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L'air comprimé, la fausse bonne idée ?

Mekarski-system

D'un point de vue low-tech, voilà une forme d'énergie renouvelable prometteuse ! Mais elle souffre, encore et toujours, d'une trop faible efficacité pour être la panacée... Explications.

Cet article est extrait du n°9 du Low-Tech Journal

L'air comprimé est probablement l'une des formes les plus anciennes de l'énergie que l'homme parvint à domestiquer. Il y a probablement plus de deux mille ans, le Grec Ktesibios aurait développé un canon pneumatique à longue portée. En Mésopotamie, on aurait comprimé l'air comprimé pour alimenter des forges et d'autres mécanismes.

Une technique de pointe... en 1880 !

La "révolution industrielle" est l'heure de gloire de l'air comprimé. En 1857, c'est avec une foreuse à air comprimé que l'on perce le tunnel du Mont-Cenis. L'invention de l'ingénieur Germain Sommeiller doublera la vitesse d'avancement des travaux.

Les systèmes à air comprimé sont parfois préférés à la vapeur pour l'alimentation de chemins de fer - de 1879 à 1917, les Trams Nantais étaient équipés du procédé Mékarski (voir encadré) - des ascenseurs, des stations de pompage, et même le sous-marin Plongeur, conçu vers 1860 par l'ingénieur Charles Brun.

Aujourd'hui, l'industrie européenne produit encore 80 TWh par an d'air comprimé, mais pour des besoins bien différents. Notamment la compression industrielle, la plongée sous-marine, les bulles alimentaires, la production d'azote et d'argon, mais, surtout, le petit outillage professionnel : fraises de dentiste, boulonneuses de mécano ou pistolets à clous.

De nombreux atouts

D'un point de vue low-tech, l'air comprimé présente de nombreux avantages. C'est une technologie simple et robuste à base de bombonnes et de vérins pneumatiques, à faible coût, fiable, avec un excellent rapport poids/puissance très favorable, facile à réparer, non-polluante et peu sensible à son environnement (température, vibrations...).

D'abord, les systèmes pneumatiques permettaient de stocker une grande quantité d'énergie. Ensuite, les systèmes à air comprimé pouvaient être installés sur n'importe quel type de machine - ou presque. Enfin, c'est une technologie sûre, qui ne risque pas d'exploser dans une nuée de flammes ou de gaz toxiques.

Un gros manque de performance

Alors pourquoi est-on passé des trams, aux roulettes de dentiste ? Ma conviction est que cette technologie était taillée pour l'ère du charbon, car dans les charbonnages et les locomotives, l’usage de l’électricité était proscrit, en raison du risque d’explosions. Or, moins on utilisa de charbon et de vapeur, moins on eût besoin de l'air comprimé.

S'ajoute à cela une ribambelle de défauts, au premier rang desquels : le rendement. La compression de l’air provoque (1) de pertes d'énergie dans le compresseur, (2) lors du transfert de chaleur pendant la compression, (3) à chaque utilisation à cause des différences de pression (le fameux pschitt quand vous retirez le dispositif de gonflage de vos pneus).

Au final, son rendement atteint péniblement les 40 %. C'est aussi bien qu'un moteur diesel moderne.

Or, l'air comprimé ne peut pas être une source d'énergie primaire ! Il aura besoin d'une source d'énergie secondaire pour chauffer l'air et le détendre afin d'actionner le mécanisme. Alors, mettez-vous une seconde à la place d'un industriel. Pourquoi mettrait-il deux moteurs dans sa machine, quand un seul moteur peut faire l'affaire ?

Et puis, il y a trop d'étapes ! Et à chaque étape, il y a de la perte en ligne. Il faut faire tourner un moteur (électrique ou à explosion), qui va entrainer un moteur à piston, qui va comprimer l'air, que l'on va stocker dans une bombonne, avant de le détendre (l'air) dans le moteur à piston pour entrainer les roues. Bilan : une perte de 70 à 95 % de l'énergie de départ, selon certains calculs. Autant s'arrêter à l'étape n°1 et brûler du carburant dans un moteur thermique...

Quel avenir pour l'air comprimé ?

L'air comprimé est un moyen très écolo de stocker de l'énergie sans batterie aux métaux rares. Ce stockage d’énergie par air comprimé (CAES) dit isotherme (rendement de 95 %) est déjà employé dans  des éoliennes à  compresseurs.

Et puis, il est toujours possible d'améliorer les moteurs, en optimisant le processus de compression de l'air. C'est ce qu'ont tenté de faire certains constructeurs automobile, en utilisant des systèmes hybrides. Sans grand succès, toutefois, comme va vous le révéler la suite de ce dossier.

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