Les differentes types d'energies renouvellables

Énergie solaire

Articles détaillés : énergie solaire, rayonnement solaire, constante solaire et Bilan radiatif de la Terre.

Le soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel se trouvent notamment les rayons cosmiques, gamma, X, la lumière visible, l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces types de rayonnement électromagnétique véhiculent de l’énergie ^{11 p. 88}. Le niveau d’irradiance (le flux énergétique) mesuré à la surface de la Terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.

Deux grandes familles d'utilisation de l'énergie solaire à cycle court se distinguent :

Article détaillé : Énergie solaire thermique.

Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 et 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi, un corps émettant un rayonnement thermique diminue son énergie calorifique et un corps recevant un rayonnement thermique augmente son énergie calorifique. Le soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètre^{11 p. 89}. Ainsi, en entrant en contact avec un corps, le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. On parle ici d’énergie solaire thermique. Cette source d’énergie est connue depuis très longtemps et utilisée par exemple pour réchauffer ou sécher des objets (y compris le corps humain) en les exposant au soleil.

L'énergie thermique peut être utilisée directement ou indirectement :

À grande échelle, la Fondation Desertec construit dans le Sahara des centrales solaires thermiques à concentration. D'après ses ingénieurs, « les déserts de la planète reçoivent toutes les 6 heures du soleil l’équivalent de ce que consomme l’humanité chaque année » et quelques centaines de km² d'étendue désertique pourrait satisfaire l'ensemble des besoins énergétiques de la planète¹².

Énergie photovoltaïque

Article détaillé : Énergie solaire photovoltaïque.

L’énergie photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou artificielle (une ampoule). L'énergie photovoltaïque est captée par des cellules photovoltaïques, un composant électronique qui produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière. Plusieurs cellules peuvent être reliées pour former un module solaire photovoltaïque ou un panneau photovoltaïque. Une installation photovoltaïque connectée à un réseau d'électricité se compose généralement de plusieurs panneaux photovoltaïques, leur nombre pouvant varier d'une dizaine à plusieurs milliers.

Il existe plusieurs technologies de modules solaires photovoltaïques :

¹³, à des conditions tarifaires régies par la loi. Les tarifs d'achat sont fixés par le ministre chargé de l'énergie après consultation de la CRE, de façon à stimuler l’investissement par ces opérateurs tout en limitant les "effets d’aubaines" ; le surcoût découlant de ces tarifs d'achat est mis à la charge des consommateurs d'électricité via la CSPE.

Énergie éolienne

Article détaillé : Énergie éolienne.

L’activité solaire est la principale cause des phénomènes météorologiques. Ces derniers sont notamment caractérisés par des déplacements de masses d’air à l’intérieur de l’atmosphère. C’est l’énergie mécanique de ces déplacements de masses d’air qui est à la base de l’énergie éolienne. L’énergie éolienne consiste ainsi à utiliser cette énergie mécanique.

Des voiliers ont été utilisés dès l’Antiquité, comme en témoigne la Barque solaire de Khéops. Jusqu’au milieu du XIX^e siècle, l’essentiel des déplacements nautiques à moyenne et longue distance se sont faits grâce à la force du vent. Un dérivé terrestre n’ayant d’usage que sportif a été rendu possible par les techniques modernes : le char à voile.

L’énergie éolienne a aussi été vite exploitée à l’aide de moulins à vent équipés de pales en forme de voile, comme ceux que l’on peut voir aux Pays-Bas ou encore ceux mentionnés dans Don Quichotte. Ces moulins utilisent l’énergie mécanique pour actionner différents équipements. Les moulins des Pays-Bas actionnent directement des pompes dont le but est d’assécher ou de maintenir secs les polders du pays. Les meuniers utilisent des moulins pour faire tourner une meule à grains.

Aujourd’hui, ce sont les éoliennes qui prennent la place des moulins à vent. Les éoliennes transforment l’énergie mécanique en énergie électrique, soit pour l’injecter dans un réseau de distribution soit pour être utilisée sur place (site isolé de réseau de distribution). Pour résoudre le problème d'espace, elles sont de plus en plus souvent placées en mer¹².

L'éolien se développe également de plus en plus à l'échelle individuelle. En effet, le petit éolien devient très rentable^{[réf. nécessaire]}, les fabricants proposant des génératrices de plus en plus performantes, et aux prix de plus en plus abordables. Le petit éolien est généralement utilisé pour produire de l'électricité qui sera consommée directement sur place. En effet, le tarif d'achat de l'électricité mis en place n'est pas avantageux pour le petit éolien. De plus, pour bénéficier du tarif d'achat d'EDF, il faut que l'éolienne soit placée en Zone de Développement Éolien, ce qui limite les possibilités à l'échelle individuelle.

Demain, de nouvelles turbines iront chercher les vents d'altitude, plus puissants, plus réguliers. Magenn, Kite Gen, et Skywindpower s'élèveront à 300 m, 1 200 m ou 5 000 m pour produire jusqu'à 100 fois plus d'électricité qu'une éolienne actuelle¹².

Énergie hydraulique

Article détaillé : Énergie hydraulique.

À l’instar de l’énergie éolienne, les énergies hydrauliques (à l'exception de l'énergie marémotrice) ont leur origine principale dans les phénomènes météorologiques et donc l'énergie solaire. Le soleil provoque l'évaporation de l’eau, principalement dans les océans et en libère une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l'eau pour décrire ces mouvements. L’eau (en fait, la vapeur d'eau) possède, en altitude, une énergie potentielle de pesanteur ; cette énergie peut être captée et transformée dans des barrages hydroélectriques, lors du retour de l’eau vers les océans. Avant l’avènement de l’électricité, les moulins à eau permettaient de capter cette énergie mécanique pour entrainer des machines ou des outils (machines à tisser, moulins à moudre le blé…).

Depuis l’invention de l’électricité cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique ; l'hydroélectricité est après la biomasse la deuxième énergie renouvelable : selon l'Agence internationale de l'énergie, elle fournit 2,3 % de l'énergie primaire produite dans le monde en 2011, sur un total de 13,3 % d'énergies renouvelables³.

D'autres énergies hydrauliques existent et proviennent généralement de sources marines :

Biomasse (énergie).

Indirectement, il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion ou métabolisation. Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites ; cette condition n'est pas toujours remplie. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.

Jusqu'au XVIII^e siècle, la biomasse était la principale ressource énergétique utilisée par l'humanité, en particulier sous forme de bois ; c'est encore aujourd'hui, et de loin, la principale énergie renouvelable : selon l'Agence internationale de l'énergie, la biomasse et les déchets fournissent 10 % de l'énergie primaire produite dans le monde, sur 13,3 % d'énergies renouvelables³. Mais cette ressource produit de nombreux polluants et a l'inconvénient majeur d'exiger des surfaces considérables pour sa production, du fait de la faible efficacité énergétique de la photosynthèse : 3 à 6 %¹⁵ contre, par exemple, 14 à 16 % pour une cellule photovoltaïque en silicium monocristallin¹⁶ ; et surtout, sa production entre en conflit avec la production vivrière ; l'utilisation énergétique de la biomasse restera donc toujours limitée par ces multiples contraintes.

Des cyano-bactéries modifiées pourraient convertir de l'énergie solaire en carburant et consommer du CO₂. Cette technique et l'utilisation de ce carburant équilibreraient la production et la consommation de CO₂. Par génie génétique, une entreprise a créé et améliore peu à peu cette technique¹⁷.

Une équipe de recherche de l'université Stanford a montré que la production d'électricité à partir de la biomasse serait plus rentable économiquement et écologiquement que leur transformation et leur utilisation dans les transports en tant que bio-carburant. Pour ce faire, Elliott Campbell et ses collègues ont comparé l’impact et le rendement de la production de l’électricité et de l’éthanol, de leur utilisation mais aussi du cycle de vie des voitures électriques et à moteur thermique. D'après eux, l’option électrique émet deux fois moins de CO₂ que l’option bio carburant et 1 hectare de culture permet de parcourir 52 000 km à l’électricité contre 31 000 km à l’éthanol¹⁸. Pourtant ce constat ne rassure en rien sur les problèmes d'utilisation des sols et d'alimentation mondiale¹².

Énergie géothermique

Article détaillé : Géothermie.

Un des témoignages les plus anciens date de 2 000 ans avant Jésus-Christ, avec dans les îles Lipari (Italie) l'exploitation d'eau naturellement chaude pour les thermes.

Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Dans les couches profondes, la chaleur de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches du noyau et de la croûte terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium¹⁹.

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie profonde ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent).

Pour autant le géothermique comporte lui aussi des risques au niveau humain. Les techniques évoluent et permettent de chercher la chaleur à de plus grandes profondeurs. Il a été montré que la modification des pressions dans les sous-sols avait un impact sur l'activité sismique. La fréquence des tremblements de terre mais aussi leur puissance peut être augmentée à cause de l'exploitation de cette énergies.

La géothermie très basse énergie exploite la chaleur de la couche superficiel du sol, qui provient non pas des profondeurs de la croûte terrestre, mais du soleil et du ruissellement de l'eau de pluie ; elle est utilisée pour :