Les énergies renouvelables

Qu'est ce qu’une énergie renouvelable ? :

 

Une énergie renouvelable est une énergie inépuisable contrairement aux énergies fossiles et au nucléaire. Il existe différents types d'énergies renouvelables :

-Solaire

-Éolien

-Hydroélectrique

-Géothermie

-Biomasse

-Énergies marines

 

Dans cette exposé, chaques types d’énergies renouvelables seront décrite d'abord par le ou les modes de productions d'énergie puis les principaux points positifs et négatifs de ce type d'énergie et enfin le potentiel de cette forme d'énergie pour le futur.

 

-Solaire :

 Il existe deux types de solaire :

-le solaire photovoltaïque qui convertie la lumière solaire directement en électricité ,
-le solaire thermique qui capte la chaleur du soleil pour chauffer une substance fluide pour le chauffage domestique ou la production d'électricité si la température de chauffage est suffisamment élevée.

 

Solaire photovoltaïque

 

Centrale de Montalto di Castro en Italie d'une puissance de 85 MW/h une des plus puissante au monde.

 

Toitures solaires intégrées au bâtiment permettant une production généralement de 1,5 à 3 KW/h sans aucune perte d'espace contrairement aux grandes centrales solaires qui nécessitent des surfaces immenses

 

Points positifs :

  • Aucun rejet de gaz,
  • Les panneaux peuvent produire de l'énergie pendant plus de vingt ans,
  •  
  • Demande un entretien faible,
  •  
  • Un potentiel énorme : En 45 minutes, la Terre reçoit une quantité d'énergie solaire équivalente à la consommation mondiale de l'Humanité en un an.

 

 

-Points négatifs :

  • Il faut une surface géante de panneaux pour produire des quantités conséquentes d'énergie.
  •  
  • Cette énergie n'est pas utilisable dans toutes les régions du monde : certaines ont un ensoleillement très favorable (comme le Mexique, le Sahara, l'Arabie Saoudite...) d'autres beaucoup moins (Islande, Norvège, ..)
  •  
  • Le prix de l’électricité solaire bien qu'il ait diminué ces 50 dernières années reste élevé,
  •  
  • Le solaire est une énergie intermittente : pas de production la nuit et très peu de production les jours nuageux (10 fois moins environ), dépend aussi des heures d’ensoleillement dans la journée et donc des saisons,
  •  
  • Le prix de l'électricité solaire est le plus élevé des énergies renouvelables, de 240 à 400 euros MW/h,
  •  
  • La fabrication de panneaux photovoltaïques requiert une grande quantité d'énergie, les panneaux mettent de 2 à 5 ans pour compenser cette énergie.

 

Solaire Thermique :

Centrale Gemasolar en Espagne d’une puissance de 20 MW/h,  elle fonctionne sur le principe de la convergence d'une multitude de miroirs vers un point en haut d'une tour afin de chauffez des sels. fondus à plusieurs centaine de degrés, ils permettent la production d'électricité  même la nuit.

 

Multitude de panneaux « chauffe eau solaire » en haut d'un bâtiment pour le chauffage de l'eau sanitaire et du bâtiment.

 L’énergie solaire chauffe directement un fluide caloriporteur  permettant de chauffer un bâtiment, de l'eau sanitaire. Il est même possible, si l'énergie est suffisante, de produire de la vapeur pour faire tourner une turbine qui produira de l'électricité.

 

-Points positifs :

 

  • Les mêmes que pour l'énergie solaire photovoltaïque,
  • +Un chauffage solaire couplé avec un autre type de chauffage (bois, gaz, pétrole, électrique...) permet une économie d'environ 30%,  ce qui n'est pas négligeable. Néanmoins l'installation et les panneaux coûtent cher et peuvent être rentables seulement dans certains  pays rentables  (20 ans par exemple) avec des aides.

 

-Points négatifs :

  • Les mêmes que pour l'énergie photovoltaïque

 

Potentiel  :

L’énergie solaire est très abondante, mais elle représente aujourd'hui une infime proportion de l'électricité mondiale : seulement 0,03 % en 2011.  Le prix du Mega watt heure solaire a fortement diminué : depuis 1976 chaque fois que la capacité solaire double, le coût des panneaux chute de 20% ce qui est assez prometteur.

Actuellement, les panneaux solaires en silicium convertissent 10 à 20 % de l'énergie solaire en électricité, les recherches en nouvelles technologies permettront un jour peut être un rendement de 40 %, c'est-à-dire de produire deux fois plus avec la même surface, mais il faut encore attendre pour le développement de telles technologies.

Le principal écueil de l’énergie solaire est son intermittence. Actuellement, seules certaines centrales thermiques arrivent à garder la chaleur du soleil pendant la nuit grâce à des sels fondus.  On peut imaginer dans le futur,  des centrales solaires fonctionnant en couplage avec des centrales d'énergies fossiles, ou capables de stocker l'énergie par exemple  grâce à l'électrolyse de l'eau  permettant la production d'hydrogène « vert ».

 

Éolien :

L'éolien est l'exploitation de l'énergie du vent. Son principe est simple : le vent fait tourner des pâles, ce qui entraîne la rotation de l’aimant dans la bobine et donc la production de courant électrique. Les grandes éoliennes (60 mètres de haut) produisent de grandes quantités d'électricité.  Mais, le vent est certainement la ressource renouvelable la plus intermittente qui soit, ce qui complique son exploitation.

 

-Points positifs :

  • Aucun rejet de gaz,
  •  
  • Une éolienne peut fonctionner plusieurs dizaines d'années,
  •  
  • Nécessite un entretien faible,
  •  
  • Une grande éolienne peut produire 3 MW/h,
  •  
  • Le coût de production de l'électricité éolienne est plutôt abordable : de 80 à 150 euros le MW/h

 

-Points négatifs :

  • L’éolien est une énergie intermittente (25 % du temps),
  •  
  • Cette énergie est  seulement rentable dans des régions assez ventées. En France par exemple l'éolien est le plus rentable sur la face océanique et le pourtour méditerranéen, De plus de grandes surfaces sont nécessaires (séparation suffisante entre éoliennes).
  •  
  • Les éoliennes, sur la terre ferme, présentent de nombreux désagréments : le bruit des pâles pour les voisins, la mort d’oiseaux et de chauves souris par les grandes pâles, et une défiguration possible de certains paysages.
  •  
  • Les parcs éoliens maritimes  (ou offshore) sont préférables : il n'y a pas d'habitant à proximité, le vent est généralement plus régulier, la surface disponible est immense, la capacité de production pour une éolienne maritime est généralement supérieure, mais le coût de l'électricité des éoliennes maritimes est plus élevé (100 à 150 euros le MW/h) 

 

 

 Petite éolienne individuel d'envrion 6 m  de haut permet une consommation plus faible d'électricité non renouvelable 

 

Grandes éoliennes constituant un parc off-shore (sur la mer), les éoliennes peuvent atteindre près de  160 m pour produire 5 MW/h par turbine

 

 

Grandes éoliennes constituant un parc terrestre, les éoliennes peuvent atteindre plus de 60 m pour produire 3 MW/h par turbine

 

Potentiel  :

La production d'électricité éolienne a été multipliée  par 10 de 2001 à 2010. C’est encore aujourd'hui une énergie en plein « boum » : de nombreux projets d'éoliennes sont d'actualité, avec par exemple de grandes fermes éoliennes offshore ou, à une plus petite échelle, de plus en plus de petites éoliennes individuelles permettant de réduire les émissions de CO2 (ou de déchets radioactifs).

Néanmoins, le point faible de cette énergie est son intermittence. Des pistes de stockage de l'électricité éolienne sont en cours comme par exemple la compression de l'air ou le pompage hydraulique. Une autre solution pour pallier l'intermittence serait de coupler cette énergie avec d'autres énergies renouvelables comme la biomasse ou l’hydroélectrique.

L'éolien est une énergie à l’avenir prometteur, vraisemblablement un des pôles de production d'énergie au niveau mondial.

  

-Hydroélectrique

L'énergie hydroélectrique est l’énergie de l'eau des différents flux d’eaux naturels. C’est l'énergie renouvelable la plus développée au monde et la moins coûteuse.

-Points positifs :

  • Aucun rejet de gaz,
  • Un barrage peut fonctionner plus de 50 ans,
  • Nécessite un entretien faible,
  •  
  • Production d'électricité la moins coûteuse : 30 à 40 euros le MW/h (moins que le nucléaire : de 35 à 50 euros),
  •  
  • Permet la régulation du débit d'eau lors des crues du fleuve, empêchant de nombreuses inondations,
  •  
  • L'eau se stocke assez facilement en fonction des besoins.

 

-Points négatifs :

  • Déplacements importants de populations,
  •  
  • Destructions d'écosystèmes aquatiques,
  •  
  • Risques faibles mais toujours possible qu’un barrage cède, causant inondations et victimes,
  •  
  • Peut créer des tensions sur le partage de l'eau, comme l’exemple du  fleuve Colorado, entre le Mexique et les États-Unis ; le Mexique n'a presque plus d'eau fluviale (4% du débit normal) car elle a été consommée aux États-Unis en amont,
  •  
  • Dépendant des aléas climatiques majeurs : grandes sécheresses, grands froids,
  •  
  • Sédimentation : les sédiments (boues) charriés par l'eau s'accumule au niveau du barrage et peut le rendre inutilisable. 

 

Le barrage des trois gorges en Chine, plus grand barrage au monde mis en service en 2009, produit près de 10 % de la consommation du pays. Il coupe le troisième plus long fleuve du monde : le Yangtsé.

 

Potentiel :

 Potentiel probablement moins important que d’autres énergies renouvelables car elle est déjà très utilisée dans les pays développés comme aux Etats-Unis ou en Europe.

L'avenir de l'énergie hydraulique se situe donc dans les pays en développement. Cette énergie est très prisée car elle est bon marché et facile d'accès dès qu'il y a un fleuve.

Cependant l'énergie hydroélectrique peut être source de tensions entre pays. Par exemple l’Égypte possède des barrages, mais reste dépendante de la gestion du Nil faite par les pays plus en amont, que sont le Soudan l’Éthiopie et le Kenya. Aujourd'hui, la protection de l'environnement, le lourd prix social (déplacement des populations), les tensions politiques freinent le développement de l'énergie hydroélectrique, à juste titre ou non.

 

-Géothermie

 

La géothermie est l'exploitation de la chaleur du sol .

La Terre émet de la chaleur  par la désintégration d'éléments radioactifs naturels, plus on s'enfonce profond sous Terre, plus la température est élevée :

 

  • de 1 à20 mètres ont exploite la géothermie très basse énergie(source : radioactive mais aussi solaire), la température est inférieur à 30 C°, elle permet surtout  le chauffage individuelle en complément d'une autre source d'énergie.

    -de 1000 à 2000 mètres la géothermie basse énergie qui permet de faire chauffez l'eau de 30 à 90 C°est plutôt utilisée pour le chauffage urbain.

    -de 3000 à 5000 mètres la géothermie haute énergie profonde  qui permet de chauffez l'eau à plus de 150 C° ce qui la fait bouillir et permet de faire tourner une turbine est ainsi produire de l 'électricité, mais cette ressource est peu exploité car elle est difficile d'accès et elle coûte relativement cher.

     

 

Certaines zones sur Terre permettent un accès beaucoup plus facile à la géothermie à haute énergie, ce sont les zones a proximité de site volcanique actif(volcans,sources chaudes...) l'énergie est alors exploitée de environ 1500 mètres à 3000 mètres de profondeurs comme c'est le cas en Islande.

 

-Points positifs

aucun rejets de gaz.

 Disponible partout sur la planète.

 C'est une énergie renouvelable non intermittente contrairement au solaire et à l'éolien.

 

-Points négatifs

risque de micro-séismes

coûts élevés des forages à très grande profondeurs

La géothermie très basse énergie permet de contribuer au chauffage de maisons

 

Une centrale géothermique profonde en Alsace

 

-Potentiel

 

Cette énergie est encore aujourd'hui sous exploitée, notamment à cause de son prix élevé. Elle possède donc un  potentiel énorme si de nouvelles méthodes de forages moins onéreuses voient le jour, car c'est la seule énergie renouvelable présente sur toute la planète (en profondeur) et de plus c'est une énergie non intermittente, avec des conséquences modérés sur l’environnement (un seul puits suffit).

 

 

-Biomasse

 

La biomasse est l'énergie tirée de la combustion de matière organique. Les trois principaux modes de production de cette énergie sont : l'exploitation des forêts, l'utilisation des cultures pour produire des agrocarburants et la méthanisation (issue de la dégradation de la matière organiques) ces trois formes de production d'énergies ne pose pas les mêmes problématiques et n'ont pas les mêmes enjeux. Néamoins elles possèdent des caractéristiques communes, pour leurs points positifs : elles sont facilement stocakbles et leur utilisation est simple : combustion, pour leurs points négatifs qui dit combustion dit rejets de gaz, de suies potentiellement nocif pour l'Homme et son environnement, cette énergie dépend essentiellement du climat et est sensible aux événements climatiques majeurs (canicule,sécheresse...).

 

 

-Méthanisation

 La méthanisation est le processus naturel  biologique de dégradation de la  matière organique en absence d’oxygène, on parle alors de fermentation.

Par exemple la fermentation alcoolique permise grâce à  certaines levures (champignon unicellulaire) produit de l’alcool et rejette du dioxyde de carbone. L’alcool une fois récupérer peut être brûlé, la combustion de cet alcool permet la production d’énergie thermique qui peut être convertie en énergie électrique.

-Autres points positifs :

La méthanisation permet de mettre en valeur des déchets organiques agricoles comme de la paille ou le fumier et d’autres déchets organiques comme le compost de nos poubelles avec des épluchures de légumes, fruits trop mûr…  On peut alors en tirer de l’énergie grâce à la production de « biogaz » ou d’alcool. Une fois la fermentation terminée on récupère  un produit humide, riche en matière organique appelé digestat, ce digestat pourra être mise en valeur par son utilisation comme un engrais naturel pour les cultures.

-Autres points négatifs :

Le méthane est un gaz explosif, la méthanisation est une réaction chimique qui a besoin de chaleur pour se dérouler, il faut donc dépenser de l’énergie si il fait trop froid.

La réaction de méthanisation produit des gaz malodorant qui peuvent être un problème pour les habitants proche de l’usine.

Pour que la méthanisation soit possible avec notre compost ménager il faut un bon tri car des produits chimiques, plastiques, métaux ou verres non rien à faire dans le compost. Ils ne se dégraderont pas et donc ils vont se trouver dans le digestat et être répandue dans les champs causant ainsi une pollution.

 

 

Usine de biogaz au Luxembourg

 

Potentiel :

Cette énergie commence juste à ce développer, certes sa production n’est pas énorme mais elle permet l’économie d’énergie, la valorisation des déchets organiques est prometteuse.

 

Exploitation des forêts

 

-Autres points positifs

Elles recouvrent près de 30 % des Terres émergés du globe, il y a donc une forte réserve d’énergie qui peut être renouvelable si les forêts sont bien exploitées.

L’exploitation du bois peut être aussi utilisée pour construire des objets.

-Autres points négatifs

 Risques de surexploitations des forêts et de déforestations, causant la destruction irréversible d’écosystèmes et de nombreuses espèces et pouvant pénaliser l’Homme aussi en modifiant son mode de vie. Il est certains que toutes les forêts du monde ne doivent pas être exploitées, même raisonnablement car certaines espèces sont trop fragiles et ne peuvent survivre à cette exploitation.

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 Expoitation de bois dans une forêt européenne

 

 -Potentiel :

Le potentiel des forêts comme ressource d'énergie pour le futur dépend de notre gestion actuelle des forêts en empêchant la déforestation, en permettant le renouvellement des forêts. Les forêts devront aussi subir le réchauffement climatique qui facilitera malheureusement les feux forestiers, pour conserver cette énergie les hommes devront redoubler de vigilance pour la protection de ce patrimoine.

 

 -Agrocarburants

Les agrocarburants ou biocarburants permet de transformer les cultures en carburants. 

 

-Autres points positifs

les agrocarburants peuvent être une issue pour se passer du pétrole pour les transports ou la fabrication de matière plastique.

 

-Autres points négatifs

Les agrocarburants pose bien sûr des questions morales :  brûler des champs pour fournir de l'énergie pendant que des hommes meurent de faim.

Les agrocarburants peuvent détruire l'environnement : les cultures ont besoins de grandes surface qu'elles prennent la plupart du temps aux milieux naturels, si ces cultures sont issues d'une agriculture "productiviste" avec de nombreux pestcides, herbicides et engrais, alors ces cultures sont des facteurs de pollution de l'environnement.

les cultures sont sensibles aux changements climatiques : sécheresses etc.. comme c'est le cas en 2012 aux Etats-Unis.

 

Champs de canne à sucre, culture tropicale en Thaïlande Banque d'images - 10814519

les cultures de cannes à sucre peuvent fournir un agro-carburant

 

 -Potentiel

les agrocarburants joueront certainement un rôle important dans le monde de demain avec la raréfaction du pétrole et l'augmentation de son prix, mais cette énergie renouvelable peut avoir un lourd prix environementale tout en négligeant certains peuples mourant de faim.

 

 

-Énergies marines

 Les énergies marines sont aujourd'hui essentiellement exploitées par trois méthodes : l'énergie marémotrice qui comme son nom l'indique récupère l'énergie des marées, l'énergie houlomotrice ou énergie des vagues et l'énergie hydrolienne qui capte l'énergie des courants océaniques.

Aujourd'hui les énergies marines sont peu développée car elles sont encore au stade de la recherche ou de premier centre de production.

Les points positifs de l'ensemble de ces énergies et qu'elles ne rejettent aucun gaz ou pollution dans l'atmosphère mais elles peuvent mettre en danger les écosystèmes marins.

 

 

-Houlomotrice

L'énergie houlomotrice est l'énergie des vagues.

 -Autres points positifs

Un très faible impact sur l'environnement.

 -Autres points négatifs

En raison de problèmes techniques récurrents, la première centrale houlomotrice au monde (au portugal) a dû être démontée au printemps 2009. Des progrès restent donc encore à faire pour que cette source d’énergie devienne exploitable.

Il faut que les capteurs de vagues résistent au tempêtes.

 

 Le pelamis long de 170 mètres au large des côtes portugaises

 

-Potentiel :

Important puisqu'il y a très peu de centrale houlomotrice dans le monde et le nombre de vagues lui et par contre très important, mais les technologies permettant d'exploiter l'énergie houlomotrice devront être améliorées. 

 

 -Hydrolienne

L'énergie hydrolienne permet de capter l'énergie des courants marins grâce à une turbine sous marine.

Les courants marins pourraient être exploitables partout dans le monde ; les courants de marée constituent toutefois pour l'instant le domaine préférentiel de ce type de technologie.

 

-Autres points positifs

Les hydroliennes sont beaucoup plus petites que les éoliennes pour une même puissance, cela étant dû à la masse volumique de l'eau qui est environ 800 fois supérieure à celle de l'air.

Les courants marins sont prévisibles, on peut donc estimer avec précision la production d'électricité.

 

-Autres points négatifs

Pour éviter le développement des algues et organismes encroûtants sur l'hydrolienne, il faut utiliser un antifouling. Il s'agit de produits toxiques pour la faune et la flore marine.

Les hydroliennes créent des zones de turbulences, qui modifient la sédimentation et le courant, avec de possibles effets sur la flore et faune juste en aval de leur positionnement.

Des poissons ou mammifères marins pourraient heurter les hélices. Ces dernières peuvent néanmoins tourner très lentement.

Une turbine de 16 m de diamètre et de près de  700 tonnes immergée à près 35 mètres de profond en Côte d'Armor  peut fournir seule près de 500 foyers

Vue d'artiste d'une future centrale hydrolienne capable de capter l'énergie des courants sous marins 

 

-Potentiel :

Les potentiels des courants marins sont très importants et encore largement sous exploitée car  l'énergie hydrolienne en est seulement au stade expérimental. 

 

-Marémotrice

L'énergie marémotrice permet d'expoiter l'énergie de la marée qui est dû à l'influence gravitationelle de la Lune et du Soleil sur les océans . Cette énergie est expolitée grâce  à un barrage au bord du rivage.

-Autres points positifs

L'énergie marémotrice présente l'avantage d'être parfaitement prédictible : en un point donné, l'énergie disponible ne dépend que de la position relative des astres et de la Terre

Permet la construction de voies de communications :ponts routiers par exemple.

 

-Autres points négatifs

-La construction d'un barrage détruit nécéssairement une partie de l'écosystème littoral.

Schéma d'une centrale marémotrice

 

 

Usine marémotrice de la Rance (Ille et Vilaine)

-Potentiel :

L'ordre de grandeur de l'énergie naturellement dissipée annuellement par les marées est d'environ 1/5 de la consommation d'énergie de l'humanité. Seule une fraction de l'énergie des marées étant récupérable, l'énergie marémotrice ne pourra fournir, à l'avenir, qu'une faible part des besoins mondiaux. Néamoins l'énergie marémotrice peut permettre l'accès à l'énergie pour des villes au bord de l'océan.

 

 

Conclusion :

 

Les énergies renouvelables ont de nombreux atouts pour répondre à nos besoins énergétiques tout en limitant l'impact sur le réchauffement climatique et  parfois à la sauvegarde de la nature.

Bien sur les énergies renouvelables ne sont pas des  énergies parfaites, elles présentent aussi des défauts : parfois destruction de zones naturels (exemple des fleuves avec les barrages hydroélectrique, des forêts avec la biomasse), certaines sont intermittente comme le solaire et l'éolien et le principale nœud du problème est qu'aujourd'hui les énergies renouvelables reste plus cher que les énergies fossiles ou nucléaire (à part pour l'hydroélectricité) Un autre problème des énergies renouvelables est celui de leur inégale répartition sur le globe.

Néanmoins il existe des solutions possible afin de résoudre les points négatifs de ces énergies : Pour l’intermittence, construire des centrales électriques mixtes, soit énergies renouvelables-énergies fossiles par exemple une centrale solaire-gaz, soit plusieurs énergies renouvelables combinés par exemple éolien-biomasse. Quand au prix du renouvelable, il est en forte baisse alors que celui des autres énergies ne font qu'augmenter, elles possèdent alors un fort potentiel pour le futur. Permettre l'accès aux énergies renouvelables au plus grand nombre grâce à la géothermie profonde disponible partout sur Terre tout au long de l'année (aujourd'hui cette énergie est toujours au stade de recherche ou de première petite centrale son gros défaut est son prix), évité d'installer des  infrastructures dans des zones protégés et limiter l'impact de grandes infrastructures comme les barrages en installant des ponts pour poissons. L'installation d'énergies renouvelables a un réel intérêt pour notre planète et pour le futur de l'humanité seulement si nous réduisons notre consommation et le gaspillage d'énergie : il y a peu d'intérêt d'installé une ferme éolienne pour par exemple éclairer des milliers de décorations de Noël tout en gardant les centrales nucléaires et les usines au charbon pour répondre à la consommation effréné de nos nouvelles sociétés. Gaspiller est-ce cela la définition du bien être et du bonheur ? Ainsi le défit du futur pour les énergies renouvelables  est qu'elles devront remplacer les autres types d'énergies en même temps que nous devrons diminuer notre consommation pour que cela soit réalisable.

 

 

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