<figure><img src="image_177.png" /><figcaption>**FIGURE 5.6** – Illustration du fonctionnement du four à micro-ondes. Source : Wikipédia/Vorzinek. CC BY-SA.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_178.png" /><figcaption>**FIGURE 5.7** – Principe du chauffage par des ondes électromagnétiques micro-ondes. (a) Schéma de la molécule de d'eau avec son moment dipolaire $\vec{p}$. (b) En l'absence de champ électrique $\vec{E}$ extérieur, les moments dipolaires des molécules d'eau sont orientés de manière désordonnée. (c) En présence d'un champ électrique $\vec{E}$ extérieur, les moments dipolaires s'alignent. (d) Si le champ $\vec{E}$ extérieur oscille, les moments dipolaires de l'eau oscillent de concert. Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

au gré de l'onde (figure 5.7d). Le chauffage a lieu grâce aux « frottements » moléculaires et à la diffusion thermique<fnref n="19" />.

<footnote n="19">19. Pour en savoir plus, voir par exemple Wikipédia : Four à micro-onde (https://fr.wikipedia.org/wiki/Four_à_micro-ondes#Action_des_micro-ondes_sur_la_molécule_d'eau)</footnote>
<table><caption>**TABLE 5.3** – Mesure du rayonnement de fuite des fours à micro-ondes selon trois études. Source : OFSP (2016).</caption><thead><tr><td>Étude</td><td>Rayonnement de fuite moyen (mW/cm²)</td><td>Nombre d'appareils testés</td><td>Âge des appareils testés (années)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Alhekail 2001 (appareils usagés)</td><td>0,41</td><td>106</td><td>0,1–14</td></tr><tr><td>Thansandote 2000 (appareils neufs)</td><td>0,08</td><td>60</td><td>0</td></tr><tr><td>Thansandote 2000 (appareils usagés)</td><td>0,17</td><td>103</td><td>1–23</td></tr><tr><td>Matthes 1992 (appareils usagés)</td><td>&lt; 0,062 pour 50 % des appareils; max = 0,086</td><td>130</td><td>0,5–18</td></tr></tbody></table>

<table><caption>**TABLE 5.4** – Débit d'absorption spécifique (DAS) du rayonnement de fuite des fours à micro-ondes selon l'étude de Bangay et al. (2003) en fonction de la distance. Tiré de OFSP (2016).</caption><thead><tr><th rowspan="2">Distance (cm)</th><th rowspan="2">DAS mesuré (W/kg)</th><th colspan="2">Limite recommandée</th></tr><tr><th>DAS (W/kg)</th><th>Partie du corps exposée</th></tr></thead><tbody><tr><td>&lt; 0,1</td><td>7,95</td><td>4</td><td>membres</td></tr><tr><td>5</td><td>0,256</td><td>2</td><td>tête, tronc</td></tr><tr><td>30</td><td>0,0056</td><td>0,08</td><td>corps entier</td></tr></tbody></table>

## Dangereux, le four à micro-ondes ?

L'enceinte du four est métallique, la porte elle-même est dotée d'une grille métallique, qui permet de voir à l'intérieur, mais empêche les ondes de sortir (cage de Faraday).

Selon les normes en vigueur, les fuites de rayonnement ne doivent pas excéder 5 mW/cm² à une distance de 5 cm. Le tableau 5.3 donne des mesures du rayonnement de fuite pour un certain nombre de fours d'âges divers. Les trois études présentant ces mesures arrivent à la conclusion que le rayonnement de fuite est le plus important lorsque les joints d'étanchéité de la porte sont usés ou encrassés, ou lorsque la porte ou le système de fermeture sont usés. Le rayonnement de fuite maximal admissible n'a été dépassé que dans un seul cas.

Le tableau 5.4 donne des mesures du DAS du rayonnement de fuite de fours à micro-ondes à différentes distances. À une distance de 30 cm (ce qui correspond à une exposition de tout le corps) comme à une distance de 5 cm (ce qui correspond par exemple à l'exposition de la tête lorsqu'on regarde les aliments dans le four), les valeurs DAS sont nettement inférieures aux valeurs limites recommandées. Ce n'est qu'au contact direct avec le four que les valeurs limites recommandées sont dépassées.

### 5.5.2 Conclusion : le téléphone portable est-il un four à micro-ondes ?

D'une part, on constate que les fours à micro-ondes sont inoffensifs tant qu'ils sont en bon état. D'autre part, la fréquence de la téléphonie mobile est dans la même gamme que celle des fours à micro-ondes. Mais la différence principale est que la puissance émise n'est pas du tout la même : elle est supérieure à 500 W pour la cuisson des aliments, contre ~ 1 W pour un téléphone portable. C'est cette grande différence de puissance, et en particulier la faible puissance des téléphones portables (qui tend de surcroît à diminuer plus la technologie
progresse), qui explique que l'on ne peut pas se cuire le cerveau en téléphonant. Néanmoins l'utilisation des téléphones portables étant récente, des études sur d'éventuels effets à long terme sont en cours (étude COSMOS, par exemple).

## 5.6 Quelques « études » sur l'effet des ondes sur la santé

→ Étude Interphone<fnref n="20" /> : vaste étude sur l'impact des téléphones portables sur la santé humaine dans les règles de la méthode scientifique. Conclusion : rien de significatif, si ce n'est qu'il faut poursuivre les études... (voir Communiqué de l'OMS, 2010²¹).

→ Étude COSMOS <fnref n="22" /> : débutée en 2010, dans le but de suivre 250 000 adultes utilisateurs de téléphones portables dans 5 pays jusqu'en 2040...

→ L'étude « Draper » (Draper et al. 2005), qui concluait que les enfants avaient un risque accru de leucémie en vivant à proximité d'une ligne THT. Mais là encore des problèmes méthodologiques sont à déplorer (voir : *Lignes électriques à haute tension et cancer chez l'enfant : ce que certains... oublient* <fnref n="23" />, mais aussi Bunch et al. 2014).

<footnote n="20">20. http://interphone.iarc.fr/</footnote>

<footnote n="21">21. OMS, Publication de l'étude Interphone sur l'utilisation des téléphones portables et le risque de cancer du cerveau, communiqué de presse. https://www.iarc.who.int/wp-content/uploads/2018/07/pr200_F.pdf</footnote>

<footnote n="22">22. http://www.ukcosmos.org/</footnote>

<footnote n="23">23. http://www.unice.fr/zetetique/articles/HBJBDBDC_Draper.html</footnote>
<figure><img src="image_179.png" /></figure>
# Annexe A

## Quelques organismes internationaux pour le climat

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Quelques organismes internationaux pour le climat, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.b236d0

<figure><img src="image_180.png" /></figure>
## A.1 Le GIEC

Cette partie est basée sur Jouzel & Debroise (2014).

La communauté scientifique s'organise : en 1979, l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM) créé le Programme de Recherche Mondial sur le Climat (PRMC); en 1986, le Programme International Géosphère-Biosphère est lancé par le Conseil International pour la Science.

Les gouvernements lancent le GIEC en 1986. L'OMM et le Programme des Nations Unies pour l'Environnement lancent le **Groupe Intergouvernemental d'Experts du Climat** (GIEC ou IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change – en anglais)<fnref n="1" /> dont l'objectif est de : faire le point, synthétiser et résumer les connaissances, pour fournir une base d'information et de réflexion aux décideurs politiques.

Des milliers de scientifiques de disciplines très diverses font le point des connaissances sur le réchauffement climatique à intervalle régulier dans des rapports exhaustifs (assessment reports). Rapports qui sont résumés en quelques pages destinées aux responsables politiques, que les délégués (de 170 états) devront adopter mot à mot à l'unanimité. Et ça fonctionne!!

En 1988 a lieu la première réunion du GIEC à Genève. En 1989, à l'occasion d'une résolution des Nations Unies, les états membres s'engagent à commencer des négociations devant conduire à une convention sur l'effet de serre.

Le GIEC a produit une série de six rapports, en 1990, 1995, 2001, 2007, 2013 et le dernier en 2021. Chaque rapport est divisé en trois parties, qui restituent les synthèses des trois groupes de travail :

* Groupe 1 – « éléments scientifiques »

* Groupe 2 – « impacts, adaptations et vulnérabilité »

* Groupe 3 – « mesures d'atténuation »

En 2007, le GIEC reçoit le **Prix Nobel de la Paix** avec Al Gore pour « l'éveil des consciences sur les risques du changement climatique ». En 2009, c'est le *climategate*, crise de confiance qui suit la publication d'une série de mails piratés échangés par des chercheurs britanniques. Une interprétation hors contexte pouvait suggérer que des données avaient été falsifiées. En fait, il n'en était rien, comme le montrèrent différentes enquêtes, dont les résultats n'ont pas eu le même écho médiatique que le vol de courriels... Le GIEC a subi beaucoup d'attaques de climatosceptiques qui guettent la moindre faille dans ses rapports, ce que l'on peut voir comme une force pour l'organisme qui peut ainsi se targuer de publier des rapports supportant la critique minutieuse!

En 2010 a lieu un audit externe sur le fonctionnement du GIEC par le Conseil Inter-Académique : les processus d'évaluation du GIEC sont validés.

<footnote n="1">1. http://www.ipcc.ch</footnote>
## A.2 Les Conférences des Parties (COP)

En 1992, au **Sommet de la Terre** à Rio de Janeiro, les responsables politiques s'engagent et signent la Convention Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC) (en 2015, la CCNUCC est ratifiée par 196 « parties prenantes », à savoir 195 états plus l'Union européenne). En 1995, c'est la première réunion de ces « parties » à Berlin. Ces réunions (Confe-rence Of the Parties – COP) se déroulent chaque année 2 (sauf en 2020 à cause de la crise du covid).

1997 : COP3 à Kyoto – **Protocole de Kyoto** = objectif chiffré de réduction des émissions de GES, avec des engagements différents selon les pays. Non ratifié par les États-Unis.

2002 : COP8 à New Dehli = programme de sensibilisation du public.

2003 : COP9 à Milan = fonds spécial changement climatique (financement de technologies pour s'adapter).

2007 : COP13 à Bali = « **Objectif 2 °C** » = seuil d'adaption, au-delà duquel tout deviendrait plus compliqué! Nécessite de diviser par deux les émissions d'ici 2050...

2009 : COP15 à Copenhague = l'espoir de faire le point sur le protocole de Kyoto avant de mettre sur les rails une deuxième phase est déçu. Un accord final non contraignant sur la réduction des GES...

2015 : COP21 à Paris = Accords de Paris ; l'objectif est de contenir le réchauffement sous les 2 °C. Chaque pays donne sa feuille de route, mais elle n'est pas contraignante !

2021 : COP26 à Glasgow = débouche sur le « Pacte de Glasgow pour le climat » dans lequel plus de pays s'engagent à la neutralité carbone. Les pays riches *promettent* d'augmenter le financement de l'adaptation pour aider les pays les plus pauvres.

On peut légitimement se questionner sur l'efficacité de ces conférences, trop souvent phar-gocytées par les lobbys des énergies fossiles 3.

<footnote n="2">2. https://fr.wikipedia.org/wiki/Conférences_des_Nations_unies_surLes_changements_climatiques</footnote>

<footnote n="3">3. Voir par exemple le billet de blog : https://bonpote.com/organisation-minable-et-festival-de-greenwashing-a-la-cop26/.</footnote>
<figure><img src="image_181.png" /></figure>
# Annexe B

## Bilan énergétique de la France

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Bilan énergétique de la France, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.ee1cb3

<figure><img src="image_182.png" /></figure>

<figure><img src="image_183.png" /></figure>
## B.1 Diagramme de Sankey des flux énergétiques de la France

Un diagramme de Sankey<fnref n="1" /> montre des flux avec des flèches dont la taille est proportionnelle au flux ainsi représenté. Il est particulièrement utilisé pour représenter des flux d'énergie notamment pour les bilans annuels énergétiques des pays.

Le site https://www.iea.org/sankey/ de l'Agence Internationale de l'Énergie répertorie les bilans énergétiques des pays pour différentes années sous forme de diagrammes de Sankey. Il est possible de moduler les paramètres.

## B.2 Bilan énergétique de la France

Nous décryptons ici le schéma 4.3 page 146, issu de CGDD (2019b) reproduit ci-dessous (figure B.1). Les énergies sont en Mtep, avec $1 \text{ Mtep} = 10^6 \text{ tep}$ et $1 \text{ tep} = 42 \text{ GJ}$. Le tableau B.1 donne les énergies primaires et les énergies finales.

Les énergies primaires sont obtenues en enlevant les produits autres que l'énergie issus des ressources fossiles, en enlevant les carburants des transports maritimes et aériens internationaux, ainsi que les exportations d'électricité. Ces dernières sont réparties au sein des différentes sources primaires au prorata de leur répartition dans le mix primaire à l'origine de l'électricité.

L'énergie primaire est l'énergie servant à produire l'énergie finale, telle qu'elle est « acheptée » par les consommateurs, par exemple l'essence issue du raffinage du pétrole, ou l'électricité issue de différentes sources. L'essence (énergie finale) n'est pas une énergie utile, elle doit être brûlée dans un moteur pour cela (auquel cas l'énergie utile peut être l'énergie mécanique des roues, ou l'énergie thermique selon les usages). En revanche l'électricité (énergie finale) est aussi une énergie utile.

Les pertes sont liées au transport, au raffinage pour les ressources fossiles, et au rendement des centrales thermiques pour la production d'électricité. Elles sont calculées au prorata du mix primaire à l'origine de l'électricité.

Une petite partie de l'énergie thermique dégagée par la production d'électricité (3,9 Mtep) est vendue en tant que telle, et incluse dans les pertes dans le tableau B.1.

<footnote n="1">1. D'après le nom de l'ingénieur irlandais Matthew Henry Phineas Riall Sankey (1853-1926) qui a utilisé en 1898 cette représentation à propos de l'efficacité énergétique de la machine à vapeur.</footnote>
<figure><img src="image_184.png" /></figure>

P : production nationale d'énergie primaire. DS : déstockage. I : solde importateur.

Source : calculs SDES, d'après les sources par énergie

**FIGURE B.1** – Bilan énergétique de la France en 2018 (en Mtep), sous la forme d'un diagramme de Sankey (diagramme de flux où la largeur des flèches est proportionnelle au flux). Tiré de CGDD (2019b). Licence Ouverte.

<footnote n="1">¹ Pour obtenir la consommation primaire, il faut déduire des ressources primaires le solde exportateur d'électricité ainsi que les soutes maritimes et aériennes internationales.</footnote>

<footnote n="2">² Y compris énergies marines, hors accumulation par pompage.</footnote>

<footnote n="3">³ Énergies renouvelables thermiques (bois, déchets de bois, solaire thermique, biocarburants, pompes à chaleur, etc.).</footnote>

<footnote n="4">⁴ Injections de biométhane (compté comme énergie renouvelable dans les ressources primaires) dans les réseaux de gaz naturel.</footnote>

<footnote n="5">⁵ L'importance des pertes dans le domaine de l'électricité tient au fait que la production nucléaire est comptabilisée pour la chaleur produite par la réaction, chaleur dont les deux tiers sont perdus lors de la conversion en énergie électrique.</footnote>

<footnote n="6">⁶ Usages non énergétiques inclus. Pour le charbon, les produits pétroliers raffinés et le gaz naturel, la décomposition de la consommation finale en usages énergétiques et non énergétiques est indiquée entre parenthèses.</footnote>
<table><thead><tr><th>(1)<br>Ressource primaire</th><th>(2)<br>Vecteur (utile)</th><th>(3)<br>D'après le diagramme (Mtep)</th><th>(4)<br>Non-énergie (Mtep)</th><th>(5)<br>Soutes (Mtep)</th><th>(6)<br>Soutractions faites (Mtep)</th><th>(7)<br>Soutractions faites (%)</th><th>(8)<br>Exportations électricité (Mtep - prorata)</th><th>(9)<br>Énergie pri-maire (Mtep)</th><th>(10)<br>Énergie pri-maire (%)</th><th>(11)<br>Pertes (Mtep)</th><th>(12)<br>Pertes (% de EP)</th><th>(13)<br>Énergie finale (Mtep)</th><th>(14)<br>Énergie finale (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2">Charbon</td><td>Électricité</td><td>2,8</td><td></td><td></td><td>2,8</td><td>2,1</td><td>-0,1</td><td>2,7</td><td>2,1</td><td>-1,9</td><td>70,4</td><td>0,8</td><td>2,1</td></tr><tr><td>Chaleur</td><td>6,3</td><td>-0,3</td><td></td><td>6</td><td></td><td></td><td>6</td><td>5,6</td><td>-4,8</td><td>80</td><td>1,1</td><td>1,1</td></tr><tr><td rowspan="2">Pétrole</td><td>Total</td><td>9,1</td><td>-0,3</td><td></td><td>8,8</td><td></td><td></td><td>8,7</td><td>3,7</td><td>-6,7</td><td>77</td><td>1,9</td><td>1,4</td></tr><tr><td>Électricité</td><td>1,6</td><td></td><td></td><td>1,6</td><td></td><td></td><td>1,5</td><td>1,2</td><td>-1,1</td><td>73,3</td><td>0,4</td><td>1,1</td></tr><tr><td rowspan="2">Gaz naturel</td><td>Chaleur</td><td>77</td><td>-12,4</td><td>-7,6</td><td>54</td><td></td><td></td><td>57</td><td>52,9</td><td>-2,4</td><td>4,2</td><td>54,7</td><td>55,2</td></tr><tr><td>Total</td><td>78,6</td><td>-12,4</td><td>-7,6</td><td>58,6</td><td></td><td></td><td>58,5</td><td>24,9</td><td>-3,5</td><td>6</td><td>55,1</td><td>40,3</td></tr><tr><td rowspan="2">Électricité</td><td>5,8</td><td></td><td></td><td></td><td>5,8</td><td></td><td></td><td>5,6</td><td>4,4</td><td>-3,9</td><td>69,6</td><td>1,7</td><td>4,5</td></tr><tr><td>Chaleur</td><td>30,9</td><td>-1,1</td><td></td><td>29,8</td><td></td><td></td><td>29,8</td><td>27,6</td><td>-1,3</td><td>4,4</td><td>28,5</td><td>28,7</td></tr><tr><td>Total</td><td>36,7</td><td>-1,1</td><td></td><td>35,6</td><td></td><td></td><td>-0,2</td><td>35,4</td><td>15,1</td><td>-5,2</td><td>14,7</td><td>30,1</td><td>22</td></tr><tr><td>Électricité</td><td>107,6</td><td></td><td></td><td></td><td>107,6</td><td></td><td></td><td>103,2</td><td>81,2</td><td>-72,8</td><td>70,5</td><td>30,4</td><td>81,1</td></tr><tr><td rowspan="2">Chaleur</td><td>Total</td><td>107,6</td><td></td><td></td><td>107,6</td><td></td><td></td><td>103,2</td><td>43,9</td><td>-72,8</td><td>70,5</td><td>30,4</td><td>22,3</td></tr><tr><td>Électricité</td><td>9</td><td></td><td></td><td>9</td><td></td><td></td><td>8,6</td><td>6,8</td><td>-6,1</td><td>70,9</td><td>2,5</td><td>6,7</td></tr><tr><td rowspan="2">Photovoltaïque éolien hydraulique</td><td>Chaleur</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Total</td><td>9</td><td></td><td></td><td>9</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td rowspan="2">EnRt</td><td>Électricité</td><td>5,7</td><td></td><td></td><td>5,7</td><td></td><td></td><td>5,5</td><td>4,3</td><td>-3,8</td><td>69,1</td><td>1,7</td><td>4,5</td></tr><tr><td>Chaleur</td><td>15</td><td></td><td></td><td>15</td><td></td><td></td><td></td><td>15</td><td>13,9</td><td>-0,1</td><td>1</td><td>14,9</td></tr><tr><td>Total</td><td>20,7</td><td></td><td></td><td>20,7</td><td></td><td></td><td></td><td>20,5</td><td>8,7</td><td>-3,9</td><td>19</td><td>16,5</td><td>12,1</td></tr><tr><td rowspan="2">Électricité</td><td>132,5</td><td></td><td></td><td></td><td>132,5</td><td></td><td></td><td>127,1</td><td>100</td><td>-89,6</td><td>70,5</td><td>37,5</td><td>100</td></tr><tr><td>Chaleur</td><td>129,2</td><td>-13,8</td><td>-7,6</td><td>107,8</td><td></td><td></td><td>107,8</td><td>100</td><td>-8,6</td><td>8</td><td>99,2</td><td>100</td></tr><tr><td>Total</td><td>261,7</td><td>-13,8</td><td>-7,6</td><td>240,3</td><td></td><td></td><td>-5,4</td><td>234,9</td><td>100</td><td>-98,2</td><td>41,8</td><td>136,7</td><td>100</td></tr></tbody></table>
**TABLE B.1** – Décryptage du bilan énergétique de la France en 2018, d’après la figure B.1. La colonne (1) liste les différentes ressources primaires : « pétrole » signifie pétrole brut et produits raffinés, « nucléaire » signifie production nucléaire, « hydraulique » inclut les énergies marines mais pas le pompage, « EnRt » signifie énergies renouvelables thermiques, ce qui inclut le bois et ses déchets, le solaire thermique, les biocarburants, les pompes à chaleur, etc. La colonne (2) distingue les vecteurs d’énergie, l’électricité d’une part, et, de façon un peu brute la chaleur, sachant que dans la plupart des cas (combustibles fossiles), l’énergie finale n’est pas de la chaleur mais du carburant (essence...). L’énergie utile, thermique dans ce cas, n’est pas donnée, elle est sujette à de nouveaux rendements et pertes selon l’usage qui en est fait (moteurs...). La colonne (3) retranscrit les données du diagramme. La colonne (4) identifie les produits finaux non énergétiques comptabilisés dans le diagramme pour les retrancher (colonne (6)). La colonne (5) quantifie le carburant des transports internationaux (« soutes ») à retrancher également. La colonne (6) donne le résultat des soustractions. La colonne (7) donne la fraction correspondante de l’électricité « primaire » pour chaque source, ce qui permet de ventiler sur les différentes sources les exportations d’électricité (colonne (8)), au prorata de l’électricité primaire. La colonne (9) donne ainsi les valeurs effectives des énergies primaires en fonction des sources. La colonne (10) donne la fraction d’énergie primaire de chaque source par rapport aux vecteurs « électricité » et « chaleur » et par rapport au total. La colonne (11) identifie les pertes généralement thermiques au cours de différents processus, transport ou production (rendement des machines thermiques, des raffineries, etc.). La colonne (12) donne la fraction des pertes par rapport à l’énergie primaire (colonne (9)) correspondante. La colonne (13) soustrait les pertes (11) à l’énergie primaire (9) pour donner l’énergie finale. La colonne (14) donne la fraction d’énergie finale de chaque source par rapport aux vecteurs « électricité » et « chaleur » et par rapport au total.
<figure><img src="image_185.png" /></figure>

**FIGURE B.2** – Bilan énergétique des États-Unis en 2020 sous la forme d'un diagramme de Sankey. L'énergie y est exprimée en « quads », une unité anglosaxone à la définition quelque peu rocambolesque : un « quad » est un quadrillion de BTU, où quadrillion est exprimé dans l'« échelle courte » soit $10^{15}$; un « BTU » (British Thermal Unit) est une unité d'énergie thermique définie comme étant l'énergie nécessaire pour élever la température d'une livre anglaise (« pound » – 453,59237 g) d'eau de 1 °F (soit 9/5 de degrés Celsius) à la pression d'une atmosphère. Ainsi, $1 \text{ quad} = 1,055 \cdot 10^{18} \text{ J} = 1,055 \text{ EJ}$. Tiré de https://flowcharts.llnl.gov/. CC BY-NC-SA.

## B.3 Bilan énergétique des États-Unis

Notons que le laboratoire Lawrence Livermore aux États-Unis fait le travail de séparation entre l'énergie grise et l'énergie utile, comme sur le diagramme de la figure B.2.
# Annexe C

## Rendement théorique d'une éolienne

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Rendement théorique d'une éolienne, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.7715e2

<figure><img src="image_186.png" /></figure>
L'énergie cinétique du vent est donnée par :

$$E_c = \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}\rho \times V \times v^2$$

où m est la masse d'air et v sa vitesse; ρ = 1,2 kg·m⁻³ est la masse volumique de l'air et V le volume correspondant à la masse m.

Cela suppose néanmoins que toute l'énergie de la masse d'air est prélevée par l'éolienne, et donc que la vitesse du vent est nulle derrière le rotor. Ce qui n'est pas possible pour la continuité de l'écoulement (conservation du flux de masse). Donc si la vitesse du vent est v₁ en amont du rotor et v₂ en aval, l'énergie cinétique prélevée vaut :

$$\Delta E_c = \frac{1}{2}\rho \times V \times (v_2^2 - v_1^2)$$

La variation de puissance (cinétique) correspondante est :

$$\Delta P_c = \frac{1}{2}\rho \times S \times \frac{L}{\Delta t} \times (v_2^2 - v_1^2)$$

où S est la surface balayée par les pales de l'éolienne et L est la longueur du cylindre d'air qui passe par le rotor pendant Δt. Ce qui donne :

$$\Delta P_c = \frac{1}{2}\rho \times S \times v_{moy} \times (v_2^2 - v_1^2)$$

où $v_{moy} = L/\Delta t$ est la vitesse moyenne du vent au niveau du rotor.

Déterminons la puissance absorbée par le rotor. La variation $\Delta \vec{p}$ de la quantité de mouvement de l'air avant et après le rotor est :

$$\Delta \vec{p} = m \times (\vec{v}_1 - \vec{v}_2)$$

Soit, d'après le principe fondamental de la dynamique, la force $\vec{F}$ s'exerçant sur les pales du rotor, avec $dm/dt = \rho \times S \times dL/dt = \rho \times S \times v_{moy}$ :

$$\frac{d\Delta \vec{p}}{dt} = \vec{F} = \rho \times S \times v_{moy} \times (\vec{v}_1 - \vec{v}_2)$$

Donc la puissance mécanique perdue par le vent est :

$$P_{perdue} = \vec{F} \cdot \overrightarrow{v_{moy}} = \rho \times S \times v_{moy}^2 \times (v_1 - v_2)$$

en supposant que toutes les vitesses sont colinéaires. Cette puissance est égale à la différence de puissance cinétique du vent avant et après le rotor :

$$P_{perdue} = P_{c}^{\text{avant}} - P_{c}^{\text{après}} = -\Delta P_{c}$$
soit :

$$ \rho \times S \times v_{\text{moy}}^2 \times (v_1 - v_2) = -\frac{1}{2} \rho \times S \times v_{\text{moy}} \times (v_2^2 - v_1^2) $$

On en déduit l'expression de $v_{\text{moy}}$ :

$$ v_{\text{moy}} = \frac{v_2 + v_1}{2} $$

La puissance absorbée par le rotor est égale à la puissance perdue par le vent :

$$ P_{\text{rotor}} = P_{\text{perdue}} = \rho \times S \times v_{\text{moy}}^2 \times (v_1 - v_2) = \rho \times S \times \frac{(v_1 + v_2)^2}{4} \times (v_1 - v_2) $$

Cette puissance est maximale quand sa dérivée par rapport à la vitesse du vent en aval ($v_2$) – qui est la variable ajustable, la vitesse incidente ($v_1$) étant imposée – s'annule, soit :

$$ 2(v_1 + v_2)(v_1 - v_2) - (v_1 + v_2)^2 = 0 $$

soit :

$$ 2(v_1 - v_2) - (v_1 + v_2) = 0 $$

soit :

$$ v_1 - 3v_2 = 0 $$

soit encore :

$$ v_2 = \frac{v_1}{3} $$

La puissance maximale récupérable par le rotor est donc :

$$ P_{\text{rotor}}^{\text{max}} = \rho \times S \times \frac{1}{4} \left(\frac{4}{3}v_1\right)^2 \times \frac{2}{3}v_1 = \frac{8}{27}\rho \times S \times v_1^3 $$

La puissance cinétique incidente du vent est :

$$ P_c^{\text{incidente}} = \frac{1}{2} \rho \times S \times v_1^3 $$

donc :

$$ P_{\text{rotor}}^{\text{max}} = \frac{16}{27} P_c^{\text{incidente}} $$

Il s'agit de la limite de Betz : il n'est pas possible de récupérer plus de 16/27 ≈ 0,6 de la puissance cinétique incidente. Le rendement d'une éolienne ne peut donc théoriquement dépasser 60 %.

Pour plus de détails sur la physique des éoliennes, on pourra consulter Nifenecker (2014).
<figure><img src="image_187.png" /></figure>
# Annexe D

## Puissance géothermique

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Quelques organismes internationaux pour le climat, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.077f16
Dans cette annexe, nous estimons le flux d'énergie thermique provenant de la désintégration radioactive de radioisotopes présents naturellement dans la croûte et le manteau terrestre.

## D.1 Décroissance radioactive

On peut estimer la puissance de l'énergie géothermique issue de la croûte terrestre et du manteau supérieur. Cette énergie, thermique, provient de la décroissance radioactive de quatre éléments présents dans la croûte terrestre depuis la formation de la Terre, il y 4,543 milliards d'années : le thorium 232, l'uranium 238, l'uranium 235 et le potassium 40. La figure D.1 montre les filiations radioactives de ces noyaux. Comme c'est l'énergie totale de désintégration qui nous intéresse ici, on peut faire l'hypothèse que chacun de ces isotopes se désintègre directement vers l'isotope stable en bout de chaîne, car les périodes radioactives des noyaux fils sont très petites devant celles des noyaux pères. En revanche, il faut considérer la somme des énergies de désintégration de l'ensemble des noyaux de la chaîne. Pour chacun d'eux, la table des isotopes<fnref n="1" /> fournit toutes les données, dont le « Q » de la réaction de décroissance, à savoir l'énergie de désintégration. En sommant toutes les énergies de décroissance de la chaîne, on obtient l'énergie de décroissance totale qui figure dans le tableau D.1, en plus d'autres caractéristiques.

<table><thead><tr><th>Élément</th><th>Concentration croûte terrestre (kg/kg)</th><th>Concentration manteau supérieur (kg/kg)</th><th>Isotope</th><th>Abondance isotopique</th><th>Période radioactive (Ga)</th><th>Énergie de désintégration (Mev)</th></tr></thead><tbody><tr><td>K</td><td>2,09 · 10<sup>-6</sup></td><td>3,10 · 10<sup>-4</sup></td><td><sup>40</sup><sub>19</sub>K</td><td>1,17 · 10<sup>-4</sup></td><td>1,25</td><td>1,33</td></tr><tr><td>Th</td><td>9,6 · 10<sup>-6</sup></td><td>1,24 · 10<sup>-7</sup></td><td><sup>232</sup><sub>90</sub>Th</td><td>0,9998</td><td>14</td><td>47,76</td></tr><tr><td rowspan="2">U</td><td rowspan="2">2,7 · 10<sup>-6</sup></td><td rowspan="2">3,10 · 10<sup>-8</sup></td><td><sup>238</sup><sub>92</sub>U</td><td>0,9927</td><td>4,47</td><td>53,89</td></tr><tr><td><sup>235</sup><sub>92</sub>U</td><td>0,0072</td><td>0,703</td><td>46,40</td></tr></tbody></table>

**TABLE D.1** – Caractéristiques des isotopes radioactifs naturellement présents dans la croûte terrestre. Les concentrations massiques dans la croûte terrestre (continentale) sont tirées du site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Abondance_des_éléments_dans_la_croûte_terrestre et issues de Haynes (2017) (p. 2402). Les concentrations dans le manteau supérieur proviennent de Turcotte & Schubert (2002) (p. 246).

<footnote n="1">1. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthhtml/VChartHTML.html.</footnote>
<figure><img src="image_188.png" /><figcaption>**FIGURE D.1** – Schémas des filiations de décroissance radioactive des isotopes présents naturellement dans la croûte et le manteau terrestres. (a) Schéma de la filiation radioactive du potassium 40. Source : Wikipédia/Tubas-en, https://fr.wikibooks.org/wiki/Le_noyau_atomique/La_loi_de_désintegration_radioactive. CC BY-SA. (b) Schéma de la filiation radioactive du thorium 232. Source : Wikipédia/BatesIsBack, https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaîne_de_désintegration. CC BY-SA. (c) Schéma de la filiation radioactive de l'uranium 238. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaîne_de_désintegration. CC0. (d) Schéma de la filiation radioactive de l'uranium 235. Source : Wikipédia/Edgar.bonet, https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaîne_de_désintegration. CC BY-SA.</figcaption></figure>

D'après la loi de décroissance radioactive (équation 2.1, p. 51), le nombre de noyaux $dN$ se désintégrant pendant un intervalle de temps $dt$ est donné par :

$$dN = -\frac{\ln 2}{T} N dt \qquad (D.1)$$

où $T$ est la période radioactive et $N$ est le nombre de noyaux à l'instant $t$.
<table><thead><tr><th>Isotope</th><th><i>P</i><sup>1</sup> kg<br>(W·kg<sup>-1</sup>)</th><th><i>P</i><sub>Turcotte</sub><sup>1</sup> kg<br>(W·kg<sup>-1</sup>)</th><th><i>P</i><sub>Turcotte</sub><sup>1</sup> kg/<i>P</i><sup>1</sup> kg</th></tr></thead><tbody><tr><td><sup>40</sup><sub>19</sub>K</td><td>5,61·10<sup>-5</sup></td><td>2,92·10<sup>-5</sup></td><td>0,52</td></tr><tr><td><sup>232</sup><sub>90</sub>Th</td><td>3,10·10<sup>-5</sup></td><td>2,64·10<sup>-5</sup></td><td>0,85</td></tr><tr><td><sup>238</sup><sub>92</sub>U</td><td>1,07·10<sup>-4</sup></td><td>9,46·10<sup>-5</sup></td><td>0,89</td></tr><tr><td><sup>235</sup><sub>92</sub>U</td><td>5,92·10<sup>-4</sup></td><td>5,69·10<sup>-4</sup></td><td>0,96</td></tr></tbody></table>

**TABLE D.2** – Puissances massiques émises par les isotopes radioactifs ($P^{1\text{kg}}$). Les valeurs de Turcotte & Schubert (2002) sont également données ($P_{\text{Turcotte}}^{1\text{kg}}$), ainsi que le rapport entre les valeurs de l'ouvrage et celles obtenues ici.

Pour connaître la puissance thermique issue de la décroissance radioactive, connaissant l'énergie relâchée sous forme thermique par une désintégration (tableau D.1), il suffit de connaître le nombre de désintégrations par seconde pour chaque isotope.

Ainsi la puissance thermique dégagée par un isotope est :

$$P = -E \frac{\Delta N}{\Delta t} = E \frac{\ln 2}{T} N_0$$

où E est l'énergie dégagée par une réaction de désintégration, et $N_0$ est le nombre de noyaux aujourd'hui. Il reste à estimer $N_0$.

## D.2 Puissance radioactive massique

On peut déjà calculer la puissance thermique pour chaque isotope par unité de masse (1 kg). Dans ce cas, on a :

$$N_0^{1\text{kg}} = \frac{1}{m_i}$$

où $m_i = M_i/\mathcal{N}$ est la masse de l'isotope considéré, $M_i$ est sa masse molaire (en kg), et $\mathcal{N}$ est le nombre d'Avogadro. La puissance $P_i^{1\text{kg}}$ pour l'isotope $i$ est calculée dans le tableau D.2 :

$$P_i^{1\text{kg}} = \frac{E_i \times \ln 2 \times \mathcal{N}}{T_i \times M_i} = 2,11 \cdot 10^{-3} \times \frac{E_i(\text{MeV})}{T_i(\text{Ga}) \times M_i(\text{g} \cdot \text{mol}^{-1})} \quad (\text{D.2})$$

La tableau D.2 présente les valeurs obtenues à l'aide de l'équation (D.2) avec celles données dans l'ouvrage de Turcotte & Schubert (2002) (p. 246), qui sont également celles de la page Wikipédia « Earth's internal heat budget »<fnref n="2" />.

## D.3 Puissance surfacique de la croûte continentale

Pour déterminer le nombre de noyaux radioactifs ($N_0$) présent dans la croûte, il faut déterminer sa masse, en supposant que l'essentiel de la radioactivité en provient. Pour cela, il faut distinguer la croûte continentale et la croûte océanique, qui ont des caractéristiques différentes<fnref n="3" /> (voir le tableau D.3).

Considérons seulement la croûte continentale dans un premier temps.

<footnote n="2">2. https://en.wikipedia.org/wiki/Earth's_internal_heatBudget</footnote>

<footnote n="3">3. La surface de la croûte continentale ne correspond pas à la surface des terres émergées (29 % de la surface terrestre), mais correspond à la définition géologique, qui inclut les plateaux continentaux et les fonds marins peu profonds. Sa surface est donc supérieure aux 29 % des terres émergées, elle est d'environ 41 % (Davies & Davies 2010).</footnote>
<table><caption>TABLE D.3 – Caractéristiques de la partie supérieure de l'enveloppe terrestre.</caption><thead><tr><th></th><th>Fraction de la surface terrestre</th><th>Épaisseur moyenne</th><th>Masse volumique moyenne</th></tr></thead><tbody><tr><td>Croûte continentale</td><td>f<sub>c</sub> = 0,41</td><td>h<sub>c</sub> = 35 km</td><td>ρ<sub>c</sub> = 2,7 · 10<sup>3</sup> kg·m<sup>-3</sup></td></tr><tr><td>Croûte océanique</td><td>f<sub>o</sub> = 0,59</td><td>h<sub>o</sub> = 6 km</td><td>ρ<sub>o</sub> = 2,9 · 10<sup>3</sup> kg·m<sup>-3</sup></td></tr><tr><td>Manteau supérieur</td><td>f<sub>m</sub> = 1,00</td><td>h<sub>m</sub> = 400 km</td><td>ρ<sub>m</sub> = 3,3 · 10<sup>3</sup> kg·m<sup>-3</sup></td></tr></tbody></table>

Dans ce cas, le nombre de noyaux de l'isotope i, par unité de surface terrestre, est donné par :

$$ \frac{N_i}{S^c} = \frac{A_i \times m^c}{m_i} $$

où $S^c$ est la surface de croûte continentale, $A_i$ est l'abondance isotopique massique, $m^c$ est la masse continentale de l'unité de surface et $m_i$ est la masse d'un isotope. On a :

$$ m^c = \rho^c \times h^c $$

où $\rho^c$ est la masse volumique de la croûte continentale, et $h^c$ est son épaisseur. Et :

$$ m_i = \frac{M_i}{N} $$

Ce qui donne :

$$ \frac{N_i}{S^c} = A_i \times \frac{N}{M_i} \times \rho^c \times h^c $$

D'où la puissance surfacique produite par l'isotope i :

$$ \frac{P_i}{S^c} = E_i \frac{\ln 2}{T_i} \times A_i \frac{N}{M_i} \times \rho^c \times h^c $$

Et celle, $P^c$, pour l'ensemble des quatre isotopes considérés sur la surface continentale $S^c$ :

$$ \frac{P^c}{S^c} = \left( \sum_{i=1}^{4} \frac{E_i \times A_i}{T_i \times M_i} \right) N \times \ln 2 \times \rho^c \times h^c $$

Numériquement, cela donne :

$$ \frac{P^c}{S^c} = \underbrace{\frac{1,33 \cdot 10^6 \times 1,6 \cdot 10^{-19} \times 20900 \cdot 10^{-6} \times 117 \cdot 10^{-6}}{1,25 \cdot 10^9 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \times 40 \cdot 10^{-3}}}_{\substack{40 \times 19 \text{K} \\ \sim 238 \times 92 \text{U}}} + \underbrace{\frac{47,76 \cdot 10^6 \times 1,6 \cdot 10^{-19} \times 9,6 \cdot 10^{-6}}{14 \cdot 10^9 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \times 232 \cdot 10^{-3}}}_{\substack{232 \times 90 \text{Th} \\ \sim 235 \times 92 \text{U}}} + \underbrace{\frac{53,89 \cdot 10^6 \times 1,6 \cdot 10^{-19} \times 2,7 \cdot 10^{-6} \times 0,9927}{4,47 \cdot 10^9 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \times 238 \cdot 10^{-3}}}_{\substack{238 \times 92 \text{U} \\ \sim 235 \times 92 \text{U}}} + \underbrace{\frac{46,40 \cdot 10^6 \times 1,6 \cdot 10^{-19} \times 2,7 \cdot 10^{-6} \times 0,0072}{0,703 \cdot 10^9 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \times 235 \cdot 10^{-3}}}_{\substack{235 \times 92 \text{U} \\ \sim 235 \times 92 \text{U}}} \times 6 \cdot 10^{23} \times \ln 2 \times 2,7 \cdot 10^3 \times 35 \cdot 10^3 $$
<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2">Surface (m²)</th><th rowspan="2">Puissance totale (ce calcul) (TW)</th><th colspan="2">Puissance surfacique moyenne (mW·m⁻²)</th></tr><tr><th>(Davies 2010)</th><th>Ce calcul</th></tr></thead><tbody><tr><td>Continent</td><td>2,073·10¹<fnref n="4" /></td><td>14,4</td><td>70,9</td><td>69,4</td></tr><tr><td>Océan</td><td>3,028·10¹<fnref n="4" /></td><td>3,8</td><td>105,4</td><td>12,7</td></tr><tr><td>Total</td><td>5,101·10¹<fnref n="4" /></td><td>18,2</td><td>91,6</td><td>29,1</td></tr></tbody></table>

**TABLE D.4** – Estimation des puissances thermiques continentale et océanique par Davies & Davies (2010) et ce calcul.

Ou encore :

$$ \frac{P^c}{S^c} = \left( \frac{1,33 \times 20900 \times 117 \cdot 10^{-6}}{1,25 \times 40} + \frac{47,76 \times 9,6}{14 \times 232} + \frac{53,89 \times 2,7 \times 0,9927}{4,47 \times 238} + \frac{46,40 \times 2,7 \times 0,0072}{0,703 \times 235} \right) \times \frac{10^6 \times 1,6 \cdot 10^{-19} \times 10^{-6}}{10^9 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \cdot 10^{-3}} \times 6 \cdot 10^{23} \times \ln 2 \times 2,7 \cdot 10^3 \times 35 \cdot 10^3 $$

Soit :

$$ \frac{P^c}{S^c} = \left( \underbrace{0,065}_{40\text{K}} + \underbrace{0,141}_{232\text{Th}} + \underbrace{0,136}_{238\text{U}} + \underbrace{5,46 \cdot 10^{-3}}_{235\text{U}} \right) \times 0,2 $$

Ce qui donne finalement :

$$ \frac{P^c}{S^c} = 6,9 \cdot 10^{-2} \text{ W} \cdot \text{m}^{-2} = 69 \text{ MW} \cdot \text{m}^{-2} $$

À comparer avec un flux sur la croûte continentale mesuré de 71 mW·m⁻² (Davies & Davies 2010) (voir le tableau D.4). La différence obtenue avec Davies & Davies (2010), en particulier sur la croûte océanique provient des dorsales océaniques qui sont des lieux de diffusion efficaces de l'énergie thermique issue du manteau, autre que par la radioactivité. L'énergie thermique totale en surface issue des profondeurs terrestres est donc environ pour moitié due à la radioactivité et pour moitié due aux remontées de magma au niveau des dorsales.

On obtient ici une contribution relative des puissances surfaciques : 19 % pour le $40_{19}K$, 41 % pour le $232_{90}Th$, 39 % pour le $238_{92}U$ et 2 % pour le $235_{92}U$. Que l'on peut comparer aux valeurs plutôt admises<fnref n="4" /> qui sont respectivement : 15 %, 44 %, 39 % et 2 %.

## D.4 Évolution temporelle

En résolvant l'équation différentielle (D.1), et en faisant la même hypothèse (raisonnable) d'isotopes se désintégrant en une seule fois, on obtient une décroissance exponentielle du nombre de noyaux radioactifs avec le temps :

$$ N_i(t) = N_i^0 \exp\left(-\frac{\ln 2 \times t}{T_i}\right) $$

<footnote n="4">4. Voir par exemple : https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml, https://en.wikipedia.org/wiki/Earth's_internal_heatBudget ou Turcotte & Schubert (2002), Arevalo et al. (2009).</footnote>
Si on suppose que $N_i^0$ est le nombre de noyaux à l'époque actuelle, et que l'on souhaite donc remonter dans le temps, alors cette équation s'écrit :

$$N_i(t) = N_i^0 \exp\left(\frac{\ln 2 \times t}{T_i}\right)$$

où $t$ varie de 4,543 Ga (l'âge de la Terre) à 0.

Compte tenu de l'équation (D.2), on en déduit l'évolution temporelle de la puissance mas-sique dans 1 kg de matériau (croûte ou manteau – c, o, m), c, o, m :

$$P_i^{1 \text{ kg}}(t) = \frac{E_i \times \ln 2 \times \mathcal{N} \times A_i^{c,o,m}}{T_i \times M_i} \times \exp\left(\frac{\ln 2 \times t}{T_i}\right)$$

Pour obtenir la puissance surfacique à travers l'une ou l'autre des couches considérées, il suffit de multiplier l'expression précédente par $\rho^{c,o,m} \times h^{c,o,m}$ :

$$P_i^{1 \text{ m}^2}(t) = P_i^{1 \text{ kg}}(t) \times \rho^{c,o,m} \times h^{c,o,m}$$

Et pour obtenir la puissance totale due à l'isotope $i$ :

$$P_i^{c,o,m}(t) = P_i^{1 \text{ kg}}(t) \times \rho^{c,o,m} \times h^{c,o,m} \times f^{c,o,m} \times 4\pi R^2$$

où $R = 6371$ km est le rayon de la Terre, et $f$ est la fraction de surface terrestre considérée.

La figure D.2 montre la somme de ces fonctions pour les trois composantes : croûte continentale, croûte océanique et manteau supérieur.

Les puissances thermiques totales actuelles sont de : 4,8 TW pour le potassium 40; 10 TW pour le thorium 232; 9,4 TW pour l'uranium 238 et 0,4 TW pour l'uranuim 235 (Arevalo et al. 2009).

D'après Preuss (2011), les puissances thermiques totales provenant de la radioactivité dans la croûte et le manteau seraient de 8 TW pour l'uranium 238, 8 TW pour le thorium 232 et 4 TW pour le potassium 40, ce qui est similaire à ce que l'on obtient.

<figure><img src="image_189.png" /><figcaption>FIGURE D.2 – Puissance émise par la surface de la Terre due à la radioactivité des quatre principaux isotopes en fonction du temps. Pour chacun des isotopes, les contributions des croûtes continentales et océaniques et du manteau supérieur sont sommées. Leurs contributions pour le potassium 40 est ajoutée. Les valeurs nominales sont celles des paramètres décrits dans le texte.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_190.png" /></figure>
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Index

activité, 51, 52, 64, 65, 69, 70

albédo, 89, 90, 95, 96, 98, 101

alpha (radioactivité), 51–53, 55, 58, 59, 61, 64, 67, 70

analyse en cycle de vie (ACV), 151, 202, 204, 205

anomalie de température, 104, 113, 119, 120, 123

argument d'autorité, 24

aspartame, 39

astrologie, 4–6, 24, 25, 33, 35, 36

azote, 86, 106, 109, 115, 118

aérosols, 101, 115

becquerel, 52, 64

beta (radioactivité), 49, 51–53, 55, 59, 61, 64, 70, 74

biais cognitif, 3, 22, 34, 40, 41

biomasse, 142, 143, 147, 149, 150, 157, 164, 165, 169, 199

Brandolini, loi de, 22

cage de Faraday, 223, 224

calorie, 141

calotte polaire, 121, 132

cancer, 62, 64, 65, 69

cancérogène, 226, 227

chaos (système chaotique), 82

charge de la preuve, 22

chargé-e de recherche, 15

chimie, 11, 12

CIRC, 226

consensus, 17, 18

constante radioactive, 51, 53

constante solaire, 89, 91, 95, 100, 119

contamination, 61

controverse, 3, 4, 17, 18, 29, 38, 40

corps noir, 90, 92–94, 98

corrélation-causalité, 13, 25

croyance, 2–6, 21, 24, 25, 28, 31–34

créationnisme, 25

DAS (Débit d'Absorption Spécifique), 224–226, 230

directeur·rice de recherche, 15

dogmatisme, 3, 20, 23

dose absorbée, 62, 63

dose efficace, 62, 64

dose équivalente, 62–66

double aveugle, 36

Draper (étude), 231

débit de dose, 62

effet Barnum, 25

effet nocebo, 227

effet Pangloss, 25

empirisme, 13, 38

enseignant-e-chercheur-euse, 15, 16

entropie, 140

EPIC, 15

EPST, 15

esprit critique, 2, 3, 5, 6, 10, 13, 20, 21, 34

excentricité, 126

exergie, 140

expérimentation, 11–15, 18, 20, 36, 39

facteur d'émission, 201, 202, 204, 205

facteur de charge, 148, 163, 165–167, 169, 173, 177, 194–196

facteur de dose, 64

fake news, 33

falsifiabilité, 15

fission nucléaire, 46, 48, 51, 53, 55, 58, 60, 67, 73–79, 144, 147, 150

forçage radiatif, 101–104, 108, 113, 120, 134, 135

fossile (énergie), 142, 143, 145–147, 149, 150, 157, 158, 169, 198–201, 204, 207, 209

fraude, 19

fusion froide, 18

gamma (radioactivité), 53, 55, 56, 58, 60–62, 67, 68, 70, 71, 74, 75

GIEC, 5, 17

glaciation, 83, 113, 126

glaciers, 121, 125

gray, 62, 64

géothermique (énergie), 143, 147, 149, 150, 164, 174

hydraulique (énergie), 142, 143, 147–150, 164, 169, 176, 190, 193, 205

hypothèse, 12–14, 16, 18, 21, 31
ICNIRP, 226
inertie thermique, 88, 121
interdisciplinarité, 11
internet, 12
Interphone (étude), 231
irradiation, 61, 62, 64, 65, 67, 69
kilowatt-heure, 141
Kirchhoff (loi du rayonnement de), 94, 105, 106
lobe de rayonnement, 218, 220
magnétron, 228
marchand de doute, 4, 29, 44
marchand de peur, 25, 44
maître-sse de conférences, 15
mille-feuille argumentatif, 22
modérateur (de neutrons), 75–78
moment dipolaire, 109, 110, 117
moteur surnuméraire, 5, 6, 34, 35
médias, 2, 3, 5–7, 21, 24, 26, 28, 33, 43
mémoire de l'eau, 18
méta-analyse, 17
métabolisme, 142
nombre de masse, 46, 47
nuages, 82, 87, 89, 97, 99, 102, 104, 106, 131
nucléaire (centrale), 142, 144, 148, 150, 163, 169, 188, 189, 193, 205
nucléaire (énergie), 139, 142, 143, 145, 147, 150, 155, 157, 163, 169, 194–196, 205
numéro atomique, 46
obliquité, 127
oxygène, 86, 106, 109, 115, 117, 118, 128, 129, 131
ozone (couche d'), 44, 85, 101, 105
partie par million (ppm), 115
paréidolie, 40
pesticide, 4, 6, 44
photosynthèse, 118
photovoltaïque, 143, 147–149, 165–167, 190, 194–197
physique, 12
placebo (effet), 29
Planck (loi de), 93
pluridisciplinarité, 11
polarisation (molécule d'eau), 226, 228
politique, 20, 34, 38, 41, 44
Popper (Karl), 15
pouvoir calorifique, 141, 159, 172, 202, 203
Pouvoir de Réchauffement Global (PRG), 107, 108, 198, 204
principe de parcimonie, 24

probabilité, 22, 37–39, 41
professeur-e des universités, 15
prudence, 38
précaution, 38
précession, 127
prévention, 38
pseudo-science, 20, 21
rationalisme, 13, 14
referee, 16
relativisme, 2, 29
Representative Concentration Pathway (RCP), 134
revue par les pairs, 4, 14, 16, 20, 43
revue prédatrice, 16
revue à comité de lecture, 16
risque zéro, 39, 41
réfutabilité, 15, 17, 18, 21, 24
rétroaction, 102
scepticisme, 3, 5
scintigraphie, 69
section efficace, 74, 75
Shared Socio-economic Pathway (SSP), 135
sievert, 62, 64
sophisme, 22
sourcellerie, 5, 6, 36
Stefan-Boltzmann (loi de), 92–94, 99, 104
stratosphère, 85, 105, 106, 113, 120
sérendipité, 18
thermorégulation, 226
tonne-équivalent-pétrole (tep), 141
transdisciplinarité, 11
tropopause, 85, 104
troposphère, 85, 104–106, 113, 115
uranium, 142–145, 147, 148, 150, 160, 161, 163, 174, 197
vapeur d'eau, 87, 88, 97, 104, 106, 112, 131
vecteur de Poynting, 218, 219
Wien (loi de), 93, 106
zététique, 6, 10, 19, 20, 22
électron-volt, 141
émissivité, 94–96, 105
énergie de liaison, 46–48, 52, 73, 74
éolienne, 148, 150, 167–169, 180, 188
éolienne (énergie), 142, 143, 147–150, 164, 167, 169, 177, 190–192, 194, 195, 197
épaisseur de peau, 223
# Table des matières

Pourquoi Camille Noûs? VII

Remerciements IX

Introduction 1

1 La méthode scientifique 9

1.1 Comment se fait la science? 10

1.1.1 Science et technologie 10

1.1.2 Les domaines scientifiques 10

1.1.3 Qu'est-ce que la physique? 11

1.1.4 La méthode scientifique 12

1.1.5 Qui sont les scientifiques? 15

1.1.6 Le processus de publication d'un résultat scientifique 16

1.1.7 Consensus et controverses 17

1.1.8 L'erreur fait partie de la méthode 18

1.1.9 La capitalisation de la science 19

1.2 Quelques méthodes autour de l'esprit critique 19

1.2.1 La zététique 19

1.2.2 Comprendre le monde qui nous entoure 20

1.2.3 Sciences et pseudo-sciences 20

1.2.4 Croyances 21

1.2.5 Règles d'or de la zététique 22

1.3 Internet 26

1.3.1 Qu'est-ce qu'internet? 26

1.3.2 Diffusion du savoir 27

1.3.3 Internet comme support du savoir 28

1.3.4 Le biais de confirmation 31

1.3.5 Le marché de l'information 31

1.3.6 Recherche d'information sur internet 32

1.3.7 Motivation des croyants 32

1.3.8 La propagation des croyances 33

1.4 Quelques croyances tenaces 34

1.4.1 Les effets allégués à la Lune 34

1.4.2 Les machines « surnuméraires » 34

1.4.3 L'astrologie 35

1.4.4 La sourcellerie 36

1.4.5 Expérimenter la validité d'une pseudo-science/croyance 36

1.5 Le principe de précaution 37

1.5.1 Danger et risque 37

1.5.2 Le principe de précaution 37

1.5.3 Mathématisation du principe de précaution 39
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>1.5.4</td>
      <td>Biais cognitifs liés à l'estimation des risques</td>
      <td>40</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.5.5</td>
      <td>La responsabilité des médias professionnels</td>
      <td>43</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.5.6</td>
      <td>Instiller le doute</td>
      <td>44</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2</td>
      <td>Nucléaire et radioactivité</td>
      <td>45</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1</td>
      <td>Éléments de physique nucléaire</td>
      <td>46</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1.1</td>
      <td>Introduction</td>
      <td>46</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1.2</td>
      <td>Un peu de physique nucléaire</td>
      <td>46</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1.3</td>
      <td>Les différentes radioactivités</td>
      <td>52</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2</td>
      <td>Interaction des rayonnements ionisants avec la matière</td>
      <td>55</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2.1</td>
      <td>Introduction</td>
      <td>55</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2.2</td>
      <td>Effet des rayonnements ionisants sur la matière</td>
      <td>61</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2.3</td>
      <td>Effet des rayonnements ionisants sur la matière vivante et radioprotection</td>
      <td>61</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2.4</td>
      <td>Effet de la dose reçue</td>
      <td>65</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.3</td>
      <td>Application des rayonnements</td>
      <td>67</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4</td>
      <td>Production d'énergie nucléaire</td>
      <td>73</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.1</td>
      <td>Énergie chimique et énergie nucléaire</td>
      <td>73</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.2</td>
      <td>Réaction de fission</td>
      <td>73</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.3</td>
      <td>Fissile ou fertile?</td>
      <td>74</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.4</td>
      <td>Réaction en chaîne</td>
      <td>74</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.5</td>
      <td>Les principaux types de réacteurs</td>
      <td>76</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.6</td>
      <td>Les réacteurs à eau pressurisée</td>
      <td>77</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.4.7</td>
      <td>Masse critique</td>
      <td>79</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3</td>
      <td>Le réchauffement climatique</td>
      <td>81</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1</td>
      <td>Comprendre le climat terrestre</td>
      <td>82</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.1</td>
      <td>Météo ou climat?</td>
      <td>82</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.2</td>
      <td>La modélisation numérique du climat</td>
      <td>83</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.3</td>
      <td>La machine climatique</td>
      <td>84</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.4</td>
      <td>L'atmosphère terrestre</td>
      <td>85</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.5</td>
      <td>Les océans</td>
      <td>88</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.6</td>
      <td>La source d'énergie : le Soleil</td>
      <td>89</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1.7</td>
      <td>Les lois du rayonnement</td>
      <td>91</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2</td>
      <td>L'effet de serre</td>
      <td>94</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.1</td>
      <td>Un modèle radiatif sans atmosphère</td>
      <td>94</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.2</td>
      <td>Un modèle avec une couche d'atmosphère</td>
      <td>95</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.3</td>
      <td>Échanges radiatifs réels</td>
      <td>99</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.4</td>
      <td>Stabilité de l'équilibre</td>
      <td>99</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.5</td>
      <td>Réchauffement climatique</td>
      <td>101</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.6</td>
      <td>Forçages radiatifs</td>
      <td>101</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.7</td>
      <td>Rétroactions</td>
      <td>102</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.8</td>
      <td>Effet de serre et stratosphère</td>
      <td>104</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.9</td>
      <td>Les gaz à effet de serre</td>
      <td>106</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.10</td>
      <td>Absorption du rayonnement par les molécules</td>
      <td>109</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2.11</td>
      <td>Exemple de la molécule de CO<sub>2</sub></td>
      <td>110</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3</td>
      <td>Observations du réchauffement climatique</td>
      <td>113</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.1</td>
      <td>Notion de température moyenne</td>
      <td>113</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.2</td>
      <td>Augmentation de la température moyenne</td>
      <td>113</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.3</td>
      <td>Évolution de la proportion de gaz à effet de serre</td>
      <td>115</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.4</td>
      <td>Réchauffement et irradiance solaire</td>
      <td>119</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.5</td>
      <td>Origine anthropique</td>
      <td>120</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.6</td>
      <td>Le niveau des océans</td>
      <td>120</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>3.3.7</td>
      <td>Les événements extrêmes</td>
      <td>121</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.8</td>
      <td>En résumé</td>
      <td>123</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.3.9</td>
      <td>Et chez nous en France ?</td>
      <td>125</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.4</td>
      <td>Paléoclimatologie</td>
      <td>125</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.4.1</td>
      <td>Cycles de Milankovitch</td>
      <td>126</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.4.2</td>
      <td>Le rapport isotopique, un indicateur du climat</td>
      <td>128</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.4.3</td>
      <td>Qui pilote qui : la température ou le CO<sub>2</sub> ?</td>
      <td>132</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.5</td>
      <td>Scénarios pour le futur</td>
      <td>134</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4</td>
      <td>L'énergie et le CO<sub>2</sub></td>
      <td>137</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.1</td>
      <td>Qu'est-ce que l'énergie?</td>
      <td>138</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.1.1</td>
      <td>Définition physique</td>
      <td>138</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.1.2</td>
      <td>L'énergie dans la société</td>
      <td>142</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.1.3</td>
      <td>Exemple de la France</td>
      <td>145</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2</td>
      <td>Différentes classifications</td>
      <td>147</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.1</td>
      <td>Sources et vecteurs</td>
      <td>147</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.2</td>
      <td>Puissances, facteurs de charge</td>
      <td>148</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.3</td>
      <td>Quelques ordres de grandeur</td>
      <td>149</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.4</td>
      <td>Pilotable ou non pilotable</td>
      <td>149</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.5</td>
      <td>Concentrée ou diluée</td>
      <td>150</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.6</td>
      <td>L'énergie grise et le taux de retour énergétique</td>
      <td>151</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2.7</td>
      <td>Le paysage énergétique mondial</td>
      <td>155</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3</td>
      <td>Les différents types d'énergie</td>
      <td>158</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.1</td>
      <td>Les énergies de stock</td>
      <td>158</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.2</td>
      <td>Les énergies fossiles</td>
      <td>158</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.3</td>
      <td>Le nucléaire</td>
      <td>163</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.4</td>
      <td>Les énergies de flux</td>
      <td>164</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.5</td>
      <td>L'énergie solaire photovoltaïque</td>
      <td>165</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.6</td>
      <td>L'énergie solaire thermique</td>
      <td>166</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.7</td>
      <td>L'énergie éolienne</td>
      <td>167</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.8</td>
      <td>La biomasse</td>
      <td>169</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.9</td>
      <td>L'énergie marine</td>
      <td>173</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3.10</td>
      <td>L'électricité hydraulique</td>
      <td>176</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4</td>
      <td>L'électricité</td>
      <td>178</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4.1</td>
      <td>Réseau électrique</td>
      <td>178</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4.2</td>
      <td>Stabilité du réseau</td>
      <td>186</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4.3</td>
      <td>Le stockage</td>
      <td>190</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4.4</td>
      <td>Les énergies intermittentes</td>
      <td>191</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4.5</td>
      <td>Intermittence et stabilité</td>
      <td>193</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5</td>
      <td>Le CO<sub>2</sub></td>
      <td>198</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.1</td>
      <td>Unités</td>
      <td>198</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.2</td>
      <td>Le cycle du carbone</td>
      <td>199</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.3</td>
      <td>Les émissions de GES</td>
      <td>201</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5.4</td>
      <td>Ce qu'il reste à émettre</td>
      <td>211</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.6</td>
      <td>La transition énergétique</td>
      <td>212</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5</td>
      <td>Ondes électromagnétiques et santé</td>
      <td>215</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1</td>
      <td>Rappels de physique des ondes électromagnétiques</td>
      <td>216</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.1</td>
      <td>Équations de Maxwell dans le vide en régime variable</td>
      <td>216</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.2</td>
      <td>Équation de propagation d'une onde</td>
      <td>216</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.3</td>
      <td>Énergie d'une onde électromagnétique</td>
      <td>217</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.1.4</td>
      <td>Spectre électromagnétique</td>
      <td>218</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>5.2</td>
      <td>Antennes : l'émission des ondes électromagnétiques</td>
      <td>218</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<table><tbody><tr><td>5.2.1 Dipôle oscillant</td><td>218</td></tr><tr><td>5.2.2 Puissance rayonnée par un dipôle oscillant</td><td>219</td></tr><tr><td>5.2.3 Principe de fonctionnement d'une antenne</td><td>220</td></tr><tr><td>5.2.4 Exemple de l'antenne relais de la téléphonie mobile</td><td>220</td></tr><tr><td>5.3 Interaction des ondes électromagnétiques avec la matière</td><td>222</td></tr><tr><td>5.3.1 Champ proche et champ lointain</td><td>222</td></tr><tr><td>5.3.2 Interaction avec les matériaux</td><td>222</td></tr><tr><td>5.3.3 Interaction avec la matière vivante</td><td>223</td></tr><tr><td>5.3.4 Selon les domaines de fréquences</td><td>225</td></tr><tr><td>5.3.5 Fréquences intermédiaires [100 kHz, 10 MHz]</td><td>225</td></tr><tr><td>5.3.6 Radiofréquences [10 MHz, 300 GHz]</td><td>226</td></tr><tr><td>5.4 Électrosensibilité</td><td>227</td></tr><tr><td>5.5 Et le four à micro-ondes alors?</td><td>228</td></tr><tr><td>5.5.1 Fonctionnement</td><td>228</td></tr><tr><td>5.5.2 Conclusion : le téléphone portable est-il un four à micro-ondes?</td><td>230</td></tr><tr><td>5.6 Quelques « études » sur l'effet des ondes sur la santé</td><td>231</td></tr><tr><td><strong>Annexe A : Quelques organismes internationaux pour le climat</strong></td><td><strong>233</strong></td></tr><tr><td>A.1 Le GIEC</td><td>234</td></tr><tr><td>A.2 Les Conférences des Parties (COP)</td><td>235</td></tr><tr><td><strong>Annexe B : Bilan énergétique de la France</strong></td><td><strong>237</strong></td></tr><tr><td>B.1 Diagramme de Sankey des flux énergétiques de la France</td><td>238</td></tr><tr><td>B.2 Bilan énergétique de la France</td><td>238</td></tr><tr><td>B.3 Bilan énergétique des États-Unis</td><td>242</td></tr><tr><td><strong>Annexe C : Rendement théorique d'une éolienne</strong></td><td><strong>243</strong></td></tr><tr><td><strong>Annexe D : Puissance géothermique</strong></td><td><strong>247</strong></td></tr><tr><td>D.1 Décroissance radioactive</td><td>248</td></tr><tr><td>D.2 Puissance radioactive massique</td><td>250</td></tr><tr><td>D.3 Puissance surfacique de la croûte continentale</td><td>250</td></tr><tr><td>D.4 Évolution temporelle</td><td>252</td></tr></tbody></table>
Liste des figures

<table><tr><td>1.1</td><td>Illustrations de la démarche scientifique.</td><td>13</td></tr><tr><td>1.2</td><td>Illustration des différents niveaux de preuves scientifiques.</td><td>17</td></tr><tr><td>1.3</td><td>Comment se construit la science.</td><td>19</td></tr><tr><td>1.4</td><td>Méthode scientifique et méthode créationniste.</td><td>21</td></tr><tr><td>1.5</td><td>La théière de Russell.</td><td>23</td></tr><tr><td>1.6</td><td>Illustration de la différence entre précision et exactitude.</td><td>23</td></tr><tr><td>1.7</td><td>Corrélation entre le taux de CO₂ dans l'atmosphère et l'espérance de vie.</td><td>26</td></tr><tr><td>1.8</td><td>Évolution du nombre d'internautes dans le monde.</td><td>28</td></tr><tr><td>1.9</td><td>Évolution de la quantité d'information disponible dans le monde.</td><td>30</td></tr><tr><td>1.10</td><td>Taille de la sphère des données.</td><td>31</td></tr><tr><td>1.11</td><td>Illustration du PageRank.</td><td>32</td></tr><tr><td>1.12</td><td>Croyances et sexe, âge, profession, niveau d'études.</td><td>33</td></tr><tr><td>1.13</td><td>Illusion de mouvement perpétuel.</td><td>35</td></tr><tr><td>1.14</td><td>Un sourcier du XVIIIᵉ siècle dans un livre français sur les superstitions.</td><td>36</td></tr><tr><td>1.15</td><td>Illustration de la différence entre danger et risque.</td><td>38</td></tr><tr><td>1.16</td><td>Le « visage de Mars » au cours du temps!</td><td>40</td></tr><tr><td>1.17</td><td>Illustration du biais de confirmation : influence de la pleine Lune sur le sommeil.</td><td>41</td></tr><tr><td>1.18</td><td>Courbe des probabilités perçues selon deux modèles.</td><td>42</td></tr><tr><td>1.19</td><td>La perception de quelques risques et leur réalité.</td><td>43</td></tr><tr><td>2.1</td><td>Énergie de liaison moyenne par nucléon en fonction du nombre de nucléons.</td><td>48</td></tr><tr><td>2.2</td><td>La vallée de stabilité des noyaux atomiques.</td><td>50</td></tr><tr><td>2.3</td><td>Les différentes radioactivités.</td><td>54</td></tr><tr><td>2.4</td><td>Exemple de la filiation du plomb 212.</td><td>54</td></tr><tr><td>2.5</td><td>Résumé schématique des différents rayonnements.</td><td>56</td></tr><tr><td>2.6</td><td>Les différents domaines du spectre électromagnétique.</td><td>57</td></tr><tr><td>2.7</td><td>Différentes façons d'absorber différents rayonnements.</td><td>60</td></tr><tr><td>2.8</td><td>Illustration des différentes notions de dose radioactives.</td><td>62</td></tr><tr><td>2.9</td><td>Facteur de pondération pour un rayonnement de neutrons.</td><td>63</td></tr><tr><td>2.10</td><td>Dose équivalente annuelle moyenne en France.</td><td>67</td></tr><tr><td>2.11</td><td>Chaîne de réactions pour l'analyse par activation neutronique.</td><td>68</td></tr><tr><td>2.12</td><td>Spectre γ d'analyse par activation.</td><td>68</td></tr><tr><td>2.13</td><td>Scintigraphie.</td><td>70</td></tr><tr><td>2.14</td><td>Traceurs radioactifs en sciences de l'environnement.</td><td>71</td></tr><tr><td>2.15</td><td>Gammagraphie.</td><td>72</td></tr><tr><td>2.16</td><td>Gammagraphie d'une statue.</td><td>73</td></tr><tr><td>2.17</td><td>Schéma d'une centrale à eau pressurisée.</td><td>77</td></tr><tr><td>2.18</td><td>Les tours aéroréfrigérantes de la centrale nucléaire de Dampierre.</td><td>78</td></tr><tr><td>3.1</td><td>Maillage à trois dimensions de l'atmosphère terrestre.</td><td>84</td></tr><tr><td>3.2</td><td>les différents acteurs du climat.</td><td>85</td></tr><tr><td>3.3</td><td>L'atmosphère terrestre depuis l'espace.</td><td>86</td></tr><tr><td>3.4</td><td>Les différentes couches de l'atmosphère.</td><td>87</td></tr></table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>3.5</td>
      <td>Les flux énergétiques entre le Soleil et la Terre.</td>
      <td>90</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.6</td>
      <td>L'albédo de la Terre.</td>
      <td>91</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.7</td>
      <td>Différence de rayonnement solaire incident.</td>
      <td>92</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.8</td>
      <td>Spectres de corps noirs.</td>
      <td>93</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.9</td>
      <td>Modèle sans atmosphère.</td>
      <td>95</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.10</td>
      <td>Modèle à une couche d'atmosphère.</td>
      <td>96</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.11</td>
      <td>Évolution de la température d'équilibre à la surface.</td>
      <td>98</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.12</td>
      <td>Schéma des différents flux radiatifs du modèle à une couche.</td>
      <td>99</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.13</td>
      <td>Schéma des différents flux radiatifs à l'origine de l'effet de serre.</td>
      <td>100</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.14</td>
      <td>Schéma des différents flux radiatifs à l'origine de l'effet de serre avec le réchauffement.</td>
      <td>101</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.15</td>
      <td>Forçages radiatifs.</td>
      <td>102</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.16</td>
      <td>Boucle de rétroaction générale.</td>
      <td>103</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.17</td>
      <td>La rétroaction climatique.</td>
      <td>104</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.18</td>
      <td>Bilan énergétique sur la stratosphère.</td>
      <td>106</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.19</td>
      <td>Spectres de rayonnement du Soleil et de la Terre.</td>
      <td>107</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.20</td>
      <td>Illustration des différentes contributions à l'effet de serre.</td>
      <td>108</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.21</td>
      <td>Moment dipolaire et molécules H<sub>2</sub>O et CO<sub>2</sub>.</td>
      <td>110</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.22</td>
      <td>Modes de vibration du CO<sub>2</sub>.</td>
      <td>111</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.23</td>
      <td>Spectres d'émission en vibration du CO<sub>2</sub>.</td>
      <td>111</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.24</td>
      <td>Absorptivité des principaux gaz à effet de serre.</td>
      <td>112</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.25</td>
      <td>Anomalies moyennes observées de la température de surface de la Terre entre 1850 et 2012.</td>
      <td>114</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.26</td>
      <td>Anomalies moyennes observées de la température de surface de la Terre entre 1880 et 2018.</td>
      <td>114</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.27</td>
      <td>Température mesurée dans la stratosphère.</td>
      <td>115</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.29</td>
      <td>Évolution de la proportion de gaz à effet de serre.</td>
      <td>116</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.30</td>
      <td>Évolution des concentrations de dioxygène et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.</td>
      <td>118</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.31</td>
      <td>Anomalie de température et irradiance solaire.</td>
      <td>119</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.32</td>
      <td>Modèles avec et sans le forçage anthropique.</td>
      <td>120</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.33</td>
      <td>Évolution du niveau moyen des mers sur différentes périodes.</td>
      <td>121</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.34</td>
      <td>Accumulation de l'énergie.</td>
      <td>122</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.35</td>
      <td>Schéma illustrant l'augmentation des événements extrêmes dans un climat en moyenne plus chaud.</td>
      <td>123</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.36</td>
      <td>Vague de chaleur à Lytton, Canada, en 2021.</td>
      <td>123</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.37</td>
      <td>Quelques mesures de températures moyennes en France.</td>
      <td>124</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.38</td>
      <td>Moyenne annuelle du niveau de la mer à Brest.</td>
      <td>124</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.39</td>
      <td>Durée d'enneigement au Col de Porte.</td>
      <td>126</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.40</td>
      <td>Évolution visuelle et quantitative du glacier Blanc.</td>
      <td>127</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.41</td>
      <td>Évolution de la température moyenne à la surface de la Terre sur les 500 derniers millions d'années.</td>
      <td>128</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.42</td>
      <td>Principaux paramètres orbitaux de Milankovitch.</td>
      <td>128</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.43</td>
      <td>Schéma illustrant la précession climatique.</td>
      <td>129</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.44</td>
      <td>Variations des paramètres orbitaux.</td>
      <td>130</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.45</td>
      <td>Valeurs de l'indicateur δ<sup>18</sup>O dans les océans et dans les précipitations.</td>
      <td>130</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.46</td>
      <td>Relation entre les teneurs isotopiques moyennes et la température moyenne.</td>
      <td>131</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.47</td>
      <td>Le cycle annuel de δD dans la neige et les glaces du Groenland.</td>
      <td>132</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.48</td>
      <td>Évolution de la température moyenne, des concentrations en gaz à effet de serre et de l'insolation.</td>
      <td>133</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.49</td>
      <td>Évolution de la température annuelle en Antarctique et de la concentration en CO<sub>2</sub>.</td>
      <td>133</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>3.50</td>
      <td>Évolution de la température annuelle en Antarctique et de la concentration en CO<sub>2</sub> lors de la dernière glaciation.</td>
      <td>134</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.51</td>
      <td>Forçages radiatifs et températures pour les quatre scénarios RCP.</td>
      <td>134</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.52</td>
      <td>Projection des scénarios RCP pour quelques observables.</td>
      <td>135</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.1</td>
      <td>Définition de l'énergie primaire en fonction de la source.</td>
      <td>143</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.2</td>
      <td>Énergie finale.</td>
      <td>145</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.3</td>
      <td>Bilan énergétique de la France en 2018.</td>
      <td>146</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.4</td>
      <td>Les différentes formes d'énergies.</td>
      <td>151</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.5</td>
      <td>Schéma illustrant l'énergie grise d'une voiture.</td>
      <td>152</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.6</td>
      <td>Fraction d'énergie utilisable par rapport à l'énergie totale produite en fonction de l'EROI.</td>
      <td>153</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.7</td>
      <td>Évolution de l'EROI pour la production de pétrole et de gaz aux États-Unis de 1920 à 2010.</td>
      <td>154</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.8</td>
      <td>Illustration de différents périmètres de calcul de l'EROI.</td>
      <td>154</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.9</td>
      <td>Différentes estimations de l'EROI pour différentes énergies.</td>
      <td>156</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.10</td>
      <td>Évolution de la consommation d'énergie primaire dans le monde entre 1965 et 2017.</td>
      <td>157</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.11</td>
      <td>Évolution de la consommation d'énergie dans le monde</td>
      <td>158</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.12</td>
      <td>Évolution de la consommation des énergies fossiles entre 1980 et 2016.</td>
      <td>159</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.13</td>
      <td>Évolution du pétrole extrait aux États-Unis et dans le monde.</td>
      <td>162</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.14</td>
      <td>Schéma des différents flux d'énergie d'origine solaire.</td>
      <td>164</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.15</td>
      <td>Parking couvert équipé de panneaux solaires photovoltaïques.</td>
      <td>166</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.16</td>
      <td>Centrale solaire Thémis dans les Pyrénées.</td>
      <td>167</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.17</td>
      <td>Éoliennes.</td>
      <td>168</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.18</td>
      <td>Estimation de la biomasse sur Terre.</td>
      <td>170</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.19</td>
      <td>Illustration du rendement de la production de biomasse par la photosynthèse.</td>
      <td>171</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.20</td>
      <td>Carte du flux géothermique dans le monde.</td>
      <td>174</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.21</td>
      <td>Structure interne de la Terre et profil de température en fonction de la profondeur.</td>
      <td>175</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.22</td>
      <td>Illustration du cycle naturel de l'eau.</td>
      <td>177</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.23</td>
      <td>Lac et barrage de Serre-Ponçon, sur la Durance.</td>
      <td>178</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.24</td>
      <td>Production d'énergie électrique.</td>
      <td>179</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.25</td>
      <td>Schéma de l'organisation du système électrique français.</td>
      <td>179</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.26</td>
      <td>Carte du réseau de transport de l'électricité en France.</td>
      <td>181</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.27</td>
      <td>Carte du réseau de transport de l'électricité en Europe tracé par l'éclairage nocturne.</td>
      <td>182</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.28</td>
      <td>Modélisation électrique équivalente d'une ligne de transport.</td>
      <td>186</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.29</td>
      <td>Schéma d'un turbo-alternateur.</td>
      <td>188</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.30</td>
      <td>Illustrations montrant le groupe turbo-alternateurs sur deux centrales nucléaires.</td>
      <td>189</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.31</td>
      <td>Machine synchrone à deux paires de pôles.</td>
      <td>189</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.32</td>
      <td>Principe de fonctionnement d'une centrale de pompage-turbinage (STEP).</td>
      <td>190</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.33</td>
      <td>Vue générale de la production éolienne instantanée en 2018.</td>
      <td>191</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.34</td>
      <td>Vue générale de la production instantanée solaire photovoltaïque en 2018 (par pas de 30 min).</td>
      <td>192</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.35</td>
      <td>Zoom sur une partie de la production éolienne et photovoltaïque en 2018.</td>
      <td>192</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.36</td>
      <td>Comparaison des puissances éoliennes de la France et de l'ensemble de 7 pays européens pour un mois de février et un mois de juin.</td>
      <td>193</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.37</td>
      <td>Détail par filière de la production d'électricité en France le jeudi 25 avril 2019.</td>
      <td>194</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.38</td>
      <td>Détail par filière de la production d'électricité en France le jeudi 24 janvier 2019.</td>
      <td>195</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>4.39</td>
      <td>Puissances totale, de stockage, éolienne et solaire installées en fonction de la fraction d'éolien.</td>
      <td>196</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<table><tr><td>4.40</td><td>Évolution annuelle de l'énergie potentielle d'un stockage parfait fournissant la puissance d'appoint.</td><td>197</td></tr><tr><td>4.41</td><td>Illustration de l'inertie du réseau électrique et de ses constituants.</td><td>198</td></tr><tr><td>4.42</td><td>Réservoirs et flux de carbone.</td><td>200</td></tr><tr><td>4.43</td><td>Différence entre les périmètres de l'empreinte carbone et l'inventaire national en France.</td><td>202</td></tr><tr><td>4.44</td><td>Comparaison internationale des émissions de CO<sub>2</sub> dues à la combustion d'énergie selon les approches.</td><td>203</td></tr><tr><td>4.45</td><td>L'empreinte carbone moyenne des français.</td><td>206</td></tr><tr><td>4.46</td><td>Représentations des flux anthropiques de carbone.</td><td>207</td></tr><tr><td>4.47</td><td>Évolution des émissions de gaz à effet de serre.</td><td>208</td></tr><tr><td>4.48</td><td>Variation de température en surface de la Terre en fonction de la quantité totale de CO<sub>2</sub> émise.</td><td>210</td></tr><tr><td>4.49</td><td>Variation de température en surface de la Terre en fonction de la quantité totale de CO<sub>2</sub> émise.</td><td>210</td></tr><tr><td>4.50</td><td>Corrélation entre l'anomalie de température et la proportion de CO<sub>2</sub> dans l'atmosphère.</td><td>212</td></tr><tr><td>4.51</td><td>Taux de croissance annuel de la concentration en CO<sub>2</sub></td><td>213</td></tr><tr><td>4.52</td><td>Extension des glaciers lors de la dernière glaciation.</td><td>213</td></tr><tr><td>5.1</td><td>Illustration de la propagation d'une onde progressive.</td><td>217</td></tr><tr><td>5.2</td><td>Diagramme de rayonnement d'un dipôle.</td><td>220</td></tr><tr><td>5.3</td><td>Antenne relais de téléphonie mobile sur le toit d'un immeuble.</td><td>221</td></tr><tr><td>5.4</td><td>Carte d'émission d'une antenne relais.</td><td>221</td></tr><tr><td>5.5</td><td>Effets des courants induits dans le corps humain.</td><td>225</td></tr><tr><td>5.6</td><td>Illustration du fonctionnement du four à micro-ondes.</td><td>229</td></tr><tr><td>5.7</td><td>Principe du chauffage par des ondes électromagnétiques micro-ondes.</td><td>229</td></tr><tr><td>B.1</td><td>Bilan énergétique de la France en 2018.</td><td>239</td></tr><tr><td>B.2</td><td>Bilan énergétique des États-Unis en 2020.</td><td>242</td></tr><tr><td>D.1</td><td>Schémas des décroissances radioactives des isotopes présents naturellement dans la croûte terrestre.</td><td>249</td></tr><tr><td>D.2</td><td>Puissance émise par la surface de la Terre due à la radioactivité en fonction du temps.</td><td>253</td></tr></table>
## Liste des tableaux

<table><tbody><tr><td>2.1</td><td>Masse et taille des constituants atomiques.</td><td>48</td></tr><tr><td>2.2</td><td>Comparaison entre l'énergie de liaison des électrons dans l'atome et l'énergie de liaison nucléaire.</td><td>49</td></tr><tr><td>2.3</td><td>Coefficient d'atténuation linéique pour des photons.</td><td>58</td></tr><tr><td>2.4</td><td>Les différentes façons d'absorber des particules.</td><td>60</td></tr><tr><td>2.5</td><td>Facteur de pondération lié à la nature et à l'énergie du rayonnement.</td><td>63</td></tr><tr><td>2.6</td><td>Facteur de pondération lié à la nature du tissu touché.</td><td>63</td></tr><tr><td>2.7</td><td>Facteurs de doses.</td><td>64</td></tr><tr><td>2.8</td><td>Valeurs de l'activité pour quelques substances.</td><td>66</td></tr><tr><td>2.9</td><td>Quelques exemples de doses équivalentes.</td><td>66</td></tr><tr><td>2.10</td><td>Doses ponctuelles reçues lors de certains examens médicaux.</td><td>66</td></tr><tr><td>2.11</td><td>Sections efficaces de fission.</td><td>75</td></tr><tr><td>2.12</td><td>Probabilité d'absorption des neutrons de différents modérateurs.</td><td>75</td></tr><tr><td>3.1</td><td>Composition de l'atmosphère.</td><td>86</td></tr><tr><td>3.2</td><td>Les différentes contributions à l'effet de serre.</td><td>108</td></tr><tr><td>3.3</td><td>Pouvoir de réchauffement global de quelques gaz.</td><td>108</td></tr><tr><td>4.1</td><td>Part de l'électricité nucléaire en France en 2018.</td><td>147</td></tr><tr><td>4.2</td><td>Rendement de quelques installations de transformation de l'énergie.</td><td>148</td></tr><tr><td>4.3</td><td>Facteurs d'émission CO<sub>2</sub> des combustibles courants.</td><td>203</td></tr><tr><td>4.4</td><td>Données d'émissions GES pour le bois énergie.</td><td>204</td></tr><tr><td>4.5</td><td>Émissions directes de diverses sources de production d'électricité.</td><td>204</td></tr><tr><td>4.6</td><td>Empreinte carbone du gazole routier.</td><td>205</td></tr><tr><td>4.7</td><td>Comparaison des émissions de CO<sub>2</sub> de quelques pays entre deux sources.</td><td>209</td></tr><tr><td>5.1</td><td>Les différents domaines du spectre électromagnétique.</td><td>219</td></tr><tr><td>5.2</td><td>Limites fondamentales du DAS.</td><td>227</td></tr><tr><td>5.3</td><td>Mesure du rayonnement de fuite des fours à micro-ondes.</td><td>230</td></tr><tr><td>5.4</td><td>DAS du rayonnement de fuite des fours à micro-ondes.</td><td>230</td></tr><tr><td>B.1</td><td>Décryptage du bilan énergétique de la France en 2018.</td><td>241</td></tr><tr><td>D.1</td><td>Caractéristiques des isotopes radioactifs de la croûte terrestre.</td><td>248</td></tr><tr><td>D.2</td><td>Puissances massiques émises par les isotopes radioactifs.</td><td>250</td></tr><tr><td>D.3</td><td>Caractéristiques de la partie supérieure de l'enveloppe terrestre.</td><td>251</td></tr><tr><td>D.4</td><td>Résumé des puissances thermiques continentale et océanique.</td><td>252</td></tr></tbody></table>
Publié par Université Paris Cité, 85 Boulevard Saint-Germain 75006 Paris

Chef de projet : Maxence Larrieu

Assistant d'édition : Vincent Colpin

Impression : ateliers d'Université Paris Cité, 75006 Paris

Dépôt légal : mai 2023
# Physique et enjeux de société

## Radioactivité, réchauffement climatique, énergie, ondes électromagnétiques et santé

La science est au cœur de multiples enjeux de société, au rang desquels les nombreux défis engendrés par les crises écologiques. Ces enjeux impliquent des mécanismes que la physique peut permettre d'expliquer. Une formation universitaire de physique fournit un bagage standard pour critiquer des résultats liés à la discipline : ordres de grandeur, adéquation entre les modèles et les expériences, ou encore incertitudes expérimentales. Cet outillage est nécessaire à tout scientifique. Mais un citoyen doit aussi être capable d'interagir avec ses semblables de manière rationnelle, c'est-à-dire comprendre les débats de société et y participer en connaissance de cause.

C'est dans cette optique que s'inscrit cet ouvrage, issu d'un cours à destination des étudiants en troisième année de Licence de physique à Université Paris Cité. Son objectif est double : transmettre un ensemble de connaissances minimales dans quelques domaines physiques sur des thématiques que l'on rencontre fréquemment dans les médias, afin d'en saisir les enjeux, et d'autre part donner des clés permettant de se construire une opinion éclairée.

Après avoir expliqué comment le savoir scientifique s'élabore, le manuel apporte des éléments de compréhension sur la radioactivité, le réchauffement climatique, l'énergie dans la société et les émissions de gaz à effet de serre, sans oublier les ondes électromagnétiques et la santé.

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Université
Paris Cité

ISBN 978-2-7442-0208-7 (PDF)
ISBN 978-2-7442-0207-0 (imprimé)