Les Énergies Renouvelables

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Les Energies Renouvelables

Les nergies Renouvelables

Les nergies RenouvelablesAujourd'hui, la consommation d'nergie pose de nombreux problmes : la plupart des nergies utilises sont polluantes, et les plus utilises ne sont pas renouvelables l'chelle humaine (gaz, ptrole, charbon...) ; enfin elles sont la principale source d'mission de gaz effet de serre(GES) donc la principale cause du rchauffement globale. C'est ce dernier problme que nous allons nous intresser. Par la suite, nous tudierons les solutions envisages par l'homme afin de pallier au rchauffement climatique, plus prcisment les nergies renouvelables. Enfin nous essayerons de rpondre la question : le dveloppement des nergies renouvelables permettra-t-il d'enrayer le rchauffement climatique?

Comme le montre ces graphiques, l'homme est responsable de plus de 70% des missions de CO2 qui est le gaz contribuant le plus l'effet de serre malgr sont PRG de 1(potentiel de rchauffement global) du fait de sa non polarit, celui-ci peut rester jusque 200 ans dans l'atmosphre, c'est donc le gaz effet de serre le plus prsent dans l'atmosphre.Le rchauffement climatiqueLe rchauffement climatique ou rchauffement global est un phnomne naturel d'augmentation de la temprature des ocans et de l'atmosphre sur plusieurs annes via l'effet de serre.

L'effet de serre fonctionne de la faon suivante : lorsque les rayons solaires atteignent la Terre, une partie de ces rayons (~30%) est directement renvoye dans l'espace notamment par les nuages et par la calotte glaciaire (l'albdo dtermine quelle fraction des rayons solaires incidents sont renvoys).Une deuxime partie est absorb par l'atmosphre (~20%) et une troisime par la surface de la Terre (~50%).Les rayons absorb amnent alors de la chaleur la Terre que celle-ci renvoie sous forme de rayonnement infrarouge. Le rayonnement infrarouge ne retourne pas entirement vers l'espace, il est pig dans l'atmosphre par les GES, ce qui augmente la temprature de celle-ci et par consquent celle de la Terre.

Comme nous l'avons vu prcdemment, l'activit humaine renforce la teneur en GES de l'atmosphre. La production d'nergie requiert par exemple l'utilisation de combustibles fossiles hauteur de 80% au niveau mondial, ce qui entrane un dgagement important de GES en particulier de dioxyde de carbone.Or comme nous lavons vu prcdemment le CO2 joue un rle majeur dans le rchauffement climatique ; l'tude de carottes glaciaires a montr qu'il y a 10 000 ans le taux de CO2 dans l'atmosphre tait de 280ppm contre 360ppm aujourd'hui, soit une augmentation de presque 30% de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphre. Les consquences de ce rchauffementA long terme, ce rchauffement aura des consquences dsastreuses :

La fonte des glaciers qui est une des manifestations les plus spectaculaires de ce rchauffement, elle fait monter constamment le niveau des mers et plusieurs les telles les Maldives et les Tuvalu seront bientt englouties par les eaux si cette fonte continue de s'accrotre. Cette fonte des glaces va de plus augmenter la temprature car l'albdo (Rr/Ri) de la Terre qui est aujourd'hui en moyenne de 0,39 va diminuer, ceci rsultera d'une plus grande absorption des rayons du soleil... De plus la fonte des perglisols (sol gel en permanence) est aussi inquitante, ceux-ci renfermant des quantits importantes de mthane qui est comme nous lavons vu un GES avec un PRG de 23 cest--dire 23 fois plus puissant que le CO2 bien que sa dure de sjour dans latmosphre ne soit que de 12 ans.Les continents, quant eux, risquent de sasscher peu peu, lAfrique est le premier continent touch et bientt leau douce dj rare sera quasi-inexistante. En Europe, les canicules comme celles de 2003 seront de plus en plus frquentes.Certaine espces ont de plus en plus de mal survivre comme par exemple les ours polaires (fonte des glaces), la biodiversit de notre plante est donc menace.Au contraire, certaines espces vont prolifrer comme les rats et les moustiques, or ces espces sont vecteurs de maladies(peste/paludisme) pour l'homme et l'on risque d'tre confront dans le futur des pidmies plus frquentes, voir des pandmies...Le rchauffement de lAtlantique tropical semble galement doper les ouragans comme Katrina en 2005.

Devant toutes ces menaces dont l'Homme a pris conscience qu'il en tait le responsable, celui-ci doit agir.Les nergies renouvelables propres sont une des rponses de l'Homme face ce problme.

Recul de glacier au Groenland (2001-2005)Les nergies renouvelablesIl existe 5 types d'nergies renouvelables : l'nergie solaire, l'nergie gothermique, l'nergie hydraulique, l'nergie olienne et la biomasse (combustion de matire organique tel que bois ou biocarburant... cette nergie est considre comme renouvelable tant que la quantit brle n'excde pas la quantit consomme; cependant nous ne nous intresseront pas cette nergie car elle n'est pas propre et met notamment des GES). Bien que n'tant pas une source d'nergie il est intressant de parler de l'hydrogne qui est un vecteur d'nergie (rservoir d'nergie, permettant de stocker et transporter cette nergie); il pourrait thermes remplacer les vecteurs d'nergies produits partir du ptrole comme l'essence, le krosne, le diesel... L'hydrogne pourra contribuer avec les nergies renouvelables la lutte contre le drglement climatique.

Nous allons tudier en dtail deux types d'nergies renouvelables : l'nergie solaire et l'nergie gothermique, afin de voir ce que donne ces nergies en pratique.

Panneau photovoltaquePompe chaleur (gothermie)olienneBarrage hydrauliqueL'nergie solaireIl existe 2 types dnergie solaire :1. L'nergie solaire photovoltaque L'nergie solaire photovoltaque est une forme d'nergie renouvelable permettant de produire de l'lectricit par transformation d'une partie du rayonnement solaire grce une cellule photovoltaque. Plusieurs cellules sont ncessaires pour produire une quantit consquente dnergie, cest pour cela quelles sont regroupes en module; les installations de ce type, pour tre rentable, mme pour le particulier demandent plusieurs modules.

Installation photovoltaque dans une maison :

Une cellule photovoltaque est compose dun semi-conducteur gnralement base de silicium, lors que ceux-ci sont exposs des photons(lumire) qui ont une certaine longueur donde, donc une certaine nergie, ceux-ci transmettent leur nergie aux lectrons ainsi une tension continue est gnre(~0.5V par cellule). Le courant produit tant continu, il est ncessaire de possder un onduleur afin de transformer ce courant en un courant alternatif qui pourra tre utilis par le rseau.

Centrale photovoltaque :En moyenne un mtre carr de panneau produit environ 3 kWh en Europe et jusqu environ 6 kWh par jour entre les tropiques (variation en fonction de la saison et du panneau utilis).Un mnage moyen consomme en moyenne 3 000 kWh tout au long de lanne. (hors chauffage)

Centrale solaire "Bavaria Solarpark" en Allemagne ; actuellement le plus grand parc dEurope avec 250 000m de panneaux.Une centrale solaire photovoltaque produit lheure actuelle de 120 MWh pour les plus petites 12GWh par an pour les plus grandes comme Solarpark en Allemagne.(plus de 100 fois moins quune centrale nuclaire moyenne)L'nergie solaire2. nergie solaire thermiqueOn dsigne par nergie solaire thermique la transformation du rayonnement solaire en nergie thermique. La production de cette nergie peut tre soit utilise directement (pour chauffer un btiment par exemple) o indirectement (comme la production de vapeur d'eau pour entraner des alternateurs et ainsi obtenir une nergie lectrique).Principe de fonctionnement :La chaleur est rcupre grce un fluide (mlange eau/antigel ou air) caloporteur, qui s'chauffe en circulant dans un absorbeur plac sous un vitrage. Celui-ci laisse pntrer la lumire solaire et minimise les pertes par rayonnement infrarouge de l'absorbeur en utilisant l'effet de serre. Ce vitrage permet en outre de limiter les changes de chaleur avec l'atmosphre.

Panneau solaire thermiqueCe systme de panneau solaire thermique se combine avec une chaudire classique auxiliaire qui sert dappoint . Cela permet de chauffer son eau hauteur denviron 50-70%.

Fonctionnement :Le Capteur solaire thermique (1) a pour rle de recevoir le rayonnement solaire et dchauffer le fluide circulant lintrieur.(le fluide atteint une T de 80)Le circuit primaire (2) transporte la chaleur. Ce circuit contient de leau additionne dantigel qui schauffe en passant dans les tubes du capteur et se dirige vers un ballon de stockage.Lchangeur thermique (3) cde les calories solaires leau sanitaire. Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur (4), o il est chauff nouveau tant que lensoleillement le permetLe ballon solaire (5) constitue la rserve deau sanitaire. Leau chaude soutire est immdiatement remplace par de leau froide du rseau (6), rchauffe son tour par le liquide du circuit primaire.La circulation du liquide primaire est assure par une pompe lectrique (7). Un dispositif de rgulation (8) met en marche la pompe lorsque la sonde du capteur (9) est plus chaude que celle du ballon (10).

Enfin, lorsque lapport solaire ne suffit pas, un dispositif dappoint prend le relais. Il peut sagir dune rsistance (appoint lectrique) ou dun serpentin (11) (appoint hydraulique) raccord une chaudire.Principe de fonctionnement dune installation solaire thermique chez un particulier.L'nergie solaireCentrale solaire thermique :

Les centrales solaires thermiques fonctionnent de la mme manire que les installations prsentent chez certains particuliers prcdemment dcrites, sauf quil sagit de faire converger plus de lumire vers un point pour permettre de chauffer un fluide caloporteur atteindre des temprature allant de 400 1000C, afin que leau atteigne sa temprature dbullition se transformant ainsi en vapeur qui entraine ainsi un alternateur qui convertit lnergie mcanique en nergie lectrique(courant lectrique alternatif).

Cette photo montre la centrale solaire thermique Nevada Solar One situe prs de Las Vegas; avec sa puissance de 62 MW, cela fait delle la plus puissante centrale de ce type.

Des projets sont a ltude, notamment de tours solaires pouvant atteindre une puissance thorique de 200 MW(Projet de Buronga en Australie)

L'nergie solaireCe que donne lutilisation de lnergie solaire en pratique : exemple de lAllemagne

L'Allemagne est le numro un mondial de l'nergie solaire, elle reprsente 55 % de la production d'nergie solaire mondiale et 75 % de la production mondiale : en 2006, lAllemagne a produit plus de 2500 MW dlectricit photovoltaque et 4700 MW thermique.

Ce chiffre impressionnant est grandement dt au particulier, qui produis eux seul 1000 des 2500 MW produites par lnergie solaire photovoltaque.

Comme nous le montre ce graphique, lorsque lon rapporte llectricit solaire fournit par le pays au besoin de celui-ci, on se rend compte que lchelle du pays, llectricit fournit par ce type de production ne reprsente quune infime partie de lnergie consomme.De plus, elle est comptabilise dans les nergies renouvelable qui ne eux seul que 9% de la production ; en outre il ne faut pas perdre de vue que le solaire est de loin distanc en Allemagne par lnergie hydraulique olienne et la biomasse

Cependant, il est important davoir un regard critique sur la chose et donc de prendre en compte que cet lan de lAllemagne pour lcologie nest pas si vieux et est soumis une croissante trs importante : lAllemagne voudrait que les nergies renouvelables couvrent 50% de ses dpenses en 2050 (ceci tant possible la vu de la croissance des diffrentes nergies renouvelables en Allemagne)

Ainsi, lnergie solaire lheure actuelle mme si elle prsente de nombreux avantages reste trop chre pour tre dveloppe dans tout un pays, mais la forte croissance prsent dans ce domaine va sans doute faire changer les choses et rendre cette nergie plus abordable et donc largement plus dveloppe, engendrant donc une production qui pourrait devenir significativeL'nergie gothermiqueLa gothermie dsigne lutilisation de l'nergie gothermique issue de la Terre (nergie accumule lors de laccrtion de celle-ci, la dsintgration des isotopes radioactifs du manteau et rayonnement du soleil) qui est convertie ou non en lectricit.

Il existe 3 types de gothermies :

1. La gothermie trs basse nergie et basse nergie

a. Trs basse nergieLa gothermie trs basse nergie est dfinie par lexploitation dune ressource prsentant une temprature infrieure 30C (source peu profonde : moins de 80m de profondeur), qui ne permet pas, dans la plupart des cas, une utilisation directe de la chaleur par simple change. Elle ncessite donc la mise en uvre de pompes chaleur qui prlvent cette nergie basse temprature pour laugmenter une temprature suffisante ; ce systme est surtout destin tre utilis dans les maisons.Une pompe chaleur est un dispositif permettant de transfrer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et donc de le chauffer), alors que spontanment la chaleur se diffuse du plus chaud vers le plus froid jusqu' l'galit des tempratures.

Ce type dinstallation permet dassurer le chauffage dune maison partiellement voir totalement et ne consomme que peu dlectricit. Pour une consommation de 1kwh, ce systme en restitue 4 sous forme de chaleur.

Principe : Il s'agit d'extraire la chaleur contenue dans le sous-sol pour l'utiliser comme chauffage et utiliser cette chaleur directement ou de la transformer en lectricit.1) le condenseur: le fluide frigorigne libre sa chaleur dans l'habitation en passant de l'tat gazeux l'tat liquide. (liqufaction entrainant un chauffement)2) le dtendeur: il prpare la raction de vaporisation en abaissant la pression du liquide. (refroidissement)3) l'vaporateur: la chaleur prleve la source froide vaporise le fluide frigorigne.4) le compresseur: actionn par un moteur lectrique, il lve la pression du fluide frigorigne en le comprimant.

Fonctionnement dune pompe chaleurL'nergie gothermiqueb. Basse nergie On parle de gothermie basse nergie lorsque le forage permet d'atteindre une temprature de l'eau entre 30C et 100C dans des gisements situs entre 1500 et 2500m de profondeur. Cette technologie est utilise principalement pour le chauffage urbain collectif par rseau de chaleur. Il sagit du mme systme que celui prcdemment dcrit, sauf quil stend partir dun seul forage sur tout un quartier en raison de la quantit dnergie thermique dgage. Ce systme permet par exemple dassurer les besoin deau chaude et de certains quartiers de Paris.

2.La gothermie moyenne et haute nergie Dans ces deux types de gothermie sont assez proches, il va sagir dexploiter leau chaude profonde contenue dans les nappes phratiques pour entraner directement ou indirectement une turbine qui fait fonctionner un alternateur.

Moyenne nergieDans ce cas de figure, leau est une temprature leve mais insuffisante pour tre gazeuse(pression importante en profondeur), on utilise en gnral un changeur de chaleur: leau rchauffe le liquide dun circuit secondaire et le porte bullition. Cest le gaz ainsi produit dans le circuit secondaire qui fera tourner une turbine et produira llectricit(alternateur), avant dtre de nouveau liqufi est renvoye sous Terre pour se rchauffer de nouveau.

b. Haute nergieDans cette situation, leau est une temprature trs lev et donc sous forme gazeuse malgr la pression, elle est envoye directement dans la turbine(il peut tre ncessaire de sparer la vapeur deau des ventuelles gouttelettes deau avant lenvoie dans la turbine pour ne pas lendommager), puis une fois liqufie elle rejoint la nappe pour y tre rchauffer et ainsi rutilise.NB : Toutes les installations ne renvoient pas leau, mais il est prfrable de la faire pour augmenter la dure de vie de la nappe phratique.

L'nergie gothermique

Schma Explicatif : (ici pour une installation a moyenne nergie)L'nergie gothermiqueCe que donne lutilisation de lnergie gothermique en pratique : exemple de lIslande

L'Islande est le pays par excellence de la gothermie. Trois cents sites exploitent cette technique sur des zones basse ou haute temprature. L'nergie consomme dans le pays est 40 % d'origine gothermique, 85 % des maisons et la quasi-totalit des btiments publics utilisent les ressources gothermiques pour le chauffage. Ces chiffres sexpliquent du fait que lIslande se situe entre les deux plaques lithosphriques (Nord Amricaine et Eurasienne) et est donc sur une dorsale, et lIslande est galement rchauffe par la prsence de point chauds, il en rsulte un trs fort gradient gothermique, do lefficacit de ce mode de production.

Ainsi, on peut voir que la gothermie correctement dveloppe et courante permet une production dnergie tonnante. Alors, certes lIslande est favorise par sa position gographique ce qui lui permet une production bien suprieure nimporte quelle autre endroit du globe, mais leurs trs bon rsultats ne sont pas dt quaux conditions extrmes, mais aussi la perce de lnergie gothermique. LIslande est donc un pays propre, du point de vue du rchauffement global, elle doit se statut grce ses condition exceptionnelles et grce la combinaison des diffrentes nergies renouvelable (gothermique + hydraulique).

ConclusionAu terme de cette analyse, il apparat clairement que lon ne peut pas rpondre par un simple oui ou non la problmatique que nous nous tions fix.

Certains lments apparaissent comme positifs la lutte contre le rchauffement climatique : la croissance des diffrents nergies renouvelables est plus quencourageante, elle gagne du terrain sur les nergies fossiles. la technologie ne cesse de progresser et le rendement devient de plus en plus intressant au fil du temps. Le prix des diffrentes technologies devient de plus en plus accessible. LIslande, pays dvelopp le plus propre au monde nous donne un jour lespoir de tendre vers ce modle nergtique o les nergies renouvelables sont trs nettement majoritaires.

Au contraire, dautres lment laisse plus place au pessimisme : La population ne cesse daugmenter, ceci augmente notre besoin en nergie. Notre confort qui ne cesse galement daugmenter et gourmant et chaque anne dans les pays dvelopps on constate une augmentation de la consommation dnergie. De nombreux pays vont ou ont dj engags leur phase de transition dmographique, donc dindustrialisation et de pollution Les forts samoindrissent chaque anne et donc de moins en moins de dioxyde de carbone est absorb

Devant tous ces points dlicats il est impossible de dresser une image certaine de notre avenir, mais plusieurs choses sont certaines ou fortement probables : tout dabord il est clair que nous ne pouvons pas continuer vivre comme nous le faisons en gaspillant de lnergie (la science va dans ce sens : par exemple le remplacement des ampoules incandescence par des ampoules conomiques, appareils maintenus en veille inutilement), enfin il est probable que le nuclaire cohabite pendant un certain temps avec les nergies renouvelables, celui-ci ne participant pas au rchauffement climatique(le nuclaire pose quun problme majeur : le traitement des dchets).

Rappel de la problmatique : Le dveloppement des nergies renouvelables permettra-t-il d'enrayer le rchauffement climatique?Bibliographie :Source pour le rchauffement climatique :

Science et Vie HS n240 (article sur le climat) http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9chauffement_climatique http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_serre http://fr.wikipedia.org/wiki/GES http://www.cea.fr/jeunes/themes/le_climat http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_renouvelable

Source pour lnergie solaire :

Science et Vie HS n 241 (article sur la maison du XXIe sicle) http://www.ciele.org/filieres/solairephotovoltaique.htm http://www.ciele.org/filieres/solairethermique.htm http://fr.wikipedia.org/wiki/Energie_solaire http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_solaire_photovolta%C3%AFque http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_solaire_thermique http://www.waechter-energies.com/thermique.htm http://voltaique.nuxit.net/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=13&Itemid=35 http://www.eosolar.fr/solaire-photovoltaique-vendee.php http://www.renewables-made-in-germany.com/fr/ http://fig-st-die.education.fr/actes/actes_2003/deshaies/article.htm

Source pour la gothermie : Science et Vie HS n241 (article la maison du XXIe sicle) http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie http://www.planete-energies.com/contenu/energies-renouvelables/geothermie/electricite-geothermique.html http://www.ciele.org/filieres/geothermie.htm http://www.actu-environnement.com/ae/news/islande_energie_renouvelable_geothermie_3245.php4