Les énergies renouvelables (soleil, vent, eau, biomasse) sont présentes partout. Elles sont inépuisables grâce 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.

Inventaire de ces énergies  :

L'éolien a le vent en poupe (sauf en France)

Une hélice entraînée en rotation par la force du vent (éole = dieu du vent de la Grèce antique) permet la production d'énergie mécanique ou électrique en tout lieu suffisamment venté. 

L'énergie du vent captée sur les pales entraîne le rotor, couplé à la génératrice, qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique. Celle-ci est ensuite distribuée aux normes sur le réseau, via un transformateur.
Les politiques incitatives en Californie et dans certains pays d'Europe tels le Danemark, les Pays-Bas, l'Allemagne, ont largement contribué au développement de l'industrie moderne de l'énergie éolienne, désormais fiable et compétitive.

Alors que le Danemark prévoit 20% de son électricité d'origine éolienne en 2005 (! ! !), on peut aussi noter que la production française d'électricité par ce moyen représente  :  0.0057 % de la production de l'Union Européenne. CINQ POUR MILLE ! ! !

Le projet éolien off-shore (implantation de batteries éoliennes en pleine mer) a pour enjeu de réduire les coûts de l'électricité de l'éolien pour atteindre ceux des sources conventionnelles d'énergie. Il se concentre essentiellement sur l'exploitation à grande échelle de la ressource éolienne offshore à l'aide de machines de très grande puissance présentant à la fois des performances améliorées, une bonne fiabilité, et des impacts environnementaux limités.

Le solaire Thermique

Le flux solaire peut être directement converti en chaleur par l'intermédiaire de capteurs solaires thermiques.

Cette technique est applicable au chauffage des habitations, des piscines, à la production d'eau chaude sanitaire ou encore au séchage des récoltes (fourrage, céréales, fruits).
Contrairement aux idées reçues, l'intérêt du solaire est sensiblement le même sur tout le territoire. En effet l'ensoleillement est plus fort dans le Sud, mais dans le Nord, les besoins en chauffage sont plus importants et plus étalés sur l'année.

Le solaire photovoltaïque

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

pour des surfaces plus importantes

Par sa souplesse et sa facilité d'installation et de maintenance, l'énergie photovoltaïque est incontestablement une solution technique et économique adaptée, 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.

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 méthanisation : le biogaz

Maîtrisée depuis un siècle pour diminuer la charge en matière organique des boues de station d'épuration urbaines, des effluents industriels, et plus récemment des déchets organiques ménagers, la méthanisation est également une voie de conversion de la biomasse en énergie.

La méthanisation produit :
- du biogaz, un proche parent du gaz naturel fossile
- un résidu stabilisé et désodorisé dont la valeur agronomique n'est pas altérée. Il peut être valorisé sous forme solide (compost) ou liquide.

Le biogaz peut être utilisé brut ou épuré (raffiné).

En France, une infime partie du biogaz produit est valorisé sur les sites mêmes de production, en électricité ou chaleur (cogénération) et sans épuration préalable dans des matériels adaptés. On peut également produire du froid et de l'énergie mécanique.

Épuré et mis en conformité avec le gaz du réseau, le gaz peut être :
- utilisé sur les équipements standards
- distribué sur les gazoducs existants, ce qui démultiplie le nombre d'utilisateurs potentiels, ceux-ci pouvant être désormais éloignés des sites de production. L'injection autorise également une valorisation permanente de l'énergie, celle-ci étant stockée par le réseau

Une épuration plus poussée permet de valoriser le biogaz sous forme de méthane carburant, ce qui nécessite de le comprimer à 250 bars pour réduire le volume de stockage.

L'utilisation du méthane issu de biogaz comme carburant répond à un certain nombre de préoccupations économiques, écologiques et énergétiques :
- mobilisation d'une énergie renouvelable au moment où se pose la question de l'épuisement des gisements fossiles,
- réduction de notre dépendance énergétique (le secteur des transports, dépendant à 96 % des importations, consomme 54 millions de Tep / an),
- limitation des pollutions atmosphériques liées aux rejets de biogaz non valorisés.

Le développement de la filière méthane carburant issu de biogaz se pose désormais plus en termes de marketing et d'industrialisation, qu'en termes de recherche et de développement.

La géothermie

Le principe de la géothermie consiste à extraire l'énergie contenue dans le sol pour l'utiliser sous forme de chauffage ou d'électricité.
On distingue quatre types de géothermie ; la haute, la moyenne, la basse et la très basse énergie.
Par rapport à d'autres énergies renouvelables, la géothermie présente l'avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent), ni même de la disponibilité d'un substrat, comme c'est le cas de la biomasse. C'est donc une énergie fiable et stable dans le temps.

Les petites centrales hydrauliques

Les petites centrales hydrauliques (PCH) sont présentes partout dans le monde mais leur dénombrement s'avère difficile.
On estime que la capacité mondiale installée s'élève à 37 000 MW.

Il existe en France environ 1 500 petites centrales hydrauliques (PCH) en activité, soit 2 000 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 être exploitée par n'importe qui, à condition d'obtenir une autorisation. Au delà des 12 MW, la centrale appartient de fait à EdF.

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 grâce 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 même jusqu'à dépolluer les rivières (poubelles des riverains, pneus, plastiques...).

Les petites centrales hydrauliques et le développement 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 grâce 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.

Les obstacles  :

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 pêche...), de la DDE et des utilisateurs de la rivières (pêcheurs, sportifs....).
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.
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 privatisation d'EDF, inéluctable à court terme par les traités européens, et son corollaire ouverture à la concurrence de production, ne pourra qu'être profitable au citoyen.

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 être 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.

Le bois énergie

Le bois a longtemps été la seule source d'énergie à la disposition des hommes pour leurs besoins domestiques et industriels. Cette prédominance a fini par se traduire par une surexploitation des bois et des forêts dans le courant du XVIIIème siècle.

Les atouts du bois-énergie  :

Les émissions de CO2 sont neutres vis à vis de l'effet de serre si l'on tient compte du carbone réutilisé par la croissance des arbres sur les surfaces replantées.

L'utilisation de 4 m3 de bois énergie permet d'économiser 1 tonne de pétrole et d'éviter en moyenne l'émission de 2,5 t de CO2 dans l'atmosphère. (Voir les puits de co2)
Parmi les déchets industriels banals (DIB), des quantités importantes de bois de rebut non souillés (écorces, chutes de fabrication, palettes, cageots, certains bois de construction et de démolition..) autrefois brûlées sur place, en usine d'incinération ou mis en décharge, doivent être soit recyclées, soit valorisées autrement, conformément à la nouvelle réglementation française sur les déchets.

L'exploitation de la filière bois-énergie permet aussi d'améliorer la gestion du patrimoine forestier et de stimuler l'économie et l'emploi local.

L'architecture bioclimatique

De tous temps, l'homme a essayé de tirer parti du climat pour gagner du confort et économiser l'énergie dans son habitation. Aujourd'hui, des règles d'adaptation à l'environnement, à l'architecture et aux climats permettent d'allier une tradition millénaire et des techniques de pointe.

Redécouverte au début des années 70, l'architecture bioclimatique recherche une synthèse harmonieuse entre la destination du bâtiment, le confort de l'occupant et le respect de l'environnement, en faisant largement appel aux principes de l'architecture. L'architecture bioclimatique permet de réduire les besoins énergétiques et de créer un climat de bien être dans les locaux avec des températures agréables, une humidité contrôlée et un éclairage naturel abondant.

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 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 être 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...

Dossier signé Padré / Yvon Lenouveau.