Science Opinion publique Bernard Remaud bernard remaudunivnantes fr

Science & Opinion publique Bernard Remaud bernard. remaud@univ-nantes. fr https: //www. un-peu-de-physique. fr La chaîne You. Tube Le blog Internet, la planète et moi Vive l’énergie libre Cette œuvre est sous licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale 4. 0 International.

Boire du thé ou naviguer sur Internet ? 2 17/11/2015 Quel est le coût écologique de votre surf sur internet ? Une tasse de thé bouillant, c'est le « coût énergétique » de la recherche que vous venez d'effectuer sur internet. 7 000 calories ou 8 Wh (Watt-heure) ou 29 000 J(Joules) Dr A Wissner-Gross : http: //news. bbc. co. uk/ ? https: //blog. touchedeclavier. com/ De quelle énergie parle-t-on ? Chauffer une tasse de thé ou faire une recherche sur internet est-ce la même chose du point de vue de l’énergie Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

De quelle énergie parle-t-on ? 3 Impact sur la planète ? • Quels sont les types d’énergie en jeu ? • Toutes les énergies ont-elles la même qualité ? • Toutes les énergies ont-elles le même impact sur la planète Terre Dans les transformations, l’énergie est toujours conservée Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Le bilan énergétique de la Terre 4 Source Wikipedia : bilan radiatif de la terre Rayonnement réfléchi, albédo (100 W/m²) Rayonnement de la Terre (Infra-rouge) 240 W/m² Rayonnement solaire (UV, visible, Infra-rouge) 340 W/m² Sans radioactivité, ni effet de serre, la température de la terre serait de – 15°C Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne Radioactivité terrestre Effet des marées (0, 25%) L’énergie entrante et l’énergie émise ont des longueurs d’onde différentes 2020 -2021

L’entropie : la face cachée de l’énergie 5 La quantité d’énergie se conserve toujours, quelles que soient ses formes Mais toutes les formes d’énergie ont-elles la même qualité ? Entropie d’un système - Part de l’énergie dégradée (non utilisable directement sous forme mécanique, chimique ou électrique) - Mesure du désordre dans le système - Irréversibilité des transformations L’entropie est toujours croissante dans les systèmes isolés, dans les échanges d’énergie entre systèmes Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

L’entropie et l’énergie libre 6 Énergie entropique Énergie libre Dans les échanges, l’énergie est conservée, mais l’entropie croît Perte énergie libre Système B Système A + B Système A Conservation de l’énergie totale Augmentation de l’entropie totale Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Entropie et énergie libre 7 Entropie : détermine la part de l’énergie dégradée (non utilisable directement sous forme mécanique, chimique ou électrique) Énergie libre : part de l’énergie utilisable Énergie entropique Énergie libre Énergie entropique ie g Éner libre https: //www. metoffice. gov. uk/weather /learn- about/weather https: //jardinage. ooreka. fr/tips/voir/343884/les-arbres-en-boule Air calme Vent • • Molécules d’air en agitation thermique (510 m/s) Énergie totale 50 Wh/m 3 Énergie libre 0 (aucune énergie libre) entropie maximum Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant • • Molécules d’air en agitation thermique (520 m/s) + déplacement collectif 10 m/s Énergie totale 52, 5 Wh/m 3 Energie libre 2, 5 Wh/m 3 (énergie éolienne) entropie plus basse 2020 -2021

Entropie et irréversibilité 8 Energie mécanique (potentielle) Énergie mécanique Chaleur + énergie électrique Chaleur Un processus qui crée peu d’entropie (beaucoup d’énergie libre) Quasi réversible (remonter l’eau dans le barrage pour stocker de l’énergie) https: //business-ethics. com/ Énergie électrique Énergie potentielle Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant Entropie (désordre + chaleur) 2020 -2021

Autres signatures de la croissance de l’entropie 9 Entropie : Mesure du désordre dans le système Carbone dans l’atmosphère (CO 2) Tas de charbon, localisé, non dispersé Dispersé dans des milliards de m 3 Entropie basse Entropie maximum Entropie : signe l’Irréversibilité des transformations Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Un autre exemple : une centrale au charbon 10 Energie chimique Énergie chimique Chaleur + Déchets + énergie électrique Un processus qui crée beaucoup d’entropie (rendement d’énergie libre faible) Irréversible (comment recapturer le CO 2 et la vapeur d’eau émise) http: //www. oleocene. org/ Chaleur Vapeur gaz Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant Entropie (Chaleur 70%, émission irréversible de CO 2 et de vapeur d’eau) Énergie électrique Énergie chimique 2020 -2021

L’entropie – l’énergie libre 11 énergie libre = énergie totale – température x entropie La chaleur est la forme d’énergie la plus entropique • • Rendement faible des moteurs thermiques Apparait comme « déchet » dans les transformations d’énergies Les formes d’énergie les moins entropiques (part d’énergie libre maximum) : • • Énergie radiative (ex : rayonnement solaire, ondes) Énergie électrique (ex : courants) Énergie mécanique (ex : eau d’un barrage) Énergie chimique (ex : accus, charbon) • En première approximation, la création de chaleur est une estimation de la création d’entropie • Dans les bilans d’énergie, la notion d’énergie libre est plus pertinente Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

La vie – les activités humaines 12 La vie : un processus de consommation d’énergie libre Chaleur, déchets Processus biologiques Energie mécanique Energie chimique Croissance (organisée) Processus biologiques + culture Chaleur, déchets Energie mécanique Artéfacts Energie chimique Croissance (organisée) Vitruve Léonard de Vinci , Gotlib Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Energie libre dissipée par les activité humaines 13 Nature Culture Pour les humains, la part de la consommation d’énergie « biologique » est très faible par rapport à celle liée à leurs activités techniques et de création d’artefacts. www. francois-roddier. fr/ Total Un Français a l’équivalent de 4 à 500 « esclaves » à sa disposition 24 h sur 24. « combien-suis-je-un-esclavagiste » - JM Jancovici Biologique Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Bilan énergie/entropie de la Terre 14 Soleil 5 800°K Energie absorbée par la Terre 240 W/m² Espace 2, 7° K Energie 240 W/m² Photons de haute énergie Photons de basse énergie Entropie 40 m. W/K/m² Entropie 940 m. W/K/m² Terre 300°K La planète Terre est une machine à créer de l’entropie (désordre, chaleur) Seulement 6% de l’énergie reçue du Soleil est captée en énergie libre Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Le « budget » de la Terre en énergie libre 1 TW = 1012 Watts En commons. wikimedia. org Chaleur 28 300 TW Mouvement atmosphère Energie mécanique (cinétique) hydrauliqueformation. blo gspot. com er g 30 ie r 00 ad 0 T iati W ve Nasa- Wikipedia-Ouragans 15 Evaporation de l’eau Energie mécanique (potentielle) 900 TW 560 TW Processus biologiques Terrestres Marins Energie chimique Activité humaines Energie chimique (hors énergie primaire) 150 TW 60 TW 30 TW = Source Wikipedia : Bilan radiatif de la Terre « Life, hierarchy … of Planet Earth, A Kleidon, Phys. of Life Reviews 7(2010)424 Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 1 700 TW d’énergie libre qui se dégradera progressivement en chaleur 2020 -2021

Bilan énergie/entropie Lune/Terre 16 20 W/m² 340 W/m² La Lune albédo très faible 6%, c’est un astre mort qui n’a pas d’énergie libre 320 W/m² 0 W 340 W/m² 1700 TW 240 W/m² 100 W/m² La Terre a une albédo de 30%, c’est un astre vivant qui capte de l’énergie libre Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Les « bonnes » sources d’énergie libre 17 Pas d’énergie « renouvelable » : l’énergie est toujours est conservée Sources d’énergie en stock Nucléaire de fission Charbon, gaz, pétrole Géothermie Sources d’énergie en flux* * La captation de ces énergies libres est un « emprunt » . A la fin, elles seront de toute façon transformée en chaleur. Hydroélectricité Entropie de construction et de déconstruction Entropie de construction Émissions irréversibles de gaz Effet de serre Chaleur qui aurait été émise spontanément Entropie de construction Entropie (chaleur et turbulences) Quasi réversible Éolien Entropie de construction et de déconstruction Entropie liée à l’intermittence Photovoltaïque Entropie de construction et de déconstruction Entropie liée à l’intermittence ? ? ? Hydrogène, nucléaire de fusion ? ? ? Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Internet et la transformation de l’énergie 18 Internet Ordinateurs Lignes Serveurs Information Énergie électrique Energie électrique Énergie électrique Energie entrante Chaleur Fonctionnement Refroidissement Dégradation de l’énergie Création d’entropie Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

L’information a un coût énergétique ? 19 ENIAC (1945) : 360 multiplications par seconde 40 Watts-heure 1950 10 000 « calculs » par k. Wh 2010 1 000 000 000 « calculs » par k. Wh OUI MAIS http: //www. efficacite-electrique. fr/ Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant k. B est très petit : effacer 1 message de 1 Mo (mégaoctet) 4 10 -14 J(oule) 2020 -2021

Quels bilans d’énergie pour internet ? 17/11/2015 20 Quel est le coût écologique de votre surf sur internet ? Une tasse de thé bouillant, c'est le « coût énergétique » de la recherche que vous venez d'effectuer sur internet. Dr A Wissner-Gross : http: //news. bbc. co. uk/ 7 000 calories ou 8 Wh (Watt-heure) ou 29 000 J(Joules) Bilan TOTAL (? ) • • • Construction des équipements Consommation lignes, serveurs et PC Réfrigération des serveurs Retraitement de déchets « Selon les propres calculs de Google, une recherche sur son moteur de recherche (…) consomme 0. 0003 k. Wh d’énergie soit 1 kilojoule » . Un dé à coudre de thé tiède Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 260 calories ou 0, 3 Wh (Watt-heure) ou 1 000 J(Joules) 2020 -2021

Et internet dans les activités humaines ? 21 2 % environ Consommation mondiale annuelle d’énergie 135 000 TWh 20 % Electricité mondiale 27 000 TWh 8 % Internet 2 200 TWh Pour quels équipements Pour quels usages Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Le coût entropique d’internet 22 D’où vient l’électricité d’internet ? Hydro éle ctricité Electr icité Chaleur, turbulences que ermi le th entra C e étrol , p rbon Chaleur, émissions de vapeur d’eau, de CO 2, etc. Le coût entropique (chaleur émise) pour obtenir la même quantité d’électricité dépend fortement de l’origine de l’énergie Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Cliquer « vert » 23 Voir rapport « Click Green » http: //www. clickclean. org/ Green Peace compare la « qualité » de l’énergie utilisée par les grandes compagnies de l’internet Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Que fait la planète Gaïa ? 24 Un surplus de chaleur sur Terre (par exemple brûler du charbon) : • La stocker sous une autre forme d’énergie (? ? ) • Augmenter le rayonnement de la Terre : énergie rayonnée proportionnelle à T 4 Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant Un surplus d’entropie sur Terre (échanges d’énergie entre systèmes) : • Augmenter le rayonnement de la Terre : entropie rayonnée proportionnelle à T 3 • Augmenter l’activité turbulente de l’atmosphère 2020 -2021

Que fait la planète Gaïa ? 25 Augmentation de 1° K émission augmentée de 1, 4% Soit 3, 2 W/m² de rayonnement supplémentaire On estime à 2 W/m² l’impact des activités humaines de l’ère industrielle Seul l’usage des énergies en stock augmente le bilan de chaleur à émettre*. Où est le problème ? Mais « effet de serre » : la Terre n’est pas un corps émissif parfait Les équilibres des échanges énergétiques et entropiques sont modulés par la « transparence » de l’atmosphère au rayonnement infrarouge. * l’énergie du vent, des chutes d’eau, du rayonnement solaire, de l’uranium radioactif… aurait de toute façon été transformée en chaleur. La production d’électricité ne fait que contribuer au processus. Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Pourquoi parle-t-on du CO 2 ? 26 Les 2 effets entropiques des centrales thermiques (gaz, charbon) : - Rendement faible (20 à 30%) nécessité de multiplier la puissance des sources - Forte croissance de l’entropie de mélange : Charbon, solide confiné dans l’espace gaz émis, dispersés dans des milliards de m 3 d’atmosphère (irréversibilité). Le 3ème effet : émission de gaz à effet de serre • La vapeur d’eau, mais émission humaine minimes par rapport aux quantité énormes (qq %). Peu d’accumulation, elle retombe en pluie • Le gaz carbonique CO 2 (0, 04 %); mais s’accumule By NASA, Robert Rohde - http: //earthobservatory. nasa. gov/Features/Energy. Balance Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Bilan écologique du fonctionnement d’Internet 27 Electricité non carbonée • Pas de production nette de chaleur • Augmentation de l’entropie (déchets) Electricité à partir de stock de combustibles carbonés • Augmentation de la chaleur terrestre • Forte augmentation de l’entropie (irréversibilité des transformations) • Effet de serre Économiser les énergies Miser sur l’énergie libre Éviter de passer par la « case » chaleur Contribuer le moins possible à l’entropie du monde Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Science & Opinion publique 28 Pour aller plus loin Des vidéo conférences sur la chaîne You. Tube : la Science de Bernie – Saison 1 Mon blog https: //un-peu-de-physique. fr/ Des cours, des ressources… Des cours en ligne ou présentiels à l’Université Permanente de Nantes : https: //up. univ-nantes. fr/ Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

L’énergie libre dans les processus 29 énergie totale = énergie libre + entropie x température Exemples de processus Chauffage Bois, charbon, pétrole Énergie chimique Chaleur + Infra-Rouge Chaleur Moteur à explosion Essence Énergie chimique Chaleur + énergie mécanique Chaleur Moteur électrique Electricité Énergie électrique Chaleur + énergie mécanique Chaleur Un processus vital Photosynthèse Énergie radiative Chaleur + énergie chimique (6%) Rayons solaires Chaleur Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Et internet dans les activités humaines ? 30 L’électricité n’est pas une énergie primaire 2 % environ Consommation mondiale annuelle d’énergie 135 000 TWh 20 % Electricité mondiale 27 000 TWh Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 8 % Internet 2 200 TWh 2020 -2021

31 Traffic de données sur internet Échanges de fichiers Jeux en ligne Navigation Mail Vidéos source : https: //www. statista. com/ Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021

Le greenwashing des 32 Un peu de Physique pour comprendre le monde moderne - débutant 2020 -2021