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Énergies renouvelables

Une énergie renouvelable est une énergie renouvelée ou régénérée naturellement à l'échelle d'une vie humaine. Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels, réguliers ou constants, provoqués par les astres.

Le Soleil est à l'origine de nombreuses énergies renouvelables. Son rayonnement constitue en lui-même une énergie exploitable. Ce rayonnement donne aussi naissance à d'autres formes d'énergie, ainsi le cycle de l'eau permet de créer de l'hydroélectricité, le vent est aussi exploité. La photosynthèse a aussi comme origine le soleil, elle créé différents matériaux exploitables énergétiquement, mais pas toujours renouvelables. La chaleur interne de la Terre est aussi source d'énergie renouvelable, comme la géothermie. La rotation des astres, système Terre-Lune, engendre des mouvements d'eau à la surface de la Terre, mouvements exploitables énergétiquement via l'énergie marémotrice.

Le caractère renouvelable d'une énergie dépend de la vitesse à laquelle la source se régénère, mais aussi de la vitesse à laquelle elle est consommée. Le pétrole ainsi que tous les combustibles fossiles ne sont pas des énergies renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien supérieure à la vitesse à laquelle ces ressources sont naturellement créées.

Les différentes types d’énergies renouvelables

Énergie solaire

L’énergie solaire a directement pour origine l’activité du Soleil. Le soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel on trouve 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 émettent de l’énergie. Le niveau d’irradiance (le flux énergétique) arrivant à la surface de la terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.

 

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 voit son énergie calorifique diminuer et un corps recevant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique augmenter. Le Soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètres. Ainsi, en rentrant 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, notamment par le fait de se positionner à un endroit ensoleillé afin de se réchauffer.

Aujourd’hui, l’énergie solaire thermique connait différentes applications tels les panneaux solaires chauffants (production d’eau chaude pour un logement), les fours solaires, l’énergie solaire thermodynamique ou heliothermodynamique.

Énergie 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-bien artificielle (une lampe)

 

Énergie éolienne

L’activité solaire est la principale cause des phénomènes météorologiques. Ces derniers sont notamment caractérisés par des déplacements de masse d’air à l’intérieur de l’atmosphère. C’est l’énergie mécanique de ces déplacements de masse 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 XIXe siècle, l’essentiel des déplacements nautiques à moyenne et longue distance ce 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 utilisé sur place (site isolé de réseau de distribution).

Énergie hydraulique

À l’instar de l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique tire son origine dans les phénomènes météorologiques et donc du Soleil. Ces phénomènes prélèvent de l’eau principalement dans les océans et en libèrent une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l'eau pour décrire ces mouvements. De l’eau en altitude possède une énergie potentielle de pesanteur, cette énergie est captée, transformée, lors des mouvements de l’eau qui tend à retourner dans les océans. Avant l’avènement de l’élericité, il s’agissait de capter cette énergie mécanique et d’entrainer des outils, des machines grâce à cela, il s’agit des moulins à eau.

Plus tard, avec l’invention de l’électricité, on a transformé cette énergie mécanique en énergie électrique, permettant ainsi de déplacer sur des distances plus grandes l’énergie produite.

Autres énergies hydrauliques :

  • Énergie des vagues : utilise la puissance du mouvement des vagues,
  • Énergie marémotrice : issue du mouvement de l’eau créé par les marées (variations du niveau de la mer, courants de marée),
  • Énergie hydrolienne : Les hydroliennes utilisent les courants sous marins,
  • Énergie maréthermique : produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans,
  • Énergie osmotique : La diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’eau douce dans l’eau salée de la mer est source d’énergie.

 

Biomasse

Il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion. Cette énergie est considérée comme renouvelable si on admet que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.

 

Énergie géothermique

Les Grecs et les Romains de l’antiquité connaissaient déjà l’usage de l’énergie géothermique, comme en témoignent les villes d’eau, Aquae Sextiae, du Consul Sextius (Aix-en-Provence, Aix-les-Bains, Aix-la-Chapelle, ...). À Chaudes-Aigues, de l’eau jaillissant à 81° permet de chauffer à peu de frais quelques bâtiments.

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 qui constituent la croûte terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium.

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie profonde ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d’années.

 

 

Avantages escomptés

La civilisation moderne est très dépendante de l'énergie et spécialement des énergies non renouvelables, qui s'épuiseront tôt ou tard (et même plus tôt que tard). Passer d'une ressource actuellement non renouvelable à une ressource renouvelable suscite des espoirs, certains justifiés, d'autres moins.

 

Avantages en termes géopolitiques et de sécurité

Selon une étude récente (2007) commandée par le ministère de l'environnement allemand, comparativement aux grandes centrales énergétiques thermiques (dont nucléaire) et hydroélectrique qui centralisent la production énergétique, les énergies propres, sûres, renouvelables quand elles sont décentralisées présentent de nombreux intérêts en termes de sécurité énergétique, intérieure, militaire et civile, en matière de risque terroriste, de même que pour la sécurité climatique, le développement, les investissements et les marchés financiers.

Les énergies renouvelables sont une source de sécurité dans les domaines économiques, sociaux et environnementaux, surtout lorsqu'une gamme de sources complémentaires d'énergie est exploitée (par exemple l'éolien fonctionne mieux quand il n'y a pas de soleil et le solaire produit souvent plus quand il n'y a pas de vent).

Si elles diminuent la dépendance au pétrole aux autres ressources fossiles, et en améliorant l'indépendance énergétique, les énergies renouvelables réduisent leur importance donc les conflits potentiels qu'ils peuvent nourrir, contribuant ainsi à la paix dans le monde (dans la mesure seulement où les conflits d'intérêt en sont le moteur ou le carburant).

 

 Autres avantages

On attribue souvent aux énergies renouvelables des caractéristiques favorables (qu'elles peuvent mériter ou non ), telles que

  • la sureté (faible risque d'accident, faible conséquence d'un éventuel accident, régularité de la fourniture, ...).
  • la propreté (peu voire pas du tout de déchets, peu dangereux et facile à gérer : recyclables, par exemple)
  • la décentralisation (développement local des territoires, réserve d'emplois locaux non décentralisable, etc.)
  • le respect de l'environnement, lors de la fabrication, pendant le fonctionnement, et enfin de vie (démantèlement)

Pour ces caractéristiques, c'est chaque filière voire chaque cas séparément qu'il convient d'examiner pour vérifier si on peut ou non lui attribuer le bienfait supposé, et si oui, dans quelle mesure. Par exemple :

  • l'énergie éolienne peut certainement être considérée comme une production locale au Danemark, mais pas dans un pays qui importe la technique, les capitaux, et les hommes pour faire fonctionner les machines.
  • Les biocarburants ont un impact environnemental et social contesté (étant en butte aux critiques générales sur l'activité agricole, avec en sus un reproche de destruction alimentaire).
  • Les installations hydroélectriques, outre les destructions provoquées par l'engloutissement d'une vallée, peuvent se rompre (entre 1959 et 1987, trente accidents ont fait 18 000 victimes dans le monde, dont plus de 2 000 morts en Europe).

Par ailleurs, dans tous les cas, les énergies renouvelables réduisent la production de CO2 à hauteur de l'énergie non renouvelable qu'elles remplacent. Cependant, elles peuvent rester responsables d'autres gaz à effet de serre pour leur mise en place ou dans le cadre de leur fonctionnement, chaque technique devant être là encore examinée séparément.

 

 Contraintes et limites

Aujourd'hui, on assimile souvent le terme d'énergie renouvelable à celui d'énergie propre. La définition est différente : une énergie propre ne produit pas ou peu de polluant, ou bien elle produit des polluants qui disparaissent rapidement. Par conséquent, une énergie renouvelable n'est pas nécessairement propre, et inversement : par exemple, la collecte et la combustion de la biomasse peut produire des nuisances (piétinement, réduction de biodiversité, etc.) et des polluants (NOx, suies, etc.).

 

Les énergies renouvelables suffiront-elles à limiter le réchauffement climatique ?

Lorsqu'on ne tient pas compte du potentiel de réduction des émissions de GES que comportent les modes actuels, (souvent peu efficaces), de production et d'utilisation de l'énergie, les énergies propres et renouvelables sont parfois présentées comme une solution au problème du réchauffement climatique. En réalité, il faut considérer 2 aspects complémentaires des politiques de maitrise de l'énergie: les économies d'énergie d'une part, et les énergies renouvelables d'autre part, ceci de façon à diminuer la consommation absolue (et non relative) d'énergies fossiles. Sauf pour la géothermie, la production d'énergie d'origine renouvelable ne met pas en œuvre de chaleur à haute température (ou à température plus élevée que l'ambiante). Elle est souvent limitée par son rendement, son stockage, la superficie ou les infrastructures nécessaires. Corrélativement, les rejets de chaleur fatale de cette production dans l'environnement, sont faibles ou nuls.

Selon le scénario énergétique sur les potentiels respectifs, en économies d'énergie et en énergies renouvelables, des experts de Greenpeace pour 2030, l'éolien et le solaire représenteraient à eux deux environ 3% de la production d'énergie mondiale.

Exprimé autrement, le développement des énergies renouvelables est nécessaire mais, selon Jean-Marc Jancovici, ne suffira pas à éviter une importante diminution des consommations d'énergie : malgré les renouvelables, des changements de nos modes de vie lui semblent nécessaires.

Les sources académiques sur le sujet ont montré qu'un scénario énergétique entièrement renouvelable permettant de garantir la qualité de vie des pays développés à l'ensemble de la population mondiale était techniquement faisables avec les meilleurs techniques disponibles actuellement en matière d'efficacité énergétique. Toutefois ces études ne se sont intéressées qu'aux aspects environnementaux, industriels et techniques et n'abordent pas les questions de responsabilités financières et politiques liés à un tel changement.

 

Intégration éco-paysagère

Un développement significatif des énergies renouvelables aura des effets sur le paysages et le milieu, avec des différences sensibles d'impact écologique ou paysager selon l'installation concernée et selon que le milieu est déjà artificialisé ou que l'aménagement projeté vise un espace encore (relativement) sauvage. Les impacts paysagers et visuel sont pour partie subjectifs.

La construction des grandes installations (type centrale solaire) a toujours un impact sur le paysage. On cite souvent les grandes éoliennes, et plus rarement les toitures solaires. C'est pourquoi des efforts sont faits pour tenter d'intégrer ces installations dans le paysage (peindre les éoliennes en vert dans leur partie basse et en bleu pâle dans leur partie supérieure par exemple). Une production décentralisée peut aussi diminuer le besoin de pylones et lignes à haute tension. Les réseaux moyenne tension peuvent être enterrés..

 

Risques pour la faune

La construction d'un barrage hydroélectrique a des conséquences lourdes : inondation de vallées entières, modification profonde de l'écosystème local. De plus, les barrages hydroélectriques font obstacle à la migration des poissons, ce qui représente un problème pour les fleuves du nord-ouest de l'Amérique du Nord, où les populations de saumons ont été réduites de manière importante.

On a également accusé les éoliennes de représenter un danger pour les oiseaux (bien qu'une éolienne tue 0 à 3 oiseaux par an alors qu'un kilomètre de ligne à haute tension en tue plusieurs dizaines par an, il y en a 100 000 km en France). En fait, il semblerait que le plus gros risque soit pour les chauves-souris, dont on retrouve régulièrement des cadavres sur les sites éoliens, y compris des espèces protégées. Pour l'instant, les causes de ces collisions avec les éoliennes ne sont pas encore bien identifiées. Certains ont pensé que les mouvements de pales interféraient avec les ultrasons, mais cette hypothèse n'a pas encore été vérifiée. Il semble en outre que les sons de basse fréquence des éoliennes perturbent la reproduction de la faune à proximité de celles-ci.

 

 Stockage et distribution

Un des grands problèmes avec l'énergie, c'est le transport dans le temps ou l'espace. C'est particulièrement vrai avec les énergies renouvelables qui dépendent du climat et varient énormément dans le temps.

L'énergie solaire et ses dérivés (vent, chute d'eau, etc.) n'est pas disponible à la demande, il est donc nécessaire de compenser, en disposant d'un stockage suffisant, auprès du consommateur, du producteur, ou à travers un réseau d'échange (similaire à l'ancien réseau de distribution).

Des exemples d'une utilisation directe d'énergie renouvelable sont les fours solaires, les pompes à chaleur géothermiques, et les moulins à vent mécaniques. Des exemples d'une utilisation indirecte, passant par d'autres formes d'énergie, sont la production d'électricité par des éoliennes ou des cellules photovoltaïques, ou la production de carburants tels que l'éthanol issu de la biomasse (Voir biocarburant).


L'utilisation de l'énergie renouvelable, qui peut souvent être produite « sur place », diminue les appels aux systèmes de distribution de l'électricité. Un ménage moyen disposant d'un système solaire photovoltaïque avec du stockage d'énergie, et de panneaux solaires de la bonne taille, n'a besoin de recourir à des sources d'électricité extérieures que quelques heures par semaine. En généralisant cet exemple, les partisans de l'énergie renouvelable pensent que les systèmes de distribution d'électricité (lignes THT, transformateurs, ...) devraient être moins importants et plus faciles à maîtriser.

Dans les pays fortement industrialisés, la plupart des consommateurs et producteurs d'énergie sont reliés à un réseau électrique qui peut assurer des échanges d'un bout à l'autre d'un pays ou entre pays. Un réseau fortement interconnecté à échelle continentale permettrait, à condition d'être convenablement dimensionné et administré, de réduire les aléas de production et de consommation, grâce à la multiplication des sources de production disponibles et au recouvrement de plages horaires d'utilisation différentes. Le problème de l'intermittence du vent deviendrait ainsi moins critique. La diversification des sources pourrait également autoriser des complémentarités intéressantes.

 

Situation actuelle

Aujourd'hui, les énergies renouvelables représentent 13,5 % de la consommation totale d’énergie comptabilisée dans le monde et 18 % de la production mondiale d'électricité. La biomasse et les déchets assurent l’essentiel de cette production (10,6%).

La production électrique renouvelable provient principalement de l’hydraulique (90 %). Le reste est très marginal : biomasse 5,5%, géothermie 1,5%, éolien 0,5% et le solaire 0,05%.

Les pompes à chaleur géothermiques se développent également de manière importante. Elles sont parfois considérées comme des sources d’énergie renouvelable (une partie de l’énergie qu’elles fournissent provient de la Terre, du soleil et du vent) ou des systèmes efficaces de production de chaleur (elles assurent une production d’énergie thermique supérieure à l’énergie électrique consommée), mais elles ne sont pas toujours considérées comme des énergies vertes en raison de la grande quantité d'électricité qu'elles consomment.

 

 Situation de la France et de ses partenaires européens

Le développement des énergies renouvelables est un des éléments importants de la politique énergétique de l’Union Européenne. Le livre blanc de 1997 fixe l’objectif de 12 % d’énergie renouvelable pour l’Union en 2010. Par la suite, des directives sont venues préciser cet objectif :

  • La directive électricité renouvelable (2001) fixe l’objectif indicatif de 21 % d’électricité renouvelable dans la consommation brute de l'Union en 2010 (l’objectif assigné à la France est également de 21 %)
  • La directive biocarburant (2003) donne des objectifs indicatifs de 5,75 % de substitution par les biocarburants pour 2010
  • La Commission étudie actuellement la possibilité d’une directive chaleur renouvelable

Les différents pays de l'Union ont donc mis en place des politiques plus ou moins volontaristes en matière d’énergies renouvelables en associant des mesures économiques, légales et sociales.

Le Danemark était le leader de l'électricité éolienne et reste le pays qui produit les niveaux les plus élevés d'électricité à partir du vent. Mais l'Allemagne a commencé à accroître sérieusement sa capacité éolienne au milieu des années 1990 avec l'application des subventions et des prêts bon marché, et a maintenant plus d'un tiers de toute la capacité de production éolienne du monde.

Sur l'utilité mais aussi les limites de l'énergie éolienne, un expert analyse[12] que « les champions de l'éolien que sont l'Allemagne et le Danemark ont obtenu, respectivement, 0,1% et 1,3% de leur énergie totale par ce moyen en 1999 (source IEA). Au Danemark, qui a probablement l'un des plus forts taux d'énergie éolienne au monde, la consommation d'énergie a augmenté, sur la décennie 1990, de... 1,3% par an en moyenne (source IEA). Dix ans d'efforts dans l'éolien ont tout juste servi à "absorber" une année de hausse de la consommation d'énergie, et pour cela, il a fallu en mettre des machines ! »

L'Espagne a commencé récemment la production d'énergie éolienne, mais dès 2002 a rattrapé les États-Unis pour devenir le pays avec le deuxième niveau le plus élevé pour la capacité installée d'énergie éolienne.

L’Autriche, la Grèce et l'Allemagne sont en tête dans le domaine de la production de chaleur solaire. L’Espagne devrait bientôt connaître un boum grâce à l’élargissement à l’ensemble de son territoire de l’Ordonnance Solaire de Barcelone (obligation d’installer un chauffe-eau solaire sur toute nouvelle construction d’habitation collective ou lors de rénovations). Les succès de ces pays sont en partie basés sur leurs avantages géographiques, bien qu'il vaille la peine de noter que l'Allemagne n'a pas de particulièrement bonnes ressources en soleil ou en vent (beaucoup plus mauvaises par exemple que l'Angleterre, où les politiques ont eu beaucoup moins de succès). D'autres facteurs ont ainsi joué un rôle important dans son engagement dans le développement des énergies renouvelables.

La France produit 6% de son énergie à partir de sources renouvelables, 4 % provenant de la biomasse (essentiellement bois énergie) et 2 % de l’hydraulique. L’éolien reste très peu développé malgré des taux de croissance annuels voisins de 100 %. La France est aussi parmi les mauvais élèves européens en matière de surface solaire installée par habitant.
Des aides vient à améliorer la situation :

  • Des crédit d’impôt de 50 % du coût du matériel sont proposées aux particuliers pour l’installation d’appareil utilisant les énergies renouvelables (chauffe-eau solaire, chauffage bois, …). La plupart des Conseils régionaux, et quelques conseils généraux et municipalités offrent aussi des subventions.
  • Le principe du tarif d’achat (prix du kWh électrique renouvelable fixé à l’avance pour une durée déterminée) a été retenu pour soutenir les producteurs et investisseurs et encourager l’émergence de nouvelles technologies. La révision à la hausse de ces tarifs le 10 juillet 2006 rend les professionnels optimistes sur le développement de l’électricité renouvelable, en particulier du photovoltaïque.

En France, on impute traditionnellement le retard pris dans le développement des énergies renouvelables (comme l'éolien ou le solaire photovoltaïque) à l'accent mis sur l'énergie nucléaire et l'hydraulique, mais il ne faut pas négliger le manque d'offre, le retard en matière de formation des artisans et architectes et certains freins sociaux qui font qu'en 2009, les programmes immobiliers individuels ou collectifs, privés ou publics, ne laissent qu'une place tout à fait marginale à l'énergie solaire et aux maisons passives (ce qui oriente le parc immobilier pour les prochaines décennies).

L’intérêt des particuliers a cependant connu une forte croissance en 2008, avec des élans d’entraide, d’union des forces et de partage des informations entre les particuliers désireux de devenir des producteurs indépendants, l'internet collaboratif (portails collaboratifs, forums, blogs.) étant un des moyens de utilisés. Une enquête ADEME ADEME d'octobre 2008 estimait que 97% des Français étaient séduits par les énergies renouvelables et que 30% d’entre eux étaient déjà passés à l’acte ou l'envisageaient. Des entreprises émergentes de ce secteur connaissent aussi des développement rapides, voire spectaculaires, malgré la crise financière.