Les énergies renouvelables sont des formes d'énergies dont la consommation ne diminue pas la ressource à l'échelle humaine. L'expression énergie renouvelable est la forme courte et usuelle des expressions « sources d'énergie renouvelables » ou « énergies d'origine renouvelable » qui sont plus correctes d'un point de vue physique .

 

 

Le soleil est la principale source des différentes formes d'énergies renouvelables : son rayonnement est le vecteur de transport de l'énergie utilisable (directement ou indirectement) lors de la photosynthèse, ou lors du cycle de l'eau (qui permet l'hydroélectricité) et l'énergie des vagues (énergie houlomotrice) la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans (énergie thermique des mers) ou encore la diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’eau douce dans l’eau salée de la mer (énergie osmotique). Cette énergie solaire alliée à la rotation de la terre est à l'origine des vents (énergie éolienne) et des courants marins (énergie hydrolienne).                

 

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 1. Les énergies solaires

 

 

L'énergie solaire est une source d'énergie qui dépend du soleil.

Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité à partir de panneaux photovoltaïques ou des centrales solaires thermiques, grâce à la lumière du soleil captée par des panneaux solaires.

Le soleil, bien que distant de plus de 150 millions de kilomètres de nous, demeure notre plus grande source d'énergie même si elle est intermittente.

C'est une énergie propre qui n'émet aucun gaz à effet de serre et sa matière première, le soleil, est disponible partout dans le monde, gratuite et inépuisable.

Comment fonctionne une installation solaire ?
3 éléments sont nécessaires à une installation photovoltaïque : des panneaux solaires, un onduleur et un compteur. Ces trois éléments permettent de récupérer l’énergie transmise par le soleil, de la transformer en électricité puis de la distribuer à l’ensemble des clients connectés au réseau.
•    Intégrés au toit, les panneaux solaires convertissent directement la lumière en courant électrique continu.
•    L’onduleur permet ensuite de transformer l’électricité obtenue en courant alternatif compatible avec le réseau.
•    Le compteur mes
ure la quantité de courant injectée dans le réseau.

 


 


2. Les énergies éoliennes

 

 

L’énergie éolienne est l’ énergie du vent dont la force motrice est utilisée dans le déplacement de voiliers et autres véhicules ou transformée au moyen d’un dispositif aérogénérateur comme une éolienne ou dans un moulin à vent en une énergie diversement utilisable. L’énergie éolienne est une des formes d' énergie renouvelable .

Elle tire son nom d’ Éole (en grec ancien Αἴολος, Aiolos), le maître des Vents dans la Grèce antique .

 
L’énergie éolienne est utilisée de trois manières :
  • Conservation de l’énergie mécanique  : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule ( navire à voile ou char à voile ), pour pomper de l’eau (moulins de Majorque , éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d’un moulin  ;
  • Transformation en force motrice (pompage de liquides, compression de fluides…) ;
  • Production d' énergie électrique  ; l’ éolienne est alors couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif . Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne au sein d'un système « autonome » avec un générateur d’appoint (par exemple un groupe électrogène ) et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie



3.Énergie photovoltaïque



L’énergie photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou-bien artificielle (une ampoule). L'énergie photovoltaïque est captée par des cellules photovoltaïques, un composant électronique qui produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière. Plusieurs cellules peuvent être reliées pour former un module solaire photovoltaïque ou un panneau photovoltaïque. Une installation photovoltaïque connectée à un réseau d'électricité se compose généralement de plusieurs panneaux photovoltaïques, leur nombre pouvant varier d'une dizaine à plusieurs milliers.

Il existe plusieurs technologies de modules solaires photovoltaïques :

  • les modules solaires monocristallins possèdent le meilleur rendement au m² et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints et pour optimiser la production d'une centrale photovoltaïque.
  • les modules solaires polycristallins représentent une technologie proposant des rendements plus faibles que la technologie monocristalline.
  • les modules solaires amorphes sont des panneaux solaires proposant un rendement largement inférieur aux modules solaires cristallins. Cette solution nécessite donc une plus grande surface pour la même puissance installée.

En France, l'énergie photovoltaïque est produite par de nombreux opérateurs (particuliers, propriétaires de bâtiments industriels ou agricoles…) qui vendent l'électricité produite par leur installation à l’opérateur historique, à des conditions tarifaires régies par la loi. Les tarifs de rachats sont fixés (et plusieurs fois modifiés) par le législateur, de façon à stimuler l’investissement par ces opérateurs (en étant supérieur au prix de vente ordinaire de l’électricité), et par ailleurs de façon à limiter les "effets d’aubaines".


4.Énergie solaire thermique



Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 et 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi, un corps émettant un rayonnement thermique diminue son énergie calorifique et un corps recevant un rayonnement thermique augmente son énergie calorifique. Le soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètre. Ainsi, en rentrant en contact avec un corps, le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. On parle ici d’énergie solaire thermique. Cette source d’énergie est connue depuis très longtemps, notamment par le fait de se positionner à un endroit ensoleillé pour se réchauffer.

L'énergie thermique peut être utilisée directement ou indirectement :

  • directement pour chauffer des locaux ou de l'eau sanitaire (panneaux solaires chauffants et chauffe-eau solaire) ou des aliments (fours solaires),
  • indirectement pour la production de vapeur d'un fluide caloporteur pour entraîner des turbines et ainsi obtenir une énergie électrique (énergie solaire thermodynamique (ou héliothermodynamique)).

L'énergie solaire thermique peut également être utilisée pour la cuisine. Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l'aide d'un cuiseur ou d'un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l'ordre des 150 °C, les paraboles solaires permettent de faire les mêmes plats qu'une cuisinière classique à gaz ou électrique.

À grande échelle, la Fondation Desertec construit dans le Sahara des centrales solaires thermiques à concentration. D'après ses ingénieurs, "Les déserts de la planète reçoivent toutes les 6 heures du soleil l’équivalent de ce que consomme l’humanité chaque année." et quelques centaines de km² d'étendue désertique pourrait satisfaire l'ensemble des besoins énergétiques de la planète.



Chauffe-eau solaire



5.Énergie hydraulique



Les énergies hydrauliques (à l'exception de l'énergie marémotrice) ont leur origine principale dans les phénomènes météorologiques et donc l'énergie solaire. Le soleil provoque l'évaporation de l’eau, principalement dans les océans et en libère une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l'eau pour décrire ces mouvements. L’eau (en fait, la vapeur d'eau) possède, en altitude, une énergie potentielle de pesanteur ; cette énergie peut être captée et transformée dans des barrages hydroélectriques, lors du retour de l’eau vers les océans. Avant l’avènement de l’électricité, les moulins à eau permettaient de capter cette énergie mécanique pour entrainer des machines ou des outils (machines à tisser, moulins à moudre le blé…).

Depuis l’invention de l’électricité cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique.

D'autres énergies hydrauliques existent et proviennent généralement de sources marines :

  • Énergie des vagues : elle est produite par le mouvement des vagues et peut être captée par des dispositifs tels le Pélamis, sorte de vers en métal articulé ou le Searev. Leur puissance correspond à celle d'une petite éolienne.
  • Énergie marémotrice : elle est produite par le mouvement de l’eau créé par les marées (variations du niveau de la mer, courants de marée),
  • Énergie hydrolienne : elle est issue de l'utilisation des courants sous marins,
  • Énergie thermique des mers : elle est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans,
  • Énergie osmotique : elle a pour origine la diffusion ionique qui a lieu lors de l’arrivée et du mélange d’eau douce dans l’eau salée de la mer . L’idée remonte aux années 1970, c'est donc une énergie nouvelle, elle consiste à tirer parti du phénomène d'osmose qui se produit lors du mélange d'eau de mer et d'eau douce (grâce à leur salinité différente). La première centrale osmotique a été ouverte à Hurum en Norvège par la société Statkraft à l'embouchure du Fjord d'Oslo au bord de la Mer du Nord. Il s'agit encore d'un prototype destiné à tester la fiabilité du processus et à en améliorer le rendement, mais l'ouverture d'une première centrale industrielle est prévue pour 2015. Une centrale de la taille d’un terrain de football pourrait produire de l’électricité pour 30 000 ménages. D'après l'entreprise, à terme 50 % de la production électrique de l’Union Européenne pourrait être d'origine osmotique.




6.Biomasse



Indirectement, il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion ou métabolisation. Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites ; cette condition n'est pas toujours remplie. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.

Des cyano-bactéries modifiées pourraient convertir de l'énergie solaire en carburant et consommer du CO2. Cette technique et l'utilisation de ce carburant équilibreraient la production et la consommation de CO2. Par génie génétique, une entreprise a créé et améliore peu à peu cette technique.

Une équipe de recherche de l'université Stanford a montré que la production d'électricité à partir de la biomasse serait plus rentable économiquement et écologiquement que leur transformation et leur utilisation dans les transports en tant que bio-carburant. Pour ce faire, Elliott Campbell et ses collègues ont comparé l’impact et le rendement de la production de l’électricité et de l’éthanol, de leur utilisation mais aussi du cycle de vie des voitures électriques et à moteur thermique. D'après eux, l’option électrique émet deux fois moins de CO2 que l’option bio carburant et 1 hectare de culture permet de parcourir 52 000 km à l’électricité contre 31 000 km à l’éthanol. Pourtant ce constat ne rassure en rien sur les problèmes d'utilisation des sols et d'alimentation mondiale.


7.Énergie géothermique



Un des témoignages les plus anciens date de 2 000 ans avant Jésus-Christ, avec dans les îles Lipari (Italie) l'exploitation d'eau naturellement chaude pour les thermes.

Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Dans les couches profondes, la chaleur de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches qui constituent la croûte terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium.

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie profonde ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent).

En 2009, les trois premiers producteurs sont les États-Unis, les Philippines et l'Indonésie. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales).

Pour autant le géothermique comporte lui aussi des risques au niveau humain. Les techniques évoluent et permettent de chercher la chaleur à de plus grandes profondeurs. Il a été montré que la modification des pressions dans les sous-sols avait un impact sur l'activité sismique. La fréquence des tremblements de terre mais aussi leur puissance peut être augmentée à cause de l'exploitation de cette énergie.


 

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