Energies renouvelables

Les 5 familles des énergies renouvelables

Fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la terre, les chutes d’eau, les marées ou encore la croissance des végétaux, les énergies renouvelables n’engendrent pas ou peu de déchets ou d’émissions polluantes. Elles participent à la lutte contre l’effet de serre et les rejets de CO2 dans l’atmosphère, facilitent la gestion raisonnée des ressources locales, génèrent des emplois. L' energie solaire (energie solaire photovoltaïque, energie solaire thermique), l’hydroélectricité, l’éolien, la biomasse, la géothermie sont des énergies flux  inépuisables par rapport aux « énergies stock » tirées des gisements de combustibles fossiles en voie de raréfaction : pétrole, charbon, lignite, gaz naturel.

Entrez dans l’univers des énergies renouvelables : Quelles sources d’énergies ? Pour quels besoins ? Comment les capter, les transformer ? Sous quelle forme les utiliser ?

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L’énergie solaire photovoltaïque

L’energie solaire photovoltaïque est une energie renouvelable qui provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité au sein de matériaux semi-conducteurs comme le silicium ou recouverts d’une mince couche métallique. Ces matériaux photosensibles ont la propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure. C’est l’effet photovoltaïque. L’énergie est apportée par les photons, (composants de la lumière) qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant un courant électrique. Ce courant continu de micropuissance calculé en watt crête (Wc) peut être transformé en courant alternatif grâce à un onduleur. L’électricité produite est disponible sous forme d’électricité directe ou stockée en batteries (énergie électrique décentralisée) ou en électricité injectée dans le réseau. Un générateur solaire photovoltaïque est composé de modules photovoltaïques eux même composés de cellules photovoltaïques connectées entre elles. Les performances d’une installation photovoltaïque dépendent de l’orientation des panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles vous vous trouvez. En France il existe un prix du kilowattheure solaire et vous pouvez consommer et vendre du courant photovoltaïque. L’avenir du photovoltaïque dans les pays industrialisés passe par son intégration sur les toits et les façades des maisons solaires.

Le solaire thermique basse température

Les rayons du soleil, piégés par des capteurs thermiques vitrés, transmettent leur energie renouvelable (energie solaire) à des absorbeurs métalliques - lesquels réchauffent un réseau de tuyaux de cuivre où circule un fluide caloporteur. Cet échangeur chauffe à son tour l’eau stockée dans un cumulus. Un chauffe-eau solaire produit de l’eau chaude sanitaire ou du chauffage généralement diffusé par un "plancher solaire direct". Tous les dispositifs qui agissent comme capteurs solaires thermiques sont de plus en plus intégrés dans les projets d’architecture bioclimatique (maisons solaires, serres, murs capteurs, murs Trombe…). Les capteurs solaires thermiques et les chauffe-eau solaires connaissent une croissance spectaculaire en France. Crédit d’impôt et aides des collectivités locales sont particulièrement incitatives.

Le solaire thermique haute température

La concentration du rayonnement solaire sur une surface de captage permet d’obtenir de très hautes températures généralement comprises entre 400 C et 1 000 C. La chaleur solaire (energie solaire) produit de la vapeur qui alimente une turbine qui alimente elle-même un générateur qui produit de l’électricité, c’est l’héliothermodynamie. Trois technologies distinctes sont utilisées dans les centrales solaires à concentration pour produire cette energie solaire. Dans les concentrateurs paraboliques, les rayons du soleil convergent vers un seul point, le foyer d’une parabole. Dans les centrales à tour, des centaines voire des milliers de miroirs (héliostats) suivent la course du soleil et concentrent son rayonnement sur un récepteur central placé au sommet d’une tour. Troisième technologie : des capteurs cylindro-paraboliques concentrent les rayons du soleil vers un tube caloporteur situé au foyer du capteur solaire. Après plusieurs années de sommeil l'energie solaire haute température repart de plus belle notamment dans les pays de la « sun belt ». Découvrez les installations expérimentales solaires thermodynamiques : fours solaires à concentration, cheminées solaires et les grandes centrales thermodynamiques en service et en projet de cette importante filière energie renouvelable qu'est l'energie solaire.

L’énergie éolienne

Comme les moulins à vent du passé, les éoliennes génèrent une energie renouvelable (energie eolienne) alimentant des outils mécaniques ou électriques. Les pales du rotor des grandes éoliennes ou aérogénérateurs captent l’énergie cinétique du vent et entraînent un générateur électrique pour produire des kilowattheures propres et renouvelables qu'est l'energie eolienne. Une éolienne de nouvelle génération développe en général une puissance d’environ 2 MW (2 millions de watts). Chaque machine de 2MW est capable d’alimenter environ 2 000 foyers (hors chauffage). Aujourd’hui, la France compte plus de 2 500 MW installés et les aérogénérateurs font désormais partie du paysage.

L’énergie hydraulique – l’hydroélectricité.

À L’image des moulins à eau de jadis, l’hydroélectricité ou production d’électricité par captage de l’eau est apparue au milieu du XIXe siècle. L'eau fait tourner une turbine qui entraîne un générateur électrique qui injecte les Kilowattheures sur le réseau. L'énergie hydraulique représente 19% de la production totale d'électricité dans le monde et 13% en France. C’est la source d'énergie renouvelable la plus utilisée. Cependant, tout le potentiel d'energie renouvelable hydroélectrique mondial n’est pas encore exploité.

La petite hydraulique

Si toutes les installations de petite puissance sont regroupées sous le terme de petite centrale hydraulique (PCM), on distingue la pico-centrale : inférieure à 20 kW, la microcentrale : de 20 kW à 500 kW, la mini-centrale : de 500 kW à 2 MW, et la petite centrale : de 2 à 10 MW. Construite au fil de l’eau, la petite hydroélectricité ne demande ni retenue ni vidanges ponctuelles susceptibles de perturber l’hydrologie, la biologie ou la qualité de l’eau. Les microcentrales hydroélectriques fonctionnent comme les grandes centrales des barrages qui exploitent l'énergie des fleuves. Le potentiel français de création de PCH est estimé à au moins 1 000 MW Énergie décentralisée, la petite hydroélectricité maintient ou crée une activité économique dans les zones rurales.

Les énergies marines

La filière des énergies marines est une energie renouvelable qui va beaucoup se developper dans un avenir proche. Appelées aussi énergie des océans ou thalasso-énergies, elle utilise les flux d’energies naturelles fournies par les mers et les océans. On recense : la houle, l’énergie des vagues, l’énergie des courants, l’énergie des marées et l’énergie thermique des mers (ETM) qui travaille sur le gradient thermique entre les couches d’eau de surface et celle des profondeurs. L’hydroélectricité marine fait appel à des techniques connues : usine marémotrice de la Rance (barrage marémoteur) ou en pleine expérimentation : houlogénérateurs (systèmes à colonne d’eau oscillante, systèmes à déferlement), hydroliennes (hélices sous-marines ou éoliennes sous-marines), ailes planes battantes ou oscillantes, roues à aubes flottantes…

Biomasse

Ce sont tous des matériaux d’origine biologique employés comme combustibles pour la production de chaleur, d’électricité ou de carburants.

La géothermie

La géothermie est l’exploitation de la chaleur stockée dans le sous-sol. L’utilisation des ressources géothermales se décompose en deux grandes familles : la production d’électricité et la production de chaleur. En fonction de la ressource, de la technique utilisée et des besoins, les applications sont multiples. Le critère qui sert de guide pour bien cerner la filière est la température. Ainsi, la géothermie est qualifiée de « haute énergie » (plus de 150°C), « moyenne énergie » (90 à 150°C), « basse énergie » (30 à 90°C) et « très basse énergie » (moins de 30°C).

Les biocarburants

Les biocarburants, parfois appelés agrocarburants, sont issus de la biomasse. Il existe principalement deux filières industrielles : l'éthanol et le biodiesel. Ils peuvent être utilisés purs comme au Brésil (éthanol) ou en Allemagne (biodiesel), ou comme additifs aux carburants classiques. L'éthanol est produit en France à 70 % à partir de la betterave, et à 30 % à partir de céréales. Le biodiesel est issu des graines oléagineuses (colza, tournesol).

Le biogaz

Ce sont les matières organiques qui libèrent le biogaz lors de leur décomposition selon un processus de fermentation (méthanisation). On l’appelle aussi « gaz naturel renouvelable » ou encore “gaz de marais”, par opposition au gaz d’origine fossile. Mélange de méthane et de gaz carbonique additionné de quelques autres composants, le biogaz est un gaz combustible. Il sert à la production de chaleur, d’électricité ou de biocarburant. Le biogaz peut être directement capté dans les centres d’enfouissement des déchets ou produit dans des unités de méthanisation. Sous-produits de l’industrie agro-alimentaire, boues des stations d’épurations, lisiers, animaux ou déchets agricoles peuvent être méthanisés dans des unités industrielles.

Bois-énergie ou biomasse solide

Le bois est une énergie renouvelable. C’est la principale ressource ligneuse, mais il faut également prendre en compte d’autres matières organiques telles que la paille, les résidus solides des récoltes, les grappes de maïs, la bagasse de la canne à sucre, les grignons d’olives … En France, comme dans la plupart des pays européens, le prélèvement forestier reste inférieur à l’accroissement naturel de la forêt le bilan carbone est donc positif. Il existe aujourd’hui des appareils à combustible bois innovants et efficaces à disposition des particuliers comme des collectivités ou des industries. Les chaudières à biomasse brûlent différents biocombustibles : granulés de bois, bûches, plaquettes forestières, sciures ou coupeaux.

L'architecture bioclimatique

Architecture passive, maison solaire, bâtiment à énergie positive, haute qualité environnementale, haute performance énergétique ... sont autant de noms pour parler de l'architecture bioclimatique. Ce mode de conception architectural consiste à trouver le meilleur équilibre entre le bâtiment, le climat environnant et le confort de l’habitant. L’architecture bioclimatique tire le meilleur parti du rayonnement solaire et de la circulation naturelle de l’air pour réduire les besoins énergétiques, maintenir des températures agréables, contrôler l’humidité et favoriser l’éclairage naturel.