Les énergies renouvelables

Plus de 90 % de l’énergie encore utilisée aujourd’hui sur Terre provient de combustibles fossiles, mais ces derniers posent de plus en plus de problèmes. La question de leur remplacement se pose et est inévitable. Mais comment les remplacer ?

L’Homme cherche aujourd’hui à remplacer les sources d’énergies à cause des multiples pollutions occasionnées et de leurs impacts sur l’environnement, mais aussi (et surtout) à cause du coût de plus en plus important pour l’achat, l’extraction et l’utilisation de ces sources d’énergies.

L’alimentation en énergie future passe très certainement par les énergies renouvelables qui sont encore pour certaines au stade expérimental et pour d’autres qui connaissent un essor actuellement (comme l’énergie solaire) grâce aux économies engendrées et à leur absence d’impact sur l’environnement.

Ces énergies sont l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, l’énergie des marées, les biogaz, les biocarburants et la géothermie. Nous traiterons dans cet article des deux premières, à savoir l’énergie solaire et l’énergie éolienne, qui sont les principales sources d’énergie alternatives en expansion. L’énergie hydraulique étant déjà utilisée depuis longtemps dans les barrages hydro-électriques par exemple.

L’énergie solaire

L’énergie solaire est une excellente alternative pour l’énergie domestique. Elle permet d’exploiter la lumière apportée par les rayons du soleil pour produire de l’électricité ou de la chaleur. Les rayonnements solaires sont captés sur des panneaux solaires qui peuvent soit transformer l’énergie en chaleur, soit en chaleur puis en électricité ou enfin directement en électricité. De nouveaux panneaux solaires permettent de combiner la production de chaleur et d’électricité.

Les panneaux solaires thermiques permettent de chauffer l’eau ou l’air grâce à l’absorption des rayons du soleil par un capteur, généralement plan, dans lequel circule un liquide caloporteur en circuit fermé. Une fois le liquide réchauffé il peut être utilisé pour produire de l’eau chaude sanitaire ou de l’eau chaude en tant que chauffage. Le transfert de chaleur entre le liquide caloporteur et l’eau se fait par un simple échange thermique. Il est possible de combiner le chauffage de l’eau sanitaire et le chauffage d’une pièce grâce à des capteurs spécifiques.

La conversion de l’énergie solaire en électricité repose sur la découverte de Becquerel sur l’effet voltaïque qui permet la conversion directe du rayonnement solaire en électricité par action des photons. Ces derniers vont mettre en mouvement les atomes de certains matériaux semi-conducteurs (comme la silice, le plus utilisé). La production de chaleur dégagée par cette conversion est dorénavant utilisée pour chauffer les pièces ou l’eau selon le principe utilisée précédemment. Les deux principes sont couplés permettant une utilisation optimale et réduisant de ce fait le coût énergétique.

L’inconvénient principal de cette source d’énergie est qu’il est nécessaire de la coupler avec des processus de stockage, l’énergie ne pouvant pas être produite la nuit. Le prix des cellules photovoltaïques est lui aussi un obstacle au développement de l’énergie solaire. De telles cellules sont chères à fabriquer. Les crédits d’impôts accordés par l’état (jusqu’à 40 % du prix d’achat) pour favoriser le développement de cette énergie ont permis son essor, mais il reste néanmoins à augmenter le prix de rachat de l’électricité (deux fois moins important qu’en Allemagne par exemple) pour augmenter encore son utilisation. L’utilisation des panneaux solaires pour la production d’électricité est en augmentation en France ces dernières années mais elle reste loin derrière l’Allemagne avec une puissance de seulement 20 MWc en 2004 contre 794 MWc en Allemagne à la même date. L’avantage sur l’énergie éolienne, expliquée juste après, est l’absence de pollution visuelle puisque les capteurs occupent des surfaces planes et sont positionnés sur du bâti.

Pour fournir les 350 TWh que nous consommons tous les ans, il serait nécessaire de couvrir 3500 Km² de panneaux solaires. Or le bâti en France en 1997 était de 10 000 Km². Théoriquement, c’est donc largement faisable. Le problème résiderait plus dans le prix de telles installations.

L’énergie éolienne

L’énergie éolienne utilise comme son nom l’indique le vent pour produire de l’électricité. Pour cela, on installe des éoliennes constituées de 2 à 3 pales au sommet d’une tour. Le nombre et le diamètre des pales vont influer sur la quantité d’énergie produite. Logiquement, la force du vent va également faire varier la production, il faut donc bien choisir l’emplacement des éoliennes pour obtenir un rendement maximal. De même, l’éolienne doit se situer face au vent pour produire de l’électricité. Ce n’est plus un problème aujourd’hui grâce à l’installation de capteurs qui permettent de détecter la direction du vent, et qui transmettent l’information au moteur de l’éolienne qui la fera pivoter de façon à être bien orientée.

Comme indiquée précédemment, la vitesse du vent influe sur le rendement. Une vitesse trop faible ne permettra pas à l’éolienne de tourner (la vitesse du vent doit être supérieure à 15 Km/h) alors qu’une vitesse trop importante entraînera l’arrêt de l’éolienne pour des raisons de sécurité. Un vent modéré et constant est donc la solution idéale.

La production tourne aux alentours de 500 KW par éolienne (pour une éolienne à 3 pales, avec un diamètre de pales de 40 cm). Mais on rencontre tout type d’éolienne, des plus petites permettant la fourniture d’électricité à un équipement isolé aux plus importantes utilisées pour la production d’électricité massive avec des éoliennes ayant une puissance nominale de 5 MW (la production annuelle estimée étant de 17 GWh pour la « 5M Repower »). Dans ce dernier cas, elles sont alors regroupées en grand nombre et constitue un parc éolien. Cette puissance va dépendre principalement du diamètre de l’éolienne : un diamètre de 30 m permet une puissance de 0,3 MW alors qu’un diamètre de 125 m permet la puissance maximale de 5 MW.

Les éoliennes ne peuvent pas être construites de partout : il faut exclure logiquement (et heureusement !) les parcs naturels, les réserves naturelles et autres zones protégées, les zones voisines d’une habitation, d’une route ou d’une voie ferrée pour éviter tout risque de dégâts en cas de chute, les zones aéroportuaires, …

Développement en France

La France prévoit le développement d’un important parc éolien d’ici 2010 oscillant entre 7000 et 14000 MW pour faire face à la demande croissante en énergie et aux problèmes liés aux installations nucléaires. En 2004, la puissance installée en France était de seulement 400 MW contre 16629 en Allemagne, 8263 à l’Espagne, 6740 aux Etats-Unis, 3117 au Danemark et 3000 à l’Inde ! ceci alors que la France possède le meilleur potentiel éolien après la Grande Bretagne !

Le prix des éoliennes peut en partie expliquer le faible développement dans certains pays : l’installation d’un mégawatt éolien coûte environ 1 million d’euro.

Une mise en place contestée et problématique

Rappelons toutefois que l’installation des éoliennes est généralement mal perçue par la population qui voit en elle une pollution visuelle du paysage. Les éoliennes ont certes un inconvénient esthétique mais qu’en est-il des antennes relais de télévision ou de téléphone ? des pylônes électriques (environ 200 000 en France) ? Pour tenir ces engagements éoliens, la France devrait installer près de 7000 éoliennes d’ici 2010 dont 20 % en mer.

La pollution sonore est également critiquée par certains. Les anciennes éoliennes étaient certes parfois bruyantes, mais la nouvelle génération d’éolienne génère un bruit d’environ 50 dB (bruit dans un bureau : 70 dB).

L’impact sur l’avifaune serait semble t’il presque négligeable puisque selon une étude de la Ligue Protectrice des Oiseaux (LPO) la mortalité liée à un aérogénérateur serait de 0,4 à 1,3 oiseau par an. Aux Etats-Unis, une étude avait estimée la mortalité des oiseaux à un peu plus de 2 oiseaux par an et par turbine. Une étude espagnole contredit toutefois ceci et indiquerait que les éoliennes peuvent provoquer une véritable hécatombe sur les populations d’oiseaux. Ceci proviendrait notamment de la position des éoliennes, et de leur présence dans l’axe migratoire de certaines espèces d’oiseaux. Il faudrait donc lors de l’installation des parcs éoliens veiller à ne pas les installer dans un tel axe.

D’autres estimations de mortalité sont disponibles, Danemark : 20 à 25 000 oiseaux tués par 3500 turbines (Clausager, 1996 in ETSU,2000), États-Unis : 10 à 40 000 oiseaux tués par 15 000 turbines (Wallace et Al., 2001), et Pays-Bas : 20 000 oiseaux tués par un parc de 1000 MW environ (Études de la société Winkleman). En cas d’impact avec une éolienne, l’oiseau n’a certes aucune chance de survivre puisque les pales peuvent tourner jusqu’à 250 km/h.

Outre la gène provoquée sur la migration des espèces d’oiseaux, il faut également considérer l’impact sur l’habitat naturel de certaines espèces animales. Les travaux d’installation des éoliennes, les éoliennes en elles mêmes ou le bruit provoqué par le fonctionnement des turbines peuvent empêcher une espèce sensible d’accéder à un habitat ou à des ressources potentielles situées à proximité. L’impact des éoliennes sur le milieu naturel est certes peut être limité, et moins important que les centrales nucléaires par exemple, mais il existe et doit être pris en compte lors de l’installation de tels parcs.

Alternative au nucléaire ?

Le développement des énergies alternatives en France reste encore beaucoup trop faible pour espérer s’affranchir à court terme et à moyen terme du nucléaire. Une centrale nucléaire produit entre 900 et 1450 MW, et on en dénombre 19 en France (58 réacteurs nucléaires). La substitution du nucléaire par les énergies alternatives n’est d’ailleurs pas à l’ordre du jour en France, pays qui accueillera le projet Iter sur le site de Cadarache. On peut espérer toutefois un regain d’intérêt pour ce type d’énergies avec la flambée des cours du pétrole. Le développement de sources d’énergies alternatives permettrait de s’affranchir ou du moins de limiter dans un premier temps l’utilisation du pétrole dans les transports, la dépendance énergétique du pays et surtout de réduire considérablement la pollution.