Photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque (ou énergie photovoltaïque ou EPV) est une énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire grâce à des panneaux ou des centrales solaires photovoltaïques. Elle est dite renouvelable, car sa source (le Soleil) est considérée comme inépuisable à l’échelle du temps humain. En fin de vie, le panneau photovoltaïque aura produit 19 à 38 fois l’énergie nécessaire à sa fabrication et à son recyclage.
La cellule photovoltaïque, composant électronique de base du système, utilise l’effet photoélectrique pour convertir en électricité les ondes électromagnétiques (rayonnement) émises par le Soleil. Plusieurs cellules reliées entre elles forment un module ou capteur solaire photovoltaïque et ces modules regroupés entre eux forment une installation solaire. L’électricité est consommée ou stockée sur place, ou transportée par le réseau de distribution et de transport électrique.
L’énergie photovoltaïque est un enjeu mondial affirmé lors de la conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques (COP21) par le lancement en de l’Alliance solaire internationale (ASI) ou « International Solar Alliance » (ISA), une coalition chargée de coordonner les politiques de développement du solaire thermique et photovoltaïque à destination des États riches en ressources solaires. Son coût a été divisé par 100 environ en 40 ans (de 1980 à 2020).
En 2020, 3,1 % de la production mondiale d’électricité provenait du photovoltaïque (842 TWh), dont 32 % en Chine ; l’Agence internationale de l’énergie estime la part du photovoltaïque, sur la base des puissances installées, à 5 % fin 2021 (7,2 % en Europe).
En 2019, sur les dix principaux fabricants de modules photovoltaïques, sept sont chinois, un sino-canadien, un coréen et un américain. En 2020, cinq pays concentrent 68,5 % de la production d’électricité photovoltaïque mondiale : la Chine (32 %), les États-Unis (13,9 %), le Japon (9,3 %), l’Inde (7,3 %) et l’Allemagne (6,0 %).
Il faudrait théoriquement l’équivalent de la production d’une surface photovoltaïque de 100 000 km2 (soit la superficie de l’Islande) pour couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité.
Thermodynamique
La thermodynamique est la branche de la physique qui traite de la dépendance des propriétés physiques des corps à la température, des phénomènes où interviennent des échanges thermiques, et des transformations de l’énergie entre différentes formes.
La thermodynamique peut être abordée selon deux approches différentes et complémentaires : phénoménologique et statistique.
La thermodynamique phénoménologique ou classique a été l’objet de nombreuses avancées dès le xviie siècle. Elle s’appuie sur des considérations macroscopiques pour établir un nombre réduit de principes et de lois, issus d’observations expérimentales.
La thermodynamique statistique, qui s’est développée à partir du milieu du xixe siècle, s’appuie quant à elle sur des considérations moléculaires et sur le calcul des probabilités appliqué à un grand nombre de particules. Elle s’attache à analyser la structure de la matière et à établir un lien entre ses propriétés et les principes de la thermodynamique phénoménologique.
L’étude des gaz parfaits et celle des machines thermiques, qui échangent de l’énergie avec l’extérieur sous forme de travail et de chaleur, occupent une place centrale dans la thermodynamique : elles ont permis le développement de très nombreuses machines et méthodes industrielles, et servi de base à d’importantes découvertes en chimie1, en astrophysique2 et dans de nombreux autres domaines scientifiques.
Borne de recharge
Une station de recharge de véhicules est une infrastructure équipée d’une ou plusieurs borne de recharge permettant la recharge des véhicules électriques. La borne comporte au minimum un point de charge, matérialisé par un socle de prise.
Une station de charge comporte l’espace nécessaire au véhicule pour stationner, le point de charge (borne, coffret…), et les autres éléments nécessaires, le cas échéant (armoire électrique de gestion « intelligente » de la charge). Elle doit répondre à des normes et standards techniques ; un standard européen a été décidé en 2014 par la Commission européenne.
Les véhicules électriques se rechargent usuellement à domicile ou sur le lieu de travail, mais on compte environ 1 300 000 points de recharges publiques dans le monde en 2020, dont 807 000 en Chine, 286 000 en Europe et 99 000 aux États-Unis. 30 % de ces bornes sont à charge rapide, mais ce taux est plus élevé en Chine (38 %) qu’en Europe (13 %).
Climatisation
La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau de poussières, etc.) d’un intérieur pour des raisons de confort (automobile, bureaux, maisons individuelles) ou pour des raisons techniques (laboratoires médicaux, locaux de fabrication de composants électroniques, blocs opératoires, salles informatiques, etc.).
Les paramètres modifiés, contrôlés ou régulés sont :
- la température de l’air, selon la saison le cas échéant (chauffage ou refroidissement) ;
- le degré d’hygrométrie de l’air (humidification ou déshumidification) ;
- la qualité de l’air intérieur : odeur, empoussièrement.
Certaines des techniques utilisées sont anciennes et d’autres moins (invention du réfrigérateur au xixe siècle par exemple) ; les systèmes modernes tendent à les associer dans un même appareil dit climatiseur réversible (réfrigération l’été et chauffage l’hiver).
En 2018, selon l’Agence internationale de l’énergie, les climatiseurs et ventilateurs électriques consomment déjà environ un cinquième de l’électricité totale des bâtiments dans le monde, soit 10 % de la consommation totale d’électricité, et on s’attend à une forte augmentation d’ici à 2050 où à ce rythme la réfrigération de locaux pourrait devenir la première source de consommation d’électricité.
Traitement de l’eau
Le traitement des eaux usées est l’ensemble des procédés visant à dépolluer l’eau usée avant son retour dans le milieu naturel ou sa réutilisation. Les eaux usées sont les eaux qui à la suite de leur utilisation domestique, commerciale ou industrielle sont de nature à polluer les milieux dans lesquels elles seraient déversées. C’est pourquoi, dans un souci de protection des milieux récepteurs, des traitements sont réalisés sur ces effluents collectés par le réseau d’assainissement urbain ou privé. L’objectif des traitements est de minimiser l’impact des eaux usées sur l’environnement. Lorsque les eaux traitées sont réutilisées, on parle de recyclage des eaux usées.
À l’échelle mondiale, le traitement des eaux usées constitue le premier enjeu de santé publique : plus de 4 000 enfants de moins de 5 ans meurent chaque jour de diarrhées liées à l’absence de traitement des eaux et au manque d’hygiène induit1.
Les traitements peuvent être réalisés de manière collective dans une station d’épuration ou de manière individuelle, on parle alors de traitement des eaux décentralisé. La plupart des procédés intensifs de traitement fonctionnent selon les mêmes processus de base, mais des différences plus ou moins importantes peuvent exister dans la manière de mettre en place ces processus. Le traitement se divise généralement en plusieurs étapes.
Il existe également des procédés dits extensifs de traitement plutôt adapté aux charges réduites2. On distingue les cultures libres : lagunage ; et les cultures fixées : Infiltration-percolation, filtre planté, marais filtrant à écoulement vertical ou horizontal2.