent différer d'une machine à l'autre. Les gammes de puissance nominale vont de 1 à 5 MW. Les éoliennes à axe horizontales sont plus performantes que celles à axe vertical essentiellement en terme de rendement aérodynamique et de coût de maintenance.

Géothermie
La géothermie est la quatrième source de production d'électricité par énergie renouvelable dans le monde après l'hydraulique, la biomasse et l'éolien.
La géothermie est une source importante de chaleur renouvelable.
Ses applications nombreuses. La principale concerne le chauffage des bâtiments, soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur soit de façon plus individuelle par le biais de pompes à chaleur couplées à des capteurs enterrés.

Solaire photovoltaïque
Qu'est ce que l'énergie solaire photovoltaïque ?
La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur (silicium par exemple). Elle ne nécessite ni pièce en mouvement, ni carburant, et n'engendre aucun bruit. L'élément de base est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux. Ceux-ci mettent en mouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.
La tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible (0,6 V). C'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque (produit que l'on trouve dans le commerce). Selon les technologies et le type d'usage qui en est fait, ce module présente une surface de 0,1 m² (10 W) à 1 m² (100 W), valeurs moyennes indicatives, et décline des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V selon l'application.

Qu'est ce qu'un système photovoltaïque et à quoi sert-il?
Un système photovoltaïque est un ensemble de composants produisant de l'énergie électrique. Les composants de ce système sont des modules photovoltaïques, les appareils de gestion et de conversion de l'énergie et éventuellement des batteries d'accumulateurs.

On distingue deux types de systèmes:
• les systèmes photovoltaïques en sites isolés qui permettent d'électrifier et d'alimenter tous les appareils électriques des habitations éloignées du réseau de distribution d'électricité, pour lesquelles une extension du réseau serait très coûteuse. Plus de 5 000 foyers français, également répartis en métropole et dans les DOM, en sont équipés. Le principe : pendant la journée, les modules photovoltaïques produisent de l'électricité. Celle-ci est ensuite soit utilisée directement, soit stockée dans un parc de batteries d'accumulateurs pour que l'usager puisse avoir de l'électricité le soir ou quand le soleil ne brille pas.
A noter : 1,6 milliards de personnes dans le monde n'ont pas et n'auront jamais accès à l'électricité par des moyens classiques. Le marché potentiel du système photovoltaïque en sites isolés est donc très important.

• les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau qui permettent à chaque citoyen déjà raccordé au réseau électrique de devenir producteur de tout ou partie de l'électricité qu'il consomme. Les modules photovoltaïques deviennent alors partie intégrante de l'enveloppe de l'habitat (toiture, verrière, bardage, mur rideau). Le système produit du courant continu, qui est transformé en courant alternatif par un onduleur puis injecté dans le réseau de distribution publique. Un compteur électrique mesure l'énergie fournie au réseau. Par contrat (d'une durée de 20 ans), la compagnie d'électricité, achète à l'usager le courant injecté à un prix convenu, tout en continuant à lui facturer normalement sa consommation.

Solaire thermodynamique
· Le solaire thermodynamique en bref
Le solaire thermodynamique est l'une des valorisations du rayonnement solaire concentré (utilisant seulement le rayonnement solaire direct). Il désigne la production d'électricité réalisée grâce à des cycles thermodynamiques (chaudières à gaz, à vapeur, à cycles combinés). Il existe trois procédés principaux : les centrales à tour, les centrales à capteurs cylindro-paraboliques, les concentrateurs orientables associés à des moteurs thermiques.
L'ensoleillement direct français n'est pas suffisant pour envisager des projets sur le territoire national. Dans les zones les plus favorables à l'utilisation de l'énergie solaire concentrée (cf carte ci-dessous), l'ensoleillement direct est supérieur à 2000 kWh/m²/an.

Quelle est la différence entre solaire photovoltaïque et solaire thermique?
Le solaire photovoltaïque (PV) permet de produire de l'électricité. La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur comme le silicium. L'élément de base est la cellule photovoltaïque et le produit commercial s'appelle un module photovoltaïque.
Le solaire thermique permet de produire de la chaleur (à basse, moyenne ou haute température). Les applications les plus répandues sont celles concernant le bâtiment comme la production d'eau chaude sanitaire. La conversion du rayonnement solaire en chaleur se fait grâce au capteur solaire thermique.

Technologies marines
document

Il s'agit de technologies au stade du développement, dont le potentiel reste à évaluer et dont la maîtrise technologique n'a été abordée que dans les quelques pays qui recèlent une ressource potentielle élevée comme le Royaume Uni, la Norvège ou le Portugal. (chiffre du gisement français).
Les sources exploitables aujourd'hui sont les courants marins, les marées et la houle et les vagues. Les mers et les océans recèlent d'autres formes d'énergie comme le gradient thermique entre surface et grande profondeur ou la pression osmotique à l'embouchure des fleuves, mais il n'existe à ce jour aucune technologie permettant de les exploiter.

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-10-20

Déchets

Traitements thermiques
Incinération
L'incinération est un traitement basé sur la combustion avec excès d'air. Ce mode de traitement est complémentaire à la prévention et au recyclage et représente une alternative à l'enfouissement en installation de stockage. Les risques sanitaires des populations exposées aux retombées atmosphériques des incinérateurs aujourd'hui en fonctionnement sont faibles. Il n'y a pas d'argument solide à ce jour permettant de conclure à un risque accru de cancer (quel qu'en soit le type) pour les résidents à proximité d'un incinérateur.

· Les avantages de l'incinération
- traitement adapté à toutes sortes de déchets (dangereux et non dangereux, solides et liquides) contrairement aux autres modes de valorisation (traitement biologique par exemple) ;
- diminue fortement le volume des déchets (90 % de réduction environ) et leur masse (70 % environ) ;
- l'incinération permet de tirer le meilleur parti du contenu énergétique des déchets en produisant de la chaleur susceptible d'alimenter un réseau de chaleur urbain et/ou d'être transformée en électricité.
L'incinération contribue à minimiser les consommations de ressources énergétiques et certains impacts environnementaux tels que l'effet de serre du fait notamment de la valorisation énergétique. L'incinération émet moins de gaz à effet de serre que le stockage, qui a inévitablement des fuites de méthane (puissant gaz à effet de serre) issu de la dégradation des déchets organiques.
Selon les équipements mis en place, l'incinération permet de récupérer les métaux ferreux et non ferreux (contenu initialement dans les déchets) et de les valoriser.

· Les inconvénients de l'incinération
- l'incinération contribue à l'émission de polluants dans l'atmosphère, dont les quantités sont limitées par la mise en place d'un système de traitement des fumées et suivies par la mise en place obligatoire d'un programme de surveillance ;
- l'incinération génère des déchets classés dangereux (résidus d'épuration des fumées) à éliminer dans des installations de stockage de déchets dangereux (classe 1) ;
- l'incinération génère des mâchefers qui sont les résidus solides obtenus après combustion. Les mâchefers sont des déchets non dangereux qu'il est possible de valoriser en remblai ou sous-couche routière dans des conditions strictes définies par la réglementation ;
- selon les techniques choisies (neutralisation des gaz acides des fumées par voie sèche ou humide, recyclage interne total ou non des rejets liquides), l'incinération contribue dans certains cas à l'émission de polluants liquides dans le milieu naturel, dont les quantités sont encadrées par la réglementation.

· Les sous-produits générés
- les mâchefers récupérés en sortie de fours ;
- les résidus d'épuration des fumées ;
- les fumées épurées ;
- des rejets liquides éventuels suivant les installations ;
- des métaux ferreux et non ferreux valorisables suivant les installations ;
- de l'énergie thermique et/ou électrique suivant les installations.

· Le stockage et la préparation des déchets - l'alimentation du four
Les véhicules de collecte déchargent les déchets dans une fosse. Un grappin, se déplaçant à l'aide d'un pont roulant, assure la répartition homogène des déchets et alimente le four. Les déchets sont déversés dans la trémie d'alimentation, puis dans la chambre de combustion, par gravité ou à l'aide d'un poussoir. Dans le cas particulier des incinérateurs d'ordures ménagères à lit fluidisé, une étape supplémentaire de traitement est nécessaire afin d'homogénéiser la taille et la composition du déchet. Les techniques utilisées sont classiques et comprennent des broyeurs, des extracteurs de métaux, des séparateurs aéroliques ou densimétriques.

· La combustion
Le cycle de combustion est d'environ une heure et se décompose en 3 phases :
- séchage,
- combustion,
- extinction/évacuation des résidus solides (mâchefers).
La chambre de combustion comprend en général une grille qui assure l'avancement et le brassage des déchets. Les gaz du four sont brûlés totalement dans la chambre de post-combustion. Les conditions de température et de temps de séjour des gaz sont déterminantes pour l'optimisation de la combustion. Il existe différents types de four d'incinération : à grille, à rouleaux, oscillant, fixe ou à lit fluidisé. En 2005, la répartition du parc des usines d'incinération d'ordures ménagères (UIOM) est la suivante :
- le four à grille mobile ou à rouleaux est le type de four le plus répandu et équipe plus de 80 % des incinérateurs d'ordures ménagères en France (+ de 100 unités) ;
- le four oscillant équipe 16 incinérateurs d'ordures ménagères en France ;
- un incinérateur d'ordures ménagères (Tignes - 73) est équipé d'un four fixe ;
- 4 unités sont équipées de fours à lit fluidisé.
Dans ce cas, la combustion a lieu au sein d'un mélange de déchets et de sable maintenu en suspension par le l'air injecté sous-pression. Cette technique, qui nécessite des moyens supplémentaires importants (pré-traitement, instrumentation, charges d'exploitation), par rapport aux techniques classiques évoquées ci-dessus, reste aujourd'hui en France émergente pour le traitement des ordures ménagères. Pour le traitement des déchets homogènes tels que les boues, cette technique a démontré son intérêt.

· La récupération et la valorisation de la chaleur
La température des fumées est abaissée, par passage dans une chaudière, afin de pouvoir les traiter.D'environ 1000°C en sortie de four, elle est inférieure à 400°C à la sortie de la chaudière et à l'entrée du système de traitement des fumées. La vapeur ainsi produite au niveau de la chaudière peut ensuite être valorisée par 3 voies:
- valorisation thermique, par alimentation d'un réseau de chauffage urbain ou distribution à des entreprises et/ou établissements publics (rendement jusqu'à 90%),
- valorisation thermique et électrique (co-génération), par production de chaleur et d'électricité (rendement jusqu'à 80%),
- valorisation électrique, par transformation en électricité à l'aide d'un turboalternateur (rendement jusqu'à 35%).

· Le traitement des fumées
A la sortie de la chaudière, les fumées contiennent des polluants qu'il faut capter : poussières, gaz acides, métaux lourds et dioxines. Une installation de traitement de fumées comporte plusieurs modules :
- le dépoussiérage, par électrofiltre et/ou filtre à manches,
- la neutralisation des gaz acides, par voie sèche, semi-humide ou humide,
- le traitement des dioxines et furanes, par adsorption sur charbon actif par exemple ou par réduction sélective catalytique,
- le traitement des oxydes d'azote, par réduction sélective, soit catalytique, soit non catalytique
· L'évacuation et le traitement des résidus d'épuration des fumées
Les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets comprennent essentiellement :
- les cendres volantes,
- les résidus de neutralisation des fumées,
- les gâteaux de filtration des eaux de lavage des fumées,
- les cendres sous chaudière.

L'incinération d'une tonne d'ordures ménagères génère entre 15 et 40 kg environ de résidus selon le type de traitement des fumées.
Les résidus sont collectés et évacués du site pour élimination, voire pour une valorisation dans le cas de comblement de mines de sel.
Ces résidus doivent être stabilisés (solidification par liants hydraulique de type ciment) avant enfouissement en installation de stockage de déchets dangereux.
La vitrification est une alternative à la solution précédente (stabilisation + stockage) et consiste à transformer les résidus en matière solide vitreuse appelé "vitrifiat". Une seule unité, conçue et construite par la société Europlasma, est actuellement en fonctionnement en France à Bordeaux

· L'évacuation et le traitement des mâchefers
En sortie de four, des dispositifs d'extraction et d'extinction à l'eau des mâchefers sont d'abord nécessaires avant d'envisager leur traitement qui peut être réalisé sur le site d'incinération ou indépendamment sur un autre site. Le traitement des mâchefers comprend des opérations de manutention, de stockage temporaire, de traitement, de maturation, dans le but d'élaborer un produit valorisable en technique routière, pouvant se substituer à des granulats naturels de carrière.
Les mâchefers utilisés aujourd'hui en remplacement de granulats naturels n'entrainent pas d'impact environnemental significatif.

Le traitement a pour objectif d'obtenir un produit calibré de bonne qualité géotechnique. Les dispositifs de traitements sont des broyeurs, séparateurs granulométriques (cribles), extracteurs de métaux, séparateurs densimétriques et aéroliques.
La maturation quant à elle est une étape naturelle, sans intervention humaine, pendant laquelle le tas de mâchefers s'assèche, s'oxyde et se carbonate, améliorant ainsi ses propriétés.
S'ils ne sont pas valorisé, les mâchefers doivent être enfouis en installation de stockage de déchet non dangereux. Une attention particulière doit être apportée au suivi des impacts environnementaux des mâchefers valorisés en technique routière au moment de leur mise en oeuvre au niveau du chantier mais aussi à plus long terme.

Thermolyse (ou pyrolyse) et gazéification sont des procédés thermiques qui permettent de traiter des déchets contenant une fraction combustible. Ces procédés se caractérisent par un traitement qui est effectué soit en l'absence d'oxygène (cas de la pyrolyse) ou en présence d'une quantité réduite d'oxygène (gazéification).
Ces 2 familles de procédés conduisent à la production d'un gaz pauvre qui est le plus souvent valorisé (brûlé) sur site, sous faible excès d'air. Les fumées doivent être conformes à la réglementation en vigueur (identique à celle de l'incinération). L'épuration des fumées donne lieu à la production de résidus similaires à ceux produits par l'épuration des fumées d'incinération.

La pyrolyse génère un sous-produit solide (ou coke de pyrolyse) qui est constitué de la fraction incombustible du déchet traité (minéraux, métaux) ainsi qu'une fraction combustible (riche en carbone). Après séparation des métaux et épuration, ce sous-produit peut, sous certaines conditions, être valorisé énergétiquement sur le site de production, ou valorisé (matière ou énergie) dans un autre procédé.

La gazéification génère un sous-produit solide qui est également constitué de la fraction incombustible du déchet traité, mais qu'une très faible quantité de carbone (contrairement au résidu solide issu de la pyrolyse). Ce sous-produit après séparation des métaux, est susceptible, sous certaines conditions, d'être valorisé comme un mâchefer d'incinération, ou être vitrifié avant valorisation.

Oxydation hydrothermale
· Domaines d'application
Appliquée au traitement des déchets ou d’effluents, l’OHT est destinée à traiter des produits contenant une forte proportion d’eau. La particularité de ces procédés est qu’ils ne nécessitent pas l’évaporation de l’eau avant oxydation de la matière organique. L’oxydation est réalisée en phase liquide (par différence avec l’incinération). Elle permet de traiter des charges organiques difficilement traitables par voies biologiques (teneur en organiques trop élevée, DCO « dure » c’est-à-dire difficilement oxydable par voie biologique, organiques toxiques, etc.), ainsi que des flux ayant une charge organique trop faible (et donc un PCI trop faible) pour une incinération sans combustible d’appoint.

Les déchets typiquement traités par l’OHT sont les boues urbaines et industrielles, des eaux process, des effluents liquides (aqueux), des déchets dangereux liquides…

· Qu est-ce que l Oxydation Hydrothermale ?
L’oxydation hydrothermale (OHT) est une oxydation directement dans l’eau, en présence d’oxygène (air, air enrichi en oxygène ou oxygène pur), à haute température (150 °C à 650 °C), et à haute pression (15 à 300 bar), de la matière organique présente dans l’eau. Cette matière organique peut être présente au départ, soit sous forme dissoute dans le liquide, soit sous forme de matière en suspension ou les deux. Elle est convertie majoritairement en gaz carbonique et en eau.
Le terme Oxydation en Voie Humide (OVH) est parfois utilisé comme synonyme de l’OHT

· Familles
Deux grandes familles sont à différencier :

1) L’oxydation sous-critique, communément appelée OVH (Oxydation en Voie Humide). Le réacteur fonctionne à T < 330°C et P < 150 bar. Dans ces conditions, les phases liquide et vapeur de l’eau sont distinctes, et en équilibre. Les réactions peuvent se faire grâce à une injection d’air sous pression, d’air enrichi en oxygène, ou à l’oxygène pur. Le temps de séjour dans le réacteur est compris entre 30 minutes et 3 heures.

2) L’oxydation supercritique. Le réacteur fonctionne à T > 374 °C et P > 221 bar. Dans ces conditions, il n’y a plus de phase liquide distincte de la phase vapeur, il n’y a plus qu’une seule phase fluide. La température élevée assure des réactions de destructions rapides. Ainsi, le procédé supercritique permet une oxydation complète des composés organiques les plus réfractaires pour des temps de réaction inférieurs à la minute.

Qu’est-ce que « l’eau supercritique » ?

Lorsque nous faisons bouillir de l’eau dans une casserole, nous constatons qu’à 100°C et à pression ambiante (un bar), l’eau bout : elle passe de l’état liquide à l’état gazeux. Si nous mettons l’eau dans une cocotte minute, nous voyons que cette température d’ébullition augmente avec la pression et que les réactions chimiques de cuisson des aliments s’accélèrent. En augmentant progressivement la pression, nous pouvons alors tracer une courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la pression. Téb = f (Pression).

Il se trouve que cette courbe présente un maximum au point P = 221 bar , T = 374°C. Ce point est appelé le point critique de l’eau et nous définissons alors les domaines ( P , T ) sous- et supercritiques comme indiqué sur le diagramme de phase de l’eau ci-dessous :
Dans les conditions de température et de pression supercritiques, l’eau acquiert des propriétés physiques radicalement différentes de sa phase liquide habituelle :
· les composés organiques deviennent solubles : l’huile se mélange à l’eau,
· l’oxygène se dissout totalement dans l’eau,
· les sels minéraux qui sont très solubles dans l’eau liquide, précipitent dans les conditions supercritiques.
· Rendements de conversion
Les conversions des produits organiques et azotés sont particulièrement influencées par les conditions de pression et température dans le réacteur : plus ces conditions sont élevées, plus les conversions seront complètes.

Procédés sous-critiques
Les procédés sous-critiques, fonctionnent le plus souvent dans des conditions de pression entre 30 à 150 bar, sous une température de 200 à 310 °C. Leur rendement d’oxydation est de l’ordre de 70 à 95 %. Les 5 à 30 % de matière organique qui ne sont pas totalement transformés en CO2 et H2O restent présents dans le liquide, principalement sous forme d’acide acétique et autres acides gras volatils. Ces produits sont facilement bio-dégradables. Pour cette raison, ces procédés doivent être associés à une station de traitement biologique, qui aura notamment comme rôle de dégrader la matière organique résiduelle de l’effluent liquide de l’OHT.
Les produits azotés, quant à eux, sont principalement transformés en ammoniaque qui reste dissout dans l’eau. Ceci implique, chaque fois que les teneurs en azote sont significatives dans le produit entrant, de compléter le traitement d’oxydation par un traitement spécifique de l’ammoniaque. Les traitements complémentaires les plus courants sont :
· soit la nitrification/dénitrification en station biologique,
· soit le stripping de l’ammoniaque, suivi d’une étape d’oxydation catalytique de l’ammoniac (gazeux).

Procédés supercritiques
Pour des procédés supercritiques (P > 221 bar et T > 374 °C), les rendements d’oxydation sont généralement supérieurs à 99 %. Les produits azotés sont convertis en NH3, puis partiellement oxydés en N2 du fait des conditions de température du procédé. Ces procédés ne nécessitent généralement pas de traitement complémentaire, et les eaux en sortie peuvent le plus souvent être rejetées directement dans le milieu naturel après filtration éventuelle si la charge minérale l’exige.

Vitrification
La vitrification des déchets consiste à chauffer les déchets à une température telle que la fraction non-combustible du déchet fonde (c’est-à-dire à une température supérieure au point de fusion). Ce liquide est ensuite refroidi. Le refroidissement est généralement brutal, pour donner lieu à un produit s'apparentant à un verre (structure amorphe) dénommé "vitrifiat". Le refroidissement rapide est souvent réalisé par une trempe à l'eau, ou à l'air. Dans certains procédés, le refroidissement peut aussi être beaucoup plus lent, ce qui permet d’obtenir un produit cristallisé dont la structure s’apparente à une roche basaltique.
Les procédés dont la fonction principale est de vitrifier le déchet traite généralement des déchets principalement minéraux, bien qu’ils soient à même de traiter également des déchets contenant une certaine quantité de matière combustible. L’énergie nécessaire à la fusion est apporté par une source externe telle que électricité ou gaz naturel, ou autre combustible.
Certains procédés de gazéification ont un étage de combustion à une température supérieure à la température de fusion des matériaux minéraux contenus dans le déchet. Ces procédés conduisent donc également à la production d’un vitrifiat, après refroidissement brutal du produit en fusion. La chaleur nécessaire pour obtenir la fusion peut être apportée par le déchet lui-même si son pouvoir calorifique est suffisant (ce qui est généralement le cas des ordures ménagères), ou par l’énergie des déchets complétée par une énergie externe (électricité, gaz naturel, etc.) si nécessaire.

Traitements biologiques
Méthanisation
La méthanisation (encore appelée digestion anaérobie) est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène (réaction en milieu anaérobie, contrairement au compostage qui est une réaction aérobie).Cette dégradation aboutit à la production :
- d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé digestat. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage.
- de biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50% à 70% de méthane (CH4), de 20% à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S). Le biogaz a un Pouvoir Calorifique Inférieur de 5 à 7 kWh/Nm3. Cette énergie renouvelable peut être utilisée sous différentes formes : combustion pour la production d’électricité et de chaleur, production d’un carburant

Il existe 4 secteurs favorables au développement de la méthanisation : (1) agricole, (2) industriel, (3) déchets ménagers, (4) boues urbaines. Comme autres sources de production du biogaz, on peut citer le biogaz issu des installations de stockage des déchets non dangereux, siège de la dégradation anaérobie.

Avantages
La méthanisation de déchets organiques présente de nombreux avantages, notamment :
· Une double valorisation de la matière organique et de l’énergie ; c’est l’intérêt spécifique à la méthanisation par rapport aux autres filières,
· Une diminution de la quantité de déchets organiques à traiter par d’autres filières,
· Une diminution des émissions de gaz à effet de serre par substitution à l’usage d’énergies fossiles ou d’engrais chimiques,
· Un traitement possible des déchets organiques graisseux ou très humides, non compostables en l'état,
· Une faible emprise au sol des unités de traitement et l’existence d’une l’offre d’installations compactes,
· Une limitation des émissions d’odeurs à priori du fait de digesteur hermétique et de bâtiment clos équipé de traitement d’air performant.

Contraintes
La méthanisation présente malgré tout des inconvénients à ne pas négliger :

Le traitement de la matière organique uniquement, ce qui nécessite d’associer la méthanisation à l’incinération et aux centres de stockages de déchets non dangereux pour les autres fractions de déchets.
· La nécessité éventuelle de prévoir une phase de compostage pour traiter les déchets ligneux plus difficilement dégradables et pour finaliser la maturation de la matière organique.
· Le besoin éventuel de mettre en place un traitement des excédents hydriques du process.
· L’intégration dans le montage du projet d’une recherche de débouchés pour écouler au mieux aussi bien le produit organique et l’énergie.
· Selon la valorisation biogaz, la mise en place de traitements adaptés des biogaz (déshumidification, …) …
Un procédé émergent encore peu connu en France, principalement dans les secteurs agricoles et du traitement des déchets ménagers : la phase d’acquisition n’est pas à négliger. La technicité est d’un niveau industriel spécifique différant par exemple de celle du compostage. Il est à privilégier les montages juridiques où construction et exploitation sont étroitement liés.

Déchets concernés
Toute la matière organique est susceptible d’être ainsi décomposée (excepté des composés très stables comme la lignine) et de produire du biogaz, avec un potentiel méthanogène toutefois très variable. La méthanisation convient particulièrement aux substrats riches en eau, contenant de la matière organique facilement dégradable, et facilement pompables pour permettre un fonctionnement en continu. Les déchets méthanisés peuvent être d’origine :
· agro-industrielle : abattoirs, caves vinicoles, laiteries, fromageries, ou autres industries agro-alimentaires, industries chimiques et pharmaceutiques, etc …
· agricole : déjections animales, résidus de récolte (pailles, spathes de maïs …), eaux de salle de traite, etc …
· municipale : tontes de gazon, fraction fermentescible des ordures ménagères, boues et graisses de station d’épuration, matières de vidange, etc …
La co-digestion d’un mélange de déchets organiques est à préconiser pour permettre des économies d’échelle et optimiser la production de biogaz.
Cinq modes de valorisation du biogaz
Production de chaleur : l’efficacité énergétique est intéressante si le besoin en chaleur des débouchés est assez important pour permettre de valoriser le maximum de l’énergie disponible. Cela nécessite également des débouchés à proximité pour limiter le transport coûteux de la chaleur ou du biogaz.

Production d’électricité : l’efficacité énergétique est plus faible (- 37 %) du fait du rendement énergétique de l’électricité se limitant, pour des moteurs, au environ de 33%.

Production combinée d’électricité et chaleur : la chaleur des gaz chauds issu de la production d’électricité peut être récupérée pour produire de la chaleur. L’efficacité énergétique est intéressante car cette valorisation permet de valoriser l’excédent d’énergie éventuel mais, nécessite pour la chaleur un débouché à proximité.
Carburant Véhicule : pour être utilisé en tant que carburant Véhicule, le biogaz suit une série d’étapes d’épuration / compression. Cette valorisation s’est principalement développée en Suède et en Suisse. En France, l’opération pionnière de Lille Sequedin permettra de mieux évaluer les aspects environnementaux de cette filière et les difficultés de mise en œuvre que ce soit d’ordre technique, économique, juridique. Elle peut être envisagée dans le cadre d’une flotte captive de véhicule (bus, bennes déchets,….)
Injection du biogaz épuré dans le réseau de gaz naturel : En France, l’injection du biogaz épuré dans le réseau n’est pas pratiquée. Il convient d’assurer que « cette injection ne présente pas de risque pour la santé publique, la protection de l’environnement et la sécurité des installations » [décret 15/06/04]. Des travaux sont en cours.avec l’AFSSET Dans certains pays européens, l’injection du biométhane dans des réseaux dédiés ou non est plus usuelle: Suède, Suisse, Pays Bas, …

Valorisation du digestat
Après une phase de maturation par compostage, les caractéristiques agronomiques et les paramètres d’innocuité du digestat sont généralement proches de celles d’un compost (ayant suivi uniquement un compostage aérobie). La qualité du digestat conditionnant sa valorisation agronomique dépend de plusieurs facteurs :
· la nature des déchets traités, notamment lorsqu’il s’agit de déchets ménagers ;
· l’efficacité des collectes sélectives : soit pour sélectionner les déchets fermentescibles, soit celle visant à écarter les « indésirables » pour la méthanisation : emballages à destiner au recyclage, et déchets spéciaux à un traitement dédié.
L’efficacité des tris complémentaires en usine : l’affinage du digestat humide étant particulièrement délicat, il est préférable d’introduire un déchet sans indésirables dans le digesteur (risque de colmatage).

Types de procédés
La méthanisation est un processus endothermique qui se déroule en enceinte fermée (appelée digesteur, fermenteur, ou réacteur) généralement calorifugée afin d'y maintenir une température constante. On estime que près d’1/3 de l'énergie primaire produite par le biogaz est utilisée pour réchauffer et maintenir en température le digesteur (à température mésophile ou thermophile). Les procédés se distinguent principalement selon :

Selon la teneur en matière sèche :
· les procédés à voie humide (%Matière Sèche < 15%) : on retrouve ces types de procédé pour les effluents dits liquides (boues, lisiers, …). Ils peuvent être utilisés pour les déchets solides nécessitant alors une dilution des déchets solides.
· les procédés à voie sèche (% Matière Sèche entre 15% et 40%). Les procédés en voie sèche ont surtout été développés pour traiter les déchets solides. Ces procédés nécessite un volume moindre (substrat concentré) mais une bonne maîtrise de la circulation de la matière (pompage et brassage).
Selon la température de réaction :
· la digestion anaérobie mésophile (température moyenne = 35°C ; temps de séjour moyen = 3 semaines),
· a digestion anaérobie thermophile (température moyenne 55 à 60°C ; temps de séjour moyen réduit = 10 à 15 jours).
Selon les modes d’alimentation et d’extraction des déchets :
· Les procédés continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante équivalente à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les plus fréquents car ce sont aussi les moins exigeants en maintenance.
· Les procédés discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés séquentiellement lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle.
· Les procédés semi-continus : le digesteur est progressivement rempli par des charges successives convenablement réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.

Equipements principaux
Une unité de méthanisation comprend principalement :

· des équipements de séparation des impuretés en tête d’unité selon les matières traitées,
· le mélangeur/malaxeur permettant l'introduction homogène de la matière organique dans le digesteur,
· le digesteur, qualifié d’homogène ou d’hétérogène selon le degré du mélange, partiel ou total, de son contenu,
· un système de brassage mécanique (simple ou multiple), pneumatique par injection de biogaz, hydraulique par recirculation des matières
· les systèmes d'extraction et de pressage (et éventuellement de pasteurisation) du digestat,
· le système de traitement, stockage et valorisation du biogaz : déshumidification, production d’électricité, etc…
· éventuellement, un lagunage ou traitement d’épuration des excédents hydriques,
· éventuellement, des équipements de maturation par compostage et des équipements d’affinage du digestat
Une moindre contribution à l'effet de serre
Carbone : Le méthane contenu dans le biogaz est un gaz à effet de serre, son captage permet ainsi d’éviter des scénarios antérieurs où le biogaz peut être émis à l’atmosphère : émissions au cours du stockage de lisier, émissions diffuses en centre de stockage, …La valorisation énergétique du biogaz permet également une substitution aux énergies fossiles.
Azote : L’azote du digestat est sous forme ammoniacale. Deux effets contradictoires sont à relever :
· les émissions d’ammoniac peuvent être importantes lors des épandages, sauf s’il y a incorporation immédiate au sol,
· mais cet apport d’azote se substitue à celui d’engrais minéraux, dont la fabrication est énergivore en ressources fossiles.

Méthanisation à la ferme
L’installation de méthanisation à la ferme du GAEC OUDET (Clavy Warby - 08) traite 4 à 5 m3/jour de lisier de bovins laitiers (étable de 65 vaches laitières sur caillebotis) en codigestion avec des déchets de silos de stockage de céréales (1 700 tonnes entrantes par an dont 1 170 de lisier). Les 350 m3 de biogaz produits par jour (ou 125 000 m3/an) alimentent un cogénérateur de 30 kW. La quantité d'électricité disponible (250 000 kWh/an) est supérieure à la consommation du GAEC et le surplus est revendu à EDF. La chaleur récupérée par le système de refroidissement du générateur (500 000 KWh/an) sert à maintenir le digesteur à sa température de fonctionnement mais aussi à chauffer les habitations des associés.L’investissement se monte à 180 600 €. Les associés du GAEC ont effectué, en plus de la maîtrise d'oeuvre, une partie non négligeable des travaux et aménagements. La construction des fosses de stockage des lisiers a été réalisée dans le cadre de la mise aux normes des bâtiments d’élevage. Le surcoût pour permettre la production de biogaz sera rentabilisé par la vente d’électricité et les économies de chauffage.

Re: Exercice pédagogique de trajet interstellaire

Author: Waldham
Forum: Physique
Date: 2009-10-20

L'image que tu as mis au dessus pour la représentation n'est pas visible.

Programme Physique-Chimie (5ème)

Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.

1) L'arche et les chiffres clés :
_ masse de l'arche
_ masse de carburant
_ vitesse de croisière
_ surface habitable

2) L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?

3) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?

4) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.

5) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?

6) Déchets : déchets produits par un être humain, recyclage de l'eau, recyclage des déchets.

Le concept de l'arche par son aspect végétal me plait, ça me fait penser à vaisseau spatial écolo.

Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.