Les énergies renouvelables

On nous parle beaucoup, dans les médias, des énergies revouvelables. Ce terme fourre-tout pour beaucoup ne signifie plus qu’une formule creuse à  la limite langue de bois politique. Nous vous proposons ce rapide aide mémoire.
Les énergies renouvelables (soleil, vent, eau, biomasse) sont présentes partout. Elles sont inépuisables gràce aux cycles naturels. Mais elles sont aussi diffuses et pour la plupart irrégulières. Elles nous demandent donc de l’économie dans nos consommations : une qualité oubliée.

A moyen terme (5 à  10 ans), le développement de la technologie des piles à  combustible (stockage de l’énergie électrique sous forme d’hydrogène) devrait permettre de s’affranchir du caractère aléatoire des énergies renouvelables : s’ouvrira alors vraiment « l’ère du soleil » qui verra ces formes d’énergies écologiques remplacer peu à  peu les formes traditionnelles que sont les fossiles ou le nucléaire, pour le plus grand bien de la sécurité d’approvisionnement, du développement de l’emploi local et de la protection de l’environnement.

La Commission européenne dénonce le faible développement des énergies renouvelables en Europe et préche pour un doublement de leur part de marché d’ici 2010. Comment donner un coup de fouet à  ce marché ?

La commission a bien préconisé quelques voeux pieux à  ses membres mais il y a fort à  parier que la mise en chantier de ces énergies gratuites, chez nous en France, se heurtera toujours au mur des tracas administratifs, voire sabotage délibéré, mis en place par l’Etat et les politiques pour préserver le monopole EDF, malgré les récents bidouillages de son statut.
LES ENERGIES RENOUVELABLES AUTREFOIS
Moulins à  eau, à  vent, bois de feu, traction animale, bateaux à  voile : les énergies renouvelables ont largement contribué au développement de l’humanité depuis la nuit des temps. Elles constituaient une activité économique à  part entière, notamment en milieu rural où elles étaient aussi importantes et aussi diversifiées que la production alimentaire. Ainsi, il y avait en France sous Vauban 65000 moulins à  eau, 15000 usines hydrauliques et 16000 moulins à  vent.

Une des caractéristiques de la révolution industrielle, le remplacement des ER traditionnelles par les fossiles (charbon d’abord, pétrole plus tard), gomma ce rôle.

Parallèlement à  la disparition de certaines technologies, comme la marine à  voile, d’autres comme l’hydraulique ont pu évoluer, ou, comme c’est le cas pour le bois-énergie, se maintenir dans les usages traditionnels.

Ce n’est qu’en entrant dans le XXe siècle que les ER ont perdu leur primauté… avant de la retrouver au XXIème ?

A noter, qu’en France :

– la part des ER dans la production d’énergie primaire est de 22,2 %,

– la part des ER dans la consommation d’énergie primaire est de 11,2 %,

– sans l’hydraulique, les ER ne représentent plus que 5 % de la consommation primaire.

D’autre part, la biomasse (voir plus loin) couvre la quasi totalité des 12 Mtep(millions tonnes équivalent pétrole) d’origine renouvelable.

Enfin, le taux d’indépendance énergétique de la France (rapport entre la production et la consommation d’énergie primaire) n’est que de 49 %, et il tend à  diminuer à  cause de l’augmentation de la consommation de pétrole (il était de 52 % en 1996). (Sources : Ministère de l’économie, des finances et de l’industrie)
LES ENERGIES RENOUVELABLES EN EUROPE
Par ailleurs, il est bon de noter qu’il existe de fortes disparités entre les parts d’énergies renouvelables dans les consommations primaires des différents états membres.

L’Autriche et la suède, rejoints par le Danemark, les Pays-Bas et l’Allemagne emportent largement le trophée des pays les plus favorables aux énergies renouvelables.

LA PRODUCTION DE CHALEUR PAR LES ENERGIES RENOUVELABLES

Le bois-énergie

Le bois est une énergie peu coûteuse et très répandue. Le chauffage au bois produit plus de 9 Mtep par an, soit 3,6 % des besoins primaires. Il représente la quasi-totalité de la production de chaleur par voie renouvelable.

Les appareils indépendants au bois tels que les foyers fermés, inserts et poëles sont la catégorie prédominante sur le marché. Il faut savoir qu’il existe aussi une nouvelle génération de chaudières à  bûches pour le chauffage central. Ces chaudières à  combustion inversée sont équipées d’un ventilateur qui souffle l’air comburant ou qui extrait les gaz de combustion. Elles présentent de multiples avantages notamment des émissions polluantes réduites, une grande autonomie (jusqu’à  12 h).

L’avenir du bois-énergie passe aussi par la réalisation de réseaux de chaleur. Alimentés par des chaudières, ils distribuent de l’eau chaude pour les logements individuels et collectifs, les mairies, les écoles, les piscines, etc…

La méthanisation – Le biogaz: Valoriser ce gaz qui sommeille dans nos déchets

La méthanisation est un phénomène biologique par lequel la matière organique est transformée en biogaz par des bactéries vivant en l’absence d’oxygène (fermentation anaérobie). Elle se produit naturellement au fond d’une mare envasée ou dans une décharge. Elle sert à  détruire la fraction biodégradable, susceptible de polluer, des déchets organiques de toute nature.

Au départ employée pour traiter les boues d’égout, cette technologie a ensuite été développée pour traiter les déjections d’élevage (gaz de fumier), puis dans les années 70, les effluents des industries agro-alimentaires, papetières, chimiques et, plus récemment pour les déchets ménagers.

Le biogaz est composé de méthane principalement, de gaz carbonique et de traces d’autres gaz (composés soufrés). Il peut étre employé à  l’état brut sur des chaudières, groupes électrogènes, générateurs d’air chaud. Le biogaz est aussi utilisable comme carburant automobile, après épuration aux normes du gaz naturel : il est identique au GNV (gaz naturel pour véhicules).

Le solaire thermique

A ne pas confondre avec le solaire «photovoltaïque» où les cellules transforment la lumière en électricité ! Les capteurs solaires thermiques convertissent directement le rayonnement solaire en chaleur. Cette dernière est récupérée par un fluide caloporteur (eau glycolée ou air), qui s’échauffe en circulant dans un absorbeur placé sous un vitrage.

Les capteurs thermiques permettent de produire de l’eau chaude pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage, ou de l’air chaud pour le chauffage ou le séchage des fourrages.

Pour le chauffage, la technique du plancher solaire direct (PSD) est un système très confortable de chauffage par le sol à  basse température. L’eau chauffée circule directement dans le plancher dont l’épaisseur est suffisante pour accumuler l’énergie en vue des périodes plus froides. Dès que la saison de chauffage prend fin, il est possible de produire de l’eau chaude sanitaire.

Le four solaire 

Le premier programme expérimental d’obtention de hautes températures à  l’aide de concentration de rayonnement solaire, renouant ainsi avec les travaux de Lavoisier au XVIIIème siècle.

Le premier « poste de chauffage solaire » de 2 kW utilise un concentrateur parabolique de projecteur de défense antiaérienne en monture polaire. Un nouvel outil est né pour la chimie et la métallurgie à  haute température. Cette étape conduit à  la construction du four solaire de 50 kW de Mont-Louis et considéré comme la maquette d’un four solaire industriel futur. Cet appareil servira de modèle pour la construction et l’utilisation de nombreux fours solaires dans le monde.

Le rayonnement solaire est réfléchi par des héliostats asservis au mouvement apparent du soleil. L’ensemble donne un faisceau unique, parallèle à  l’axe du miroir parabolique qui reçoit le maximum d’énergie puis concentre le faisceau au foyer, où la température peut atteindre 3.800°C.
L’inconvénient majeur est sa totale inefficacité la nuit.

La géothermie:

La géothermie est l’extraction d’énergie contenue dans le sol.

Les principales opérations entreprises en France concernèrent le chauffage de logements collectifs par réseaux de chaleur dans le bassin parisien et en Aquitaine, entre 1982 et 1986.

Cette filière est relativement peut développée en France.

Des recherches sont actuellement réalisées à  Soultz, en Alsace dans le cadre d’un programme européen.

Une autre technique est présentée sous le nom de géothermie. Il s’agit d’une forme de pompe à  chaleur.

Son principe est le suivant. Un capteur prélève de la chaleur dans le sol à  l’extérieur par exemple sous une pelouse. Cette chaleur est transmise dans la maison le plus souvent par un plancher chauffant.

Dans tous les cas le transfert de chaleur nécessite un fluide frigorigène et un appoint électrique (à  peu prét 1/3 des besoins d’énergie).

L’architecture bioclimatique: construire avec le climat

L’énergie la moins polluante est celle que l’on ne consomme pas. Cet adage reflète bien la philosophie de l’architecture bioclimatique.

On peut contribuer à  réduire les besoins énergétiques et à  créer un climat de bien-étre dans les locaux, avec des températures de surface agréables, une humidité contrôlée et un éclairage naturel abondant, par une combinaison adéquate des éléments architecturaux suivants.

Les formes compactes limitent les pertes de chaleur, l’ouverture vers le sud permet de profiter du soleil d’hiver. Des espaces tampons (garage, cellier) vers le nord protègent du froid. Une bonne isolation, une forte inertie thermique, l’utilisation de systèmes solaires simples tel que serre ou mur capteur, diminuent la consommation d’énergie en restant compatible avec la fraîcheur de l’habitation en été.
LA PRODUCTION D’ELECTRICITE PAR LES ENERGIES RENOUVELABLES
Dans certains cas, il est possible de faire appel à  des sources d’énergie disponibles dans notre environnement proche et permettant de produire de l’électricité : l’eau, le soleil ou le vent.

Directement compétitives pour les sites isolés (les coûts de raccordement au réseau électrique sont élevés : de 15 250 ? à  106 750 ? par kilomètre), les «centrales» à  énergies renouvelables peuvent aussi, sous certaines conditions, étre directement raccordées au réseau.

Le développement de l’électricité renouvelable (notamment pour le photovoltaïque) est freiné en France par le prix de rachat par EDF, l’un plus bas d’Europe. Les moyennes et grosses centrales hydrauliques (+ 1 MW) produisent plus de 99 % des 16 Mtep d’électricité renouvelable française.

Le photovoltaïque: Conversion de la lumière en électricité

La lumière du soleil peut directement étre transformée en électricité par des panneaux photovoltaïques, sans pièces tournantes et sans bruit. L’électricité produite peut étre soit stockée dans des batteries pour les installations autonomes, soit convertie par un onduleur pour étre distribuée aux normes sur le réseau.

Par sa souplesse et sa facilité d’installation et de maintenance, l’énergie photovoltaïque est incontestablement une solution technique et économique pour l’électrification des sites isolés, notamment dans les pays en voie de développement qui n’ont pas les moyens de se doter de réseaux de distribution d’électricité. Elle représente aussi un enjeu sociologique car, en apportant l’électricité dans des zones isolées, elle contribue à  limiter le phénomène d’exode rural.

Dans les pays industrialisés dotés de réseaux denses de distribution d’électricité, les installations photovoltaïques peuvent étre raccordées au réseau, ce qui représente une économie substantielle en investissement et en fonctionnement.

Le photovoltaïque est la seule filière qui peut étre installée n’importe où, y compris en centre ville, permettant d’économiser d’autant les besoins de fourniture par le réseau des bàtiments équipés. C’est pourquoi de nombreux pays développent de vastes programmes d’équipement de « toits solaires », non seulement sur les habitations individuelles, mais aussi sur les bàtiments tertiaires (façade ou couverture), dans le but de stimuler la demande et d’accélérer ainsi la baisse des coûts de fabrication encore élevés.

D’autres applications comme les murs anti-bruits, l’alimentation des tramways ou l’architecture urbaine semblent extrémement prometteuses.

La production d’électricité photovoltaïque reste encore plus chère que l’électricité classique. Mais les prix sont en baisse continuelle, gràce entre autre à  des subventions européennes (programme PHEBUS en France pour les particuliers) ou locales. La compétitivité devrait s’améliorer avec les progrès technologiques de demain.

L’éolien

Le principe de fonctionnement d’une éolienne est simple. C’est très schématiquement celui de la dynamo de vélo
entraîné par une hélice qui tourne gràce au vent. Pratiquement, c’est beaucoup plus complexe : les éoliennes doivent résister à  des tempétes aussi violentes que celles que nous connaissons en Bretagne.

Les principaux avantages de l’énergie éolienne sont l’autonomie en électricité, la possibilité de produire de jour comme de nuit et un impact environnemental réduit par des précautions simples vis à  vis de la population et du paysage. L’énergie produite peut étre soit stockée dans des batteries, soit injectée aux normes dans le réseau. Cette dernière solution étant économiquement et techniquement beaucoup plus pertinente.

Une baisse du coût du kWh produit a accompagné les progrès techniques réalisés pendant les années 80 : l’énergie nécessaire à  la construction et à  l’implantation d’un aérogénérateur moderne est «remboursée» en 6 mois.

Les centrales marémotrices

Près des côtes, l’amplitude des marées entre le niveau de basse mer et le niveau de haute mer peut dépasser dans certains sites 15 m (baie de Fundy au Canada). Et cette énergie potentielle due à  cette différence de hauteur qui est captée par les centrales marémotrices.

Il faut donc installer un barrage pour créer exploiter cette différence de hauteur d’eau. Le barrage set muni de « pertuis » (ouvertures) : lorsque la marée monte, ils sont ouverts et le niveau de l’eau monte dans le bassin. Dès que la mer redescend, on ferme les pertuis pour conserver l’eau. Puis, dès que la différence de hauteur entre le niveau du bassin et celui de la mer est suffisant, on peut « libérer » l’eau du bassin en la dirigeant vers des turbines qui vont générer de l’électricité. Ainsi, l’énergie des marées est une énergie variable mais elle peut étre prévue des années à  l’avance.

Comme pour les barrages fluviaux, c’est l’investissement qui coûte le plus cher dans une centrale marémotrice, le coût d’exploitation est en revanche très faible vu le peu de frais de maintenance.

La micro-hydraulique

En captant à  travers une conduite l’eau d’une chute vers une turbine couplée à  un générateur électrique, on peut produire de l’électricité. Comme pour l’éolien ou le photovoltaïque, l’électricité de la centrale micro hydraulique peut étre stockée ou distribuée.

Les micro-centrales sont faciles à  installer et s’adaptent aux sites et aux besoins. Elles permettent aussi l’électrification en site isolé.
SITUATION DE LA FILIERE
Il existe en France environ 1 500 petites centrales hydrauliques (PCH) en activité, soit 2000 MW installées. Elles sont régies par des communes ou des producteurs indépendants. Toute installation de puissance inférieure à  12 MW rentre dans la catégorie des PCH et peut étre exploitée par n’importe qui, à  condition d’obtenir une autorisation. Au delà  des 12 MW, la centrale appartient de fait à  EdF.

Les PCH (Petites Centrales Electriques) produisent environ 7.5 TWh/an (dont la moitié par EdF), soit 6 % de la production électrique nationale et près de 2 % de la consommation totale. Elles représentent un chiffre d’affaire de 350 millions d’Euro et 2000 emplois (maintenance, surveillance et réparation). On estime que les sites au fil de l’eau encore non exploités pourraient fournir 5 TWh/an supplémentaires.

PRINCIPE

En « haute chute », l’eau d’une source ou d’un ruisseau est captée par une prise d’eau sommaire. Elle est ensuite dirigée à  travers une conduite vers une turbine située plus bas. L’écoulement de l’eau fait tourner la turbine qui entraîne un générateur électrique. L’électricité produite peut soit étre utilisée directement, soit stockée dans des accumulateurs. Enfin, l’eau est restituée à  la rivière.

En « basse chute », on ne passe plus par une conduite. L’eau est dérivée dans un canal sur lequel est aménagé la PCH.
LES PETITES CENTRALES HYDRAULIQUES ET L’ENVIRONNEMENT
– Une énergie non polluante : aucun rejet gazeux ou déchet solide – Des équipements bien intégrés : soin de l’esthétique, matériaux et architecture du pays, aménagement de passes à  poissons et à  bateaux
– Un fonctionnement silencieux : l’isolation acoustique des locaux minimise les nuisances sonores

– Pas de barrages : poissons et canoéistes peuvent désormais circuler librement gràce aux dispositions prises par les exploitants

– Préservation de la qualité de l’eau : au maximum 10 % du débit d’eau est turbiné, les propriétés physico-chimiques de l’eau étant ainsi conservées. Certains exploitants vont méme jusqu’à  dépolluer les rivières (poubelles des riverains, pneus, plastiques…).
LES PETITES CENTRALES HYDRAULIQUES ET LE DEVELOPPEMENT LOCAL
Une source de revenus pour les communes : les installations exploitées par les collectivités locales leur permettent de dégager des profits, une fois amorties, mais aussi de réduire leurs charges énergétiques

Les PCH au service des entreprises : de nombreuses entreprises augmentent leur compétitivité en réduisant leurs charges énergétiques gràce aux PCH. Celles-ci constituent aussi une diversification d’activité économique

La mise en valeur du patrimoine énergétique peut se traduire par le maintien d’activités en milieu rural, la relance de l’économie locale et le ralentissement de la désertification des campagnes.

La micro-hydraulique

En captant à  travers une conduite l’eau d’une chute vers une turbine couplée à  un générateur électrique, on peut produire de l’électricité. Comme pour l’éolien ou le photovoltaïque, l’électricité de la centrale micro hydraulique peut étre stockée ou distribuée.

Les micro-centrales sont faciles à  installer et s’adaptent aux sites et aux besoins. Elles permettent aussi l’électrification en site isolé.

La politique d’obstacle délibérée de l’Etat français

Obtenir l’autorisation de construire une PCH relève aujourd’hui de la gageure : la constitution d’un dossier, longue et fastidieuse, est suivie d’un parcours jonché d’obstacles. Celui-ci doit recueillir l’avis favorable d’une multitude de services (police des eaux, police de la péche…), de la DDE et des utilisateurs de la rivières (pécheurs, sportifs….). Il suffit de lire l’opposition des pécheurs sur un de leurs sites http://www.echosmouche.com/article.php3?id_article=137, et on se doute bien que les politiques sont à  l’écoute de leur poids électoral.

Aujourd’hui très peu d’autorisations sont délivrées, et de plus, les investisseurs sont découragés par le tarif trop bas de rachat du courant qu’impose EdF.

D’autre part, de nombreuses rivières ont été classées en site protégé, ce qui est également un frein au développement des PCH.

Pourtant, l’hydroélectricité, filière éprouvée de longue date, pour laquelle la France dispose d’entreprises performantes, est considérée par l’Union Européenne comme « une activité énergétique à  faible impact sur l’environnement ».

La pile à  combustible

Définition: Une pile à  combustible est un générateur électrochimique d’énergie permettant de transformer directement l’énergie chimique d’un combustible (hydrogène, hydrocarbures, alcools,…) en énergie électrique sans passer par l’énergie thermique.

Principe de fonctionnement:

La pile à  combustible fonctionne sur le monde inverse de l’électrolyse de l’eau. Ici, on supprime la source de tension, on alimente en hydrogène et oxygène et on constate l’apparition d’une tension électrique entre les deux électrodes: le dispositif est devenu un générateur électrique qui fonctionnera aussi longtemps qu’il sera alimenté.

Le combustible et et son stockage

Le plus simple à  utiliser est l’hydrogène. C’est également lui qui permet d’obtenir les densités de courant les plus élevées. Sa combustion ne produit que de l’eau (sous forme liquide ou de vapeur). C’est un carburant réactif et il est abondant.

Le rendement

Le rendement d’une pile à  combustible varie selon le type de pile et peut étre supérieur à  50%. A titre de comparaison, le rendement d’un moteur à  combustion interne est en moyenne de 15%.

De plus, l’énergie non convertie en énergie électrique est émise sous forme de vapeur d’eau (donc de chaleur) qui est utilisée à  des fins de cogénération: chauffage, eau chaude…
CONCLUSION
Ce n’est qu’en entrant dans le XXe siècle que les énergies renouvelables ont perdu leur primauté… avant de la retrouver au XXIème ?

Les énergies renouvelables présentent des atouts incontestables et bien connus au regard de l’environnement, les avantages qu’elles apportent en termes d’économie locale, de décentralisation, voire de démocratie, sont indéniables.

Il est dommage que l’Etat français, censé étre au service de sa nation, ne valorise que le monopole de l’EDF, en multipliant les blocages juridiques aux initiatives pouvant développer la remise en oeuvre de technologies séculaires.

 

Padré
source: http://www.ciele.org/filieres/

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