DOSSIER : Les énergies renouvelables sont les solutions énergétiques du futur. Mais comment sont elles réellement produites ? sous quel principe ?  quelles sont les différentes sources d’énergies renouvelables et que représentent elles dans notre consommation aujourd’hui ? quelles sont les dernières innovations ? ce dossier qui fera l’objet de deux articles tente de répondre à ces questions.

On a coutume de dire que l’argent fait tourner le monde, en réalité, c’est l’énergie qui fait tourner notre monde. Imaginez une seule seconde notre planète  sans électricité ou sans pétrole ! Ce serait l’hécatombe assurée.

80% de l’énergie qui fait tourner le monde aujourd’hui provient des énergies fossiles, notamment, du pétrole (32%), du charbon (27%), du gaz (21%), du nucléaire (2%)(1). Le point commun de ces énergies est qu’elles sont épuisables et responsables d’une grande partie des émissions de gaz à effet de serre.

Avec le choc pétrolier de 1973, s’est posé la question de la réduction de la dépendance généralisée aux énergies fossiles. La crainte d’un épuisement possible de ces ressources et des problèmes futurs d’approvisionnement, dus à la répartition inégale des gisements  sur la planète devint réelle.

Beaucoup de pays se lancèrent alors dans la recherche tout azimut pour le développement des énergies de rechange, notamment  le solaire.  En France par exemple, l’ADEME (Agence de l’Environnement et de Maitrise de l’énergie) s’appelait au départ COMES (Commissariat de l’énergie solaire). Dans les années 80, ces recherches commencent à porter leurs fruits et on voit apparaitre les premières installations destinées à transformer le rayonnement solaire en énergie.

Dans la foulée, la recherche autour de l’éolien s’affirme, ainsi que la biomasse, énergie tirée de l’exploitation des déchets.  En 1987 avec le rapport Brunland qui met en exergue les impératifs écologiques à venir, ces recherches s’inscrivent aussi dans la lutte contre le réchauffement climatique, les termes d’énergies vertes, de « renewable energy » donc énergie renouvelables rentrent dans le langage.

QU’EST CE QU’UNE ÉNERGIE RENOUVELABLE ?

Une énergie renouvelable est une énergie dont la source n’est pas épuisable, contrairement aux énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon..). Par extension, les énergies renouvelables sont liées aux démarches de préservation de l’environnement et réduction des gaz à  effet de serre. En dehors de la fabrication des éléments permettant de les exploiter et leur traitement en fin de vie, ces énergies ne génèrent théoriquement aucune pollution.  On dispose aujourd’hui de cinq grandes sources d’énergies renouvelables :

• L’ÉNERGIE HYDRAULIQUE
• L’ÉNERGIE SOLAIRE
• L’ÉNERGIE ÉOLIEN
• L’ÉNERGIE ISSUE DE LA BIOMASSE
• L’ÉNERGIE ISSUE DE LA GÉOTHERMIE

Toutes ces énergies sont en fait d’origine solaire, puis que c’est le soleil qui est au centre du cycle de l’eau, c’est lui qui crée les latitudes chaudes et froides et génèrent les vents, c’est lui également qui fait pousser les végétaux, fait ruisseler l’eau dans les nappes phréatiques.

Voyons voir brièvement  pour chacune de ces sources d’énergie quelle est la particularité et contexte d’exploitation !

L’HYDRAULIQUE

L’énergie hydraulique est de loin l’énergie renouvelable la plus utilisée au monde, peut être aussi l’une des plus anciennes. Depuis l’antiquité, on utilise l’énergie hydraulique pour les moulins à eaux, pour les voiliers, les systèmes d’irrigation etc…  Avec l’avènement de l’hydroélectricité au 19^e siècle, on s’est mis à exploiter de façon industrielle cette ressource, en transformant la force du courant des cours d’eau en énergie mécanique puis en énergie électrique. En France, la plus grosse centrale hydraulique est celle de Grand-Maison dans les Alpes (1800 Méga watt).  fin 2015, l’hydraulique représentait 10.8% de la production d’électricité en France et 16% dans le monde (2)

AVANTAGES : Faible cout d’exploitation, responsable de très peu d’émission de gaz à effet de serre.

INCONVÉNIENTS : Dans certaines zones du monde, la construction de barrages occasionne d’énormes problèmes sociaux, déplacement de population, confiscation des terres, inondation, modification des écosystèmes notamment pour les centrales construites dans les régions non montagneuses, où il faut construire d’énormes barrages, afin d’augmenter le débit de l’eau (comme tout objet qui prend de la hauteur, l’eau décuple sa vitesse et donc son énergie en chutant).

Voir par exemple les conflits autour des barrages Belo Monte au Brésil et le Barrages des trois gorges en chine.

INNOVATION

En dehors des centrales hydroélectriques, il existe plusieurs autres applications pour exploiter l’énergie de l’eau. On peut citer les hydroliennes, les marémotrices, ou les applications osmotiques. La pointe de l’innovation dans le domaine de l’hydraulique est l’hydrolienne pour rivières comme présenté dans le reportage ci dessous !

LE SOLAIRE

150 millions de Km séparent la terre du soleil, pourtant cet astre est le pourvoyeur de la plus grande partie reçue par la grande bleue. Les applications les plus basiques apparus dans le début des années 80 pour exploiter l’énergie solaire, étaient les capteurs solaires, permettant de capter les rayons du soleil pour chauffer l’eau. Ils font fonctionner les chauffes eau solaires, les monoblocs, pour des habitations comme pour des bâtiments collectifs (hôpitaux, piscines salle de sport…).

Puis on as vu se développer des centrales solaires, d’abord transformant les rayons en chaleur concentrée, puis la chaleur elle-même en énergie électrique via l’action d’une turbine ou d’une génératrice.

Et enfin, l’énergie solaire photovoltaïque, qui s’appuie sur un principe découvert par BECQUEREL en 1839. « L’effet voltaïque » permet la conversion directe du rayon de soleil en électricité.

Les cellules photovoltaïques qui constituent les panneaux qu’on voit sur les toits, sont faites en silicium pour la plus part (90% des panneaux). Cette matière est relativement abondante, (28% de la croute terrestre) donc peu de risque d’épuisement. On trouve aussi des panneaux photovoltaïques au tellurure de cadmium (Cdte). Matière plus polémique,  le tellurure de cadmium est en fait un déchet toxique de l’industrie du Zinc. C’est donc une façon de le recycler, sans qu’on ne sache encore vraiment les risques pour la santé et l’environnement sur le long terme.

EXPLOITATION : Un Panneau solaire qui fait environs 1×0.5 m, dispose en moyenne de 50 cellules photovoltaïques pour une puissance de 50 WATT, de quoi alimenter deux ampoules par exemple.

L’installation nécessite donc plusieurs panneaux selon le besoin d’énergie, le dispositif de câblage, un onduleur, qui transforme l’énergie continue des cellules en énergie alternative apte à alimenter les appareils domestiques. Éventuellement une batterie, si le système est autonome et ne va pas dans le réseau électrique générale. On a coutume de voir les installations photovoltaïque sur les toits des maisons ou de bâtiments divers ! Mais il existe des centrales électriques photovoltaïques. Les plus grandes se trouvent en Californie, aux USA. En 2014, selon le CNRS, L’énergie solaire représente 0.7% de l’électricité totale consommée dans le monde et 1.6% de l’électricité produite et consommée en France. L’Allemagne est le pays leader dans ce domaine avec 32% de l’électricité photovoltaïque créée dans le monde.

AVANTAGES : C’est une énergie propre, qui ne génère que très peu de gaz à effets de serre. On estime qu’il faut entre 1.3 et 4.7 années pour qu’une installation photovoltaïque fournisse autant d’énergie qu’il à fallu pour la produire (3). C’est un très bon rapport.  Une centrale au fioul par exemple ne restitue jamais l’énergie qu’elle a couté, puisqu’elle consomme avant, pendant, et après son cycle de vie. L’énergie photovoltaïque est aussi utilisable de façon individuelle, en créant son propre réseau. A la fin des années 2010, elle était encore plus chère que l’énergie fossile, 30 à 40 Centime le Kilowatt/heure (kw/h) au lieu de 20 centimes le Kw/h pour les énergies fossiles (4).

Avec les progrès fulgurants qu’a connus cette technologie, l’énergie solaire est moins chère que jamais et promet de l’être encore. On serait aujourd’hui aux environs de 13 centimes le kw/h (5). Soulignons qu’avec une installation photovoltaïque qui coute environs 1000€/panneau à l’installation, la production peut être injectée au réseau d’EDF, et c’est ce dernier qui vous verse de l’argent en fonction de la quantité d’énergie produite. En à la fin des années 2000, EDF payait jusqu’à 60 centimes le Kw/h(6).

INCONVÉNIENT : On le sait, le soleil ne brille pas tous les jours, et il n’est pas de la même intensité à toute heure et sur l’ensemble du globe. C’est le principal inconvénient de cette énergie. Il faut donc stocker aux heures où la production est forte pour utiliser aux heures où la demande est forte, ou injecter l’énergie crée dans le réseau électrique général. Les centrales électriques photovoltaïques sont très critiquées parce qu’elles dénaturent le paysage et occupent l’espace qui pourrait servir aux cultures (hors désert).

Jusqu’à il y a quelques années, on ne savait pas traiter les panneaux photovoltaïques et les recycler une fois arrivés en fin de vie. C’est désormais une question quasi réglée, grâce au programme  Européenne PV CYCLE.

INNOVATION :

les deux dernières années ont vu aboutir de nombreuses recherches dans le domaine du photovoltaïque! un laboratoire australien à annoncé une cellule photovoltaïque capable de transformer jusqu’à 34% de l’énergie solaire reçue en électricité. on était jusqu’alors aux alentours de 20%.

Solar Impulse l’avion solaire à traversé le globe, Tesla, développe la troisième génération de voiture électriques, mais aussi des panneaux de plus en plus intelligents, produisant électricité et chaleur à la fois.

Mais l’innovation la plus époustouflante en matière d’énergie solaire photovoltaïque est celle des Nanofils présentés dans la vidéo ci dessous !

Pour la suite de ce dossier, l’article suivant abordera les énergies éoliennes, la biomasse et la géothermie avant de faire une synthèse. A très vite pour la suite.

Pour Aller  Plus Loin

(1) – Données issues de l’ouvrage « les énergies renouvelables » de Jaques Vernier

(2) – données site EDF

(3) voir : http://www.photovoltaique.info/Temps-de-retour-energetique

(4) -Données issues de l’ouvrage « les énergies renouvelables » de Jaques Vernier

(5) – voir : Article site PositivR

(6) – Données issues de l’ouvrage « les énergies renouvelables » de Jaques Vernier