Par Jean-Michel Courty, professeur à l’université Pierre-et-Marie Curie (Paris)
C’est un spectacle de désolation que l’on a découvert après le passage d’Irma : arbres déracinés, toits emportés, voitures déportées, bâtiments au sol… Or, un corps en mouvement – que ce soit un ballon lancé à travers la cour de récré ou les vents violents d’un ouragan – renferme une certaine quantité d’énergie cinétique… qu’il est indispensable d’estimer : en effet, les climatologues s’efforcent en permanence de suivre le bilan d’énergie de la machine Terre : le bilan radiatif – l’énergie reçue par la Terre depuis l’espace en provenance du Soleil et celle renvoyée par la planète– mais aussi les échanges d’énergie entre l’océan, l’atmosphère, les continents.
Comment calculer l’énergie cinétique déployée par Irma ? Le physicien Jean Michel Courty, spécialiste des phénomènes quantiques mais passionné par la vulgarisation de la physique et par ailleurs un des auteurs du site Questions de physique s’y est essayé.
Commençons par des petits rappels: le service d’un joueur de tennis propulse régulièrement la balle de 60 grammes, soit 0,06 Kg, à 120 km/h ! L’énergie cinétique de la balle peut se calculer grâce à l’équation E=1/2 (m) V2 où m est la masse en Kg et V la vitesse exprimée en m/s ainsi 120 km/h =120 000 m/h et comme 1h= 3600 secondes, devient égal à 33,33 m/s. En remplaçant les valeurs dans l’expression mathématique, on obtient l’énergie cinétique de la balle en mouvement qui est égal à environ 33 Joules
Un calcul à la louche !
Mais rien de plus concret qu’une balle de tennis ! Difficile de déterminer les limites d’un ouragan… Alors ? on baisse les bras ?! pas du tout ! répond le physicien qui se lance dans un des calculs les plus courants en physique : l’ordre de grandeur. C’est-à-dire calculer à une puissance de dix (…0,1, 1, 10, 100…) près, la valeur approximative d’une grandeur physique. Le but est d’estimer » à la louche » cette énergie et de répondre si la quantité d’énergie est l’équivalent d’une année de consommation ou d’une journée ou d’un siècle, histoire de se faire une idée dans un premier temps avant d’affiner les détails.
Donc la première question est : quelle est la masse d’Irma ? il faut imaginer la forme de l’ouragan, que l’on pourrait assimiler -vraiment à la louche- à un cylindre par exemple, puis calculer son volume et multiplier par la masse volumique de l’air ( la masse d’un m3 d’air ). Son volume -comme lorsque l’on calcule le volume d’une boîte de conserve- est égal à la surface du couvercle multipliée par sa hauteur. Le rayon d’Irma est de 100 km environ (100 000 mètres), ce qui donne la surface de son couvercle égale à (Pi r2). A partir des images satellites on peut estimer sa hauteur que Jean-Michel Courty évalue à 5 km, soit 5000 mètres. Résultat : son volume est de (pi(100 000)2) x 5000)= 1,57 1014 m3, soit 157000 Km3
Pour obtenir sa masse, il faut multiplier son volume par sa masse volumique. Or, la masse volumique de l’air est d’environ 1Kg/m3, ce qui nous donne une masse égale à 1,57 .10 14 Kg.
La vitesse des vents est estimée à 200Km/h, (ce qui est équivalent à 55,5m/s environ) or, c’est v2 qui intervient dans l’expression mathématique de l’énergie cinétique soit 3080. Il ne faut pas oublier le facteur (1/2) du ½ mv2 , donc la valeur est de 1540 et l’énergie cinétique est donc de 1540 x1,57. 1014 joules soit environ 2,4 .1017 joules
Un jour pourra-t-on exploiter Irma?
Disons environ 3. 10 17 joules d’énergie cinétique dans Irma… Or, la consommation d’énergie électrique annuelle de la France est de 500 TWh. Habituellement nous manipulons des kWh comme unité d’énergie. Précisons qu’un kWh équivaut à 3600000 joules et donc 500 TWh seraient équivalent 1,8 1018 joules pour la consommation d’une année. Alors nos 3. 1017 joules seraient dépensés en quelques mois d’énergie électrique…
Mais autant d’énergie gaspillée a fait germer quelques idées : une start-up japonaise Challenergy, prévoit utiliser une éolienne à axe vertical pour produire de l’énergie en utilisant la puissance d’un typhon. Un essai a été mené en 2016 à Okinawa … Car une chose est sûre : dans les prochaines décennies les phénomènes extrêmes de ce type auront tendance à se multiplier!
- Point de vue initialement publié sur www.sciencesetavenir.fr
