Battery used Battery charging

LOW←TECH MAGAZINE

Le monde moderne pourrait-il fonctionner à la seule énergie humaine ?

Contrairement aux énergies solaire et éolienne, l’énergie humaine est disponible sans intermittence, quelle que soit la saison ou l’heure de la journée.

Traduit par: Théo Manent

illustration human powered student building individual room

Image: Une chambre d’étudiant alimentée à l’énergie humaine, Golnar Abbasi.

Contrairement aux énergies solaire et éolienne, l’énergie humaine est disponible en permanence, quelle que soit la saison ou l’heure de la journée. A l’inverse des combustibles fossiles, l’énergie humaine peut (sous certaines conditions) constituer une source d’énergie « propre », dont le potentiel disponible ne cesse d’augmenter en proportion de l’accroissement démographique. Dans le cadre du projet Human Power Plant, Low-tech Magazine et l’artiste Melle Smets explorent le potentiel et la faisabilité d’une production d’énergie humaine au 21ème siècle.

Pour déterminer dans quelle mesure l’énergie humaine pourrait satisfaire aux exigences du mode de vie contemporain, nous avons élaboré une proposition architecturale pour la reconversion d’une tour vacante de 22 étages, située sur le campus de l’Université d’Utrecht aux Pays-Bas, en une résidence étudiante de 750 personnes autonome, alimentée exclusivement à l’énergie humaine. En parallèle, nous construisons un prototype de l’Human Power Plant, une « Centrale à Énergie Humaine » destinée à alimenter la communauté en énergie.

Le défi posé par l’Human Power Plant est à la fois d’ordre technique et social. Technique, d’abord, du fait du manque de recherches scientifiques et techniques menées sur le sujet de la production d’énergie humaine. Social, ensuite, car contrairement à une éolienne, un panneau solaire ou un baril de pétrole, il faut à un être humain une certaine motivation pour produire de l’énergie par lui-même.

Splendeurs et misères de l’énergie humaine

Pendant la majeure partie de l’histoire de l’humanité, les humains ont constitué eux-mêmes la principale source d’énergie mécanique. Construire des villes, creuser des canaux, produire de la nourriture, nettoyer et laver des vêtements, communiquer et se déplacer : pendant des siècles, toutes ces activités et ouvrages furent principalement réalisés grâce à l’énergie musculaire humaine. L’énergie animale vint plus tard s’ajouter à l’énergie humaine, tandis que les moulins à eau et moulins à vent prirent plus tardivement un essor considérable, à partir du Moyen-Age. Toutefois, les hommes et femmes réalisaient eux-mêmes l’essentiel des travaux et ouvrages.

De nos jours, cette énergie humaine ne joue plus qu’un rôle anecdotique — du moins dans les pays industrialisés. Le moindre effort physique est aujourd’hui motorisé et automatisé. Les énergies fossiles fournissent désormais une grande partie de l’énergie mécanique, que ce soit comme combustibles primaires ou après conversion en électricité. Mais ces « progrès » ne sont pas sans contrepartie. La société industrielle présente une forte dépendance aux énergies fossiles autant qu’à l’électricité, ce qui la rend extrêmement vulnérable à la moindre interruption d’approvisionnement énergétique.

illustration digging the panama canal

Le creusement du Canal de Panama. Image : National Archives.

Par ailleurs, les ressources fossiles ne sont pas disponibles en quantités illimitées et leur utilisation intensive est à l’origine d’une multitude de problèmes. Les sources d’énergies renouvelables, comme le solaire ou l’éolien, ne sont quant à elles pas disponibles en permanence, tandis que la fabrication de ces installations à grande échelle repose elle aussi largement sur les énergies fossiles. En parallèle de cela, une partie de la population pratique une activité physique ou se rend régulièrement à la salle de sport afin de se maintenir en forme et en bonne santé, générant une grande quantité d’énergie perdue à défaut d’être utilisée. Le projet Human Power Plant a pour objectif de rétablir le lien — aujourd’hui rompu — entre consommation et production d’énergie.

Pourquoi l’énergie humaine ?

Comparée aux combustibles fossiles et aux énergies renouvelables, l’énergie d’origine humaine présente de nombreux avantages. Un être humain peut en effet générer une puissance au moins équivalente à celle produite par 1 m2 de panneau photovoltaïque un jour ensoleillé — ou encore 10 m2 de panneaux un jour de forte couverture nuageuse. Par ailleurs, l’énergie humaine peut être considérée comme une source d’énergie « modulable » (en anglais, dispatchable), au même titre que les combustibles fossiles. L’énergie qu’elle fournit ne dépend pas des saisons ni des conditions météorologiques ou de l’heure de la journée. En réalité, les êtres humains pourraient même être envisagés, sur le plan énergétique, comme étant à la fois une source d’énergie renouvelable et des batteries, c’est à dire des systèmes combinant production et stockage.

Contrairement aux énergies fossiles, l’énergie humaine peut ainsi constituer une source d’énergie « propre », n’induisant que peu voire pas de pollution de l’air ni des sols. De plus, la quantité d’énergie potentiellement mobilisable est proportionnelle à la population, et augmente par conséquent avec l’accroissement démographique, là où les autres ressources énergétiques doivent être partagées entre un nombre toujours croissant de personnes. En outre, les humains ne sont pas (encore) fabriqués industriellement dans des usines, contrairement aux panneaux photovoltaïques, éoliennes et batteries. Dans le cadre d’un régime alimentaire approprié, l’énergie humaine peut donc être pratiquement neutre en carbone.

Le potentiel d’énergie humaine disponible croît avec la population, alors que les autres ressources énergétiques doivent être partagées entre un nombre toujours croissant de personnes.

Enfin, les humains constituent une source d’énergie d’une grande polyvalence. Ils sont non seulement en mesure de fournir une énergie musculaire qui peut ensuite être convertie en énergie mécanique ou électrique, mais peuvent également générer de l’énergie thermique, en particulier au cours d’une activité physique : pendant un effort intense, un humain peut ainsi générer jusqu’à 500 watts de chaleur corporelle. En parallèle de cela, les excrétas humains peuvent être convertis en biogaz et en engrais. On pourrait donc affirmer que l’énergie humaine est, probablement, la source d’énergie la plus abondante, polyvalente et durable dont nous disposions sur Terre.

illustration human powered water pressure

Detail from the communal shower and laundry floor, by Golnar Abbasi.

La technologie contemporaine a considérablement amélioré le potentiel de production d’énergie humaine. D’une part, de nombreux appareils électriques ont vu leur consommation drastiquement réduite. Par exemple, l’éclairage à semi-conducteurs (LED) consomme dix fois moins d’énergie que les anciennes ampoules à incandescence, de sorte qu’une séance d’exercices, même brève, peut suffire à générer de l’énergie pour plusieurs heures d’éclairage artificiel. D’autre part, nous disposons désormais de moyens techniques perfectionnés pour produire et transformer l’énergie d’origine humaine, allant d’appareils de musculation sophistiqués aux centrales de méthanisation.

Quelques enseignements à tirer de la salle de sport

La puissance générée par un être humain dépend de 3 facteurs principaux : l’individu, la durée de l’effort, et le dispositif mécanique à partir duquel l’énergie musculaire est convertie en énergie utile — la production d’énergie humaine est, bien souvent, caractérisée par une forte symbiose entre le sujet et un outil ou une machine. Nos jambes étant environ quatre fois plus musclées que nos bras, un cycle stationnaire peut générer 75 à 100 watts, contre 10 à 30 watts pour un homme qui actionnerait une petite manivelle.

Au cours d’efforts plus brefs, la puissance mécanique délivrée par un humain peut considérablement augmenter : elle peut atteindre 500 watts sur un vélo, et 150 watts en actionnant une manivelle sur un laps de temps d’une minute. L’âge, le sexe et la forme physique jouent toutefois un rôle important. Les athlètes sont ainsi capables de générer une puissance plus élevée sur une plus longue période — jusqu’à 2000 watts pendant 3 secondes, ou 400 watts pendant une heure. Voici pour les quelques aspects théoriques qui nous intéressent ici.

Dans la perspective d’une production d’énergie humaine, les appareils d’entraînement musculaire sont une option intéressante, en complément des cycles stationnaires.

Au cours des recherches menées dans le cadre du projet Human Power Plant, nous avons suivi un programme d’entraînement physique, afin de devenir de meilleurs « producteurs d’énergie humaine ». Un des premiers enseignements est qu’il existe des écarts notables d’une personne à une autre, y compris entre individus de même âge, sexe et forme physique.

illustration human power production fitness

Melle, l’athlète de l’équipe, était capable de soulever des poids plus lourds sur presque tous les appareils de musculation. Kris, a contrario, semblait doté d’une meilleure endurance, et pouvait surpasser Melle sur les exercices de renforcement des triceps et des épaules. De telles différences doivent nécessairement être prises en considération pour parvenir à la meilleure efficacité possible lors de la production — or il n’existe pas, en la matière, de solution toute faite universellement généralisable.

Nous avons par ailleurs observé que les appareils de musculation peuvent produire beaucoup d’énergie en un court laps de temps, ce qui, dans la perspective d’une production d’énergie humaine, les rend complémentaires aux cycles stationnaires. Un cycle de cinq minutes (incluant deux pauses d’une minute chacune) peut ainsi permettre de fournir plus de 15 Wh d’électricité, soit l’équivalent d’un quart de charge pour la batterie d’un ordinateur portable, ou de 3 heures d’éclairage pour une lampe de bureau.

Enfin, nous nous sommes assez vite rendu compte que les salles de sport sont des lieux assez ennuyeux. Les machines y sont souvent disposées en ligne, de sorte que tout le monde à la regard tourné dans la même direction, ce qui exclut d’office toute communication au-delà de quelques banalités. En outre, si le cycle stationnaire peut être considéré comme une des machines les plus efficaces pour produire de l’énergie musculaire humaine, il s’est vite avéré que pédaler sur place est tout sauf une partie de plaisir.

Comment motiver la production d’énergie humaine ?

Ce dernier point est loin d’être anecdotique. Contrairement à une éolienne, un panneau solaire ou même un baril de pétrole, l’énergie humaine ne peut se passer d’une certaine motivation pour être produite. Dans l’hypothèse d’une conversion massive à l’énergie humaine, tout le monde serait-il prêt à produire sa propre énergie lui-même au nom de l’impératif écologique ? Certaines personnes préféreraient-elles que d’autres le fassent à leur place, quitte à les payer, voire à les y forcer ?

illustration the whip how to motivate human power

Un système de rétribution financière ne saurait constituer une motivation suffisante ; sur la base du coût actuel de l’énergie aux Pays-Bas, un humain générant de l’électricité gagnerait l’équivalent de 0,015 € par heure seulement. Par conséquent, à moins d’une radicale prise de conscience écologique, le recours à l’énergie humaine pourrait être la porte ouverte à de nouvelles formes d’esclavage moderne. La réduction des émissions de CO2 saurait-elle justifier une telle exploitation de l’homme par l’homme ? En viendrions-nous à organiser la servitude des réfugiés et criminels à des fins de production énergétique ?

Au coût actuel de l’énergie aux Pays-Bas, un humain générant de l’électricité gagnerait l’équivalent de 0,015 € par heure seulement.

Ce sont là des questions qui dérangent, d’autant plus que l’histoire des utilisations de l’énergie humaine est — en grande partie — aussi celle de l’esclavage. Nous importons aujourd’hui du pétrole, du charbon et de l’uranium comme hier des esclaves. Il existe heureusement une « troisième voie » : nous pourrions essayer de faire de la production d’énergie humaine une activité beaucoup plus ludique et sociale, afin de susciter l’enthousiasme et l’adhésion du plus grand nombre.

Les rares appareils de production d’énergie humaine disponibles dans le commerce sont entièrement conçus pour maximiser l’efficacité du geste — sans qu’aucune attention ne soit prêtée à la dimension ludique ou à la motivation de leurs utilisateurs. En outre, ils sont généralement conçus pour des situations d’urgence ou très ponctuelles, et non pour un usage quotidien et prolongé. La plupart des dispositifs de manivelles, par exemple, sont le plus compacts possibles (c’est par exemple le cas des traditionnels lève-vitre manuels dans les voitures) alors qu’agrandir leur taille rendrait leur utilisation beaucoup plus confortable.

Concevoir le Prototype

Nous souhaitions que la conception de notre prototype de Centrale à Énergie Humaine soit en mesure de relever ces défis, en y apportant un certain nombre de réponses concrètes. En collaboration avec des makers et des coachs sportifs, nous imaginé des appareils de fitness adaptés aux différents types d’énergie que peut produire un être humain, qui soient ludiques à utiliser tout en produisant un maximum d’énergie.

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Différents composants du prototype Human Power Plant. Illustration: Melle Smets.

Afin de faire de la production d’énergie une activité sociale, nous avons décidé que les « producteurs et productrices » d’énergie devraient pouvoir discuter entre eux. Dans la configuration imaginée, il leur sera même possible de venir générer de l’énergie accompagnés de leur animal de compagnie, créant ainsi une atmosphère familière et chaleureuse. L’idée est d’ailleurs loin d’être nouvelle : les chiens étaient couramment utilisés comme source d’énergie mécanique avant l’ère industrielle, en plus de réchauffer leurs maîtres grâce à leur chaleur corporelle.

L’eau sous pression comme vecteur énergétique

Pour rendre l’activité encore plus motivante, tous les appareils d’entraînement de notre prototype de Centrale à Énergie Humaine sont disposés face à un jacuzzi et à des douches : les personnes qui s’y prélassent sont invitées à encourager autres à redoubler d’effort pour générer de l’énergie — avant que les rôles ne s’inversent.

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Le prototype de l’Human Power Plant en cours de construction.

Le jacuzzi évoqué ici, loin d’être un gadget, est en réalité un composant essentiel du dispositif que nous avons conçu. Ceci est notamment lié au choix de l’eau sous pression comme vecteur énergétique. L’énergie cinétique, produite par les humains et leurs animaux de compagnie est pompée vers une cuve sous pression, en sortie de laquelle l’eau pressurisée alimente des turbines hydrauliques ; l’énergie fournie peut ainsi être soit mécanique, soit électrique. Au sein de ce système hydropneumatique organisé en circuit fermé, le réservoir formé par le jacuzzi constitue donc le « stockage énergétique », et reçoit le surplus d’énergie cinétique produit par les appareils de gym.

En choisissant l’eau sous pression, notre parti pris était de rendre l’énergie plus visible et audible, c’est à dire de lui conférer une dimension sensorielle généralement absente. Mais, surtout, ce vecteur énergétique permet de générer de l’électricité sans recourir à un parc de batteries ou à des composants électroniques, dont le cycle de vie pose de nombreux problèmes. Dans notre human power plant, un accumulateur hydraulique se substitue aux traditionnelles batteries. Ce dispositif permet de lisser des variations épisodiques dans la production d’énergie en assurant un voltage constant en sortie. Dans ce système, le stockage énergétique à long terme est quant à lui assuré par les humains eux-mêmes.

A louer : 750 chambres étudiantes alimentées à l’énergie humaine.

Notre démarche de recherche visait à déterminer dans quelle mesure les besoins énergétiques du mode de vie contemporain pourraient effectivement être satisfaits grâce à la seule énergie humaine. Afin de tester cette hypothèse initiale, nous avons conçu, en collaboration avec une équipe d’architectes, les plans pour la reconversion d’une tour vacante de 22 étages en une résidence étudiante de 750 personnes alimentée exclusivement à l’énergie humaine.

Le bâtiment Willem C. Van Unnik est le plus grand bâtiment du campus de l’Université d’Utrecht. Laissé vacant depuis plusieurs années, son entretien représente un coût important pour l’université, propriétaire de l’édifice.

Un emploi du temps personnalisé indique à chaque étudiante ou étudiant à quel moment produire de l’électricité, de l’énergie thermique, ou s’acquitter d’autres tâches collectives nécessaire au bon fonctionnement de la résidence.

En cohérence avec l’ambition, affichée par l’Université, de neutralité carbone à l’horizon 2030, nous proposons de transformer ce « problème » en une opportunité pour la nécessaire transition environnementale du campus. L’empreinte écologique de la résidence étudiante Van Unnik, entièrement alimentée à l’énergie humaine, sera quasiment nulle pendant son fonctionnement, tandis que l’impact de la construction est évité grâce à la conservation du bâtiment actuel.

illustration human powered student building overview

Chaque étudiant de cette vaste communauté aura à sa charge de générer l’électricité utilisée dans sa chambre individuelle. Les étages inférieurs du bâtiment sont dédiés à la production de l’énergie communautaire, à la fois sous forme de chaleur et d’électricité. Cette énergie sert au chauffage du bâtiment, à la préparation des repas, à la production d’eau chaude sanitaire pour les douches et lessives, etc.

La centrale de méthanisation, pilotée par les étudiants et alimentée directement avec leurs biodéchets et excréments, fournit un complément de production énergétique. Un emploi du temps personnalisé indique à chaque étudiante ou étudiant à quel moment produire de l’électricité, de l’énergie thermique, ou s’acquitter d’autres tâches collectives nécessaires au bon fonctionnement de la résidence.

Un planning de production d’énergie

D’après nos premières estimations, l’hypothèse d’une résidence étudiante fonctionnant exclusivement à l’énergie d’origine humaine semble réaliste. Les étudiants bénéficieraient du confort d’un mode de vie « contemporain » — comprendre « occidental » — incluant, entre autres, douches chaudes, ordinateurs et machines à laver. En contrepartie de quoi ils s’engageraient à produire de l’énergie 2 à 6 heures par jour, en fonction de la saison ainsi que des préférences individuelles et collectives au sein de la résidence.

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Image: Golnar Abbasi.

Une résidence étudiante présente néanmoins un potentiel énorme en matière de sobriété énergétique. Contraints à la produire eux-mêmes, les étudiants seraient probablement moins enclins à gaspiller l’énergie. Jusqu’où seraient-ils prêts à aller pour diminuer leurs efforts physiques ? Se passeraient-ils de douches chaudes ? Les salades et régimes crudivores deviendraient-ils la nouvelle tendance culinaire ? Assisterait-on au retour des machines à écrire ?

Les consommations d’énergie pourraient par ailleurs être réduites grâce à une organisation collective des tâches domestiques, comme par le passé. Enfin, nous souhaitons qu’au sein de cette résidence étudiante à énergie humaine puisse être généralisé l’usage de dispositifs low tech, tels que les marmites norvégiennes (cuisinière sans feu), sous-vêtements thermiques et douches à récupération de chaleur ; des solutions qui permettent de maximiser le confort dans un contexte de rareté énergétique.

Le design du bâtiment et la construction du prototype sont documentés sur un blog dédié : Human Power Plant. Les commentaires et suggestions sur ce travail en cours sont les bienvenus. Une version actualisée de cet article sera publiée sur Low-tech Magazine une fois le projet finalisé.

Kris De Decker et Melle Smets.

Le projet Human Power Plant s’inscrit dans l’initiative Zero Footprint Campus, un projet au sein duquel 12 artistes explorent la notion de durabilité dans la perspective d’une transition écologique et sociale.

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