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GENERALITES SUR LES ENERGIES RENOUVELABLES
Les énergies renouvelables sont surtout utilisées pour leur caractéristique économique du fait qu’elles puisent cette énergie à partir des « ressources naturelles renouvelables ». A ce titre, il existe différents types ou familles d’énergies renouvelables qui seront détaillées dans la première section ci-dessous : Section 1 : Les cinq familles d’énergies renouvelables Voici un panorama des énergies renouvelables utilisées dans le monde. Il s’agit d’énergies inépuisables fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la terre, les chutes d’eau, les marées ou encore la croissance des végétaux. L’utilisation de ces énergies apporte un bienfait à l’environnement en général car leur exploitation n’engendre pas ou peu de déchets et d’émissions polluantes. C’est pourquoi, les défenseurs de l’environnement dans le monde s’accordent à dire qu’elles sont les énergies de l’avenir. Aujourd’hui, elles sont sous exploitées par rapport à leur potentiel car actuellement, les énergies renouvelables couvrent seulement 20% de la consommation mondiale d’électricité2 . 2 Source : Observ’Er : Observatoire des énergies renouvelables.
Le Solaire
L’énergie solaire est une énergie électrique renouvelable produite à partir du rayonnement solaire. Deux caractéristiques principales se distinguent à savoir :
Le Solaire Photovoltaïque
Les rayons du soleil mettent en moyenne huit minutes et vingt secondes pour arriver jusqu’à la terre pour offrir la vie, la chaleur et depuis peu l’électricité. Le phénomène de transformation de la lumière en électricité s’appelle « l’effet photovoltaïque » et n’a été découvert qu’en 1939 par un physicien français, Antoine Beckrel.
Technique
La cellule photovoltaïque est le composant électronique de base, utilisant l’effet photoélectrique. Plusieurs cellules reliées entre elles forment un module solaire photovoltaïque ; plusieurs modules regroupés forment une installation solaire produisant une électricité qui peut être utilisée sur place, ou alimenter un réseau de distribution. Durant les périodes sans lumière (pendant la nuit notamment), des batteries d’accumulateurs servent à stocker l’énergie pour que la fourniture en énergie soit ininterrompue. Il existe plusieurs techniques de modules solaires photovoltaïques : • Les modules solaires monocristallins : possèdent le meilleur rendement au m² et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints. Le coût, plus élevé que celui d’autres installations de même puissance, contrarie le développement de cette technique ; • Les modules solaires polycristallins : ont actuellement le meilleur rapport qualité/prix, c’est pourquoi ce sont les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans) ; • Les modules solaires amorphes : auront certainement un bon avenir car ils peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Cependant, le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, cette solution nécessite donc une plus grande 6 surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m² installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules cristallines.
Potentiel théorique
Même si la constante solaire est de 1,367 kW/m2 , les pertes de lumière lors de la traversée de l’atmosphère réduisent l’énergie maximale reçue au sol à environ 1 kW/m2 au midi vrai : 1 m2 de panneaux exposés en plein soleil reçoivent 1 kW (1.000 watts). C’est cette valeur qui est communément retenue pour les calculs. Finalement, l’énergie qui arrive au sol dépend de la nébulosité3 , de l’inclinaison du soleil (et de l’épaisseur de l’atmosphère à traverser) et donc de l’heure de la journée. 1.2. Le Solaire Thermique L’énergie solaire thermique est l’utilisation de l’énergie thermique du rayonnement solaire. Elle peut être soit utilisée directement (pour chauffer un bâtiment par exemple) ou indirectement (comme la production de vapeur d’eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir une énergie électrique) en utilisant la chaleur transmise par rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même. C’est ce qui le distingue du solaire photovoltaïque ; Deux principes fondamentaux sont appliqués et éventuellement parfois combinés : • Capter l’énergie du rayonnement solaire grâce à un corps noir ; • Concentrer le rayonnement solaire en un point (four solaire).
L’Eolienne
L’énergie éolienne est une forme d’énergie renouvelable qui utilise le vent ou la force motrice du vent. Donc, l’énergie éolienne peut être considérée comme étant l’énergie du vent.
Technique
Son fonctionnement est simple, la force motrice du vent est transformée, au moyen d’un dispositif aérogénérateur, comme une éolienne à pales, en une énergie qu’on peut utiliser de diverses manières. Généralement, elle est utilisée de trois manières : 3 Nébulosité : Etendue de ciel couverte par les nuages en un lieu et à un moment donnés. 7 • D’abord, l’énergie mécanique produite par l’éolienne peut être conservée pour permettre de faire avancer des véhicules comme un navire à voile ; • Ensuite, l’énergie éolienne peut être transformée en force motrice, par exemple, pour pomper de l’eau et irriguer les champs ; • Enfin, l’éolienne permet de produire une énergie électrique. Dans ce cas-là, elle est couplée à un générateur électrique pour fabriquer un courant continu ou un courant alternatif.
Potentiel théorique
Comme l’éolienne dépend du vent, elle est donc fortement conditionnée par cet aléa climatique. Effectivement, le vent est variable localement. Il peut être nul, trop faible ou trop fort et dans ce cas, les éoliennes ne peuvent produire de l’électricité. Mais, en général, un aérogénérateur est conçu pour fournir de l’électricité aux environs de quelques KW à 7,5 MW. Les aérogénérateurs sont rassemblés en fermes éoliennes et en France, une ferme éolienne produit en moyenne 6 à 210 MW à raison de 1 à 3 MW par éolienne.
L’Hydroélectricité
L’énergie hydroélectrique ou l’hydroélectricité est une énergie électrique renouvelable obtenue par la conversion de l’énergie hydraulique4 , des différents flux d’eau naturels, en électricité.
Technique
Le principe de l’hydroélectricité peut se résumer comme suit : « Les courants d’eau produisent une énergie cinétique5 qui est transformé en énergie mécanique par une turbine et cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique par un alternateur ». Les moyens couramment utilisés pour obtenir cette énergie cinétique sont soit par l’intermédiaire d’un barrage à chute d’eau, soit d’un barrage au fil d’eau. S’il s’agit d’un barrage à chute d’eau, l’accumulation de l’énergie disponible, sur une période donnée, dépend du volume de la réserve d’eau du barrage, des apports et pertes naturels sur la période et de la hauteur de chute. Tandis qu’au fil d’eau, la quantité d’énergie produite est directement liée au débit car les barrages au fil d’eau fonctionnent sans retenue d’eau. 4 Energie hydraulique : énergie fournie par le mouvement de l’eau, sous toutes ses formes : chute, courant d’eau, courant marin, vagues. 5 Energie cinétique : énergie que possède un corps du fait de son mouvement. Elle s’exprime en Joule (J).
Classement des centrales hydroélectrique et potentiel théorique
Les centrales hydroélectriques sont classées généralement selon leur mode de production, ou bien selon leurs dimensions et puissances. • Selon le mode de production, il existe trois types de centrales hydroélectriques : Les centrales gravitaires, dont les apports en eau sont effectués par simple gravité ; Les Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP), dont la réserve d’eau est pompée électriquement ; Les centrales marémotrices, qui utilisent les courants induits par les marées. • Pour le classement en dimension et puissance, on distingue : Les Grandes Centrales Hydroélectriques (GCH), d’une puissance de plus de 10 MW ; Les Petites Centrales Hydroélectriques (PCH), subdivisées en : Petites centrales (de 20 MW à 10 MW) ; Mini-centrales (de 500kW à 2 MW) ; Microcentrales (de 50 kW à 500 kW) ; 9 Pico-centrales (Moins de 50 kW).
La Biomasse
Dans le domaine de l’énergie, la biomasse désigne l’ensemble des matières organiques d’origine végétale, animale ou fongique6 pouvant devenir source d’énergie par combustion (Exemple : Bois énergie), après méthanisation7 (Biogaz) ou après de nouvelles transformations chimiques (Agrocarburant). Donc, la biomasse comprend le « Bois énergie », le « Biogaz » et « l’Agrocarburant »
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