Elle a joué un rôle vital dans notre passé et notre présent, et restera essentielle à nos progrès futurs. Ses qualités supérieures d’énergie thermique en font un élément fondamental dans la production de tant de choses que nous tenons pour acquises au quotidien. Et, grâce à une technologie en évolution rapide et des percées en ingénierie, nous pouvons espérer profiter de ses nombreux avantages dans un monde à zéro émission nette demain.
Il n’a pas été nécessaire de l’inventer ; elle est présente sur Terre depuis plus longtemps que nous. Vous pouvez encore la voir dans son état le plus naturel, jaillissant des geysers, créant des spectacles à couper le le souffle. Leur puissance et leur force donnent un aperçu de la raison pour laquelle la vapeur est le fluide caloporteur le plus utilisé au monde. Et elles mettent en lumière sa nature élémentaire.
Sa capacité à contenir une quantité significative d’énergie utilisable mécaniquement, pour entraîner une turbine par exemple, ou sous forme de chaleur pour de nombreux processus, fait de la vapeur une ressource clé, durable et renouvelable. Grâce à la boucle vapeur et condensat, l’eau qu’elle utilise peut être recyclée par des systèmes efficaces, ce qui permet d’économiser de l’énergie.
Avec une efficacité élevée, une faible toxicité, une facilité de transport, une capacité thermique supérieure et un coût modéré par rapport aux autres alternatives, un monde sans vapeur est impensable. C’est à la vapeur que nous devons bon nombre des avancées technologiques majeures de la société au cours des 300 dernières années. Si les mécanismes qui utilisent et nécessitent la vapeur ont changé, la vapeur elle-même est restée fondamentale dans notre évolution.
Elle joue un rôle clé dans l’industrie pharmaceutique, garantissant que les médicaments et les vaccins puissent être produits de manière sûre, fiable et en grande quantité. Les établissements de santé comptent sur la vapeur pour maintenir la stérilité des instruments lors de nos soins. Les industries chimiques et pétrolières ont besoin de vapeur pour assurer le bon fonctionnement de leurs installations et pour créer les nombreux produits dont nous dépendons au quotidien. Du polyester (le matériau le plus courant dans l’habillement) à la production d’ammoniac, qui fournit les engrais pour nourrir le monde. Et ses nombreuses utilisations dans l’industrie agroalimentaire font que nous n’avons pas besoin de nous soucier de la sécurité et de la durée de conservation de tant d’aliments et de boissons que nous consommons.
Ce ne sont que quelques-uns des avantages que la vapeur nous offre. C’est la raison pour laquelle nous considérons la vapeur non seulement comme un phénomène utile, mais comme une technologie naturelle. Un moyen sûr, durable et fiable d’améliorer notre qualité de vie, presque sans équivalent. ”
Mais, au-delà d’une photo souvenir, les geysers n’ont pas beaucoup d’utilité pratique pour nous, et, à l’exception de quelques endroits sur Terre, la vapeur sous forme d’énergie géothermique n’est pas une option. Cela signifie que pour exploiter sa valeur, la vapeur doit être produite par nous. Et c’est là que réside l’épreuve pour garantir son avenir durable.
Nous avons besoin de vapeur en quantités considérables pour maintenir notre croissance et notre qualité de vie. Il est essentiel que nous cessions de produire la vapeur à partir de gaz, de charbon ou de pétrole pour passer à des sources d’énergie renouvelables et efficaces, aussi rapidement que possible.
Embrasser de nouvelles possibilités
La crise énergétique mondiale accélère des changements majeurs dans la manière dont nous produisons notre énergie. Premièrement, une part en forte croissance provient de sources renouvelables (principalement l’éolien ou le solaire, mais avec une production variable). Deuxièmement, le potentiel de l’hydrogène vert basé sur l’énergie renouvelable et l’électrolyse croît de jour en jour. Troisièmement, il y a une acceptation croissante de la nécessité d’électrifier le chauffage dans l’industrie et les bâtiments. Et enfin, de nouvelles technologies pour le stockage de la chaleur et de l’électricité émergent et seront bientôt disponibles à grande échelle.
De tels changements de paradigme dans le fonctionnement de l’industrie ne se produiront pas du jour au lendemain. Mais le temps est compté si nous voulons atteindre ces objectifs ambitieux de zéro émission nette. C’est pourquoi des options concrètes pour combler l’écart entre l’offre et la demande d’électricité sont si cruciales pour des opérations durables. Des innovations telles que le stockage d’énergie thermique, où la capture de l’offre renouvelable de pointe, sa conversion en vapeur utile et sa conservation jusqu’au besoin seront déterminantes dans cette transition. La Figure 1 illustre pourquoi nous devons trouver des moyens de maximiser notre efficacité pour tirer le meilleur parti des sources renouvelables, comme l’énergie solaire :
Agir positivement dès maintenant
Dans son ensemble, le chauffage est responsable de plus du double de la demande énergétique de la production mondiale d’électricité et génère 55 % des émissions énergétiques mondiales¹. Réduire ce chiffre est un objectif majeur de décarbonation², mais jusqu’à présent, les tentatives ont souvent été cloisonnées, examinant séparément des domaines comme l’électrification, l’hydrogène, la biomasse et la capture, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS), en se concentrant sur des usages finaux spécifiques.
C’est pourquoi la voie vers la neutralité carbone semble parfois si difficile, attendant que de nouvelles technologies remplacent celles sur lesquelles nous comptons depuis des décennies, voire des siècles. Heureusement, les moyens d’utiliser une vapeur produite durablement sont tout à fait à notre portée.
Alors que la nécessité de décarboner notre planète devient plus urgente, il est rassurant de constater que, pour la vapeur, cela ne signifie pas s’en passer complètement. Nous savons tous que les jours des véhicules à essence ou diesel sont comptés, que notre utilisation du gaz naturel sera restreinte et que des décisions difficiles devront être prises si nous voulons assurer l’avenir de notre planète.
Ce n’est pas le cas pour la vapeur. S’éloigner des chaudières à combustibles fossiles ne nécessite pas d’attendre des décennies l’arrivée de nouvelles alternatives. Cela ne signifie pas non plus un remaniement complet des systèmes existants. La possibilité de rétrofiter les chaudières avec une technologie de chauffage électrique est disponible dès maintenant. Lorsque les équipements anciens doivent être remplacés, de nouvelles options électriques plus efficaces sont facilement accessibles. À mesure que la production d’électricité s’éloigne du charbon, du gaz et du pétrole, la vapeur sera prête à démontrer son potentiel de neutralité carbone.
En parallèle, il sera de plus en plus nécessaire de faire plus avec moins, en évaluant et en améliorant continuellement les mesures d’efficacité qui rendront la vapeur encore plus importante pour de nombreuses industries qui en dépendent. Les approches systémiques, pilotées par les données, seront les moyens les plus efficaces d’y parvenir.
La vapeur étant si largement utilisée par des industries très variées, il existe une grande diversité de tailles de systèmes vapeur, de configurations, d’applications finales et de pratiques opérationnelles. Cela signifie qu’il existe de nombreuses options pour identifier des opportunités d’amélioration des performances des systèmes vapeur.
Tout comme la vapeur a aidé les civilisations du monde entier à se développer, c’est maintenant au tour des ingénieurs d’aider la vapeur à conserver sa place dans notre histoire. La vapeur nous a emmenés dans un parcours enrichissant jusqu’ici, et continuera à le faire pendant des siècles à venir.
> Ce sont les ingénieurs de toutes les disciplines qui concevront, construiront, rétrofiteront, exploiteront et sécuriseront les infrastructures et technologies permettant d’atteindre pleinement une économie décarbonée au Royaume-Uni.”Sources :
¹ « Global Energy Perspective 2022 », McKinsey, 26 avril 2022.
² Notez que l’atteinte du zéro émission nette ne concerne pas seulement les émissions de CO2 mais tous les gaz à effet de serre, y compris le méthane et les gaz fluorés. Ici, nous utilisons le terme découlement carbone pour couvrir toutes les réductions d’émissions pertinentes.
National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)
« Net-zero heat: Is it too hot to handle? », McKinsey Sustainability, 22 juillet 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)