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L’aviation a été découvert au début du 20 ème siècle . Les premiers avions ne franchissaient que de petites distances mais aujourd’hui, les choses ont bien changées .
Le principe et la forme des avions sont toujours les mêmes : la portance est assurée par deux ailes d’envergures variables .
Plus l’envergure est élevée et plus la portance est élevée et moins il est nécessaire de dépenser d’énergie et de carburant pour voler . Cette portance est due à une différence de vitesse entre l’air qui circule sur le dessus de l’aile et l’air qui circule en dessous . Plus l’air va vite, plus la pression chute . Compte tenu du bord d’attaque des ailes, l’air va plus vite sur le dessus que sur le dessous de l’aile et donc, la pression est plus faible sur le dessus que sur le dessous de l’aile . Nous avons donc une force qui aspire l’aile vers le haut, de bas en haut .L’avion n’est donc pas porté par le dessous des ailes mais aspiré par le dessus .
Pour le reste, la propulsion de l’avion est assuré par une ou plusieurs hélices ou réacteurs .
La stabilité est assurée par la voilure arrière . Au centre, il y a une salle ou on loge les passagers et le personnel navigeant .
On trouve également le cockpit ou sont les pilotes et sous les pieds des voyageurs, les soutes ou on loge plus ou moins de colis . En ce qui concerne les dimensions, l’avion ne doit pas être trop lourd : Pour les gros porteurs comme l’A380, on dépasse les 500 tonnes et pour supporter un tel mastodonte et ne pas défoncer les pistes, il faut multiplier les roues du train d’atterrissage . Enfin, pour le fuselage, il doit résister à d’énormes efforts dus à la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur (sur les portes, presque 1,5 tonnes !) .
Aujourd’hui, le principe des avions avec ailes et fuselage décrit ci-dessus évolue et on se dirige tout doucement vers des ailes volantes avec une seule aile comme le bombardier B2 américain . Dans ce dernier cas, la stabilité est recalculée en temps réel par des ordinateurs qui ajustent continuellement des volets situés en bout d’ailes . La pénétration dans l’air de ce concept est bien meilleure et la consommation de carburant moindre .
Pour finir, en matière d’énergie, les avions utilisent habituellement des carburants mais un projet expérimental a pu aboutir dernièrement et démontrer qu’un avion monoplace peut voler en haute altitude indéfiniment grâce à des panneaux solaires sur le dessus des ailes et des batteries dans les ailes pour restituer l’énergie pendant la nuit . Il n’y a plus besoin de carburant !
L’histoire des énergies d’hier à aujourd’hui
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Je vais vous montrer comment les énergies utilisées par l’homme ont évoluée au cours des temps en démarrant de l’époque du néolithique jusqu’à aujourd’hui .
La première source d’énergie pour l’homme dès les premiers temps a pour origine l’homme . C’est lui, à l’époque, qui déplaçait des masses et développait des forces .
Dans certaines régions d’Afrique, c’est encore l’homme qui tire les charrues . La puissance mécanique de l’homme est située entre 75 et 100 Watts ce qui est très faible .
Avec l’utilisation des animaux notamment en agriculture, dans un second temps dans l’histoire de l’humanité, leurs forces motrices a permis d’accéder au kilowatts c’est-à-dire dix fois plus . En dehors de cela, les hommes des premiers temps utilisaient aussi le bois comme source de chaleur pour se chauffer et cuire les aliments . Ainsi, l’homme du néolithique utilisait déjà une source d’énergie stockée : le bois !
Le bois a longtemps était utilisé par l’homme . Cela a finit par poser problème car avec l’évolution des technologies et des pratiques, la domestication des métaux et alliages par exemple, il n’était pas assez énergétique et on en consommait trop : il fallait 500 stères de bois pour faire une tonne de fer et à ce rythme, il aurait fallu déboiser toute l’Europe .
Parallèlement à l’utilisation du bois, l’homme a donc appris à utiliser l’énergie mécanique du vent et de l’eau avec les moulins à vents et à eau . Cela lui a permis de passer du kilowatts fourni par le cheval à la dizaine de kilowatts .
A partir de là, nos civilisations ont connus un essor important grâce à la découverte de nouvelles sources énergétiques autre que le bois, le vent et l’eau .
D’abord, l’emploi du charbon de bois, qui est un concentré de carbone pur, a procuré le double de calories par unité de masse par rapport au bois . Mais, hèlas, le problème restait le même; le charbon provenait encore du bois lui-même . Les anglais qui avaient une pénurie de bois et pour qui le problème de la raréfaction du bois était criant, finirent heureusement par découvrir la Houille .
On vit alors se développer la machine à vapeur à la fin du XVII ème siècle . L’homme fabriquait enfin son énergie mécanique là ou il en avait besoin . On passait de la dizaine de kilowatts des moulins à eau à la centaine et même aux milliers avec la locomotive . Chaque usine avait sa machine à vapeur .
La troisième révolution est alors apparue avec le pétrole ou on gagnait encore un facteur 1,5 dans la densité énergétique .
En effet, un gramme de bois procure 3000 calories, 1 kg de charbon 6500 en moyenne, et avec le pétrole, on respecte la loi du doublement tous les cents ans et on atteint 10 000 calories par gramme .
C’est l’invention du moteur à explosion qui a généralisé l’utilisation de ce même pétrole et a fait son succès .
A partir de là, on a vu apparaître une nouvelle forme d’énergie, non pas de stockage comme le bois, le charbon, la houille ou le pétrole mais, une énergie de transport et de conversion : l’électricité . C’est l’énergie auquel on est le plus familiel aujourd’hui .
Elle est produite par des chaudières au charbon et au fuel grâce à des bobines tournant autour d’aimants et générant de l’électricité suivant le principe d’induction magnétique .
Elle est ensuite distribuée, et c’est là la nouveauté, grâce à un réseau de fils conducteurs, partout ou on en a besoin et notamment pour s’éclairer et vivre la nuit .
Cette électricité sera aussi l’énergie de demain . Par exemple, on peut sérieusement envisager que cette électricité sera utilisée pour remplacer le pétrole dans les voitures à l’avenir . Avec la production de masse progressive, les coûts de production des voitures électriques et hybrides et des batteries baisseront et ce type de voitures deviendra accessible au grand public . C’est juste une question de temps .
Revenons à l’histoire des énergies de nos jours .
Nous en arrivons à l’énergie nucléaire qui marque une rupture dans la logique de production d’énergie .On ne brûle plus un combustible sous forme d’énergie chimique d’oxydation mais on récupère l’énergie produite par la dissociation de noyaux d’atomes .C’est un phénomène naturels que l’homme a appris à maîtriser . Si le passage du bois au charbon, puis du charbon au pétrole, a permis à chaque fois de doubler la production d’énergie par unité, avec la fission de l’atome, on n’a pas doublé, on a fait un bond spectaculaire et on a multiplié par 160 !
La France avec 57 réacteurs nucléaires, produit ainsi 80% de son énergie électrique . Le nucléaire est donc véritablement une clé dans sa production électrique . Il pose cependant le problème des déchets non recyclables et des accidents possible comme Tchernobyl, dramatique car durablement contaminant .
Toujours de nos jours, en dehors du nucléaire et du pétrole, l’autre forme d’énergie source est le gaz qui est une énergie fossile plus abondante que le pétrole .
Pour le reste, les énergies du futur seront : l’énergie du vent (éoliennes), l’énergie de l’eau (énergie hydraulique, barrages, hélices sous marines récupérant l’énergie des marées et d’attraction de la lune), l’énergie du soleil (les panneaux solaires fabriquent de l’électricité et le coût des cellules photoélectriques devrait baisser), la géothermie (l’énergie calorique du sol), l’aérothermie (l’énergie calorique de l’air) . Ces énergies sont renouvelables et pérennes et ne polluent pas . Elles sont donc idéales .
L’idée dans le futur serait d’utiliser ces différentes formes d’énergies propres et infinies de façon complémentaire et de façon décentralisées. Chacun produirait sur son terrain et sa maison l’énergie dont il a besoin (panneau solaire, éolienne, géothermie) . Il n’y aurait alors quasiment plus de perte en transport électrique par effet joule .
Pour finir, dans un autre registre, la fusion nucléaire est une piste très sérieuse pour la centaine d’année à venir pour produire de l’énergie de façon centralisée en quantité .
Cette dernière ne doit pas être confondue avec la fission nucléaire actuelle. Cette fois, il s’agit de regrouper et coller ensemble des noyaux atomiques légers ce qui produit beaucoup plus d’énergie que la fission de noyaux atomiques lourds actuelle . De surcroît, le combustible, l’hydrogène, est inépuisable puisque à raison de 2 atomes par molécules d’eau, nous en avons des océans entiers .
Le programme de réacteur nucléaire multinational ITER (Russie, Japon, Canada, Europe) correspond justement à ce projet de recherche prometteur sur la fusion nucléaire : il permettra de fabriquer des quantités d’énergies considérables . Si tout va bien, des centrales nucléaires à fusion opérationnelles verront le jour d’ici 2050 . Ci dessous, une vue du futur centre ITER :
