Les énergies renouvelables

Présentation des principales énergies

L’énergie solaire

Ce terme désigne l’énergie fournie par les rayons du soleil. Le soleil est la source d’énergie la plus puissante et cette énergie est facilement accessible, il n’y a qu’à l’exploiter ! Les technologies sont réparties entre actives et passives. Les technologies actives transforment l’énergie solaire en une forme électrique ou thermique que nous pouvons utiliser directement. C’est le cas des cellules photovoltaïques qui transforment la lumière du soleil directement en énergie électrique, des collecteurs solaires qui permettent de chauffer l’eau des maisons, du chauffage et du refroidissement solaire, des concentrateurs solaires qui utilisent des miroirs pour concentrer les rayons du soleil et générer une chaleur intense, transformant l’eau en vapeur et produisant de l’électricité grâce à certaines machines, et même des fours solaires Les technologies passives consistent à bien orienter les bâtiments par rapport au soleil ou à utiliser des matériaux spéciaux et des modèles architecturaux qui permettent d’exploiter l’énergie solaire.

Cependant, un défaut de l’énergie solaire est que sa rentabilité est vraiment aléatoire, puisqu’elle peut être entre 6 et 10 fois supérieure en juillet par rapport à janvier

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L’énergie éolienne

La force éolienne est connue et exploitée depuis des milliers d’années au travers des moulins à vent et de la navigation, par exemple. Aujourd’hui, nous pouvons exploiter cette énergie à l’aide d’hélices spéciales qui emmagasinent le vent et de machines qui le transforment en énergie électrique. Les éoliennes sont installées sur terre et en mer dans des endroits où le vent atteint une vitesse élevée et constante.

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Eigg, petite île d’une centaine d’habitants dans la mer des Hébrides, en Ecosse, s’est presque entièrement débarrassée des combustibles fossiles. Elle se repose à 98 % sur une source triple d’énergies renouvelables : éolienne, solaire et hydraulique. Dans le détail, ce sont une plate-forme photovoltaïque (50 KWh maximum), trois petites centrales hydro-électriques (110 KWh) et un parc de quatre éoliennes (24 KWh) qui fonctionnent depuis 2008, pour un coût de 2,1 million d’euros. Un générateur diesel et des batteries permettent de garantir un approvisionnement continu.

Un des gros problèmes de l’énergie éolienne, tout comme l’énergie solaire, est que son efficacité est très aléatoire et que la quantité d’électricité qu’elle fournit est très variable, comme on peut le remarquer sur le graphique ci-dessus.

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La biomasse

L’utilisation de la biomasse remonte au temps où l’homme découvrait le feu et se servait encore du bois pour se chauffer et cuire ses aliments ! Il s’agit de l’énergie contenue dans les plantes et les matières organiques. La biomasse des plantes provient du soleil, quand la plante, grâce à la photosynthèse, absorbe l’énergie solaire. Ensuite, les animaux absorbent à leur tour ces plantes ! La biomasse provient de divers secteurs et matières comme le bois, les récoltes (cultivées spécialement pour la production d’énergie), les résidus agricoles et forestiers, les déchets alimentaires et les matières organiques issues des déchets municipaux et industriels. Il existe toute une variété de technologies pour convertir l’énergie de la biomasse en une forme réutilisable.

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Ces technologies changent l’énergie en formes utilisables directement (chaleur ou électricité) ou en d’autres formes telles que le biocarburant ou le biogaz. Il s’agit de l’énergie verte la plus utilisée en Europe à ce jour.

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L’énergie hydraulique

L’eau est également une source renouvelable puisqu’elle se régénère grâce au cycle d’évaporation et des précipitations.

Sa force est connue et exploitée depuis des milliers d’années au travers des barrages, des moulins à eau et des systèmes d’irrigation. Plusieurs technologies permettent d’exploiter l’énergie produite par la chute ou le mouvement de l’eau. Les roues à aubes peuvent la transformer directement en énergie mécanique (moulin à eau), tandis que les turbines et les générateurs électriques la transforment en électricité. Cette énergie est très employée en Europe.

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L’énergie des mers ou énergie marine

C’est une énergie renouvelable très peu exploitée jusqu’ici. Elle désigne l’énergie produite par les vagues et les marées, ainsi que l’énergie thermique de l’océan chauffé par les rayons du soleil. Les océans, qui couvrent presque 70 % de la surface du globe, pourraient constituer la source d’énergie renouvelable du futur, même si, pour l’instant, leur exploitation pour produire de l’électricité n’est pas rentable. Elle englobe également les hydroliennes, fonctionnant telles les éoliennes, mais avec les courants marins, ce qui offre l’avantage d’offrir une production régulière et qui ne dérange pas.

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L’énergie géothermique

L’énergie géothermique désigne l’énergie créée et emmagasinée dans la terre sous forme thermique.

Elle est parfois libérée à la surface par des volcans ou des geysers, mais elle peut aussi être accessible à tout moment, comme dans les sources d’eau chaude. La géothermie peut servir à produire de l’électricité ou à chauffer et refroidir. L’énergie est extraite de réservoirs souterrains enfouis très profondément et accessibles grâce au forage, ou de réservoirs plus proches de la surface. L’énergie géothermique peut également être employée dans un but domestique, grâce aux petites pompes à chaleur, par exemple. Elle est actuellement très peu utilisée mais certains pays parviennent à exploiter un potentiel important, notamment l’Islande. Le potentiel de cette énergie est pour l’instant très faible mais devrait exploser dans les prochaines années grâce à l’amélioration des technologies, qui permettraient d’accéder à la géothermie profonde.

 

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Principaux Avantages et Inconvénients

 

 Energies  Avantages            Inconvénients    
L’énergie solaire -Une fois installée, cette énergie est non-polluante

-Elle peut prendre peu de place et être utilisée au niveau domestique.

-La lumière du soleil est disponible en quantité illimitée et gratuitement.

-Il possède un impact environnemental relativement faible.

-Il n’y a pas de lumière la nuit, la production est aléatoire et dépend des saisons

-Le placement peut modifier l’énergie prise dans les panneaux.

-Les Panneaux sont fragiles.

-leur construction est particulièrement polluante, notamment ceux fabriqués en Chine, à cause de leur matériau principal : le silicium

L’énergie hydraulique -C’est une énergie naturelle non-polluante.

-L’eau est disponible de manière illimitée.

-Il y a la possibilité d’utiliser les surplus d’énergie produits.

 

-Il peut y avoir une perturbation de l’équilibre écologique.

-Les Grands barrages sont couteux.

 

L’énergie éolienne

 

-Le vent est une ressource inépuisable.

-Tout le mécanisme est dans l’éolienne et non pas de grandes usines.

-Il s’agit d’une énergie renouvelable donc non-polluante.

 

-L’impact visuel est important

-Le prix est pour l’instant élevé

-La migration des oiseaux peut être perturbée.

-Tout comme pour l’énergie solaire, sa rentabilité est aléatoire, la production d’électricité pouvant être 10 fois plus ou moins élevée du jour au lendemain

 

L’énergie géothermique

-La pollution n’est pas toxique

-Elle produit beaucoup d’énergie pour peu de place.

-Elle est actuellement peu exploitable de manière générale.

-Le transport de l’énergie des usines.

-Installation couteuse.

-Technologies à développer pour en tirer le meilleur parti

 

La biomasse

-C’est une matière première qui est renouvelable.

-Elle peut être produite indéfiniment en l’utilisant raisonnablement et de façon durable.

-Biodégradable rapidement

-Produits issus de la biomasse sont souvent non-toxiques.

-Elle dégage autant de CO2 qu’elle n’en absorbe (les plantes absorbent du CO2 lors de la photosynthèse)

-La biomasse est l’une des énergies renouvelables  les plus rentables

-La biomasse est disponible partout

-La biomasse peut être  transformée en différentes sources d’énergie (chaleur et électricité notamment)

-Leur rendement énergétique est assez faible.

-Pour produire de l’énergie biomasse il faut occuper des terres arables et donc baisser la production agricole, stopper l’étalement urbain ou déboiser les bois

-Elles dégagent tout de même du CO2.

-Une surexploitation  de la biomasse peut entrainer une déforestation importante et donc un danger pour l’environnement.

-Elle peut provoquer la pollution des eaux et des sols

-Les coûts et les impacts du transport pour amener le bois là où la ressource manque ne sont pas à négliger.

 

L’énergie marine

-Les hydroliennes ne sont pas polluantes.

-C’est une énergie constante et fiable et inépuisable.

-Les hydroliennes sont plus petites et moins visibles que les éoliennes, de plus elles ne font pas de bruit.

-Les courants marins sont relativement constants et leurs variations sont facilement prévisibles.

-Les hydroliennes créent des zones de turbulences, ainsi elles empêchent la sédimentation de s’effectuer correctement et les végétaux ne peuvent pas se développer. Les animaux marins peuvent également être heurtés par les pales de l’hydrolienne

-Le coût de production est élevé.

-Il y a des difficultés d’accès, car l’installation est sous-marine.

 

 

 

Caractéristiques générales de l’Energie Renouvelable

Une Energie dépendant des éléments

Tout d’abord, l’énergie renouvelable est une énergie très aléatoire. L’énergie renouvelable est dans certains cas dépendant de différents facteurs. Par exemple, l’énergie éolienne, qui elle est pour le moins dépendante de la force du vent, est « intermittente », de façon non prédictible ni contrôlable, ce qui entraîne de fortes variations de puissance, voire des arrêts, comme nous pouvons le voir dans les documents suivants, où la rentabilité des éoliennes est très variable selon les jours.

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Ensuite, nous pouvons aussi nous pencher sur le cas de l’énergie solaire qui est elle aussi une énergie intermittente. La rentabilité des panneaux n’est assurée seulement lorsque les panneaux solaires sont correctement positionnés. En outre, une production d’énergie irrégulière, à cause du temps. Les panneaux produisent beaucoup l’été mais les besoins sont faibles. Au contraire, la production d’énergie en hiver est plus faible alors que les besoins sont élevés. L’énergie solaire ne produit qu’en journée et en fonction de la météo, et non en fonction des besoins énergétiques. Il faut donc investir dans des moyens de stockage de l’énergie qui coûtent très cher.

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Sur ce graphique, on peut remarquer une immense évolution de production des panneaux solaires allemands selon les mois, comme cela est évoqué plus haut.

Une Energie coûteuse (pour l’instant)

Ensuite, le prix des énergies renouvelables est le cas qui intéresse le plus de monde. En effet, les énergies renouvelables représentent un objectif intéressant qui doit être développé. Mais pour cela, le prix est la seule étape qui pousse certaines personnes à ne pas opter pour l’énergie verte.

En outre, une énergie renouvelable doit absolument être considérée sur le long terme. Par exemple, le prix d’une éolienne vaut Le coût de fabrication et d’installation d’une éolienne terrestre est estimé à 1.000 € par kilowatt installé, soit 1 million d’euros le mégawatt. L’éolien domestique ou aussi appelé le « petit éolien » correspond à l’installation d’une éolienne chez soi. La puissance de ces éoliennes ne dépasse le 36kW. Le prix de ces éoliennes varie de 10.000€ à 90.000€. Ces offres ne sont intéressantes que si ces éoliennes ne sont installées dans des zones soumises aux aléas du vent.

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Ensuite, le cas des panneaux solaires comme évoqué précédemment est un exemple, des panneaux solaires ont un cout assez élevé, d’environ 10 000 € pour un système de 5 kWc (environ 4250 kWh par an), d’environ 18 000 € pour un système de 10 kWc (environ 8500 kWh par an), d’environ 150 000 € pour un système de 100 kWc (environ 85 000 kWh par an).

Un foyer a environ une consommation de 3.500 kWh (consommation électrique moyenne d’un ménage en Wallonie). Ainsi, les foyers paient 10 000euros pour une installation, afin de bénéficier d’une rentabilité ils vont devoir garder les panneaux photovoltaïques durant 5 ans ou plus. Si ces derniers décident de les retirer au bout de seulement un an, la consommation d’électricité ne sera pas proportionnelle avec le prix payé pour l’installation. Ainsi les énergies renouvelables sont rentables mais seulement à long terme.

Cependant, il est important de noter que les coûts de l’énergie renouvelable sont de plus en plus bas (spécialement avec l’énergie solaire), notamment grâce au développement des technologies. Comme nous pourrons le voir dans la 4ème partie, ces coûts s’abaisseront, contrairement à ceux des autres énergies.

Quelques études de cas

En Europe, la part du renouvelable est en moyenne assez faible pour le moment. Dans certains pays, elle peut même se révéler anecdotique, par exemple à Malte (1,6%).

Cependant, certains pays font remonter la moyenne et c’est pourquoi nous avons voulu rapidement étudier l’exemple de trois pays qui ont misé sur l’énergie verte dont deux européens, le Danemark et la Suède, et le Costa Rica, qui a réussi à utiliser 100% d’électricité verte depuis quelques mois. L’Europe a encore de quoi s’inspirer.

Energies renouvelables au Costa Rica.

Depuis le début de l’année 2015, le mix électrique du Costa Rica se distingue par un taux d’utilisation d’énergies renouvelables qui s’élève à 100% pour sa production d’électricité. Cette performance s’explique par la présence des nombreuses centrales hydroélectriques dans le pays, ainsi que par les installations géothermiques disposées dans le pays, alimentées par les chaînes de volcan.

Quelques chiffres significatifs :

  • En 2012, les centrales hydroélectriques ont permis de produire 7,2 TWh d’électricité « verte» au Costa Rica
  • La même année, les installations géothermiques ont produit 1,4 TWh d’électricité propre, soit une augmentation de 9,6% par rapport à l’année précédente

Le mix électrique du pays en 2012 est le suivant :

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Ce petit pays est dans une situation particulière, puisqu’il dispose d’un potentiel hydraulique, géothermique et éolien très élevé par rapport à sa population, mais il a su les exploiter au mieux pour atteindre cet objectif. Même si ce pourcentage ne concerne que l’électricité, il représente un modèle de réussite pour tous les pays du monde, ceux de l’Europe en premier.

Energies renouvelables au Danemark.

Le Danemark est un pays européen produisant presque la moitié de son électricité à partir de sources renouvelables, avec un pourcentage de 48% en 2012, ce n’est pas négligeable malgré les 49,6% du fossile. Les 2,4% restants sont à l’origine de déchets non renouvelables.

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La dominance de l’éolien au sein des énergies renouvelables s’explique par le développement de l’offshore (image ci-dessus) dans le pays. Le Danemark a d’ailleurs d’ambitieux objectifs dans la filière éolienne, qui devrait produire 50% de l’électricité du pays d’ici 2020

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Energies renouvelables en Suède

La Suède est l’un des rares pays européens à produire leur électricité principalement à partir d’énergies renouvelables, avec un pourcentage d’utilisation d’énergies renouvelables, et qui a déjà dépassé ses objectifs pour 2020.

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L’hydraulique représente à elle seule une production qui atteint les 78,6 TWh, soit une augmentation de 18,1% par rapport à 2011. Ce potentiel hydraulique s’explique grâce aux Alpes scandinaves, l’humidité apportée par le Gulf stream, ainsi que par les nombreux cours d’eau qui traversent la Suède.

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