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A la recherche de l’énergie verte ...
28/06/2012
Au milieu des débats brûlants sur la pénurie des énergies fossiles ou le développement du gaz de schiste ou du nucléaire, les énergies renouvelables font figure de Saint-Graal : la promesse de ressources inépuisables, propres, disponibles à profusion... Mais comme le Saint-Graal, la quête paraît longue, incertaine voire contestée. Les énergies renouvelables sont-elles rentables ? Comment stocker l’énergie produite et l’utiliser ? Nous vous proposons un panorama forcément succinct de la question mais dans lequel vous pourrez puiser de multiples ressources pour partir à la quête de l’énergie verte.


1-Des énergies nouvelles ?

2-Des pistes plus étonnantes
A/ L’énergie de la mer
B/ La géothermie
C/ La biomasse

3-Les dilemmes du renouvelable
A/ L’intermittence
B/ La question du stockage

4-Une nécessaire décroissance ?

1-Des énergies nouvelles ?
Les énergies renouvelables ont été dites « nouvelles » dans les années 1970 pourtant elles s’appuient sur des sources énergétiques utilisées par l’homme depuis longtemps. Mais seules les technologies actuelles ont permis de pleinement les développer.

Doc : 51vEc-SZUeL  SL500, 15.9 ko, 150x150
Energie : des solutions réalistes pour un développement durable, Jean Salençon, 2011, de Vive Voix.
Dans ce CD, Jean Salençon, membre de l’académie des sciences, dresse un rapide et clair portrait des énergies actuelles et futures. S’appuyant sur le premier discours d’Obama devant le congrès en 2009 , il détaille le catalogue des nouvelles « Clean Energie », des énergies propres et renouvelables, de leurs freins actuels mais aussi des recherches en cours, en France et dans le monde.

Doc : 41SZcvbDc0L  SL500, 14.2 ko, 150x150
Pour un panorama plus complet, vous pouvez vous plonger dans Les énergies : comprendre les enjeux, Paul Mathis, Quae, 2011. Cet ouvrage fait un bilan de l’ensemble de la production et de la consommation énergétique à l’heure actuelle et revient sur quelques débats de société : réchauffement du climat, pénurie des énergies fossiles et rentabilité des énergies renouvelables !

Pour commencer, un petit tour d’horizon de ces énergies désormais bien connues...

L’hydroélectricité
est l’énergie renouvelable la plus utilisée au monde (elle représente 16 % de la production mondiale d’électricité). Mais les barrages ont de forts impacts sociaux et environnementaux comme l’a montré la construction du monumental barrage des Trois Gorges en Chine qui a entraîné le déplacement de 4 millions de personnes.
Peu de développements futurs sont également à prévoir, puisqu’on estime qu’un tiers des sites potentiels sont déjà aménagés.

L’énergie du vent

Doc : flickr gareth harper, 7.5 ko, 96x150
Même si en France la production éolienne reste très modeste, elle augmente de 25% par an. L’éolien produit également de l’électricité avec un faible dégagement de gaz à effet de serre.
Les éoliennes « offshore » installées en mer, bénéficient de vents plus réguliers et ainsi d’une meilleure productivité.
Malheureusement là encore les critiques restent importantes : impact négatif sur le paysage, bruit, danger pour les oiseaux. L’irrégularité du vent en fait également une ressource difficile à maîtriser à grande échelle.
Cette énergie est pour l’instant rentable pour ces producteurs grâce à des prix d’achats imposés.

Le solaire photovoltaïque.

Doc : flickr westbywest, 30.2 ko, 150x112
Cette énergie reste également tributaire des variations saisonnières, climatiques et de l’alternance jour-nuit.
Mais elle a un fort potentiel de développement. Selon Paul Mathis, « toute la consommation électrique française serait fournie par 4 000 km² de panneaux solaires, c’est-à-dire un carré de 63 km de côté, soit encore, en gros, 1% de la surface du pays, ou la moitié des 10 000km² de toitures nationales ».
Néanmoins, le coût de fabrication des panneaux est élevé et les éléments utilisés pour leur fonctionnement, tellure, indium sont rares et non renouvelables. De nouvelles recherches par le biais de la technologie en couches minces permettent néanmoins de limiter leur consommation.
Une des pistes les plus prometteuses est offerte par les cellules solaires organiques. Elles sont beaucoup moins chères que les cellules à base de silicium cristallin et peuvent être incorporées à des encres ou peintures (et ainsi couvrir de larges surfaces). Leur rendement reste pour l’instant faible (autour de 5 à 8%) mais est en constante progression.
Le développement limité du photovoltaïque ne lui permet pas encore d’être rentable, est-ce que les fermes solaires règleront ce problème ?

2-Des pistes plus étonnantes
D’autres sources de productions existent :

Doc : 41DsZ3ZBtlL  SL500, 13.3 ko, 150x150
Yan de Kerorguen donne un aperçu dans Energoscope. Guide de toutes les énergies, connues et inconnues des principales sources d’énergies renouvelables ou non qui constituent actuellement des pistes plus ou moins sérieuses. La présentation aérée, les smileys signalant de façon claire les avantages et les inconvénients font de cet ouvrage une bonne base pour l’approche de ces questions.
Nous nous limiterons pour l’instant aux ressources les plus prometteuses :

A/ L’énergie de la mer

-  Les marées et les courants
L’énergie marémotrice est rentable, mais elle nécessite un site adapté : marée importante, baie stable, etc... L’usine marémotrice de la Rance montre que ce modèle est possible mais loin d’être généralisable à grande échelle !

-  Les hydroliennes sont des éoliennes qui n’utilisent pas la force du vent mais celle de le l’eau (qui est 1 000 fois plus dense que l’air).
Ces turbines ont pour avantage d’utiliser une énergie renouvelable (les courants) plus prévisible que l’air sans polluer et sans gêner la faune marine puisque leurs hélices tournent très lentement.
Mais leur utilisation est très coûteuse, en effet les hélices doivent être protégées contre l’érosion, le développement d’algues, etc...de plus elles créent des zones de turbulence dont les conséquences sur la faune et la flore restent encore méconnues.

-  Les vagues

Doc : flickr haute bretagne, 16 ko, 150x100
Par le biais de la houlomotricité : la récupération de l’énergie de la houle. En effet, lorsque les vagues rencontrent un obstacle, elles cèdent une partie de leur énergie qui peut être convertie en courant électrique.
Différentes technologies sont déployées pour récupérer cette énergie :
-  des colonnes d’eau oscillantes côtières qui recueillent les vagues en fin de course. L’eau entre dans un caisson où elle comprime de l’air aspiré quand la mer se retire. Cet air comprimé fait alors tourner une turbine qui entraîne un générateur électrique ;
-  des débordements de chenal  : les vagues s’engouffrent dans un chenal qui se rétrécit de plus en plus. Elles enflent et débordent par-dessus la digue d’un réservoir qui se remplit peu à peu. L’eau du réservoir revient à la mer en passant par une turbine qu’elle fait tourner. Le réservoir peut se trouver sur la côte ou plus loin, sur une plateforme à déferlement flottante. A lire pour en savoir plus : Les vagues un mouvement perpétuel à exploiter

-  La chaleur de la mer : La différence de température entre les eaux chaudes de surface et les eaux profondes permet d’utiliser des pompes à chaleur qui vont vaporiser un fluide et entraîner ainsi des turbines.
Ces techniques sont avant tout expérimentées aux Etats-Unis et au Japon en raison des conditions géographiques nécessaires et des investissements à réaliser !

-  Le sel : L’énergie osmotique s’appuie sur le principe de l’osmose qui veut que le liquide le moins salé cherche à se fondre dans le liquide le plus salé. On peut donc amener de l’eau douce à migrer dans un réservoir d’eau salé à travers une membrane semi-perméable. Cela va entraîner une surpression dans le réservoir ; cette pression peut ensuite être utilisée pour actionner une turbine qui produira de l’électricité.
L’énergie osmotique est renouvelable et permanente mais les coûts d’exploitation liés en particulier à la fabrication des membranes de grande taille (de 200 000 à 250 000 m²) sont pour l’instant très élevés. Seule la Norvège s’est lancée dans le déploiement de cette technologie à grande échelle. Une usine est installée dans le sud-est du pays, à long terme, elle pourrait produire 10% de la consommation énergétique norvégienne.

B/ La géothermie

La plus grande partie de la chaleur du sous-sol est assurée par la désintégration d’éléments radioactifs naturels comme l’uranium, le potassium, le thorium. La chaleur augmente avec la profondeur, elle s’élève de 3°C tous les 100 mètres.
Certains pays peuvent grâce à leur géologie tirer profit de cette ressource, comme l’Islande où la géothermie représente 66% de la production d’énergie.
Dans certaines régions volcaniques, on atteint 150°C ou plus, à moins de 1 000m de profondeur. Des eaux souterraines sont ainsi chauffées et donnent de la vapeur d’eau, utilisée pour produire de l’électricité, comme en Guadeloupe.

Différentes techniques peuvent permettre d’utiliser également la géothermie dans des conditions moins favorables :
-  ainsi la géothermie basse énergie s’appuie sur des couches de roches perméables « aquifères » à des températures entre 30°C et 100°C. Elle est souvent utilisée pour le chauffage urbain comme dans les bassins parisien et aquitain.
-  Une autre possibilité encore expérimentale, est de creuser vers 5 000m, en certains endroits où l’on atteint des roches très chaudes vers 200°C (Cette solution est étudiée en Alsace, Massif Central et en Provence).

Hormis le potentiel photovoltaïque, la France ne semble pas nécessairement bien fournie en terme d’énergies renouvelables disponibles. Elle ne pourra pas, comme l’Islande, extraire l’essentiel de sa production énergétique de la géothermie. Pour l’association Négawatt, dont nous reparlerons un peu plus bas, une énergie se détache néanmoins dans les scénarios futurs, il s’agit de la biomasse, dans leur scénario, elle représente plus de 45% de l’approvisionnement total en énergie en 2050.

C/ La biomasse

La seule énergie vraiment verte, selon Paul Mathis dans Les énergies, Comprendre les enjeux, contrairement aux photovoltaïques et à l’éolien.
Pour comprendre le caractère ambivalent de la biomasse, nous vous recommandons la lecture de deux pages du site de Bertrand Barre, ancien ingénieur au Commissariat à l’Energie Atomique. L’une détaille la biomasse traditionnelle , c’est à dire l’utilisation très ancienne par l’homme du bois de chauffe, des déchets agricoles et déjections animales, comme énergie de chauffage, mais qui peut être polluante et destructrice d’espaces naturels. L’autre s’intéresse aux usages modernes de la biomasse dont la production globale de Co² dépend également des variétés et du processus de transformation choisis...
Tous bilans faits, aux Etats-Unis, le bioéthanol de maïs exige pour sa production 80 % de l’énergie qu’il pourra fournir, et son usage à la place d’essence n’économise que 15 % des émissions de gaz à effet de serre au kilomètre parcouru. En revanche, au Brésil où, en outre, une partie de l’énergie de transformation de la canne à sucre vient de la combustion de la bagasse (résidus ligneux qui reste quand on a extrait le sucre), l’économie de CO2 frôle les 90 %. En Asie, l’invasion des plantations de palmiers à huile se fait au détriment des forêts tropicales.

3-Les dilemmes du renouvelable

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Dans 21 énergies renouvelables insolites pour le 21ème siècle, Denis Bonnelle et Renaud de Richter, détaillent des projets atypiques : cheminées solaires, ou éoliennes de haute altitude grâce à des cerfs-volants ( !) et reviennent sur les dilemmes majeurs posés par les énergies renouvelables : l’intermittence de la production et la question du stockage de l’énergie.


A/ L’intermittence des énergies renouvelables
peut être contournée dans des projets qui s’appuient sur un territoire international : comme le projet photovoltaïque « Désertec ». La technique envisagée est celle des centrales solaires thermodynamiques à concentrateurs, c’est-à-dire utilisant des miroirs paraboliques pour produire de la vapeur d’eau à très haute température et sous forte pression, qui fait tourner une turbine et un alternateur produisant de l’électricité couplé avec un programme éolien dans le nord de l’Europe par exemple.


B/ La question du stockage
 :

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Avec la disparition des réserves fossiles, le problème du stockage de l’énergie va se poser de façon plus criante. En effet les énergies renouvelables fournissent avant tout de l’électricité difficile à entreposer en masse.
Plusieurs solutions sont envisagées :

-  Les batteries :
Solution privilégiée pour le stockage dans le domaine des transports. Pour l’instant la technologie des véhicules hybrides permet une économie de consommation d’hydrocarbures, alors que la rentabilité des véhicules électriques est loin d’être aussi claire...Se pose également le problème du coût des batteries au lithium. Mais l’augmentation du coût des énergies fossiles rendra peut-être caduc cet écart !
Plus original, les véhicules électriques ou hybrides pourraient également servir à réguler nos futurs réseaux énergétiques : les batteries seraient chargées dans les périodes de forte production d’énergie et cette énergie pourrait éventuellement être utilisée en période de pointe pour soulager le réseau.

Une des technologies les plus prometteuses dans ce domaine est celle développée pour les supercondensateurs. Utilisant le principe de la double couche électrochimique, ces condensateurs emmagasinent moins d’énergie que des batteries classiques mais offrent la possibilité de la délivrer dans un temps court, leur durée de vie (cycle de charge et de décharge) est également 100 fois plus important que les batteries.

-  Les stations de transfert d’énergie par pompage
Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) sont des installations hydroélectriques qui puisent aux heures creuses de l’eau dans un bassin inferieur afin de remplir une retenue en amont (lac d’altitude). L’eau est ensuite turbinée aux heures pleines. L’électricité de ces stations est appelée essentiellement en période de pointe. Les STEP interviennent en dernier recours notamment en raison du coût de l’eau à remonter (alimentation électrique).

-  L’hydrogène est un rêve ancien que Jules Verne avait anticipé dans L’île mystérieuse (écrit en 1874)...

Doc : 51Ohci57+NL  SL500, 17 ko, 150x150
« Et qu’est-ce qu’on brûlera à la place du charbon ?
L’eau, répondit Cyrus Smith
L’eau, s’écria Pencroff, l’eau pour chauffer les bateaux à vapeur et les locomotives, l’eau pour chauffer l’eau !
Oui, mais l’eau décomposée en ses éléments constitutifs, répondit Cyrus Smith, et décomposée, sans doute, par l’électricité, qui sera devenue alors une force puissante et maniable, car toutes les grandes découvertes, par une loi inexplicable, semblent concorder et se compléter au même moment. Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir... (...) L’eau est le charbon de l’avenir. »
En fait cette réaction (électrolyse de l’eau) n’est pas facile, elle demande beaucoup d’énergie, elle est très lente... D’autres solutions ont donc été trouvées.

L’hydrogène est un vecteur énergétique. Il n’existe pas à l’état naturel (il est toujours associé à d’autres éléments) mais au même titre que l’électricité, il peut transmettre de l’énergie d’un point à un autre. Contrairement à l’électricité, son stockage est beaucoup plus facile mais son coût est très élevé et sa densité énergétique est faible ! Il présente l’avantage de ne pas dégager de Co² quand on le brûle.
Si vous voulez en savoir plus sur la fabrication de l’hydrogène, nous vous conseillons les ressources suivantes :

-  Le méthane : principal composant du gaz naturel et du biogaz. 3 possibilités pour produire en tant qu’énergie renouvelable :

  • la fermentation de matières organiques
  • la gazéification du bois
  • la méthanisation : réaction chimique qui consiste à combiner de l’hydrogène avec du gaz carbonique pour obtenir de l’eau, du méthane et de la chaleur.
    Ce gaz peut être stocké dans cavités souterrains aquifères ou salines déjà utilisées pour stocker le gaz naturel. Le méthane peut également être acheminé par les mêmes structures de transport et de distribution que le gaz naturel, permettant ainsi une transition en douceur.

-  La complémentarité
On s’oriente désormais vers des solutions mixtes : l’intermittence des énergies renouvelables, les problèmes de stockage, la performance plus faible de ces énergies comparées aux ressources fossiles conduisent à inventer et optimiser de nouveaux systèmes de production de l’énergie et d’organisation des réseaux de distribution.
On peut citer comme exemples :

  • Le principe de la cogénération(expliqué à l’aide de schéma simple sur le site de la Fondation Nicolas Hulot), qui consiste à produire à partir d’une source d’énergie en même temps et dans la même installation de l’énergie thermique (chaleur) et de l’énergie mécanique. Il permet d’atteindre des rendements de 90 %. Pour en savoir plus, une référence : La cogénération de Méziane Boudellal, Paris, L’Usine nouvelle, 2010.
  • Le smart grid ou "réseau de distribution d’électricité intelligent", qui utilise des technologies informatiques de manière à optimiser la production, la distribution, la consommation ainsi que la relation offre et demande entre producteurs et consommateurs d’électricité.

4- Une nécessaire décroissance ?

Pour Serge Enderlin, l’auteur de Volt ! La voiture électrique sauvera-t-elle le monde ? comme pour l’association Négawatt la conclusion est dans un certain réalisme énergétique, la technologie ne permettra pas de rester au niveau de dépense énergétique actuelle... Des économies d’énergies restent nécessaires.

Doc : 41Uuea1gwYL  SL500, 9.1 ko, 150x150
Volt ! : la voiture électrique sauvera-t-elle le monde ?, Serge Enderlin, 2012.
Ce livre présente un tour du monde des industries qui se sont lancées dans la production de voitures électriques et met en avant derrière la façade du progrès vert, les écueils rencontrés et les problèmes écologiques cachés de cette croissance technologique.

Doc : 41c6amiNznL  SL500, 15.4 ko, 150x150
Manifeste négaWatt : réussir la transition énergétique, Association NégaWatt ; écrit par Thierry Salomon, Marc Jedliczka, 2011.

Ce manifeste est le plaidoyer de l’association du même nom avec pour mots d’ordre : sobriété, efficacité, renouvelables.
Le pari développé par l’association : avec une place prépondérante laissée à la biomasse (45% de l’approvisionnement total en énergie en 2050), et l’essor des autres formes d’énergies renouvelables, n’est possible qu’avec une réduction de nos besoins énergétiques dans tous les aspects de notre vie quotidienne : bâtiment, transport, consommation. Ce scénario n’est donc pas seulement technique et scientifique mais nécessite des changements politiques (aussi bien dans les contraintes fiscales que les investissements ...) ainsi qu’un changement de mentalité de l’ensemble des citoyens...



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