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Pour que l’énergie éolienne redevienne durable

Sun, 02 Jun 2019 00:00:00 +0000

Illustration: Eva Miquel pour Low-tech Magazine.

Pendant plus de deux mille ans, l’humanité a construit des moulins à l’aide de matériaux recyclables ou réutilisables : bois, pierre, brique, toile, métal. Lorsque les premières éoliennes—affectées à la production d’électricité—ont émergé dans les années 1880 on utilisait alors les mêmes matériaux. Ce n’est que depuis l’invention des pales en matériaux composites plastiques dans les années 1980 que la production d’énergie éolienne est devenue une source de déchets toxiques qui se déversent dans nos décharges.

Pourtant, grâce aux avancées technologiques en matière de production et de conception en bois, il devient possible de créer des éoliennes de grande taille presque exclusivement à base de bois – non seulement les pales, mais aussi le reste de la structure. Cela permettrait à la fois de résoudre le problème des déchets, et de rendre la production d’éoliennes bien moins dépendante de l’industrie minière et des énergies fossiles. Une forêt plantée parmi les éoliennes pourrait fournir le bois nécessaire à la génération d’éoliennes suivante.

Une pale d’éolienne est-elle durable ?

On considère souvent les éoliennes comme une source d’énergie propre et durable. Et pourtant, bien qu’elles génèrent effectivement de l’électricité avec de moindres émissions de CO2 comparées aux centrales tournant aux énergies fossiles, elles produisent une grande quantité de déchets. Cet aspect est souvent négligé car l’acier—concentré dans le mât—représente environ 90 % de la masse d’une grande éolienne et il est facilement recyclable. Cela permet aux éoliennes d’être rapidement rentables sur le plan énergétique—les déchets d’acier pouvant être utilisés pour produire de nouveaux composants, tréduisant ainsi considérablement l’énergie nécessaire au processus de renouvellement du parc éolien.

En revanche, les pales de l’hélice sont faites de matériaux composites plastiques ultralégers qui sont volumineux et impossibles à recycler. Bien que la masse des pales soit faible à l’échelle de la masse totale de l’éolienne, elle n’est pas négligeable. Par exemple, une pale en fibre de verre de 60 mètres pèse 17 tonnes, ce qui signifie qu’une éolienne générant 5MW produira plus de 50 tonnes de déchets plastiques rien que pour ses pales.

Image: Une pale en fibre de verre renforcée. Source: [Gurit](https://www.gurit.com/Our-Business/Industries--Markets/Wind).

Une pale d’éolienne classique est composée d’époxy (un dérivé de pétrole) et de renforcements en fibre de verre. A l’intérieur, on retrouve différentes couches disposées en sandwich : mousse de PVC (polychlorure de vinyle) et de PET (polytéréphtalate d’éthylène), du bois de balsa (tressé avec l’époxy et la fibre) et des revêtements en polyuréthane. ¹²³⁴

Il est impossible de recycler le plastique des pales pour créer de nouveaux éléments comme c’est le cas pour l’acier de la tour. On peut seulement le « sous-cycler » : par exemple en le déchiquetant, ce qui produit un matériau inintéressant, à part comme renforcement dans la production de béton ou d’asphalte. Des recherches sont en cours afin de trouver d’autres débouchés à ces déchets plastiques, mais toutes rencontrent le même problème : personne ne veut du matériau « recyclé ». Quelques urbanistes ont réutilisé les pales directement sous forme de bancs ou de terrains de jeux. Mais on ne peut pas tout construire à base de pales d’éoliennes.

Les pales d’une seule éolienne de 5MW contiennent plus de 50 tonnes de plastique non recyclable.

Parce qu’elles sont si difficiles à recycler ou à réutiliser, les pales d’éoliennes finissent essentiellement en décharge (aux USA) ou incinérées (en Europe). Les deux approches sont équivalentes en matière d’impact écologique : si incinérer les pales réduit la quantité de déchets à enfouir (60 % des débris sont réduits en cendres), cela convertit la matière brûlée en pollution atmosphérique. De plus, la fibre de verre étant incombustible, les pales ont un pouvoir calorique si faible qu’il est presque impossible de les utiliser pour générer de l’énergie. ¹²³⁴

Gestion des déchets éoliens – 25 ans après

Il y a environ 250 000 éoliennes opérationnelles dans le monde à l’heure actuelle. La plupart d’entre elles ont été mises en place il y a moins de 25 ans, ce qui est aussi leur durée de vie estimée. Cela veut dire que l’on verra bientôt les conséquences de deux décennies d’utilisation croissante de l’électricité éolienne : l’apparition différée mais exponentielle de déchets non recyclables.

Par exemple : en Europe la part des éoliennes de plus de 15 ans d’âge représentait en 2016 12 % du parc, contre 28 % en 2020. En Allemagne, en Espagne et au Danemark, cette part passe de 41 à 57 %. Pour la seule année 2020, chacun de ces pays devra se débarrasser de 6 000 à 12 000 pales d’éoliennes. ⁵

Image: Les ailes des moulins de nos aïeux étaient faites exclusivement de matériaux recyclables. Image: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Non seulement les pales mises au rebut seront de plus en plus nombreuses, mais elles seront aussi de plus en plus volumineuses, l’industrie ayant tendance à concevoir des hélices de diamètre de plus en plus imposant. Les pales des éoliennes construites il y a 25 ans mesuraient 15 à 20 m ; leurs descendantes actuelles atteignent 75 à 80 m, voire plus. ³ Des estimations qui s’appuient sur les chiffres actuels de la croissance du parc éolien ont révélé que les matériaux composites utilisés dans les pales d’éoliennes du monde entier représenteront 330 000 tonnes de déchets par an d’ici 2028, et 418 000 tonnes par an d’ici 2040. ¹

On verra bientôt les conséquences de deux décennie d’utilisation croissante de l’électricité éolienne : l’apparition différée mais exponentielle de déchets non recyclables.

Ces estimations sont assez prudentes car on a aussi relevé de nombreuses pales défaillantes et parce que la tendance est au développement de pales de plus en plus efficaces capables de générer de plus grandes quantités d’énergie, ce qui mène les industriels à remplacer des pales bien avant qu’elles n’atteignent leur âge limite. ¹⁶ De plus, les quantités de déchets actuelles proviennent des éoliennes qui avaient été installées entre 2005 et 2015 alors que l’énergie éolienne ne représentait au maximum que 4 % de la demande (de l’époque) en énergie. Si la part énergétique de l’éolien augmentait pour atteindre 40 % de la demande (actuelle) en électricité, on peut s’attendre à ce que la quantité de déchets atteigne trois à quatre millions de tonnes par an.

Les ailes de moulins au cours de l’Histoire

Et pourtant, en jetant un œil à l’histoire de l’énergie éolienne, on réalise que le plastique n’est pas indispensable. La première utilisation du vent pour produire de l’énergie mécanique date de l’Antiquité, et les premiers « moulins générateurs d’électricité » - plus tard renommés « éoliennes » ont été construits dans les années 1880. Quant aux pales en fibres de verre, elles ont émergé dans les années 1980 : pendant la bagatelle de deux mille ans, les moulins en tous genres étaient recyclables de bout en bout.

Les première éoliennes d’Europe, conçues par Paul La Cour au Danemark, étaient doté d’ailes traditionnelles avec des lattes de bois. Image: Paul La Cour Museum.

Les tours des moulins traditionnels étaient faites de bois, de pierre ou de briques. Leurs « ailes » ou « pales » étaient généralement composées d’un cadre de bois recouvert de toile ou de planches de bois. Au cours des siècles, l’usage du fer, également recyclable, s’est généralisé pour certaines parties de l’ouvrage.

Au 18e et 19e siècle, alors que de nouveaux types d’ailes étaient conçus (comme les ailes à ressort, l’aile à enrouleur ou encore la « patent sail » de W.Cubitt) puis de nouveau au 20e siècle (avec les systèmes Dekker et Bilau), les formes d’ailes évoluèrent mais les matériaux restèrent les mêmes (avec l’ajout de l’aluminium). ⁷ De plus, et contrairement aux éoliennes actuelles que l’on remplace entièrement au bout de 25 ans environ, les moulins d’antan pouvaient fonctionner pendant des décennies - voire des siècles - car ils étaient régulièrement réparés et entretenus.

En jetant un œil à l’histoire de l’énergie éolienne, on réalise qu’utiliser du plastique n’est pas une fatalité.

La première éolienne construite aux États-Unis par Charles F. Brush possédait d’une « aile annulaire » composée de 144 fines pales en bois de cèdre. La première éolienne d’Europe, construite par Paul La Cour au Danemark, avait quatre ailes traditionnelles munies de lattes de bois avec une hélice de 22,8 m de diamètre.

Le modèle de La Cour fut copié par d’autres entreprises danoises, ainsi entre 1900 et 1920 on a pu observer des milliers d’éoliennes en action sur les fermes danoises. Pendant la première moitié du vingtième siècle, des douzaines d’éoliennes expérimentales furent construites, dont certaines avec des pales d’acier comme l’éolienne états-unienne « Smith-Putnam » de 1939. ⁸

Image: L’éolienne de Gedser utilise une structure métallique pour améliorer la rigidité de ses pales.

C’est en 1957 que Johannes Juul – un élève de Paul La Cour – construisit l’éolienne tripale de Gedser. Son hélice avait un diamètre de 24m et une structure en câbles d’acier permettait de consolider les pales et l’hélice dans son ensemble. Les pales étaient faites de longerons d’aciers, avec une carapace d’aluminium renforcée par des nervures de bois.

Jusqu’au milieu des années 1980, l‘éolienne de Gedser resta la plus grande réussite de l’industrie éolienne. Elle fonctionna pendant 11 ans sans aucune maintenance et généra jusqu’à 360 000 kWh par an. Pourtant, lorsqu’un roulement à bille vînt à défaillir, elle ne fut pas réparée et cessa de fonctionner. A la fin des années 1970, lorsqu’elle fût rénovée et testée, elle obtenait de meilleures performances que les premières éoliennes à pales en fibre de verre. ⁸⁹

C’est la taille qui compte

C’est en 1978, au Danemark, que la première éolienne à pales en fibre de verre fut mise en place afin d’alimenter une école en électricité. Avec son hélice de 54 m, l’éolienne « Tvind » était à l’époque la plus grosse éolienne jamais construite. A partir de 1980, la fibre de verre devînt la norme au Danemark et le « design Danois » fut ensuite exporté partout dans le monde. C’est ainsi que les pales en plastique en vinrent à définir l’éolienne moderne, ce qui nous confronte à un dilemme.

C’est principalement l’envie de construire de plus grandes éoliennes qui a motivé les industriels à passer à la fibre de verre . En effet, de grandes éoliennes réduisent le coût d’électricité produite par kilowattheure, et ce pour deux raisons : les vents sont plus puissants à plus haute altitude, et doubler la taille du rayon d’une hélice multiplie mécaniquement le rendement par quatre. Ce désir de construire toujours plus gros est au centre des préoccupations de l’industrie éolienne. Les plus grosses hélices, qui atteignaient 50 m de diamètre dans les années 1990, ont atteint les 120 m dans les années 2000. De nos jours, les plus grandes éoliennes off-shore dépassent les 160 m, et une éolienne de 12MW avec un rotor de 220 m de diamètre est en cours de construction aux Pays-Bas. ³⁶¹⁰

Pale d’éolienne améliorée des années 1940, conçue puis fabriquée par P.L Fauel. Image: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Il est à noter toutefois que lorsque la taille de l’hélice augmente, son poids augmente également. Cela force les constructeurs à utiliser des matériaux plus légers (NDT : pour que les pales restent manipulables et n’entraînent pas une usure excessive des composants). En outre, plus les pales sont de grande taille plus elles tendent à fléchir face au vent : l’utilisation de matériaux exceptionnellement rigides est nécessaire pour maintenir des performances aérodynamiques optimales et éviter qu’une pale ne se déforme au point de venir percuter le mât. Pour résumer, les grandes éoliennes et leurs pales très longues mettent à rude épreuves leurs matériaux de construction, à un point qui exclut d’emblée l’utilisation de matériaux recyclables. ¹¹¹² Dès lors, les éoliennes deviennent de plus en plus efficientes mais également de moins en moins durables.

Les grandes éoliennes et leurs pales très longues mettent à rude épreuves leurs matériaux de construction.

Cette tendance se poursuit actuellement par l’utilisation croissance de plastique renforcé de fibre de carbone, un matériau à la fois plus résistant, rigide et léger que le plastique renforcé de fibre de verre. ¹¹ L’utilisation de ce nouveau matériau – qui complique encore une fois les tentatives de recyclage des pales – est en train de devenir une norme dans les plus grandes éoliennes, et est utilisé pour consolider les parties soumises aux contraintes les plus intenses comme la racine des pales et les semelles de longeron (spar caps).

Ainsi, nous sommes entrés dans une nouvelle ère : désormais on attend des pales d’éolienne qu’elles soient si grandes que les construire en plastiques composites renforcés de fibre de verre ne suffit même plus.

Réinventer la pale d’éolienne

Il est intolérable qu’une industrie qui se prétend durable et renouvelable déverse chaque année des millions de tonnes de plastique dans les décharges. Avec ce constat, serait-il possible de revenir sur nos pas et de n’utiliser que des matériaux recyclables pour nos éoliennes comme par le passé ? Quelle taille pourraient-elles atteindre ? Dans quelle mesure est-il possible de réconcilier durabilité et efficacité ?

Moulin amélioré des années 1930, conçu par Kurt Bilau. La tour est en pierre et les ailes en bois et aluminium. Image: Frank Vincentz (CC BY-SA 3.0).

La recherche de nouveaux modèles de pales d’éoliennes plus durables se concentre sur des solutions qui emploient le plastique comme principal matériau. Les thermoplastiques peuvent être fondus puis réutilisés, ce qui pourrait permettre de recycler les pales fatiguées pour en faire de nouvelles, peut-être même directement sur place. Malheureusement ce matériau est bien moins résistant et rigide que les plastiques renforcés actuels, ainsi les pales construites en thermoplastiques n’ont jamais atteint une longueur de plus de 9 m jusqu’à présent. ¹¹³

Dans un autre domaine, on étudie la possibilité de remplacer la fibre de verre par de la fibre de bois ou de chanvre. Les pales construites ainsi peuvent atteindre de plus grandes tailles que celles construites en thermoplastiques, mais l’amélioration est très faible en matièere de durabilité par rapport aux pales époxy-fibre de verre. ¹⁴¹⁵ C’est bien l’époxy, dérivé du pétrole, qui est le plus nocif des deux composants, et les pales utilisant les fibres de chanvre ont besoin d’une plus grande quantité d’époxy pour atteindre les propriétés aérodynamiques escomptées.¹⁶¹⁷¹²

La longueur que l’on peut donner aux pales de bois n’est plus déterminée par la disponibilité de grands troncs d’arbre de consistance homogène.

Certains ingénieurs et scientifiques essaient d’autres approches et s’intéressent à des méthodes de construction en bois plus traditionnelles. Pour les éoliennes de petite taille, il est possible de tailler les pales dans du bois massif. Pour les éoliennes plus grandes, il est possible de créer une coque aérodynamique évidée munie d’une structure interne de nervures et de lisses (EN:stringer) soutenues par une poutre, le longeron – le tout créé à partir de planches, poutres et panneaux de « lamibois ».

Le Lamibois

Le lamibois – matériau composite constitué de fines couches de placage de bois collées – est apparu dans les années 1980 et présente de sérieux avantages par rapport au bois massif . En effet, la consistance du bois massif peut être très variable, même dans un seul tronc d’arbre : ainsi la taille des longerons utilisés pour les moulins traditionnels était limitée par la disponibilité de grands troncs d’arbres de consistance homogène. Le plus grand moulin traditionnel jamais construit – le Murphy Mill à San Francisco, 1900 – possédait une hélice de 35 m de diamètre.

Aile « Patent Sail» dotées du système Dekker, années 1940. Image: Reboelje.

En revanche, le processus de production du lamibois permet de répartir les défauts du tronc (comme les nœuds du bois), ce qui apporte une rigidité plus homogène au matériau. Ainsi il peut être utilisé pour construire de plus grandes pales d’éolienne. ¹² Le lamibois est aussi plus léger et moins cher que la fibre de verre. La solidité et la rigidité du matériau sont moins élevées, mais étant donné que la plupart des forces s’exerçant sur les pales sont dues à leur propre poids, une pale de bois plus légère n’a pas besoin d’être aussi solide qu’une lourde pale de fibre de verre. ¹²

Toutefois, la faible rigidité du bois rend difficile la limitation des déformations élastiques dans le cas de grandes pales.

Une étude de 2017 de l’Université de Amherst, Massachusetts portant sur une éolienne de 5 MV munie de pales de 61,5m a calculé que pour pouvoir être suffisamment rigide et résister aux forces auxquelles elle est exposée, une pale de 60 m faite de panneaux de lamibois devrait peser 2,8 fois plus qu’une pale composite (48 tonnes pour 17 tonnes) et avoir une épaisseur de lamibois de 50 cm. ¹² Il est donc bel et bien techniquement possible de construire une pale de lamibois de 60 m, mais cela n’est pas pratique : une éolienne munie de pales si lourdes devra être bien plus solide pour résister au stress créé par ce poids, ce qui la rend plus chère et plus coûteuse en ressources à la construction.

Trouver un compromis ?

On peut aborder le problème de deux manières : la première serait de concevoir une pale en lamibois, la doter d’un longeron en polymère renforcé de carbone (PRFC) et la recouvrir d’une couche de composite renforcé de fibre de verre. L’étude mentionnée ci-dessus a montré qu’une telle pale « hybride » bois-carbone est suffisamment rigide pour atteindre les 61,5 m pour une éolienne de 5 MW, et pèse jusqu’à 3 tonnes de moins qu’une pale en fibre de verre. ¹² Une autre étude portant sur une pale hybride bois-carbone de taille similaire arrive à la même conclusion, à la différence que la pale ainsi obtenue est légèrement plus lourde que la pale en plastique. ¹⁴

Une pale essentiellement fait de lamibois mais renforcée de longerons de carbone peut dépasser les 60 m de long. De telles pales hybrides contiennent moins de composés plastiques, et ces plastiques ne sont pas entrelacés dans le bois : au contraire ce sont deux couches séparées ce qui rend plus facile la réutilisation, le recyclage ou l’incinération des pales en fin de vie.

Cependant, selon les deux études mentionnées ci-dessus, une pale hybride bois-carbone contient toujours entre 2,5 tonnes 14 et 6,2 tonnes 12 de plastique. Ainsi pour une éolienne tripale de 5 MW, cela représente entre 7,5 et 18,4 tonnes de déchets non recyclables. En comparaison, une pale conventionnelle en produit actuellement 50 tonnes.

Des éoliennes plus petites ?

A l’aune des dommages environnementaux causés par les pales d’éoliennes conventionnelles, on pourrait être tenté de considérer les dommages plus modestes causés par l’utilisation de longerons carbone-époxy dans les pales de bois comme négligeables. Pourtant, ce changement de matériaux ne peut suffire à résoudre le problème des déchets de l’industrie et la production croissante d’éoliennes continuera de générer des flux de déchets de plus en plus massifs.

Image: Pale éolienne en lamellé-collé avec des semelles de longeron en carbone. Source: [^14]

Si l’on voulait se montrer plus ambitieux dans notre définition d’une production éolienne durable, on pourrait choisir de construire nos éoliennes intégralement en (lami)bois, même si nous devrions pour cela nous contenter d’éoliennes plus petites.

On peut aussi opposer un autre argument à la recherche d’efficience à tout prix : le manque de durabilité induit par la taille croissante des éoliennes concerne non seulement les pales, mais aussi d’autres composants qu’il devient de plus en plus courant de fabriquer en composites plastiques (NDT : pour résister au poids des pales) – particulièrement le cône frontal et la coque de la nacelle (l’habitacle qui protège des éléments le générateur, le multiplicateur et les autres équipements auxiliaires). ¹²³⁴

On peut aussi mentionner l’utilisation croissante de pièces électroniques tout simplement impossibles à recycler et des moteurs à aimants permanents à base de terres rares, qui ne coûtent moins chers qu’une boîte de vitesses mécanique que grâce à une industrie minière de plus en plus destructrice. Les éoliennes de grandes tailles sont aussi responsables de la mort d’un plus grand nombre d’oiseaux et de chauve-souris. ¹⁸

On pourrait améliorer sensiblement la durabilité au prix d’une perte mineure d’efficacité.

On pourrait améliorer sensiblement la durabilité au prix d’une perte mineure d’efficacité. Les défenseurs de l’énergie éolienne seront peut-être opposés à cette idée, car elle rendrait l’éolienne incapable de concurrencer les énergies fossiles en termes de prix. Mais on pourrait imaginer contrebalancer le coût plus élevé de l’éolien en augmentant celui des énergies fossiles.

Notre problème en réalité est que nous choisissons de continuer à juger de la viabilité de l’énergie éolienne en utilisant les énergies fossiles les moins coûteuses comme unité de mesure. C’est parce que nous essayons à tout prix de concurrencer les énergies fossiles – c’est à dire de produire autant d’énergie que celle nécessaire à un mode de vie basé sur l’abondance d’énergies fossiles – que nous avons rendu les éoliennes de plus en plus néfastes pour l’environnement. Si nous choisissons de réduire la demande en énergie, se contenter d’éoliennes plus petites et moins efficientes n’est plus un problème.

Image: La première éolienne construite aux États-Unis par Charles F. Brush possédait d’une « aile annulaire » (EN : annular sail) composée de 144 fines pales en bois de cèdre

Jusqu’à quelle taille pouvons-nous construire des éoliennes viables si l’on utilise uniquement du lamibois ? Personne ne semble étudier la question. Je l’ai posée à Rachel Koh, la scientifique qui a calculé les caractéristiques de la pale lamibois de 61,5 m, mais elle n’a pas pu m’en apprendre beaucoup plus : « Le modèle que j’ai créé n’est applicable qu’à une éolienne de 5 MW. Il serait hypothétiquement possible de mener une autre étude pour répondre à votre question, mais ça nécessiterait beaucoup de travail. » Elle note également qu’il est sûrement possible d’améliorer encore plus la rigidité du lamibois par des innovations industrielles.

Une Forêt d’Éoliennes

Que l’on opte pour des pales géantes en bois-carbone ou de plus petites pales entièrement en bois, dans les deux cas il est déjà possible de construire la tour et la coque de la nacelle en bois. En 2012, l’entreprise allemande TimberTower a construit une tour en lamibois de 100 m de hauteur pour équiper une éolienne de 1,5 MW. On pourrait penser que construire une tour d’éolienne en bois n’apporte pas grand-chose de plus, car le bois vient remplacer de l’acier qui est déjà parfaitement recyclable. Et pourtant, une éolienne construite intégralement en bois présente des avantages supplémentaires :

Illustration: Eva Miquel pour Low-tech Magazine

Utiliser du bois permettrait à l’énergie éolienne de s’affranchir de l’industrie minière et des énergies fossiles, à l’exception des parties mécaniques et électriques (mais il est déjà possible d’améliorer ce point en utilisant l’énergie du vent pour la production d’énergie mécanique directe ou la production directe de chaleur). ¹⁹

De plus, des parcs éolien faits de bois feraient office de puits de carbone – car leurs composants de bois séquestreraient du CO2 issu de l’atmosphère.

Enfin, l’espace présent entre les éoliennes qui composent parcs éoliens, très peu propice à des zones résidentielles, pourrait en revanche être utilisé pour planter une forêt dont le bois servirait à construire la génération d’éolienne suivante. Ainsi le bois pourrait être scié, transformé et assemblé sur place, ce qui diminuerait grandement l’énergie nécessaire au déplacement des pièces d’éoliennes.

Les éoliennes déjà en place, dont l’action serait complétée par l’usage de la biomasse forestière, pourraient fournir l’énergie nécessaire pour fabriquer le lamibois et les différents composants. Le parc éolien pourrait ainsi devenir un modèle en matière d’économie circulaire, surtout si l’on choisissait de n’utiliser que du bois pour les pièces le composant.

Et les panneaux solaires dans tout ça ?

Un prochain article s’intéressera à la durabilité des panneaux solaires. L’énergie photovoltaïque est-elle condamné à produire des déchets toxiques ? Est-il possible de construire des panneaux solaires uniquement en matériaux recyclables ? Et quelles seraient les conséquences sur le coût et l’efficience de cette source d’énergie ?

Kris De Decker

Ramirez-Tejeda, Katerin, David A. Turcotte, and Sarah Pike. “Unsustainable Wind Turbine Blade Disposal Practices in the United States: A Case for Policy Intervention and Technological Innovation.” NEW SOLUTIONS: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy 26.4 (2017): 581-598. http://docs.wind-watch.org/ramireztejeda2016-bladedisposal.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
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De Decker, Kris. “Heat your house with a mechanical windmill.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2019). here ↩︎

Chauffer sa maison avec une éolienne mécanique

Wed, 27 Feb 2019 00:00:00 +0000

Image: Illustration de [Rona Binay](https://ronabinay.com/) pour Low-tech Magazine.

La production d’énergie renouvelable est presque entièrement consacrée à générer de l’électricité. Pourtant l’énergie que nous utilisons le plus est sous forme de chaleur, laquelle ne peut être produite qu’indirectement par des panneaux photovoltaïques ou des aérogénérateurs moyennant en plus un rendement assez faible. Un capteur solaire thermique permet d’éviter l’étape de conversion en électricité et fournit ainsi de l’énergie thermique renouvelable de manière directe et plus efficace.

Par ailleurs, il est beaucoup moins connu qu’une éolienne « mécanique » peut assurer la même fonction dans un climat venteux : en surdimensionnant son système de freinage, une éolienne peut générer une quantité importante de chaleur directe par friction. Il est également possible de coupler une éolienne mécanique à une pompe à chaleur, ce qui peut s’avérer moins coûteux que d’utiliser une chaudière à gaz ou une pompe à chaleur électrique alimentée par un aérogénérateur (éolienne dédiée à la production d’électricité).

Chaleur versus électricité

À l’échelle mondiale, la demande en énergie thermique correspond à un tiers de la production d’énergie primaire, tandis que les besoins en électricité n’en représentent qu’un cinquième. ¹ Dans les climats tempérés à froids, la part de l’énergie thermique est encore plus importante. À titre d’exemple, au Royaume-Uni la chaleur représente presque la moitié de la consommation énergétique totale. ² Si l’on restreint l’analyse au seul secteur résidentiel, les besoins en énergie thermique pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire peuvent atteindre 60 à 80 % de la demande totale en énergie domestique dans les climats tempérés et froids. ³

Malgré ces chiffres, les différentes sources d’énergies renouvelables demeurent minoritaires dans la production de chaleur. La principale explication notable est l’usage traditionnel de la biomasse pour la cuisine et le chauffage – mais dans les pays « développés » la biomasse est aussi utilisée pour produire de l’électricité au lieu de générer de la chaleur. Le recours à l’énergie solaire thermique et géothermique représente respectivement moins d’1 % et 0,2 %, de la demande mondiale en chaleur ⁴ ⁵. Si les énergies renouvelables fournissent près de 20 % de la demande mondiale en électricité (énergie hydroélectrique essentiellement), elles ne représentent que 10 % de la demande en chaleur (biomasse essentiellement). ⁵ ⁶

Production de chaleur directe versus indirecte

L’électricité produite par des sources d’énergies renouvelables peut être – comme c’est le cas actuellement – convertie en chaleur de manière indirecte. Ainsi, le générateur électrique d’une éolienne permet de convertir son énergie de rotation en électricité, laquelle peut ensuite être convertie en chaleur par l’intermédiaire d’un radiateur électrique, une chaudière électrique, ou encore une pompe à chaleur électrique. Il en résulte de la chaleur produite par énergie éolienne.

L’usage de pompes à chaleur, en particulier, est promu par de nombreux gouvernements et organisations comme une solution durable pour la production de chaleur renouvelable. Cependant, les énergies solaire et éolienne peuvent aussi être utilisées de manière directe, sans conversion préalable en électricité – et cela s’applique bien sûr également à la biomasse. La génération de chaleur directe est moins coûteuse, peut avoir (selon les conditions) un meilleur rendement, et est plus durable que la génération de chaleur indirecte.

Image: prototypes d’éoliennes productrices de chaleur, construits par Esra L. Sorensen en1974. Photo de Claus Nybroe. Source: [^13]

Apparue au 19e siècle comme produit d’un appareil industriel ayant permis la fabrication à bas coût de verres et miroirs, la technologie solaire thermique est l’alternative directe au solaire photovoltaïque que nous connaissons aujourd’hui. L’énergie solaire thermique peut servir à la production d’eau chaude sanitaire, au chauffage ou à des procédés industriels. En outre, cette technologie un rendement 2 à 3 fois plus élevé comparée à la version indirecte, c’est-à-dire impliquant l’étape de conversion en électricité.

Presque personne ne sait qu’une éolienne peut générer de la chaleur « directe », sans conversion électrique

L’équivalent direct de l’énergie éolienne est le moulin, technique ancestrale connue de tous et vieille d’au moins 2 000 ans. L’énergie de rotation issue du rotor était transmise directement à l’arbre d’une machine, qu’il s’agisse d’une scie à bois ou d’une meule à grains. Bien qu’ancienne, cette méthode conserve toute sa pertinence de nos jours,notamment combinée à de nouveaux systèmes, en ce qu’elle offre un meilleur rendement qu’en convertissant l’énergie en électricité, puis à nouveau en énergie de rotation.

Cependant, un moulin (ou une éolienne) traditionnel peut tout à fait fournir, outre l’énergie mécanique, de l’énergie thermique. Le problème est que presque personne ne le sait. Même l’Agence Internationale de l’Energie, dans son panorama des techniques de production de chaleur renouvelable, ne mentionne pas la conversion directe d’énergie éolienne en chaleur.

L’éolienne à frein hydraulique

La version « classique » d’une éolienne productrice de chaleur convertit directement l’énergie cinétique de rotation en chaleur en créant une friction dans l’eau, via l’utilisation d’un dispositif appelé « frein hydraulique » ou encore « machine de Joule ». Un générateur de chaleur basé sur ce principe s’apparente tout simplement à un mixer ou une roue à aube à énergie éolienne, insérée dans un réservoir d’eau calorifugé (c’est-à-dire isolé thermiquement). Du fait de la friction induite dans les molécules d’eau, l’énergie mécanique transmise par les pales y est convertie en chaleur. L’eau ainsi chauffée peut alors alimenter un bâtiment pour le chauffage ou le lavage du linge et le concept pourrait aisément être transposé à des usines dont les process industriels requièrent des températures relativement basses.

Image : schéma de principe d’un système de chauffage basé sur une éolienne à frein hydraulique. Source : [^8]

La machine de Joule fut initialement conçue comme un instrument de mesure. James Joule la construisit en 1840 pour sa fameuse mesure de l’équivalent mécanique de la chaleur : une calorie est égale à la quantité d’énergie nécessaire pour élever la température d’1 centimètre cube d’eau d’1 degré Celsius.

Un générateur de chaleur basé sur ce principe s’apparente tout simplement à une roue à aube à énergie éolienne insérée dans un réservoir d’eau calorifugé

Ce qu’il y a de plus fascinant avec les éoliennes à frein hydraulique c’est que, en théorie, elles auraient pu être fabriquées il y a plusieurs centaines voire milliers d’années. Elles sont construites à partir de matériaux élémentaires : du bois et/ou du métal. Néanmoins, bien qu’on ne puisse exclure qu’elles aient été utilisées à l’époque préindustrielle, la première mention d’éoliennes productrices de chaleur ne date que des années 1970, période à laquelle les Danois commencèrent à en construire suite au premier choc pétrolier.

Image : le générateur de chaleur d’une éolienne productrice de chaleur. Source : [^8]

A cette époque, le Danemark était entièrement dépendant des importations de pétrole pour le chauffage, ce qui laissa de nombreux foyers démunis et sans chauffage quand l’approvisionnement en pétrole fut perturbé. Ayant déjà développé une forte culture DIY (« Do It Yourself », que l’on pourrait traduire par « bricolage » ou « fait par soi-même ») dans la fabrication de petites éoliennes électriques pour leurs fermes, les Danois se mirent à construire des éoliennes pour chauffer leurs maisons. Certains firent le choix d’installations indirectes, assurant la conversion d’électricité éolienne en chaleur via des appareils de chauffage électrique. D’autres, cependant, fabriqèerent des éoliennes mécaniques produisant directement de la chaleur.

Moins coûteuse à construire

La méthode directe pour la production de chaleur s’avère beaucoup moins coûteuse et plus durable que la conversion d’électricité d’origine solaire ou éolienne en chaleur par l’intermédiaire d’appareils de chauffage électrique. Il y a deux raisons à cela.

Tout d’abord et avant tout, les éoliennes mécaniques sont moins complexes, ce qui les rend plus abordables et moins consommatrices de ressources à construire, tout en accroissant leur durée de vie. Une éolienne à frein hydraulique se passe de convertisseur de courant, transformateur et boîte de vitesse, ce qui, grâce à une masse plus faible, autorise une conception moins robuste de l’éolienne. La machine de Joule est ainsi plus petite et moins coûteuse qu’un générateur électrique. ⁷ Un autre facteur important est la réduction du coût de stockage thermique, de l’ordre de -60 à 70 % comparé à une solution sur batterie ou au recours ou à des générateurs de secours. ²

Une éolienne à frein hydraulique, construite par l’Institute for Agricultural Techniques en 1974. Photo de Ricard Matzen. Source : [^13]

Ensuite, convertir l’énergie éolienne ou solaire directement en chaleur (ou en énergie mécanique) peut avoir un meilleur rendement que lorsqu’une conversion énergétique a lieu. Cela signifie qu’un nombre moins important de convertisseurs d’énergie solaire ou éolienne est nécessaire - et par conséquent moins d’espaces et de ressources – pour fournir une quantité donnée de chaleur donnée. En bref, l’éolienne productrice de chaleur résout les principaux défauts de l’énergie éolienne, à savoir : sa faible densité en énergie et son intermittence.

Les éoliennes mécaniques sont moins complexes, ce qui les rend plus abordables et moins consommatrices de ressources à construire, tout en accroissant leur durée de vie

Enfin, la production de chaleur directe améliore significativement la rentabilité et la pérennité de petites installations éoliennes. Des expériences ont montré que les petites éoliennes produisant de l’électricité ont de très mauvais rendements et ne produisent pas toujours assez d’énergie pour compenser celle nécessaire à leur fabrication. ¹² Par contre, utiliser des modèles similaires pour produire de la chaleur permet de réduire leur « énergie grise » (‘embodied energy’ : énergie nécessaire lors de la vie d’un produit, hors utilisation (fabrication, transport, entretien, recyclage…)) et les coûts, ainsi que d’augmenter leur durée de vie et améliore leur rendement.

Quelle quantité de chaleur une éolienne peut-elle produire ?

L’éolienne à frein hydraulique danoise des années 1970 était une machine de taille relativement réduite, avec un rotor d’environ 6 mètres de diamètre et une hauteur d’environ 12 mètres. Des versions plus grandes furent construites dans les années 1980. La plupart utilisaient de simples pales en bois. Au total, une douzaine au moins de modèles différents ont été documentés, aussi bien bricolés que commerciaux. ⁸ Nombreux furent construits avec des pièces détachées de voitures et autres matériaux de récupération. ¹

Image: Une éolienne Calorius produisant jusqu’à 4 kW de chaleur. Image mis à disposition par le [Nordic Folkecenter](http://folkecenter.eu) au Danemark.

Les performances d’une des premières petites éoliennes danoises productrices de chaleur furent officiellement testées. La Calorius type 37 – d’une hauteur de 9 mètres et équipée d’un rotor de 5 mètres de diamètre – produisait 3,5 kilowatts de chaleur pour une vitesse de vent de 11 m/s (forte brise, Beaufort 6). Ceci est comparable à la chaleur produite par les plus petites chaudières utilisées pour le chauffage de locaux. Entre 1993 et 2000, l’entreprise danoise Westrup a construit au total 34 éoliennes dont 17 étaient toujours en fonctionnement en 2012. ⁸

Une éolienne à frein hydraulique de plus grande dimension (7,5 mètres de diamètre, mât de 17 mètres) fut construite en 1982 par les frères Svaneborg et chauffait la maison de l’un des deux (tandis que l’autre avait opté pour un aérogénérateur et un système de chauffage électrique). Composée de 3 pâles en fibres de verre, l’éolienne produisait jusqu’à 8 kilowatts de chaleur, d’après des mesures non-officielles – ce qui est comparable à la puissance délivrée par la chaudière électrique d’une petite maison individuelle. ⁸

Plus tard dans les années 1980, Knud Berthou fabriqua l’éolienne de chauffage la plus sophistiquée à ce jour : la LO-FA. Sur les autres modèles, la production de chaleur se faisait au pied de l’éolienne – un arbre de transmission descendait jusqu’au niveau du sol, où était installé le frein hydraulique. Dans l’éolienne LO-FA, au contraire, tous les composants mécaniques associés à la conversion de l’énergie étaient installés au sommet du mât. Les 10 premiers mètres du mât, d’une hauteur totale de 20 mètres, étaient remplis de 15 tonnes d’eau dans un réservoir calorifugé. Ainsi, on pouvait littéralement « ouvrir le robinet » d’eau chaude de l’éolienne. ⁸

La tour de l’éolienne LO-FA contenait 15 tonnes d’eau dans un réservoir calorifugé : on pouvait littéralement « ouvrir le robinet » d’eau chaude de l’éolienne

LO-FA était aussi la plus grande éolienne de chauffage, avec un rotor de 12 mètres de diamètre. Sa puissance était estimée à 90 kilowatts pour une vitesse de vent de 14 m/s (Beaufort 7). Ce résultat peut sembler excessif par rapport aux autres éoliennes productrices de chaleur, mais la puissance de sortie délivrée par une éolienne croît plus que proportionnellement à l’augmentation du diamètre du rotor et de la vitesse du vent. Par ailleurs, le fluide de friction du frein hydraulique n’était pas de l’eau mais de l’huile hydraulique, qui peut être chauffée à des températures bien plus élevées. L’huile transférait ensuite sa chaleur à l’eau stockée dans la tour. ⁸

Un renouveau d’intérêt

L’intérêt porté aux éoliennes productrices de chaleur a ressurgi il y quelques années, bien qu’il se limite pour l’instant à une poignée d’études et expérimentations scientifiques. Ainsi, dans un article de 2011, des scientifiques allemands et britanniques affirment que « dans les régions nordiques, les petits foyers isolés ont plus de besoins en énergie thermique qu’en électricité ; les éoliennes, dans ces régions, devraient par conséquent être construites pour générer de la chaleur ». ⁹

Les chercheurs y expliquent et illustrent le fonctionnement d’une éolienne à frein hydraulique et proposent un calcul de la performance optimale pour cette technologie. D’après les résultats obtenus, le régime de couple/vitesse du rotor et de l’hélice doivent être soigneusement définis afin d’obtenir un rendement maximal. Par exemple, dans le cas de la micro-éolienne Savonius utilisée par les scientifiques comme modèle (rotor de diamètre 0,5 m, hauteur de mat 2 m), des calculs ont permis de déterminer que le diamètre optimal de l’hélice était de 0,388 m.

Les chercheurs ont ensuite réalisé des simulations sur une durée de quinze heures afin de calculer la chaleur délivrée en sortie par l’éolienne. Alors que peu appropriée à la production d’électricité du fait de sa faible vitesse, l’éolienne Savonius s’avère en revanche une très bonne candidate pour la production de chaleur : cette petite éolienne est parvenue à générer jusqu’à 1 kW de puissance thermique (à une vitesse de vent de 15 m/s). ⁹ En 2013, une étude portant sur un prototype a permis d’obtenir des résultats similaires, et a estimé à 91 % le rendement du système. ¹⁰ Ceci est comparable au rendement d’un aérogénérateur chauffant de l’eau grâce à de l’électricité.

En 2013, l’étude d’un prototype a permis de calculer que le système avait un rendement de 91 %

Évidemment, le temps n’est pas toujours à l’orage, ce qui signifie que la prise en compte de la vitesse moyenne du vent est au moins aussi importante que la vitesse de vent maximale possible. Une étude réalisée en 2015 étudiait le potentiel du développement d’éoliennes dédiées à la production de chaleur en Lituanie, un pays balte au climat froid, largement dépendant d’importations onéreuses de combustibles fossiles. ¹¹ Sur l’hypothèse d’une vitesse moyenne de vent dans le pays (4 m/s, Beaufort 3), les chercheurs ont montré que la production d’un kilowatt de chaleur nécessitait une éolienne avec un rotor de 8,2 mètres de diamètre.

Une éolienne productrice de chaleur avec un frein hydraulique placé à l’intérieur de la tour, au pied de l’éolienne. Construite par Jorgen Andersen en 1975, l’éolienne se situait à Serritslev. Photo de Claus Nybroe. Source : [^13]

En comparant ces données avec les besoins en chaleur d’un bâtiment neuf et performant de 120 m2 chauffé aux standards modernes de confort, ils sont arrivé à la conclusion qu’une éolienne productrice de chaleur pourrait couvrir de 40 à 75 % des besoins annuels en chauffage (fluctuants selon le niveau de performance énergétique du bâtiment). ¹¹

Le stockage thermique

Par ailleurs, comme la vitesse moyenne du vent n’est pas constante, une éolienne de chauffage nécessite la mise en place d’un stockage thermique – sans quoi elle ne fournirait de la chaleur que lorsque le vent souffle. Un mètre cube d’eau chaude (1 tonne, 1 000 litres) peut emmagasiner jusqu’à 90 kWh de chaleur, ce qui représente à peu près les besoins d’un à deux jours pour un foyer de quatre personnes.

La même éolienne que représentée plus haut, ici vue en contre-plongée. Source : [^7]

Pour pouvoir tenir une semaine complète sans vent, jusqu’à 7 tonnes d’eau sont donc nécessaires, soit un volume de 7 mètres cube, plus l’isolation. Il faut également tenir compte des pertes énergétiques (phénomène dit d’« autodécharge »), ce qui explique pourquoi les éoliennes productrices de chaleur danoises avaient généralement une cuve de stockage d’une capacité de dix à douze mille litres d’eau. ¹²

Une éolienne productrice de chaleur peut également être combinée avec un chauffe-eau solaire, de manière à ce qu’un unique petit ballon d’eau puisse être alimenté en énergie thermique directe à la fois par le vent et par le soleil.

Une éolienne productrice de chaleur peut également être combinée avec un chauffe-eau solaire, de manière à ce qu’un unique petit ballon d’eau puisse être alimenté en énergie thermique directe à la fois par le vent et par le soleil. Dans cette configuration, il devient possible de construire un système de chauffage relativement fiable avec un réservoir de plus petite taille, la combinaison des deux sources d’énergie – souvent complémentaires – augmentant la probabilité d’un apport en chaleur directe de l’une ou l’autre. Les éoliennes productrices de chaleur, en particulier dans les climats peu ensoleillés, s’avèrent être un excellent complément aux installations solaires thermiques, car celles-ci produisent assez peu de chaleur durant l’hiver, période où les besoins en chaleur sont les plus élevés.

Les ralentisseurs et pompes à chaleur mécaniques

Les travaux de recherche les plus récents et exhaustifs sur le sujet datent de 2016 et 2018. Ils comparent différents modèles d’éoliennes génératrices de chaleur avec différents systèmes de production de chaleur indirecte. ¹ ¹³ Ce second type d’éolienne produit de la chaleur via une pompe à chaleur mécanique ou un ralentisseur hydrodynamique, et non avec un frein hydraulique.

Une pompe à chaleur mécanique est, tout simplement, une pompe à chaleur sans moteur électrique dans laquelle le rotor de l’éolienne est directement relié au(x) compresseur(s) de la pompe à chaleur. Cette combinaison implique une conversion énergétique en moins et a donc un rendement supérieur de 10 % par rapport à une pompe à chaleur électrique alimentée par un aérogénérateur.

Un ralentisseur hydrodynamique est un système bien connu de freinage, qui équipe des véhicules lourds. Sur le même principe qu’une machine de Joule, ce dispositif convertit l’énergie cinétique de rotation en chaleur sans impliquer d’électricité. Les ralentisseurs et pompes à chaleur mécaniques ont les mêmes avantages que les machines de Joule, dans la mesure où ils sont plus petits, légers et abordables que les générateurs électriques. Néanmoins, un multiplicateur (boîte de vitesse) est nécessaire pour obtenir un rendement optimal.

Comparaison de différents systèmes de production de chaleur directe et indirecte. Source : [^15]

L’étude en question compare différentes éoliennes productrices de chaleur équipées de ralentisseur et pompe à chaleur, par rapport à une production de chaleur indirecte à l’aide de chaudière électrique et pompe à chaleur électrique. Ces quatre technologies sont comparées entre elles pour trois échelles de systèmes : une petite éolienne visant l’autonomie en chaleur d’un foyer hors-réseau, une grande éolienne alimentant tout un village, et une ferme éolienne générant de la chaleur pour 20 000 habitants. Les quatre systèmes énergétiques sont classés selon leur coût annuel en investissement et en exploitation, sur l’hypothèse d’une durée de vie de 20 ans. ¹ ¹³

Le couplage direct d’une éolienne mécanique à une pompe à chaleur mécanique s’avère moins coûteux que l’utilisation d’une chaudière à gaz ou d’un aérogénérateur raccordé à une pompe à chaleur électrique

Pour le système hors-réseau (off-grid), le raccordement direct d’une éolienne à une pompe à chaleur mécanique est l’option la moins chère, la combinaison d’un aérogénérateur avec un chauffe-eau électrique revenant deux à trois fois plus cher. Toutes les autres configurations se situent entre ces deux extrêmes en termes de coût. Les systèmes petite éolienne équipées de pompe à chaleur mécanique ont un coût - en prenant en compte à la fois l’investissement et l’exploitation - égal voir inférieur aux chaudières à gaz classique, considérant la performance moyenne d’une petite éolienne (qui produit – sur une année – 12 à 22 % de sa puissance maximale).

Image : Éolienne à frein hydraulique conçue par O. Helgason (à gauche), frein hydraulique avec système de poids variables (à droite). Images issues de \"Test at very high wind speed of a windmill controlled by a water brake\", O. Helgason et A.S. Sigurdson, Science Institute, University of Iceland. Source : [^7]

A contrario, combiner un petit aérogénérateur à une pompe à chaleur électrique nécessite un « facteur de charge » d’au moins 30 % pour devenir compétitif avec du chauffage au gaz – mais il est très rare d’atteindre de telles performances. Les systèmes à plus grande échelle obtiennent des scores similaires – la combinaison d’éoliennes mécaniques avec des pompes à chaleur mécaniques demeurant l’option la moins chère – ce qui tient au fait que les coûts d’investissement sont jusqu’à trois fois moins élevés grâce aux économies d’échelle réalisées. Les éoliennes plus grandes ont des facteurs de charge plus élevés (16-40 %), ce qui réduit encore plus les coûts.

À cause d’importantes pertes énergétiques lors du transport de chaleur, les éoliennes productrices de chaleur s’avèrent les plus performantes dans des installations décentralisées, dédiées à l’alimentation en chaleur d’un foyer hors-réseau ou – dans le cas idéal – d’un village ou d’une petite ville.

Néanmoins, des installations de plus grande envergure révèlent leurs limites lorsque la technologie opère un saut d’échelle : si stocker de la chaleur est moins coûteux et plus efficace que stocker de l’électricité, c’est l’inverse que se produit dans le cas du transport. Les pertes énergétiques liées au transport de chaleur sont bien plus importantes que les pertes en ligne dans le cas de la transmission d’électricité. Les scientifiques estiment à 50 km la distance maximale pour qu’une installation de transport de chaleur soit économiquement viable dans des conditions de vent optimales. ¹³

Par conséquent, les éoliennes productrices de chaleur s’avèrent les plus performantes dans des installations décentralisées, dédiées à l’alimentation en chaleur d’un foyer hors-réseau ou idéalement un village, une petite ville, ou encore une zone industrielle. Pour des échelles plus importantes, il est nécessaire de transporter l’énergie sous forme d’électricité et dans ce cas de figure la production de chaleur directe – malgré ses nombreux avantages – n’est plus pertinente ni compétitive.

Aveuglés par l’électricité

Les éoliennes productrices de chaleur sont aussi étudiées pour la production d’électricité renouvelable, principalement parce qu’elles offrent une meilleure solution pour stocker de l’énergie comparée à des batteries ou à d’autres technologies couramment utilisées. ¹⁴ Dans un tel dispositif, la chaleur produite est convertie en électricité à l’aide d’une turbine à vapeur. Le système de stockage est similaire à celui d’une centrale solaire thermique à concentration, à la différence près que les concentrateurs solaires (héliostats) sont ici remplacés par des éoliennes productrices de chaleur.

Un « aimant à courant de Foucault ». Source : [^9]

Étant donné que la production d’électricité renouvelable via une turbine à vapeur nécessite des températures élevées, ces systèmes ne peuvent fonctionner avec une machine de Joule ou un ralentisseur hydrodynamique : ils sont de ce fait couplés à un autre type de ralentisseur appelé « aimant à courant de Foucault » (ou « aimant à induction »). Composés d’un aimant monté sur un arbre rotatif, ils peuvent atteindre des températures jusqu’à 600 degrés Celsius. En ayant recours aux courants de Foucault, les éoliennes pourraient fournir de la chaleur directe à des températures encore plus élevées, ce qui permettrait de les utiliser dans l’industrie.

Néanmoins, il faut souligner qu’utiliser la chaleur stockée pour produire de l’électricité s’avère bien plus coûteux et moins durable que d’utiliser des éoliennes productrices de chaleur pour générer directement de la chaleur. La conversion de la chaleur stockée en électricité se fait moyennant un rendement maximum de 30 %, ce qui signifie que les deux tiers de l’énergie éolienne initiale sont perdus dans des conversions énergétiques inutiles – ce qui s’applique aussi dans le cas de la production d’énergie solaire thermique. ¹³

La production de chaleur directe permet ainsi d’économiser trois fois plus de combustibles fossiles et leurs émissions de gaz à effet de serre associées pour un même nombre d’éoliennes, lesquelles seraient aussi moins chères et plus durables à construire. Espérons que la production de chaleur directe recevra l’attention et le soutien qu’elle mérite pour son développement. Malgré le réchauffement climatique en cours, la demande en énergie thermique n’a jamais été aussi forte.

Nitto, Dipl-Ing Alejandro Nicolás, Carsten Agert, and Yvonne Scholz. “WIND POWERED THERMAL ENERGY SYSTEMS (WTES)”. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Integration of Thermal Energy Storage into Energy Network, Sharyar Ahmed, 2017 ↩︎ ↩︎ ↩︎
The bright future of solar thermal powered factories, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2011 ↩︎
Solar Heat Worldwide, edition 2018, International Energy Agency (IEA). ↩︎
Renewables 2018, Heat, International Energy Agency (IEA). ↩︎ ↩︎
World Bank: Renewable electricity output. ↩︎
Okazaki, Toru, Yasuyuki Shirai, and Taketsune Nakamura. “Concept study of wind power utilizing direct thermal energy conversion and thermal energy storage.” Renewable energy 83 (2015): 332-338. ↩︎
The Rise of Modern Wind Energy: Wind Power for the World. Pan Stanford Publishing, 2013. Voir les chapitres 13 (“Water brake windmills”, Jørgen Krogsgaard) et le chapitre 16 (“Consigned to Oblivion”, Preben Maegaard). Il semblerait que ce soit là les seuls documents de langue anglaise disponibles au sujet des éoliennes danoises à frein hydraulique. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Chakirov, Roustiam, and Yuriy Vagapov. “Direct conversion of wind energy into heat using joule machine.” Fourth International Conference on Environmental and Computer Science (ICECS 2011), Singapore, Sept. 2011. ↩︎ ↩︎
SMALL WIND ENERGY SYSTEM WITH PERMANENT MAGNET EDDY CURRENT HEATER, BY ION SOBOR, VASILE RACHIER, ANDREI CHICIUC and RODION CIUPERCĂ. BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI. Publicat de Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi Tomul LIX (LXIII), Fasc. 4, 2013 ↩︎
Černeckienė, Jurgita, and Tadas Ždankus. “Usage of the Wind Energy for Heating of the Energy-Efficient Buildings: Analysis of Possibilities.” Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering 10.1 (2015): 58-65. ↩︎ ↩︎
Selfbuilders, Winds of Change website, Erik Grove-Nielsen. ↩︎
Cao, Karl-Kiên, et al. “Expanding the horizons of power-to-heat: Cost assessment for new space heating concepts with Wind Powered Thermal Energy Systems.” Energy 164 (2018): 925-936. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Okazaki, Toru, Yasuyuki Shirai, and Taketsune Nakamura. “Concept study of wind power utilizing direct thermal energy conversion and thermal energy storage.” Renewable energy 83 (2015): 332-338. ↩︎

Comment (re)fonder l'économie sur la météo ?

Thu, 21 Sep 2017 00:00:00 +0000

Image: Stoneferry (détail), peinture de John Ward of Hull.

Jusqu’à la Révolution industrielle, les populations humaines adaptaient spontanément leurs besoins en énergie à un approvisionnement énergétique par nature fluctuant, à la fois intermittent et variable. A l’échelle mondiale, les réseaux de transport et de commerce – basés sur la marine à voile – ne fonctionnaient qu’en période de vent, au même titre que les moulins, qui fournissaient la base de notre alimentation et produisaient l’énergie mécanique nécessaire à de nombreux procédés manufacturiers.

Réintroduire ces principes (élémentaires) pourrait s’avérer bénéfique, tout en les associant à certaines avancées techniques contemporaines. En particulier, les usines et le transport de marchandises – par voie maritime ou ferroviaire – pourraient ainsi ne fonctionner que lorsque les énergies renouvelables les alimentant sont disponibles. Moduler la demande en fonction de la disponibilité de l’approvisionnement énergétique faciliterait la transition vers les énergies renouvelables, en rendant ces modèles de production énergétiques plus crédibles et réalistes qu’ils ne le sont aujourd’hui.

Energies renouvelables à l’ère préindustrielle

Jusqu’à la Révolution industrielle, le domaine de l’industrie autant que celui des transports étaient largement tributaires, pour leur bon fonctionnement, de sources d’énergie aujourd’hui qualifiées de « renouvelables ». Si l’usage des moulins à eau, moulins à vent et bateaux à voiles remonte à l’Antiquité, ces techniques ne prirent réellement leur essor qu’à partir du 15ème siècle en Europe.

A leur apogée, c’est-à-dire jusqu’aux prémices de la Révolution industrielle, on estime que l’Europe comptait pas moins de 200 000 moulins à vent et 500 000 moulins à eau. A l’origine, ces deux types de moulins étaient principalement utilisés pour moudre le grain, une tâche laborieuse réalisée à la main pendant des siècles auparavant, d’abord au moyen de pierres puis, plus tard, de meules rotatives manuelles (dites « meules à main » ou « moulinets »).

Een zomers landschap (« Paysage d'été »), peinture de Jan van Os.

Très vite, pourtant, les moulins à eau et à vent furent adaptés pour réaliser un éventail toujours plus large de procédés artisanaux, proto-industriels puis industriels. On peut ainsi citer, entre autres, le sciage du bois, le polissage du verre, la fabrication du papier, le forage de tuyaux, la découpe du marbre, le refendage du métal, l’affûtage de couteaux, le broyage de la craie ou du tuf pour la préparation de mortiers, la fabrication de poudre à canon, le battage de la monnaie, et cetera. ¹² Les moulins à eau et à vent servaient en outre à la transformation d’une multitude de produits agricoles. Ils étaient ainsi utilisés pour presser des olives, broyer les épices et le tabac, ou encore moudre les graines de lin, de colza et de chanvre utilisées dans l’alimentation et comme huiles d’éclairage.

Bien qu’entièrement basé une source d’énergie intrinsèquement intermittente – le vent – le commerce mondial n’en demeurait pas moins essentiel pour de nombreuses puissances économiques européennes à l’époque préindustrielle.

L’utilisation de « moteurs » ou « roues hydrauliques » remonte à l’Antiquité et s’est largement diffusée en Europe au cours du 15ème siècle ; il faut cependant attendre le début du 17ème siècle pour voir apparaître les premiers moulins à vent aux Pays-Bas. Les Hollandais ont d’ailleurs eu recours à l’énergie éolienne pur conquérir des terres sur la mer (poldérisation) ; jusqu’en 1850, le drainage de l’ensemble du pays était en effet assuré par des moulins de drainage (aussi appelés « moulins de polder »), actionnés de manière intermittente grâce au vent. ²

Abraham Storck: Vue du fleuve avec pêcheurs dans des barques, 1679.

L’utilisation de la force du vent pour le transport connut elle aussi – sous la forme de navires à voile – un formidable essor à partir du 16ème siècle, époque à laquelle les puissances européennes firent la « découverte » de nouveaux territoires. Le transport maritime, basé sur l’énergie éolienne directe, a ainsi permis le déploiement d’un vaste système de négoce international, à la fois robuste, diversifié et en expansion permanente ; ceci a rendu possible la circulation, sur les océans du globe, tout à la fois de marchandises en vrac (grains, vins, bois, métaux, céramiques, poisson séché), d’articles de luxe (pierres précieuses, métaux rares, fourrures, épices, ivoire, soieries, remèdes médicinaux), et d’esclaves. ³

Bien que fondé sur une source d’énergie aussi intrinsèquement intermittente que le vent, le commerce mondial n’en demeurait pas moins vital pour les puissances économiques européennes de l’époque. A titre d’exemple, l’industrie navale néerlandaise, organisée autour d’un réseau de quelques 450 scieries à vent (aussi appelées « moulins à scier » ou « moulins-scieries »), importait pratiquement toutes ses munitions navales (matières premières) de la mer Baltique : le bois, le goudron, le fer, le chanvre et le lin. Même l’approvisionnement alimentaire pouvait, dans certains cas, dépendre d’un mode de transport basé sur l’énergie éolienne. Vers la fin des années 1500, les Néerlandais importaient ainsi chaque année 2000 cargaisons entières de grain, en provenance de Gdansk. ³ Les voiliers revêtaient, par ailleurs, une importance considérable pour la pêche.

Adaptation à l’intermittence énergétique à l’ère préindustrielle

En dépit d’une dépendance cruciale de la société européenne à des sources d’énergie renouvelables dites « variables » pendant les quelques 500 ans qui précédèrent l’irruption massive des combustibles fossiles, elle ne disposait, pour gérer le caractère intermittent de l’énergie fournie par le vent et l’eau, d’aucune batterie chimique ni de lignes de transmission électrique, et encore moins d’un système d’équilibrage instantané du réseau via des centrales thermiques à combustibles fossiles. Comment nos prédécesseurs s’adaptaient-t-ils à la grande variabilité des sources d’énergie renouvelable?

Dans une certaine mesure, l’histoire montre qu’ils s’appuyaient sur différentes solutions techniques afin de faire coïncider l’énergie disponible avec la demande, exactement comme nous le faisons aujourd’hui. Le niveau d’eau dans les rivières fluctue en fonction des saisons et des conditions météo, tandis l’axe de rotation des roues hydrauliques est généralement fixe. Les moulins-bateaux, moulins pendants et moulins suspendus (dits « moulins sous un pont ») furent une des premières innovations techniques pour pallier ce problème. Ils suivaient simplement le niveau du fleuve, ce qui leur permettait de disposer d’un régime de fonctionnement plus fiable et constant. ¹⁴

Dans une certaine mesure, l’histoire montre que nos ancêtres s’appuyaient sur différentes solutions techniques afin de faire coïncider l’énergie disponible avec la demande, exactement comme nous le faisons aujourd’hui

Cependant, l’énergie hydraulique pouvait également être stockée afin d’en différer l’utilisation. A partir du Moyen Age furent ainsi édifiés des barrages et digues destinés à créer des retenues d’eau (étangs, réservoirs) en amont des moulins. Ces dispositifs de stockage de l’énergie potentielle de l’eau sont comparables aux réservoirs hydroélectriques actuels. Ces retenues d’eau garantissaient à la fois un débit constant et une disponibilité de l’eau (autrement dit, de l’énergie) quand cela était nécessaire à l’activité du moulin. ⁴ ⁵

The Horse Mill (« Le moulin à cheval »), peinture de James Herring, vers 1850.

Mais cela n’empêchait pas les rivières d’être à sec (étiage voire assèchement) ou de geler sur de longues périodes, mettant hors d’usage les barrages, de même que les moulins « ajustables » évoqués plus haut. En outre, de tels dispositifs n’étaient d’aucun secours dans les régions faisant usage de moulins à vent. ²⁶⁷

Le moulin à traction animale (ou « moulin à cheval ») offrait une solution technique au problème posé par l’intermittence et la variabilité des énergies hydraulique et éolienne. Contrairement au vent ou à l’eau, les chevaux, ânes et bœufs constituaient une ressource énergétique dont la puissance pouvait être mobilisée à tout moment. Toutefois, les moulins à traction animale étaient plus couteux à faire fonctionner et disposaient d’un mauvais rendement : la surface agricole nécessaire pour nourrir un seul cheval permettait de subvenir aux besoins en nourriture de huit humains. En conséquence, le recours à la traction animale demeurait relativement rare pour des productions manufacturières à grande échelle. Ce type de moulin, ayant recours à des bêtes de somme, était principalement utilisé pour la mouture de grains ou comme source d’énergie dans des ateliers d’artisanat. ¹

Bien évidemment, les moulins à traction animale ne pouvaient être utilisés comme énergie de secours sur les voiliers. En principe, les bateaux à voile pouvaient être reconvertis en bateaux à rames en situation de « pétole », c’est dire d’absence de vent suffisant pour naviguer. Passer d’une propulsion éolienne à une propulsion basé sur la seule énergie musculaire humaine impliquait cependant un équipage de rameurs suffisamment nombreux, et par conséquent de plus grandes réserves d’eau potable et de vivres, limitant alors soit l’autonomie soit la capacité de la cargaison. Les rames n’étaient donc utilisées comme moyen de propulsion que sur des navires de guerre ou des embarcations de petite taille.

Adapter la demande à l’approvisionnement : les manufactures

Ayant à leur disposition un panel limité de solutions techniques pour faire face à la variabilité des sources d’énergie renouvelables, nos ancêtres avaient en premier lieu recours à une stratégie simple, aujourd’hui quasiment oubliée : ils adaptaient leurs besoins en énergie à l’approvisionnement, par nature variable, en énergie. Autrement dit, ils acceptaient que l’énergie d’origine renouvelable ne soit pas disponible en permanence, et agissaient en conséquence. Par exemple, les moulins et voiliers n’étaient tout simplement pas utilisés dans les périodes sans vent.

[Moulins à Westzijderveld près de Zaandam](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_Mills_in_the_Westzijderveld_near_Zaandam.jpg), peinture de Claude Monet.

Dans les moulins à vent, le travail était effectué chaque fois qu’il y avait suffisamment de vent, et ce même si cela impliquait, pour le meunier, de travailler nuit et jour, avec seulement de brèves périodes de repos. Par exemple, un document d’archive nous apprend qu’au moulin de Cranbrook, en Angleterre, il arriva une fois que le meunier n’ait que 3 heures de sommeil au cours des 60 heures d’un épisode particulièrement venteux. ² Un livre de 1957 sur les moulins à vent, basé en partie sur des entretiens avec les derniers meuniers encore en activité, rend ainsi compte de l’urgence qu’il y avait à utiliser la force du vent quand celui-ci soufflait :

« Bien souvent, quand le vent soufflait à l’automne, le meunier travaillait de dimanche minuit à mardi soir, puis de mercredi matin à jeudi soir, et enfin de vendredi matin à samedi minuit, ne s’accordant que de rares et courtes siestes ; et un bon meunier se réveillait en pleine nuit si le vent se levait, pour aller mettre le moulin en marche, car le vent était son seul maître et il lui fallait en tirer parti chaque instant où il soufflait. Avant l’invention de la machine à vapeur, nombreux sont les villages qui sont tombés à court de froment parce que le moulin local était encalminé, dans une région sans cours d’eau ; il fallait alors s’accommoder de pain d’orge voire de pain de pommes de terre pour traverser la disette provoquée par un automne sans vent. » ⁸

Auparavant, en des temps plus conservateurs, le meunier avait interdiction de travailler le dimanche. Il était sanctionné s’il travaillait quand même, mais n’en tenait pas toujours rigueur. Quand une vague de protestation s’éleva contre le travail dominical réalisé par Mr Wade au moulin de Wicklewood à Norfolk (Angleterre), sa réponse fut la suivante : « Si le Seigneur est assez bon pour m’envoyer du vent un dimanche, je m’en servirai quoi qu’il arrive. » ⁹ A côté de cela, lorsqu’il n’y avait pas de vent, les meuniers s’acquittaient d’autres travaux, à commencer par l’entretien de leur machinerie, ou bien profitaient d’un peu de repos. Noah Edwards, le dernier des meuniers au moulin d’Arkley à Hertfordshire (Angleterre), raconte que, le soir venu, il « montait s’asseoir sur la queue du safran et jouait du violon ». ⁹

Adapter la demande à l’approvisionnement : les voiliers

Les voyages en mer, à bord de voiliers, observaient une approche tout à fait similaire. Dans les périodes de l’année sans vent, les marins restaient à terre / quai, entretenaient et réparaient leurs navires, ou vaquaient à d’autres occupations. Ils planifiaient leurs traversées en fonction des saisons, profitant ainsi de vents et courants plus favorables à certaines périodes de l’année. En effet, les vents marins sont non seulement beaucoup plus puissants que les vents terrestres, mais également plus prévisibles.

Les marins planifiaient leurs traversées en fonction des saisons, profitant de vents et courants plus favorables à certaines périodes de l’année.

La basse atmosphère de la Terre est parcourue par six principaux couloirs de vents, trois dans chaque hémisphère. De l’Equateur aux pôles, ces « vents dominants » sont les alizés (en anglais trade winds, « vents commerciaux »), les vents d’ouest (ou « contre-alizés ») et les vents d’est polaires. Ces six vents correspondent à ce que l’on appelle le régime dominant des vents ; ils se déplacent vers le Nord pendant l’été de l’hémisphère nord et vers le Sud pendant l’hiver. Ces couloirs de vents sont corrélés à 5 gyres océaniques principaux.

Le Port de Dordrecht, peinture d'Aelbert Cuyp, 1660.

Au fil du temps, les marins européens apprirent à déchiffrer les vents et courants, et en tirèrent parti pour développer de nouvelles routes maritimes sur les océans du globe. Dès le début du 16ème siècle, Christophe Colomb avait compris que la combinaison des alizés et des contre-alizés permettait aux navires de réaliser une traversée aller-retour de l’océan Atlantique.

Les alizés atteignent vers la fin de l’été (hémisphère nord) leur latitude la plus septentrionale, à la portée de l’Espagne et du Portugal. Ces vents estivaux rendaient aisée la traversée entre le Sud de l’Europe et les Caraïbes ou l’Amérique du Sud, puisque le vent soufflait dans cette direction pendant tout le voyage.

Carte des vents de l'Atlantique, 9 Septembre 2017. Source: [Windy](https://www.windy.com)

Emprunter le même itinéraire au retour serait pratiquement impossible. C’est pourquoi les navigateurs ibériques commençaient par mettre cap vers le Nord pour atteindre les contre-alizés, qui atteignent leur position la plus méridionale vers la fin de l’hiver ou peu après, et ramenaient ainsi les marins en Europe du Sud d’une seule traite. Dans les années 1560, l’explorateur basque Andrés de Urdaneta découvrit un itinéraire aller-retour vers l’océan Pacifique, basé sur le même principe. ¹⁰

Grâce à ces vents favorables, les temps de traversée des voiliers devinrent relativement fiables. La traversée de l’Atlantique la plus rapide s’effectuait en 21 jours, et la plus longue en 29 jours.
Grâce à ces vents favorables, les temps de traversée des voiliers devinrent relativement fiables. Ocean Passages for the World fait ainsi mention d’une durée de 25 à 30 jours pour une traversée de New York à la Manche, réalisée à bord d’un navire à voile du milieu 19ème - début 20ème siècle. Entre 1818 et 1832, la traversée de l’Atlantique la plus rapide s’effectuait en 21 jours, et la plus longue en 29 jours.¹¹

Le voyage entre La Manche et New York durait environ 35-40 jours en hiver et 40-50 jours en été. Pour rejoindre Cape Town , Melbourne et Calcutta, il fallait respectivement 50-60 jours, 80-90 jours, et 100-120 jours. ¹¹ Ces temps de navigation équivalent au double voire au triple des temps constatés pour les porte-conteneurs actuels, qui modulent leur vitesse en fonction du cours du pétrole et de la demande économique pour les produits qu’ils transportent.

Ancienne stratégie, nouvelles technologies

La stratégie consistant, pour s’adapter à des sources d’énergie variables, à moduler la demande en fonction de la disponibilité en énergie renouvelable demeure toujours aussi pertinente qu’elle ne l’était à l’époque préindustrielle. Cela ne signifie pas pour autant qu’il nous faille revenir aux techniques préindustrielles. De nouvelles technologies sont aujourd’hui disponibles, qui permettent d’adapter beaucoup plus facilement les besoins de l’économie aux caprices de la météo.

Expédition sur une mer calme, peinture de Charles Brooking, première moitié du 18ème siècle.

Les paragraphes qui suivent investiguent plus en détail la manière dont les secteurs de l’industrie et des transports pourraient voir leur fonctionnement assuré exclusivement par des sources d’énergie variables ; ils visent à démontrer que de nouvelles technologies ouvrent de nouvelles possibilités en la matière. Cet essai de prospective se conclut par une analyse des conséquences et effets induits sur les consommateurs, le travail, et la croissance économique.

La production industrielle

A l’échelle mondiale, le secteur industriel représente pratiquement la moitié de la consommation d’énergie finale. Nombre de procédés mécaniques auparavant actionnés par des moulins à vent y occupent toujours une place importante, tels que le sciage, la découpe, le forage, le perçage, le broyage, le martèlement, l’affûtage, le polissage, la mouture, le tournage, etc. Or tous ces procédés manufacturiers peuvent être alimentés avec une source d’énergie intermittente sans être sensiblement affectés.

Il en va de même pour tous les procédés de transformation de denrées alimentaires (hachage, meulage ou écossage de céréales, pressage d’olives et de graines), le minage et l’excavation (abattage de la roche et pelletage, havage, concassage des minerais), ou encore la fabrication textile (foulage de la laine, préparation des fibres, tricotage, tissage). Pour chacun de ces exemples, le recours à une source énergie intermittente ne dégrade en rien la qualité du produit final, seule la cadence de production est affectée.

Beaucoup de procédés de fabrication peuvent être alimentés par une source d’énergie intermittente sans être sensiblement affectés.

En outre, alimenter ces dispositifs par des sources d’énergie variables est désormais rendu beaucoup simple qu’auparavant. En premier lieu car les parcs éoliens sont désormais entièrement automatisés, alors que les moulins traditionnels requéraient une attention de tous les instants. ¹²

Image: « Travailler au moulin / Werken met molens », Jean Bruggeman, 1996.

Non seulement les éoliennes (et turbines hydroélectriques) actuelles sont plus pratiques et puissantes que les premières générations, mais nous pouvons désormais utiliser l’énergie solaire pour produire de l’énergie mécanique. On y parvient généralement au moyen de panneaux photovoltaïques qui convertissent le rayonnement solaire en électricité, laquelle alimente ensuite un moteur électrique.

Par conséquent, une usine dans laquelle l’énergie mécanique représente l’essentiel des besoins énergétique peut parfaitement être alimentée par une installation électrique combinant solaire et éolien, ce qui augmente la probabilité que la quantité d’énergie requise par les machines soit disponible à un instant t. L’énergie solaire est en effet la plus facile à capter, étant de loin la source d’énergie renouvelable la plus abondante. L’essentiel du potentiel de production d’énergie hydraulique à l’échelle mondiale est, quant à lui, d’ores et déjà exploité. ¹³

L’énergie thermique

Une autre différence cruciale entre notre époque et l’ère préindustrielle tient à la possibilité dont nous disposons désormais d’appliquer la même stratégie à des procédés industriels relativement simples, basés sur l’énergie thermique – et non plus mécanique. Les besoins en chaleur sont en effet prépondérants dans les usages industriels de l’énergie, par exemple pour la fabrication de produits chimiques, de microprocesseurs, ou encore pour la sidérurgie.

A l’ère préindustrielle, les procédés manufacturiers qui nécessitaient de l’énergie thermique étaient alimentés par la combustion de biomasse, de tourbe et/ou de charbon. L’utilisation de ces différentes sources d’énergie fut à l’origine de graves problèmes, parmi lesquels une déforestation massive, la perte de terres, et une importante pollution de l’air. Si l’énergie solaire était déjà utilisée à des époques bien antérieures, par exemple pour récolter le sel par évaporation de l’eau de mer dans les marais salants, sécher des légumes en vue de leur conservation, ou encore réaliser le séchage de briques de terre crue (adobe), son usage était cantonné à des procédés nécessitant des températures relativement basses.

Il nous est désormais possible d’appliquer la même stratégie à des procédés industriels « élémentaires », basés sur l’énergie thermique (et non plus mécanique) ce qui n’était pas possible avant la Révolution industrielle

Il existe de nos jours deux manières de produire de l’énergie thermique à partir de sources renouvelables autres que la biomasse. La première consiste à utiliser des éoliennes, turbines hydroélectriques et panneaux photovoltaïques pour générer de l’électricité, convertie ensuite en chaleur par l’intermédiaire d’une résistance électrique. Ceci était impossible avant l’ère industrielle puisqu’il n’y avait tout simplement pas d’électricité.

L'imprimante-presse solaire d'Augustin Mouchot, 1882.

La seconde méthode consiste quant à elle à utiliser l’énergie solaire de manière directe en utilisant des panneaux solaires thermiques (plans ou tubulaires), qui captent le rayonnement solaire direct (mais également diffus) et peuvent atteindre des températures de 120 degrés Celsius. Il existe par ailleurs des collecteurs solaires, qui concentrent les rayons du soleil, et sont capables de générer des températures suffisamment élevées pour faire fondre du métal ou même fabriquer des micro-processeurs. Ces technologies ne firent leur apparition qu’à la fin du 19ème siècle, à la suite des progrès réalisés dans les domaines de la verrerie et de la miroiterie.

Limiter les infrastructures de stockage énergétique

L’idée de faire tourner les usines à partir de sources d’énergie variables et intermittent n’exclut pas pour autant le recours à des infrastructures de stockage énergétiques ou des centrales d’appoint. Adapter la demande à la disponibilité de l’énergie devrait être la priorité, cependant d’autres stratégies peuvent être amenées à jouer un rôle complémentaire. Tout d’abord, le stockage d’énergie ou une capacité de production « modulable » s’avéreraient utiles pour des procédés de production vitaux pouvant difficilement tolérer des interruptions sur de longues périodes, à l’instar de la production alimentaire. La production dite « modulable » ou « pilotable » (en anglais, dispatchable generation) désigne des sources d’énergie électrique qui peuvent être injectées sur le réseau à la demande de l’opérateur. Il s’agit de centrales électriques, généralement au gaz ou au charbon, qui peuvent, sur demande, être mises en marche et arrêtées, ou dont la puissance peut être ajustée au besoin. [NdT]

En second lieu, le stockage énergétique à court terme est également utile pour alimenter des procédés qui s’accommoderaient mal d’un approvisionnement intermittent (qualité des produits significativement dégradée, par exemple). ¹⁴ Enfin, le stockage à court terme est indispensable pour des chaînes de production industriels assistées par ordinateurs, puisqu’il leur permettrait de continuer à fonctionner y compris pendant de brèves coupures d’alimentation, et de s’éteindre correctement, sans arrêt brutal, en cas d’interruptions prolongées. ¹⁵

Le port intérieur de Rotterdam, peinture de Jongkind Johan Berthold (1857)

En comparaison avec l’ère préindustrielle, nous disposons désormais de solutions de stockage de l’énergie à la fois plus nombreuses et de meilleure qualité. Il nous est par exemple possible d’utiliser la biomasse comme solution de secours pour la production d’énergie mécanique, ce qui n’était pas envisageable pour les meuniers de l’époque – avant l’invention de la machine à vapeur, il n’existait aucune technique permettant la conversion de biomasse en énergie mécanique.

Avant l’invention de la machine à vapeur, il n’existait aucune technique permettant la conversion de biomasse en énergie mécanique.

Nous disposons également de batteries chimiques, ainsi que de systèmes plus low tech comme les volants d’inertie, le stockage par air comprimé, les accumulateurs hydrauliques ou encore les centrales de pompage-turbinage (également appelées STEP pour « Stations de transfert d’énergie par pompage »). L’énergie thermique peut être stockée à l’intérieur de réservoirs d’eau bien isolés (jusqu’à 100°C) ou dans du sel, de l’huile ou encore de la céramique (pour des températures plus élevées). Notons qu’aucune de ces solutions, déployée à grande échelle, ne serait en mesure d’assurer le stockage d’une fraction suffisamment conséquente de la production d’énergie renouvelable. En revanche, elles peuvent se révéler très utiles pour participer à l’équilibrage énergétique des réseaux à une plus petite échelle.

Une nouvelle ère pour la marine à voile

Le transport de marchandises constitue lui aussi un bon candidat à une utilisation des énergies renouvelables basée sur leur disponibilité quotidienne et saisonnière. Ceci est particulièrement vrai pour la marine. 90 % du trafic mondial de marchandises est aujourd’hui encore assuré par des navires, et même si le fret maritime est un des modes de transport les plus économes en énergie par tonne-kilomètre, la consommation énergétique globale du secteur demeure considérable et les navires actuels sont extrêmement polluants – notamment à cause des carburants non raffinés qu’ils utilisent.

Image d'Arne List [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

Une lubie technologique assez répandue propose d’installer des parcs éoliens offshore, convertir l’électricité produite en hydrogène, puis d’utiliser cet hydrogène pour alimenter des navires marchands. Il est cependant beaucoup plus pratique et efficient d’utiliser le vent de manière directe pour propulser les bateaux, comme nous l’avons fait avec ingéniosité pendant des millénaires. Qui plus est, les porte-conteneurs patientent fréquemment plusieurs jours voire semaines avant de pouvoir entrer dans un port ou le quitter ; vu sous cette perspective, le caractère moins « prévisible » des trajets réalisés à la voile pourrait ne pas être si problématique que cela.

Il est beaucoup plus pratique et efficient d’utiliser le vent de manière directe pour alimenter les bateaux.

On peut établir, pour le transport maritime, le même constat que celui dressé plus haut au sujet de la production industrielle. Nous avons désormais accès à des connaissances et des technologies bien meilleures, suffisamment avancées pour fonder à nouveau le commerce maritime mondial sur la seule énergie éolienne. Nous disposons de nouveaux matériaux performants pour construire des bateaux et voiles durables et robustes ; d’instruments de navigation et de communication perfectionnés, d’une précision accrue ; de prévisions météorologiques plus fiables ; d’une connaissance approfondie des vents et courants marins ; nous pouvons en outre utiliser des panneaux solaires photovoltaïques comme alimentation de secours pour les moteurs des navires.

Le *Thomas W. Lawson* était une goélette sept-mâts à coque en acier, construite en 1902 pour du fret maritime dans l'océan Pacifique. Son équipage était composé de 18 membres.

En réalité, lorsque la compréhension du régime dominant des vents et courants marins à l’échelle mondiale fut réellement complète, l’âge d’or de la marine à voile touchait déjà à sa fin. Entre 1842 et 1861, le navigateur Matthew Fontaine Maury rassembla une vaste collection de journaux de bord, qui lui servirent à établir une cartographie des vents et courants dominants, ainsi que leurs variations saisonnières. ¹⁶

Les travaux de Maury permirent aux marins de réduire considérablement leurs temps de navigation, en tirant simplement meilleur parti des vents et courants répertoriés. A titre d’exemple, la traversée de New York à Rio de Janeiro passa à cette période de 55 à 23 jours, tandis que la durée du voyage de Melbourne à Liverpool fut réduite de moitié, soit de 126 à 63 jours. ¹⁶

Plus récemment, les régates ont introduit de nombreuses innovations, dont aucune n’a connu à ce jour d’application dans le domaine du commerce maritime. Par exemple, lors de l’édition 2017 de la Coupe de l’America, l’équipe de Nouvelle Zélande a substitué des vélos stationnaires aux manivelles classiquement utilisées pour diriger le bateau par l’intermédiaire d’un système hydraulique. Nos jambes étant naturellement plus musclées que nos bras, un système à pédale permet des virements de bord et empennages plus rapides, un avantage précieux lors d’une régate mais qui pourrait par ailleurs s’avérer utile pour réduire la main d’oeuvre nécessaire au (re)déploiement d’une marine à voile commerciale. ¹⁷

Les records de vitesse établis sur la mer sont eux aussi édifiants. En 1972, le voilier le plus rapide n’atteignait même pas les 50 km/h, tandis que le tenant actuel du titre — le Vestas Sailrocket 2 — a atteint en 2012 le record de 121 km/h. Si ce type de bateau n’est évidemment pas adapté au transport de marchandises, il pourrait servir d’inspiration au le design de navires à vocation marchande.

Les trains à énergie solaire et éolienne

La même logique pourrait ensuite être étendue au fret terrestre, sous la forme de trains propulsés à l’énergie solaire et éolienne. Au même titre que les voiliers, les trains pourraient en effet rouler dès que ces deux sources d’énergie renouvelable seraient disponibles localement. Non pas en ajoutant des voiles aux trains, bien entendu, mais en disposant des panneaux photovoltaïques ou des parcs éoliens le long de voies de chemin de fer, pour les alimenter en électricité. La stratégie centenaire d’adaptation à des sources d’énergie intermittentes et variables pourrait ainsi être réactualisée et trouver une nouvelle application, rendue possible par l’invention de l’électricité.

La stratégie centenaire d’adaptation à des sources d’énergie intermittentes et variables pourrait être réactualisée et trouver une nouvelle application dans le déploiement de trains propulsés à l’énergie solaire et éolienne.

Alimenter des trains de marchandises avec des énergies renouvelables est une manière intéressante d’utiliser l’énergie éolienne dans la mesure où ils opèrent habituellement de nuit, au moment où la puissance éolienne est souvent à son maximum et la consommation énergétique à son minimum. En outre, à l’instar des cargos, les horaires des trains de marchandises sont d’ores et déjà peu fiables étant donné qu’ils stationnent fréquemment plusieurs jours en gare de triage, en attente d’un chargement complet.

Les Docks de Cardiff, peinture de Lionel Walden (1894)

La vitesse elle-même des trains pourrait être régulée sur la base de la puissance renouvelable disponible à un instant t, exactement comme la vitesse du vent détermine la vitesse de croisière d’un voilier. La même logique pourrait se voir étendue à d’autres moyens de transport basés sur l’électricité, tels que les trolleybus, toueurs.

La combinaison de trains de marchandises solaires et éoliens avec des usines basées sur ces deux mêmes énergies renouvelables élargit en outre le champ des possibilités. Par exemple, l’hypothèse de trains de voyageurs solaires ou éoliens paraissent a priori peu plausibles, car les passagers sont moins flexibles que les marchandises, notamment en termes d’horaires. Un train « solaire » ralenti voire arrêté par manque de soleil ce jour-là obligerait à déplacer des réunions à la dernière minute, par exemple. De la même manière, les jours de forte couverture nuageuse (on parle de « nébulosité » élevée), peu d’employés pourraient se rendre au bureau.

Des panneaux photovoltaïques couvrant une voie ferrée en Belgique, 2016. Image: Infrabel.

Ce problème, néanmoins, pourrait être résolu en mobilisant les mêmes sources d’énergie renouvelable pour les usines et les trains de voyageurs. Le long des voies ferrées, les panneaux photovoltaïques seraient dimensionnés pour des jours de faible luminosité (couverture nuageuse), garantissant ainsi une production minimale d’énergie, suffisante pour assurer de service minimum pour les trains de voyageurs (mais aucune production industrielle). A l’inverse, les jours ensoleillés la puissance supplémentaire disponible pourrait être utilisée pour alimenter des usines attenantes aux voies ferrées, ou bien affréter des trains de voyageurs (ou de marchandises) supplémentaires.

Conséquences sur l’organisation sociale : consommation & production

Comme vu plus haut, si la production industrielle et le fret devenaient dépendants, pour leur fonctionnement, de la disponibilité quotidienne en énergies renouvelables, nous continuerions de pouvoir produire un large éventail de biens manufacturés et les acheminer aux quatre coins du globe. Tous les produits ne pourraient cependant être pas disponibles en permanence. Pour acheter une nouvelle une paire de chaussures, il faudrait potentiellement attendre la saison propice à leur confection et livraison.

Dans ce scénario, la production et la consommation dépendraient entièrement des conditions météo et des saisons. Les usines (à énergie) solaire produiraient plus en période estivale, tandis que la période hivernale verrait la production des usines à énergie éolienne augmenter. Les saisons propices à la navigation entreraient également en ligne de compte dans ce nouvel équilibre.

Pour acheter une nouvelle une paire de chaussures, il faudrait potentiellement attendre la saison propice à leur confection et livraison.

Pour autant, réorganiser toute l’économie sur le rythme des saisons et la météo n’entraînerait pas nécessairement une baisse de la production ni de la consommation. Dans l’hypothèse où la consommation énergétique des usines comme du fret serait modulée en fonction des conditions météo, ces deux secteurs consommeraient l’intégralité de la capacité annuelle de production du solaire photovoltaïque et de l’éolien.

Moulin à Zaandam, peinture de Claude Monet (1871).

Les fabricants pourraient anticiper des baisses saisonnières d’approvisionnement énergétique en produisant leurs articles « de saison » puis en les stockant au plus près des lieux de consommation afin qu’ils puissent être vendus en « basse saison » énergétique. De fait, dans ce scénario, les produits eux-mêmes constitueraient, en un sens, une forme de « stockage énergétique ». Plutôt que de stocker de l’énergie pour fabriquer des produits plus tard, les produits seraient manufacturés quand l’approvisionnement énergétique le permettrait, et entreposés pour être vendus ultérieurement.

Néanmoins, une production saisonnière pourrait effectivement réduire les niveaux de production et de consommation. Surproduire en période d’abondance énergétique implique des infrastructures de production et de stockage conséquentes, qui seraient sous-exploitées le reste de l’année. Pour continuer à produire à des coûts raisonnables, les fabricants seraient amenés à faire des compromis. Ces arbitrages conduiraient inévitablement à des pénuries ponctuelles, lesquelles inciteraient les gens à envisager d’autres solutions que la consommation de biens neufs, comme la réparation et la réutilisation d’objets existants, la fabrication artisanale, les solutions DIY, le troc ou le partage de biens.

Conséquences sur le travail et la main d’oeuvre

Moduler les besoins énergétiques en fonction de l’approvisionnement implique par ailleurs de la main d’oeuvre qu’elle s’adapte elle aussi aux conditions météorologiques. Si une usine est alimentée à l’énergie solaire, la disponibilité de la source d’énergie renouvelable se trouve être en corrélation avec le rythme de vie humain. Le seul inconvénient est que les ouvriers seraient exemptés de travail les journées d’hiver et de couverture nuageuse. A contrario, dans une usine ou un train de marchandises alimentés à l’énergie éolienne, les employés seraient amenés à travailler en partie de nuit, augmentant la pénibilité de ces métiers. L’avantage est qu’ils disposeraient en contrepartie de vacances en été, de même que les jours ensoleillés où le vent est généralement plus faible.

Nachtelijk werk in de dokken (Travail de nuit sur les docks), peinture d'Henri Adolphe Schaep (1856).

Dans le cas d’une usine ou d’un réseau de transport alimenté à l’énergie solaire ou éolienne exclusivement, les ouvriers devraient en outre s’adapter à des plannings de travail peu prévisibles et fluctuants. Les prévisions météorologiques ont beau être désormais bien plus précises, il demeure difficile d’obtenir des prévisions réellement fiables au-delà de quelques jours.

Le fonctionnement des installations de production d’énergie renouvelable est désormais entièrement automatisé. Or, c’est également le cas d’un nombre croissant d’usines. Au cours du siècle dernier, l’automatisation des procédés de production s’est largement répandue, principalement via le déploiement d’ordinateurs et robots. Ces usines dites de « fabrication dans le noir » (en anglais, lights-out manufactures ou dark factories) sont entièrement automatisées – n’ayant besoin d’aucune présence humaine sur place, elles peuvent fonctionner lumières éteintes.

Les installations d’énergie renouvelable sont désormais entièrement automatisées. Or, c’est également le cas d’un nombre croissant d’usines.

Dans une usine sans ouvriers, les horaires de fonctionnement importent peu. En outre, de nombreuses usines dans monde produisent aujourd’hui 24h par jour, pilotées en partie par des millions de travailleurs en trois-huit. Dans ces usines, le travail de nuit serait réduit, dans la mesure où ces usines ne tourneraient de nuit qu’à la condition qu’il y ait suffisamment de vent.

Enfin, il serait par ailleurs possible d’assurer l’essentiel de la production industrielle et du fret ferroviaire aux horaires de travail « classiques » – c’est à dire de jour, et de restreindre la surproduction saisonnière nocturne. Dans ce scénario, nous disposerions tout simplement de moins de biens matériels, et de plus de vacances. En contrepartie, le besoin de main d’oeuvre augmenterait dans d’autres secteurs, tels que l’artisanat et la marine à voile.

Quid d’Internet ?

En conclusion, la production industrielle et le fret — à la fois terrestre et maritime — pourraient fonctionner presque exclusivement à partir de sources d’énergie renouvelables, et avec des besoins relativement limités en termes d’infrastructures de stockage, de réseaux de distribution, de centrales d’équilibrage ou encore de surdimensionnement des installations d’énergies renouvelables. En comparaison, la doctrine high-tech contemporaine consistant à calibrer à chaque instant la production énergétique pour répondre à la demande mobilise de très nombreuses infrastructures secondaires, et fait du déploiement des énergies renouvelables une entreprise à la fois complexe, coûteuse, lente et peu durable.

Prendre le parti de moduler la demande en fonction de la disponibilité de l’énergie faciliterait la transition vers les énergies renouvelables, en rendant ces modèles énergétiques plus crédibles et réalistes qu’ils ne le sont aujourd’hui. Il n’y aurait, dans cette configuration, pas d’effacement de la consommation électrique – le lissage de la courbe de charge par le pilotage de la demande consiste, en cas de déséquilibre offre-demande d’électricité, à provisoirement réduire la consommation physique d’un site donné ou d’un groupe de consommateurs par rapport à leur consommation « normale » – ni de pertes de stockage (par autodécharge) ou de pertes en ligne. La totalité de l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques et les éoliennes serait consommée en temps réel, sans pertes.

Marina, peinture de Carol Popp de Szathmary (v. 1800).

Il faut en convenir, adapter la demande à la production énergétique (plutôt que l’inverse) peut s’avèrer chose plus délicate dans d’autres secteurs d’activité. Si Internet pourrait, en théorie, fonctionner entièrement à partir de sources d’énergie renouvelables — en utilisant notamment des réseaux asynchrones et des logiciels dits « tolérants aux délais », c’est à dire acceptant des temps de latence plus ou moins importants — nombreuses sont les applications récentes qui, à l’instar de l’Internet des Objets (IoT), seraient incompatibles avec la nécessaire réduction de la consommation énergétique dont s’accompagnerait ce scénario et, fatalement, disparaitraient.

A l’échelle domestique, il paraît peu envisageable de priver les foyers de la possibilité de s’éclairer ou de cuisiner en périodes de faible production renouvelable. De même la fréquentation des hôpitaux ne se limite pas aux journées ensoleillées. Dans de tels cas, associer les installations d’énergies renouvelables à un stockage énergétique ou à d’autres systèmes d’appoint s’avérerait nécessaire pour gérer le caractère intermittent et variable de l’approvisionnement. C’est l’objet d’un autre article.

Une partie des recherches préalables à la rédaction de cet article ont été menées dans le cadre d’une activité universitaire au Demand Centre à Lancaster (Royaume-Uni).

Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. Indissociable de l’histoire des sociétés humaines, l’utilisation de la meule de pierre est parfois qualifiée de « plus vieille des industries » [NdT] ↩︎ ↩︎ ↩︎
Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. ↩︎ ↩︎
Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. Le moulin-bateau, aussi connu sous le nom de « moulin flottant » ou « moulin à nef », avait l’apparence d’un bateau, mais fonctionnait exactement comme un moulin à eau : il s’agissait en fait d’un moulin à eau (roue et bâtiment) construit sur une base flottante et amarré à la rive, ou ancré dans le courant. Les moulins sous les ponts (parfois aussi appelés « moulins suspendus ») se distinguaient quant à eux des moulins flottants en ce qu’ils étaient bâtis en même temps que le pont, le mécanisme de meunerie se trouvant sur le tablier du pont. Une variante historique du moulin sous le pont fut le « moulin pendant » ou « pendu », qui n’était pas suspendu à un pont mais à une structure fixe spécialement conçue. [NdT] ↩︎ ↩︎
Le barrage de Cento, construit en Italie en 1450, est un des premiers grands barrages hydrauliques ; long de 71 m, il mesurait presque 6 m de hauteur. Au cours du 18ème siècle, les plus grands barrages en activité mesuraient jusqu’à 260 m de long et 25 m high ; les canaux qu’ils alimentaient pouvaient desservir plusieurs dizaines de moulins aux alentours. [2] ↩︎
Il n’existe pas, pour l’énergie éolienne, d’équivalent connu à ce que sont les barrages pour l’énergie hydraulique : même si les moulins à vent étaient historiquement équipés de toutes sortes de mécanismes internes leur permettant de s’adapter à des variations soudaines dans la vitesse et la direction du vent, ils ne permettent pas, contrairement aux barrages, de stocker temporairement la source d’énergie pour en différer l’utilisation. ↩︎
Ceci explique d’ailleurs le rôle central qu’occupèrent les moulins à vent dans des régions au climat sec, des zones très froides ou encore dans des pays relativement plats, où l’énergie hydraulique n’était pas disponible. Dans les pays disposant de bonnes ressources en eau, les moulins à vent ne se développèrent que plus tardivement, au moment où l’augmentation de la demande entraîna une crise énergétique, les meilleurs sites hydrauliques étant d’ores et déjà équipés de moulins. ↩︎
Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 ↩︎
Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 ↩︎ ↩︎
Au régime dominant des vents à l’échelle du globe s’ajoutent des régimes de vent locaux, spécifiques à chaque territoire, telles que les brises marines et terrestres. La partie nord de l’Océan Indien connaît ainsi des vents de mousson, qui s’inversent tous les 6 mois. Ces vents soufflent du Sud-Ouest de juin à novembre, puis du Nord-Est de décembre à mai. Ceci explique en partie pourquoi le commerce maritime s’est développé plus tôt qu’ailleurs dans l’Océan Indien ; les routes maritimes établies de longue date y étaient entièrement basées sur les saisons. ↩︎
Jenkins, H. L. C. “Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). ↩︎ ↩︎
Les meuniers devaient en effet en permanence veiller à ce que l’espace entre les meules demeure constant quelle que soit la vitesse du vent : avant l’invention du régulateur à boules, cette action était effectuée à la main. Le meunier devait évaluer la force du vent, en déduire la surface de toile à déployer sur les ailes, et rester prêt à mettre le moulin à l’arrêt pour augmenter ou réduire la surface. En outre, avant l’invention du safran, il lui fallait en même temps surveiller la direction du vent afin de conserver les ailes bien perpendiculaires à l’axe du vent. [11] ↩︎
Hormis l’électricité, ont également vu le jour, au cours de la Révolution industrielle, l’air comprimé, l’eau sous pression, ainsi que des mécanismes sophistiqués de transmission de l’énergie mécanique ; ces inventions peuvent, pour certaines applications, constituer des alternatives pertinentes à l’électricité. ↩︎
On réalisait par le passé une distinction équivalente. Par exemple, le filage du coton requière une vitesse constante, afin d’éviter des soubresauts dans les mécanismes d’engrenage, à l’origine d’irrégularité dans la finesse du fil des pelotes de laine. [3] C’est la raison pour laquelle le filage n’était mécanisé qu’au moyen de l’énergie hydraulique, qui présentait de plus l’avantage de pouvoir être stockée temporairement, de manière à assurer une disponibilité plus constante de l’énergie, et non de l’énergie éolienne. L’énergie éolienne était en outre peu adaptée à des procédés tels que la fabrication de papier, le halage minier, ou l’entraînement des soufflets dans les hauts fourneaux. ↩︎
Le stockage énergétique à très court terme est pertinent pour de nombreux procédés mécaniques alimentés par des sources d’énergie variables ; il permet d’atténuer des variations soudaines mais faibles dans l’approvisionnement énergétique. Les moulins traditionnels préindustriels faisaient déjà usage de système mécaniques de ce type. ↩︎
Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D. (2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. ↩︎ ↩︎
Rival teams rejected pedal power because they feared radical change, says Team New Zealand designer. The Telegraph, May 24, 2017. ↩︎