Energies renouvelables

Les sources d’énergie sont qualifiées de renouvelables lorsqu’elles sont en mesure de se régénérer et si elles sont inépuisables dans l’échelle de l’humanité. Leur utilisation ne menace pas leur présence dans le futur.
Les sources d’énergie renouvelables sont le rayonnement solaire, le vent, l’eau des fleuves et des mers, la chaleur de la terre, les biomasses.

Énergie solaire

L’energia solare est l’énergie électrique ou thermique produite grâce au rayonnement électromagnétique provenant du soleil.

Sur l’orbite terrestre, en dehors de l’atmosphère, le rayonnement moyen est de 1367 W/m² (la soi-disant “constante solaire”). Le rayonnement est en revanche inférieur sur la surface de la terre à cause de l’action filtrante de l’atmosphère (variable en fonction des conditions météorologiques et de la latitude).

L’énergie solaire peut être utilisée pour générer de l’électricité ou de la chaleur. Les principales technologies actuellement disponibles pour transformer l’énergie du soleil en énergie exploitable sont au nombre de trois:

• Le panneau solaire thermique exploite le rayonnement solaire pour y chauffer un fluide thermovecteur ; ce dernier cède à son tour la chaleur de l’eau se trouvant dans un réservoir d’accumulation au moyen d’un échangeur de chaleur.
• Le panneau solaire photovoltaïque exploite les propriétés de certains éléments particuliers (appelés “semi-conducteurs”), pour produire de l’énergie électrique quand les panneaux sont frappés par la lumière du soleil.
• Le panneau solaire à concentration exploite une série de miroirs paraboliques pour concentrer le rayonnement solaire dans un conduit récepteur où s’écoule un fluide thermovecteur, ou une série de miroirs pour concentrer le rayonnement à l’extrémité d’une tour où est placée une chaudière remplie de sels liquides. Dans les deux cas, le fluide récepteur est chauffé à de très hautes températures (400°C ~ 600°C) et peut être exploité pour produire de la vapeur surchauffée, envoyée dans une turbine pour générer de l’énergie électrique.

Énergie éolienne

L’énergie éolienne est l’énergie (généralement électrique) produite grâce à la conversion de l’énergie cinétique du vent. Cette énergie électrique est produite au moyen de générateurs éoliens qui peuvent être à axe vertical ou à axe horizontal.

L’efficience maximum d’une installation éolienne peut être calculée en utilisant la loi de Betz, qui démontre comment l’énergie maximum qu’un générateur commun peut produire est égale à 59,30 % de l’énergie du vent qui passe à travers. Cette efficience est très difficile à obtenir. En effet un aérogénérateur offrant une efficience comprise entre 40 % et 50 % est considéré comme excellent.

Aujourd’hui, l’énergie éolienne est la première des énergies renouvelables pour ce qui est du rapport entre coût et production. En effet, les installations éoliennes permettent d’importantes économies d’échelle, qui abattent le prix du kWh électrique grâce à l’utilisation de longues pales efficientes en mesure de produire un grand nombre de MW chacune.

Les installations éoliennes ont toutefois un impact acoustique et paysagistique considérable. Une puissance électrique supérieure équivaut à d’importantes économies sur les coûts de production, mais aussi à des pales plus longues et visibles de loin. Pour cette raison, malgré les avantages économiques et l’efficience des installations à grande échelle, on opte la plupart du temps pour une solution de compromis entre les retombées économiques et l’impact environnemental.

Énergie hydroélectrique

L’énergie hydroélectrique exploite la transformation de l’énergie potentielle gravitationnelle que présentent les masses d’eau d’altitude en énergie cinétique. Cette énergie cinétique est en fait transformée en énergie électrique grâce à une turbine accouplée à un alternateur.

Il existe différents types d’installations hydroélectriques: dans les centrales avec chute d’eau sont exploitées de grandes hauteurs de chute, généralement disponibles dans les régions montagneuses ; alors que dans les centrales à eau courante sont utilisées de grands débits d’eau fluviale présentant des dénivellations même très réduites.

Puis il existe des centrales appelées centrales de pompage, qui présentent un bassin en amont et un bassin en aval : l’eau qui a généré de l’énergie électrique pendant la journée en passant dans les turbines peut être ramenée du bassin en aval au bassin en amont pendant les heures de faible demande d’énergie (par exemple la nuit) à travers le pompage, en utilisant pour ce faire l’énergie électrique à bas coût produite par les centrales qu’il convient de maintenir en fonction et qui n’est pas cumulable autrement.

Énergie marine

Cette énergie représente l’énergie qui peut être extraite des mers et des océans sous différentes formes.

Il existe différentes technologies pour l’extraction de cette énergie, aujourd’hui toutes en phase expérimentale ou pré-commerciale : parmi ces technologies, les plus prometteuses sont l’énergie des courants marins, l’énergie du mouvement des vagues et l’énergie des marées (ou énergie marémotrice).

Énergie géothermique

L’énergie géothermique, qui représente à ce jour moins de 1 % de la production mondiale d’énergie, est générée en exploitant la chaleur endogène de la terre.

Il existe deux typologies d’énergie géothermique: l’énergie classique, relative à l’exploitation d’anomalies géologiques ou vulcanologiques (geyser, soufflards d’acide borique, eaux thermales) pour produire de l’énergie électrique et thermique, et plus récemment, l’énergie relative à l’exploitation du sous-sol comme réservoir thermique d’où extraire de la chaleur pendant la saison froide et où en céder pendant la saison chaude.

Énergie de biomasses

Les biomasses sont les substances, d’origine animale ou végétale, qui peuvent produire de l’énergie si elles sont utilisées comme combustibles. Certaines substances comme le bois ne requièrent aucun traitement avant de subir la combustion, d’autres doivent être soumises à une digestion anaérobique ou fermentation.

La fermentation des végétaux riches en sucre peut produire du bioéthanol, utilisable pour alimenter les moteurs à explosion, pour remplacer ou en solution avec l’essence.

La transestérification avec alcool méthylique de certaines huiles végétales (par exemple l’huile de colza ou de tournesol) peut donner le biodiesel, utilisable dans les moteurs Diesel pur ou mélangé avec du gasoil traditionnel.

Par ailleurs les végétaux cultivés, les déchets végétaux et les eaux usées d’origine animale peuvent être soumis à une digestion ou fermentation anaérobique (sans oxygène). La biomasse est enfermée dans un digesteur dans lequel se développent des microorganismes qui, avec la fermentation des déchets, forment le biogaz. Après un traitement de dépuration, ce dernier peut être utilisé comme carburant ou comme combustible pour le chauffage et la production d’énergie électrique.