Le changement climatique menace les barrages américains vieillissants

Écrit par Mathilde le 30/12/2020

Par Kenneth McLeod

Afin de contenir le changement climatique, de nombreux experts ont appelé à un passage massif des combustibles fossiles à l'électricité. L'objectif est d'électrifier des processus tels que le chauffage des maisons et la conduite de voitures, puis de générer une demande accrue d'électricité avec des sources à faible ou à faible émission de carbone telles que le vent, le soleil et l'hydroélectricité.

Plus de 30 villes de Californie, dont Berkeley et San Francisco, ont évolué dans cette direction en interdisant les services de gaz naturel dans la plupart des nouveaux bâtiments. Actuellement, la consommation d'énergie dans les bâtiments est responsable de plus de 40% des émissions de gaz à effet de serre de San Francisco.

Il existe des options électriques simples pour chauffer les bâtiments et l'eau chaude, ainsi que pour sécher les vêtements, mais la conduite électrique peut être plus controversée dans la cuisine. Les poêles électriques conventionnels sont connus pour chauffer et refroidir lentement. Ils posent également des problèmes de sécurité car leurs serpentins de chauffage peuvent rester chauds pendant des dizaines de minutes après avoir été éteints.

Chauffage sans flamme

Je suis un ingénieur électricien spécialisé dans la recherche sur les champs électromagnétiques. Une grande partie de mon travail s'est concentrée sur les applications de thérapie médicale - mais que vous exposiez un tissu humain ou une casserole sur une plaque de cuisson à des champs électromagnétiques, les principes sont les mêmes.

Pour comprendre ce que sont les champs électromagnétiques, le principe clé est qu'une charge électrique crée un champ autour d'elle - essentiellement une force qui s'étend dans toutes les directions. Pensez à l'électricité statique, une charge électrique souvent créée par friction. Lorsque vous frottez un ballon sur vos cheveux, la friction charge le ballon avec une charge électrique statique. Ensuite, lorsque vous soulevez le ballon de votre tête, vos cheveux se lèveront même si le ballon ne le touche pas. Le ballon tire sur vos cheveux avec une force électrique attractive.

Les charges électriques en mouvement, comme l'électricité circulant à travers le fil, créent des champs magnétiques - des zones de force magnétique autour du chemin électrique. La terre a un champ magnétique parce que les courants électriques circulent dans son noyau fondu.

Les champs magnétiques peuvent également créer des champs électriques, c'est pourquoi nous utilisons le terme champs électromagnétiques. Ce concept a été découvert dans les années 1830 par le scientifique anglais Michael Faraday, qui a montré qu'un champ électrique est créé dans le conducteur lorsqu'un matériau électriquement conducteur tel qu'un fil est placé dans un champ magnétique en mouvement. Nous appelons cette induction magnétique. Lorsque le conducteur est formé en boucle, un courant électrique circule autour de la boucle.

La découverte de Faraday a servi de base au développement des moteurs électriques. Son travail a également montré un moyen de chauffer des matériaux sans utiliser une source de chaleur traditionnelle telle que le feu.

D'où vient la chaleur?

Tous les matériaux ont une résistance, ce qui signifie que lorsque le courant électrique les traverse, le flux sera au moins quelque peu entravé. Cette résistance entraîne la perte d'une partie de l'énergie électrique: l'énergie est convertie en chaleur, ce qui fait chauffer le conducteur. Dans mes recherches biomédicales, nous étudions l'utilisation des champs magnétiques de radiofréquence pour chauffer les tissus du corps et favoriser la guérison des tissus.

Au lieu des brûleurs conventionnels, les plaques de cuisson sur les plaques à induction sont appelées plaques de cuisson et se composent de bobines de fil qui sont noyées dans la surface de la plaque de cuisson. Pour une efficacité maximale, les ingénieurs souhaitent que l'énergie du champ magnétique générée par chaque plaque de cuisson soit absorbée autant que possible par les ustensiles de cuisine. Le champ magnétique crée un champ électrique au fond de la casserole et la résistance fait chauffer la casserole même si la plaque ne chauffe pas.

Pour des performances optimales, les cuisinières à induction magnétique et les tables de cuisson doivent fonctionner à une fréquence de champ magnétique élevée - généralement 24 kHz. Ils nécessitent également des pots en matériaux à travers lesquels les champs magnétiques ne passent pas facilement. Les métaux à forte teneur en fer ou en nickel absorbent les champs magnétiques, ce qui en fait les options les plus efficaces pour la cuisson par induction. Le fer absorbe les champs magnétiques plus facilement que le nickel et est beaucoup moins cher. Par conséquent, les matériaux à base de fer sont les plus couramment utilisés pour les ustensiles de cuisine à induction magnétique.

Plus réactif et plus sûr, mais plus cher

Étant donné que les plaques à induction nécessitent quelque chose pour absorber les champs magnétiques afin de générer de la chaleur, elles sont intrinsèquement plus sûres qu'une plaque électrique traditionnelle. Le fait de placer votre main sur la plaque de cuisson ne chauffera pas votre main de façon notable. Et comme ces systèmes chauffent les ustensiles de cuisine sans chauffer directement la plaque de cuisson, les plaques de cuisson refroidissent rapidement après le retrait des ustensiles de cuisine, ce qui réduit le risque de brûlures.

La batterie de cuisine elle-même chauffe et refroidit rapidement, et le contrôle de la température est très précis - l'une des qualités clés qui rendent les cuisinières à gaz utiles. Un autre avantage est que les plaques à induction ont généralement des surfaces lisses - souvent en verre ou en céramique - elles sont donc faciles à nettoyer.

Les plaques à induction modernes sont aussi écoénergétiques que les cuisinières électriques conventionnelles et environ deux fois plus efficaces que les cuisinières à gaz. Cependant, cela ne signifie pas nécessairement qu'il est moins coûteux à exploiter. Dans de nombreuses régions des États-Unis, le gaz naturel est beaucoup moins cher que l'électricité, parfois multiplié par trois ou quatre. Cela explique en partie l'adoption plus large des plaques à induction en Europe, où, jusqu'à récemment, le gaz naturel était beaucoup plus cher que l'électricité.

Un autre facteur qui a influencé l'adoption est que les cuisinières à induction et les tables de cuisson ont tendance à coûter plus cher que les cuisinières à gaz ou électriques traditionnelles, mais pas de manière significative. Et les chefs doivent remplacer les pots en aluminium, en cuivre, en acier inoxydable non magnétique et en céramique, dont aucun ne fonctionne efficacement sur les plaques à induction. Une vérification rapide est que si un aimant colle au fond d'une casserole, la casserole fonctionnera sur une plaque à induction.

Malgré ces facteurs, je m'attends à ce que les ordonnances visant à réduire la consommation de gaz naturel conduisent à une utilisation considérablement accrue des cuisinières et des tables de cuisson à induction magnétique. Ces mesures se concentrent généralement sur les bâtiments nouvellement construits afin qu'aucune rénovation coûteuse des maisons existantes ne soit nécessaire.

Les jeunes célibataires et les familles qui emménagent dans ces nouvelles maisons peuvent ne pas avoir acheté beaucoup d'ustensiles de cuisine et apprécieront probablement la sécurité associée à l'induction magnétique, surtout s'ils ont des enfants. Et les premiers utilisateurs prêts à payer plus pour l'électricité provenant de sources respectueuses de l'environnement, ou pour une voiture hybride ou électrique, ne seront peut-être pas contrariés de payer quelques centaines de dollars de plus pour une plaque à induction magnétique et des casseroles qui fonctionnent avec.

Au niveau national, dans un proche avenir, les États-Unis pourraient introduire une certaine forme de tarification du carbone qui augmenterait le coût du gaz naturel. De plus, la pollution de l'air intérieur par les appareils à gaz est de plus en plus préoccupante. Plus d'un siècle après la première suggestion, le jour de la cuisson par induction magnétique au soleil est peut-être venu.

Kenneth McLeod est professeur de science des systèmes et directeur du laboratoire de recherche en science et technologie cliniques de l'Université de Binghamton, Université d'État de New York.

Déclaration de divulgation: Kenneth McLeod ne travaille pour aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, ne consulte aucune action ou société qui bénéficierait de cet article et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.

Republié avec l'autorisation de The Conversation.

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