Le terme «combustibles fossiles» est très répandu de nos jours. Plus souvent qu'autrement, elle survient dans le contexte des questions environnementales, du changement climatique ou de la soi-disant «crise énergétique». En plus d’être une source majeure de pollution, la dépendance de l’humanité à l’égard des combustibles fossiles a suscité un peu d’anxiété au cours des dernières décennies et alimenté la demande d’alternatives.
Mais qu'est-ce que les combustibles fossiles? Alors que la plupart des gens ont tendance à penser à l'essence et au pétrole quand ils entendent ces mots, cela s'applique en fait à de nombreux types de sources d'énergie dérivées de matières organiques décomposées. Comment l'humanité est devenue si dépendante d'eux, et vers quoi pouvons-nous nous tourner pour les remplacer, sont parmi les plus grandes préoccupations auxquelles nous sommes confrontés aujourd'hui.
Définition:
Les combustibles fossiles se réfèrent aux sources d'énergie qui se forment à la suite de la décomposition anaérobie de la matière vivante qui contient de l'énergie à la suite de la photosynthèse ancienne. En règle générale, ces organismes sont morts depuis des millions d'années, certains remontant à la période cryogénique (il y a environ 650 millions d'années).
Les combustibles fossiles contiennent des pourcentages élevés de carbone et d'énergie stockée dans leurs liaisons chimiques. Ils peuvent prendre la forme de pétrole, de charbon, de gaz naturel et d'autres composés d'hydrocarbures combustibles. Alors que le pétrole et le gaz naturel sont formés par la décomposition des organismes, le charbon et le méthane sont les résultats de la décomposition des plantes terrestres.
Dans le cas des premiers, on pense que de grandes quantités de phytoplancton et de zooplancton se sont déposées au fond des mers ou des lacs il y a des millions d'années. Au cours de plusieurs millions d'années, cette matière organique s'est mélangée à de la boue et a été enfouie sous de lourdes couches de sédiments. La chaleur et la pression qui en résultent ont provoqué une altération chimique de la matière organique, formant éventuellement des composés carbonés.
Dans ce dernier cas, la source était de la matière végétale morte qui était couverte de sédiments pendant la période carbonifère - c'est-à-dire la fin de la période dévonienne jusqu'au début de la période permienne (il y a environ 300 et 350 millions d'années). Au fil du temps, ces gisements se sont solidifiés ou sont devenus gazeux, créant des gisements de charbon, du méthane et des gaz naturels.
Utilisations modernes:
Le charbon est utilisé depuis l'Antiquité comme combustible, souvent dans des fours pour faire fondre des minerais métalliques. L'huile non transformée et non raffinée est également brûlée depuis des siècles dans des lampes pour l'éclairage, et des hydrocarbures semi-solides (comme le goudron) ont été utilisés pour l'imperméabilisation (en grande partie sur le fond des bateaux et sur les quais) et pour l'embaumement.
L'utilisation généralisée des combustibles fossiles comme sources d'énergie a commencé pendant la révolution industrielle (XVIIIe-XIXe siècle), où le charbon et le pétrole ont commencé à remplacer les sources animales (c'est-à-dire l'huile de baleine) pour alimenter les moteurs à vapeur. Au moment de la deuxième révolution industrielle (vers 1870 - 1914), le pétrole et le charbon ont commencé à être utilisés pour alimenter les générateurs électriques.
L'invention du moteur à combustion interne (c'est-à-dire des automobiles) a augmenté la demande de pétrole de façon exponentielle, tout comme le développement des avions. L'industrie pétrochimique a émergé simultanément, le pétrole étant utilisé pour fabriquer des produits allant des plastiques aux matières premières. En outre, le goudron (un produit résiduel de l'extraction du pétrole) est devenu largement utilisé dans la construction de routes et d'autoroutes.
Les combustibles fossiles sont devenus au cœur de la fabrication, de l'industrie et des transports modernes en raison de la façon dont ils produisent des quantités importantes d'énergie par unité de masse. En 2015, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), les besoins énergétiques mondiaux sont toujours principalement couverts par des sources telles que le charbon (41,3%) et le gaz naturel (21,7%), bien que le pétrole soit tombé à seulement 4,4%.
L'industrie des combustibles fossiles représente également une part importante de l'économie mondiale. En 2014, la consommation mondiale de charbon a dépassé 3,8 milliards de tonnes métriques et a représenté 46 milliards de dollars de revenus aux États-Unis seulement. En 2012, la production mondiale de pétrole et de gaz a atteint plus de 75 millions de barils par jour, tandis que les revenus mondiaux générés par l'industrie ont atteint environ 1 247 billions de dollars américains.
L'industrie des combustibles fossiles bénéficie également de nombreuses protections et incitations gouvernementales dans le monde. Un rapport de 2014 de l'AIE a indiqué que l'industrie des combustibles fossiles recueille 550 milliards de dollars par an en subventions gouvernementales mondiales. Cependant, une étude réalisée en 2015 par le Fonds monétaire international (FMI) a indiqué que le coût réel de ces subventions pour les gouvernements du monde entier était d'environ 5,3 billions de dollars américains (ou 6,5% du PIB mondial).
Effets sur l'environnement:
Le lien entre les combustibles fossiles et la pollution de l'air dans les pays industrialisés et les grandes villes est évident depuis la révolution industrielle. Les polluants générés par la combustion du charbon et du pétrole comprennent le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote, le dioxyde de soufre, les composés organiques volatils et les métaux lourds, tous liés à des maladies respiratoires et à des risques accrus de maladie.
La combustion de combustibles fossiles par l'homme est également la plus grande source d'émissions de dioxyde de carbone (environ 90%) dans le monde, qui est l'un des principaux gaz à effet de serre qui permet au forçage radiatif (aka. L'effet de serre) d'avoir lieu, et contribue à réchauffement climatique.
En 2013, la National Oceanic and Atmospheric Administration a annoncé que les niveaux de CO² dans la haute atmosphère atteignaient 400 parties par million (ppm) pour la première fois depuis le début des mesures au 19e siècle. Sur la base du taux actuel d'augmentation des émissions, la NASA estime que les niveaux de carbone pourraient atteindre entre 550 et 800 ppm au cours du siècle à venir.
Si le premier scénario est le cas, la NASA prévoit une augmentation de 2,5 ° C (4,5 ° F) des températures mondiales moyennes, ce qui serait durable. Cependant, si ce dernier scénario s'avérait être le cas, les températures mondiales augmenteraient en moyenne de 4,5 ° C (8 ° F), ce qui rendrait la vie intenable pour de nombreuses parties de la planète. Pour cette raison, des alternatives sont recherchées pour le développement et l'adoption commerciale généralisée.
Alternatives:
En raison des effets à long terme de l'utilisation des combustibles fossiles, les scientifiques et les chercheurs développent des alternatives depuis plus d'un siècle. Il s'agit notamment de concepts comme l'énergie hydroélectrique - qui existe depuis la fin du XIXe siècle - où la chute d'eau est utilisée pour faire tourner des turbines et produire de l'électricité.
Depuis la seconde moitié du XXe siècle, l'énergie nucléaire est également considérée comme une alternative au charbon et au pétrole. Ici, les réacteurs à fission lente (qui dépendent de l'uranium ou de la désintégration radioactive d'autres éléments lourds) sont utilisés pour chauffer l'eau, qui à son tour génère de la vapeur pour faire tourner les turbines.
Depuis le milieu du XXe siècle, plusieurs autres méthodes ont été proposées qui vont du simple au très sophistiqué. Il s'agit notamment de l'énergie éolienne, où les changements de débit d'air poussent les turbines; l'énergie solaire, où les cellules photovoltaïques convertissent l'énergie solaire (et parfois la chaleur) en électricité; l'énergie géothermique, qui repose sur la vapeur extraite de la croûte terrestre pour faire tourner les turbines; et l'énergie marémotrice, où les changements de marée poussent les turbines.
Les carburants alternatifs sont également dérivés de sources biologiques, où des sources végétales et biologiques sont utilisées pour remplacer l'essence. L'hydrogène est également développé comme source d'énergie, allant des piles à combustible à hydrogène à l'eau utilisée pour alimenter la combustion interne et les moteurs électriques. La puissance de fusion est également en cours de développement, où des atomes d'hydrogène sont fusionnés à l'intérieur des réacteurs pour générer une énergie propre et abondante.
Au milieu du XXIe siècle, les combustibles fossiles devraient être devenus obsolètes, ou du moins avoir considérablement diminué en termes d'utilisation. Mais d'un point de vue historique, ils ont été associés aux explosions les plus importantes et les plus prolongées de la croissance humaine. Il reste à voir si l'humanité survivra aux effets à long terme de cette croissance - qui a inclus une quantité intense de combustibles fossiles et d'émissions de gaz à effet de serre -.
Nous avons écrit de nombreux articles sur les combustibles fossiles pour Space Magazine. Voici ce qu'est un effet de serre amélioré?, Gaz dans l'atmosphère, Qu'est-ce qui cause la pollution de l'air?, Et si nous brûlons tout?, Qu'est-ce que l'énergie alternative?, Et "Le changement climatique est maintenant plus sûr que jamais", selon un nouveau rapport
Si vous souhaitez plus d'informations sur les combustibles fossiles, consultez l'Observatoire de la Terre de la NASA. Et voici un lien vers l'article de la NASA sur la sauvegarde de notre atmosphère.
Astronomy Cast a également quelques épisodes qui sont pertinents pour le sujet. Voici l'épisode 51: Terre et l'épisode 308: changement climatique.
Sources:
- Wikipédia - Combustible fossile
- De façon scientifique - fossil_fuel
- Département de l'énergie - Combustibles fossiles
