Importance relative des sources d’énergie d’un athlète en fonction de la durée de l’effort (source : SporTech)

Jeux olympiques obligent, intéressons-nous un peu à l’énergie dépensée par les athlètes dans leurs performances. Les physiologistes distinguent trois sources d’énergie :

• une source anaérobie alactique (pour moins de 30 secondes d’effort) ;
• une source anaérobie lactique (pour moins de 3 minutes d’effort) et
• une source aérobie (pour plus de 3 minutes d’effort).

Comme le montre le schéma ci-dessus, les trois sources fonctionnent en parallèle à des degrés divers.

Comme tous les animaux, les êtres humains trouvent l’énergie nécessaire à la vie, dans la nourriture. Celle-ci est stockée sous forme de sucres. Les aliments sont notre carburant, l’oxygène que nous respirons sert de comburant (cf. Les explorateurs de l’énergie).

L’énergie produite par le corps humain sert, au minimum, à maintenir la température du corps à environ 37°C et à faire fonctionner les organes essentiels à la vie (cœur, reins, cerveau…). C’est le métabolisme de base.

L’article de la Wikipedia sur le sujet nous donne des formules dont celles de Black et al. (1996), qui font référence pour calculer le métabolisme de base  :

• Femmes : MB = 0,963.P^0,48.T^0,50.A^-0,13
• Hommes : MB = 1,063.P^0,48.T^0,50.A^-0,13

Où : MB est le métabolisme de base en mégajoules (MJ), P est la masse en kilogrammes, T est la taille en mètres et A est l’âge en années

Ainsi, le métabolisme de base d’un homme de 60 ans, mesurant 1,76 m et pesant 85 kg s’élève à 7175 kJ/jour. Celui d’une femme de 35 ans, mesurant 1,66 m et pesant 70 kg s’élève à 6000 kJ/jour. Ces valeurs correspondent respectivement à des puissances moyennes de 83,0 et 69,4 watts. A comparer avec une ampoule électrique à incandescence.

Au delà du métabolisme de base, tout effort effectué grâce aux contractions musculaires, nécessite aussi de l’énergie.

Usain Bolt lors des championnats du monde d’athlétisme à Berlin en 2009
Photo Erik van Leeuwen (GDFL)

Une étude intéressante, réalisée à l’Université de Mexico en 2013, a montré que Usain Bolt avait produit une force horizontale constante de 815,8 N (proche de son poids), lors de son record du monde en 2009 à Berlin (en 9,58 secondes).

Cette force lui est nécessaire pour accélérer dans les premiers mètres (l’énergie cinétique augmente), ainsi que pour lutter contre le frottement avec le sol et résistance de l’air, tout au long de la course. Le frottement avec est proportionnel à la vitesse de l’athlète. En l’absence de vent, la résistance de l’air est proportionnelle au carré de sa vitesse.

L’athlète a donc produit une énergie totale égale à 81,58 kJ, soit une puissance moyenne de 81580/9,58 = 8516 watts pendant les 9,58 secondes. L’étude a montré d’autre part que 7,8% seulement de cette énergie ont été consacrés à son déplacement. Le reste (92,2%) s’est dissipé en frottements (sol et air). Quel gâchis !

Enfin, l’étude a montré aussi que la puissance nécessaire pour lutter contre la résistance de l’air représentait environ 11% de la puissance nécessaire pour lutter contre tous les frottements, une fois la vitesse de l’athlète stabilisée (12,15 m/s).

Il va de soit que la majeure partie de la source d’énergie d’Usain Bolt lors des 100 m, est de nature anaérobie alactique.

Dans un prochain article, nous nous intéresserons aux cyclistes.

Un rapport, publié le 1^er septembre par le World Wildlife Fund (WWF), nous éclaire sur les avancements de la transition énergétique. Celle-ci est devenue une réalité mais certains refusent encore d’y croire. Le rapport salue les efforts des États du G20 dont les dirigeants se réunissent à Hangzhou en Chine à ce dimanche et lundi. Il développe 15 signaux importants. Parmi ceux-ci, j’ai noté :

• Chiffres de l’Agence Internationale de l’Énergie (AEI – IEA en anglais) à l’appui, la part des énergies renouvelables dans la nouvelle génération d’électricité mondiale est passée de 50% en 2014 à 90% en 2015 dans le monde. Les 10% restants engloberaient-ils la mise en œuvre de quelques centrales nucléaires (à vérifier) ? On notera, au passage, une promesse du G20, en 2009, ne ne plus subventionner les énergies fossiles. Promesse rappelée ces jours-ci par Climate Transparency.
• Le coût des technologies solaires a baissé de plus de 80% au cours des 6 dernières années et cette tendance se poursuit. D’ici 2015, le solaire photovoltaïque sera le mode de génération d’électricité le moins coûteux qu’il soit.
• Les investissements mondiaux dans les énergies renouvelables ont atteint un nouveau record en 2015. Ils représentent plus du double de ceux consacrés aux nouvelles capacité du charbon et du gaz naturel (gaz de schiste, par exemple).
• Nouveau record aussi en 2015, dans le nombre d’emplois créés dans le secteur des renouvelables : plus de 8 millions d’emplois dans le monde.
• En Chine, les investissements dans les énergies renouvelables augmentent de 17% par an. Avec 103 milliards de dollars investis en 2015, le pays est le leader mondial dans ce domaine. Le Danemark, l’Allemagne, la Suède, l’Espagne, le Portugal représentent cependant le top 5 des pays producteurs d’électricité renouvelable rapportée au nombre d’habitants.
• Selon des statistiques officielles chinoises, la Chine aurait atteint son pic de consommation de charbon en 2013 (à vérifier au cours des prochaines années).
• De manière générale, l’industrie charbonnière se contracte dans le monde. Les prix du charbon sont en chute libre depuis janvier 2011. Le premier groupe charbonnier mondial, l’américain Pearbody Energy, a déposé son bilan. Je trouve cela assez paradoxal : une baisse du coût de l’énergie primaire ne devrait-elle pas entraîner de plus gros profits pour les transformateurs ?
• Selon l’AEI, les émissions mondiales de CO2 se sont maintenues à hauteur de 32 milliards de tonnes pour la seconde année consécutive en 2015… malgré la croissance économique.
• Le déploiement mondial des énergies renouvelables est plus rapide que ce qu’avaient prévu de nombreuses organisations internationales dont l’AEI, il y a quelques années. Ces organisations sont obligées d’ajuster régulièrement leurs chiffres en fonction de la réalité. Voilà quelque chose de très encourageant.

Pour en savoir plus, lire l’intégralité du rapport du WWF

Principales sources du rapport :

• Agence Internationale de l’Énergie (AEI)
• Agence Internationale des énergies renouvelables (IRENA)
• Agora Energiewende
• Bloomberg New Energy Finance (BNEF)
• Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21)

Commentaires personnels sur le rapport :

• A la page 11 du rapport, il est écrit en sous-titre : « Le 8 mai 2016, les renouvelables ont fourni la quasi-totalité de la demande électrique en Allemagne« . Plus loin, il est écrit : « Le 8 mai 2016, celles-ci ont fourni 87,6% de la consommation d’électricité domestique (55,95 GW)« . On a l’impression qu’il s’agit d’une moyenne sur la journée alors que cette performance n’a eu lieu qu’à un instant donné, aux alentours de 11h00 comme le montre le graphe ci-dessous (obtenu sur le site d’Agora Energiewende). A cet instant, la production totale d’électricité renouvelable s’élevait à 55,945 GW. En supposant que le pourcentage donné par le rapport soit exact, la consommation d’électricité domestique s’élevait donc à 63,864 GW. Le site d’Agora Energiewende indique qu’à 11h00, la consommation totale d’électricité du pays s’élevait à 66,286 GW. Doit-on en conclure que la différence (2,422 GW) concerne l’électricité consommée par l’industrie et les transports ?  C’est probable : le 8 mai était un dimanche.