Production d’énergie électrique par sources...

17/09/2008Madame, MonsieurDossier dlivr pour

Production dnergie lectriquepar sources renouvelables

par Bernard MULTONAgrg de Gnie lectriqueDocteur de lUniversit de Paris 6Professeur des Universits de lcole Normale Suprieure de Cachan-Antenne de Bretagne

1. Hydraulique................................................................................................ D 4 005 - 2

2. Solaire thermodynamique ..................................................................... 3


Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Gnie lectrique D 4 005 1

lectricit, forme propre de lnergie par excellence, est aujourdhuiproduite, prs de 80 %, grce la combustion des carburants fossiles ou

de luranium 235 (fission nuclaire), ressources puisables [D 3 900]. Ellecontribue ainsi abondamment la production de dchets nuisibles pour lenvi-ronnement. Les ressources nergtiques renouvelables sont pourtant consid-rables et parfaitement capables, long terme, de satisfaire la majeure partie denos besoins. Mais outre lhydrolectricit, technologie parfaitement mature, lessolutions de conversion des ressources renouvelables, que sont le soleil, levent, la houle, la biomasse, etc., sont encore en phase de dcollage industrielet ne reprsentent quune faible part dans le bilan global.

Aprs de nombreux soubresauts, les contraintes environnementales, le rap-prochement de lchance dpuisement des ressources fossiles et fissiles ainsique les soucis dindpendance nergtique conduisent depuis les annes 1990 un dcollage significatif des filires de production dlectricit doriginerenouvelable, qualifies de nouvelles, cest--dire hors grande hydrolec-tricit .

Le prsent article a pour objectif principal de faire prendre conscience, aulecteur, des volutions des filires nouvelles ainsi que de leur potentielnergtique et conomique. Enfin, il est loin dtre exhaustif, notamment dansles domaines les plus mergents dans lesquels la nature conomique napas encore opr de slection.

Le lecteur trouvera en [D 4 006] des lments de comparaison de ces diffrents types desource dnergie.

3. Solaire photovoltaque ........................................................................... 4

4. Arognration (oliennes) ................................................................... 6

5. Gnrateurs utilisant la houle.............................................................. 8

6. Production mare-motrice et par les courants marins ................. 8

7. lectricit gothermique ....................................................................... 9

8. Gnration et cognration partir de la biomasseou de dchets............................................................................................ 10

9. Conclusion ................................................................................................. 11

Rfrences bibliographiques ......................................................................... 11

L


PRODUCTION DNERGIE LECTRIQUE PAR SOURCES RENOUVELABLES ___________________________________________________________________________

1. Hydraulique

Contexte de la production dlectricit

La production dnergie lectrique sest dveloppe ds la findu XIXe sicle et sest organise rapidement en rseaux, lobjec-tif tant de mettre disposition du plus grand nombre cette res-source produite partir dusines centralises fonctionnant partir de lnergie hydraulique et des combustibles fossiles. Letransport en courant alternatif sest, dans ce contexte et avec lesmoyens technologiques de lpoque, rapidement impos. Lespuissances unitaires des usines de production ont rguli-rement cr jusque, dans les annes 1980, des valeurs sup-rieures au gigawatt.

la fin du XXe sicle, on a assist deux volutionsimportantes. Dune part, une production dnergie lectriqueautonome ou en site isol a t propose aux consom-mateurs qui ne disposaient pas du rseau (zones rurales despays en voie de dveloppement) ou pour ceux qui en taientloigns et pour lesquels le cot de raccordement tait sup-rieur linvestissement dans un systme de production auto-

Gothermie olienneet autres 1 %

Thermique fossile 65 %

Nuclaire 12 %

Hydraulique 22 %

Puissance installe (3 400 GW)

Gothermie olienneet autres 2 %

Thermique fossile 62 %

Nuclaire 17 %

Hydraulique 19 %

nergie annuelle produite (15 1012 kWh)


Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite.D 4 005 2 Techniques de lIngnieur, trait Gnie lectrique

Cest aujourdhui, et de trs loin, la premire source dlectricitdorigine renouvelable. La puissance installe dans le mondeatteint 740 GW pour une production annuelle de 2,7 1012 kWh.Cest une solution extrmement attractive qui est exploite au voi-sinage du maximum de son potentiel dans de nombreux paysindustrialiss. En France, environ 90 % des ressources sont utili-ses. Certaines rgions du monde sont plus favorises quedautres (Norvge, Qubec, Amazonie, Chine...) mais une grandepartie des zones habites sont traverses par des cours deau dontle potentiel est souvent encore peu exploit (11 % en Asie, 7 %dans les pays de la CEI et 4 % seulement en Afrique).

Au niveau mondial, lnergie hydraulique pourrait permettre deproduire annuellement 40,5 1012 kWh. Sur lensemble des sites,14,3 1012 kWh seraient techniquement exploitables soit plus quela consommation actuelle totale dlectricit [4]. La Chine arrive aupremier rang en terme de potentiel avec 370 GW constructibles et1 900 109 kWh annuels.

La plus grande centrale (Itaipu) sur la frontire du Brsil et duParaguay a une puissance de 12,6 GW (dbut de la mise en service

nome. Les puissances unitaires de ces systmes, lchelle delhabitat individuel ou de la collectivit locale, sont relativementfaibles de la centaine de watts quelques dizaines de kilowatts.Dautre part, louverture la concurrence des marchs de llec-tricit a permis des investisseurs de produire de llectricit partir de relativement petites units gnralement thermom-caniques (turbines gaz).

Enfin, les prises de consciences environnementales ontconduit une croissance de lexploitation des ressources renou-velables (figure 1), ce qui a encore amplifi le phnomne dedcentralisation (ou de distribution) de la production dnergielectrique.

On rencontre ainsi deux situations fondamentales de produc-tion dlectricit, celles en rseaux interconnects et cellesautonomes. Le rseau offre limmense avantage de la mutuali-sation des ressources et du lissage de la consommation et per-met ainsi de rduire la ncessit dun stockage intermdiaire. Lerseau est stabilis en adaptant, en temps rel, la production la consommation. En site isol, la stabilit de la frquence et dela tension est assure par la rgulation du systme de produc-tion sil utilise du carburant comme source primaire et par laprsence dun systme de stockage sil exploite des ressourcesfluctuantes comme le soleil ou le vent. Notons que les rseauxont galement recours des systmes de stockage hydrau-lique : lors des priodes de basse consommation, certaines cen-trales spcifiques pompent leau dun bassin infrieur vers unbassin suprieur ; cette eau (nergie potentielle) est turbinedans les priodes de pointe. Cela permet notamment de prolon-ger la dure de vie des centrales thermiques en rduisant la fati-gue occasionne par les variations de puissance.

Des volutions importantes se prparent dans le secteur de laproduction dlectricit [2] [3]. On prvoit, jusquen 2020, que,malgr une forte croissance des solutions alternatives, lessources traditionnelles resteront largement dominantes(figure 2). Ce nest que vers 2050 [D 3 900], rf. [1] que lon envi-sage une part considrable des sources dnergie renouve-lables, autres quhydraulique, dans la production dlectricit.Alors, pourquoi se proccuper de ces changements aussitt ?Parce que ces systmes stratgiques ncessitent une longuematuration industrielle pour atteindre la fiabilit et la compti-tivit ncessaires. Cest la raison pour laquelle de trs nombreu-ses nations subventionnent le rachat dune lectricit qui nestpas encore comptitive surtout lorsque lon ne sait pasconsidrer les cots annexes, notamment environnementaux.

Figure 1 Rpartition par sources primaires de la production dlectricit (donnes 2000)

Figure 2 Progression au niveau mondial de la production dlectricit des sources primaires (donnes Agence Internationalede lnergie)

1971 1980 2000 2010

Prvisions

1990 20200

5 00010 00015 000

25 00020 000

30 000

Pro

du

ctio

n d

'le

ctri

cit

(109

kW

h)

Autres renouvelablesHydrolectricitNuclaire

Gaz naturel

Ptrole

Charbon

Annes


__________________________________________________________________________ PRODUCTION DNERGIE LECTRIQUE PAR SOURCES RENOUVELABLES

en 1991, 90 109 kWh produits en 1999). La croissance du marchseffectue surtout dans les pays en voie de dveloppement poss-dant les ressources.

Lorsque le relief le permet, lnergie hydraulique offre un int-ressant moyen de stockage dnergie appel stockage hydrauli-que gravitaire .

Cette forme de stockage dnergie est trs utilise dans lemonde. En France ce sont 4,3 GW qui sont installs pour cettefonction avec une nergie annuelle rendue de 5,2 109 kWh, le ren-dement nergtique (sur un cycle complet de stockage et dstoc-kage) tant de lordre 60 70 %.

2. Solaire thermodynamiqueLe potentiel de lnergie solaire est norme [D 3 900], rf. [1] et

les diffrences dnergie reue annuellement, entre les zones lesplus ensoleilles et celles qui le sont le moins, ne varient que dansun rapport 1 2. Mais lirradiation solaire est fluctuante (alter-nances jour-nuit, rythmes saisonniers, nuages), elle ncessite unstockage en site isol et peut se faire au fil du soleil lorsque lonest connect au rseau.

La puissance maximale rayonne au niveau du sol vaut environ1 kW/m2 et peut atteindre 1,2 kW/m2 dans certaines situations derflexion nuageuse. Un carr de 100 m de ct dans le sud de laFrance reoit 14 106 kWh thermiques annuels, soit 1 400 kWh/m2

annuels, avec des pointes de puissance de 12 MW.

Hrites des solutions des centrales thermiques combustibles,les centrales solaires thermodynamiques permettent dexploiterdirectement la chaleur rayonne par le soleil pour chauffer de leauen vapeur via un fluide caloporteur. Un stockage intermdiaire dechaleur permet de lisser la production. Mme avec les faibles rende-ments thermodynamiques des turbines vapeur (30 % environ), onpeut envisager, dans un tel carr, une production annuelle lectri-que de 4 106 kWh avec une puissance lectrique crte de 3 MWenviron.

Exemple : la construction en Chine dune centrale de 18 GW (bar-rage des Trois Gorges), soit 27 gnrateurs de 700 MW, dont la miseen service a commenc en 2002, mrite dtre mentionne. Plus dunmillion de personnes ont t dplaces, plusieurs sites archologiquesmajeurs ont t inonds et il y aura des consquences sur lenvironne-ment.

Exemple : en France, dans lusine de GrandMaison, 2 bassinsspars de 935 m de dnivele et dune contenance de 170 Mm3,permettent le stockage de 400 106 kWh. Douze groupes turbo-alternateurs de 150 MW peuvent fournir des pointes de puissance de1,8 GW et 8 sont rversibles pour le pompage en priode creuse.



Les petites centrales hydrauliques (PCH) sont attractives pourune production dcentralise et pour accrotre encore lexploitationde cette ressource. Il sagit, par dfinition, des puissances inf-rieures environ 10 MW (la fourchette va de 0,5 MW au Luxem-bourg 50 MW au Brsil). Elles sont considres comme faisantpartie des nouvelles solutions de production dlectricit doriginerenouvelable et font lobjet dincitations, notamment travers unetarification de rachat du kWh avantageuse. On estime la productionannuelle mondiale des PCH 100 109 kWh. En France, alors quela grande hydrolectricit a quasiment atteint la saturation, il resteencore un potentiel dvolution des PCH, soit 3 500 units pour unepuissance maximale de 1 700 MW et environ 7 109 kWh annuels.

Les hydrognrateurs sont constitus dune turbine hydrauliqueassocie une gnratrice lectrique. Celle-ci est de type asyn-chrone jusqu 2 MW environ et synchrone au-del. Jusqu despuissances de lordre de la dizaine de MW, la turbine lente entranela machine lectrique travers un multiplicateur de vitesse. Lesrendements de conversion sont de lordre de 60 90 % selon lesturbines, les pertes de charge dans les conduites et les gn-ratrices.

Des gains significatifs de productivit (de lordre de 10 15 %)pourraient tre apports grce la vitesse variable ainsi que grce des gnrateurs plus haut rendement, surtout en petites puis-sances (machines aimants). Mais ces technologies, courammentemployes dans le secteur olien, nont pas encore pntr cesmarchs.

Le tableau suivant [5] donne des exemples de cots dinvestisse-ment pour des petites centrales hydrolectriques. Ces cots dpen-dent fortement de la part de gnie civil pour la construction debarrages, de conduites ventuellement sur de grandes distances,trs dpendante de la topographie.

(0)

Pour la production grande chelle, on trouve principalementdeux grandes familles de systmes solaires thermodynamiques [6].

La premire utilise des capteurs paraboliques, cylindro-parabo-liques, galement appels auges , au fond desquels se trouveun tube parcouru par un fluide caloporteur. Leur axe de rotationorient Nord-Sud permet le suivi du soleil dEst en Ouest. Lafigure 3a montre le schma dune telle auge solaire. La figure 3best une photographie dun dtail de la plus grande centrale solairethermodynamique (80 MW). En Californie, de 1984 1991, neufusines de 13,8 80 MW ont t construites et totalisent une puis-sance de 354 MW. Le facteur de concentration du rayonnementsolaire est de 30 60 et permet dchauffer le fluide caloporteur(huile) 390 oC. Un changeur de chaleur permet de produire dela vapeur 370 oC sous 10 bar. Le rendement complet du systmea atteint, dans les meilleures conditions, une valeur de 22 %,sachant que celui de la turbine est de 37 %.

La seconde famille exploite une tour contenant une chaudirevers laquelle est concentr le rayonnement capt par un champdhliostats (figure 4a). En France, la centrale Thmis dans lesPyrnes a permis de tester ce principe durant les annes 1980 [7].Un ensemble de 200 miroirs (rendement de 90 %) orientationpilote dirigeait le rayonnement solaire vers une tour de 100 m,dans une cavit de 56 m3. Une puissance thermique de 9 MWconduisait une puissance lectrique de 1,8 MW mais lerendement sest malheureusement rvl plus faible quand lerayonnement solaire tait insuffisant. En outre, la ncessit demaintenir la temprature du fluide (sels fondus), en labsence desoleil, a conduit un rendement net de lordre de 15 %. Le cot dukWh produit ne sest pas rvl comptitif dans le contextepolitico-conomique de lpoque, lexprience na pas donnsuite en France. Cependant, il y a eu dautres expriences plusconcluantes ltranger notamment aux USA. La figure 4b montrelusine exprimentale Solar Two de 10 MW lectriques en Califor-nie qui a t mise en service la fin des annes 1990. Cette instal-lation comprend une tour de 100 m, 2 000 hliostats et desrservoirs de stockage.

Les centrales solaires thermodynamiques peuvent tre avan-tageusement couples avec un autre mode de chauffage, parexemple au gaz. Le cot de production du kWh peut ainsi devenircomptitif et de trs nombreux projets sont en prparation dans lemonde. On peut considrer que la filire technologique auges aatteint une bonne maturit industrielle, le cot de production dukWh atteint 0,1 et mme 0,08 lorsquelle est hybride avec unchauffage au gaz.

Puissance Cot de lusine complte ( / W) Gnratrices

70 kW 4,3 asynchrone


180 kW 3 asynchrone


2,9 MW 0,9 synchrone

3,5 MW 0,6 1,3 synchrone



Miroir paraboliqueconcentrateur (auge)

Tube rcepteur contenantle fluide caloporteur

Mcanisme de suivi dusoleil en rotation

principe des auges miroir paraboliquea

Rcepteurcollecteur

Tour Hliostatsfocalisants

principe des centrales toura



Outre ces usines turbines vapeur, des dispositifs effet dechemine ont t tests et sont envisags pour une production grande chelle. Ils sont fonds sur le chauffage, via un capteur ther-mique situ au niveau du sol, de lair ambiant qui se trouve ensuitenaturellement aspir dans une chemine trs haute. Des arogn-rateurs sont interposs dans le courant dair et produisent de llec-tricit. Ce principe a dj expriment pendant 7 ans de 1982 1989sur le site de Manzanares (en Espagne) avec une installation de50 kW. En 2002, un projet australien grandiose envisage dimplanterdes usines de 200 MW en zone dsertique. Elles comprendraientchacune un champ de capteurs de 7 km de diamtre et une tour de120 m de diamtre et 1 km de haut. Un stockage thermique per-mettrait de lisser les variations diurnes.

3. Solaire photovoltaque

La gnration directe dlectricit partir dun rayonnementlumineux [9] [10] associe aux normes ressources nergtiquessolaires constitue, long terme, lun des principes les plus pro-metteur de production dnergie lectrique. La conversion photo-voltaque est statique, elle offre un total silence de fonctionnementet permet denvisager une trs grande fiabilit. Enfin, elle se prteextrmement bien une forte dcentralisation en exploitant direc-tement les surfaces de toitures des btiments.

Les cellules au silicium cristallin (prs de 84 % de la production2001) ont un rendement de 12 16 %, soit avec une valeur typiquede 12 %, un mtre carr recevant 1 kW peut dlivrer 120 W lec-triques. Bien que leur prix ait considrablement chut (cf. figure 6),elles sont encore chres et il faut soit un ensoleillement importantpour arriver un cot acceptable, soit un loignement importantdu rseau ou encore de fortes subventions.

Des dispositifs concentration du rayonnement et multi-jonctions permettent denvisager des rendements futurs denviron40 % [11] et bien dautres technologies, notamment en couches

Figure 3 Centrales solaires thermodynamiques auges miroirs paraboliques

Enfin, il a galement t envisag dexploiter lnergie ther-mique solaire accumule dans les mers tropicales (projetsOTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) [8]. De nombreuxprojets dextraction de cette nergie thermique des mers ontt mens en mettant en uvre des machines thermo-dynamiques fonctionnant sur la faible diffrence de tempra-ture (10 20 oC) existant entre surface et profondeur (environ1 000 m), donc avec des rendements trs faibles. Plusieurs sys-tmes exprimentaux ont t raliss avec des puissances lec-triques de quelques dizaines de kW (Hawa, le de Kyushu auJapon...). Mais leur rentabilit moyen terme na pas encore tmontre et il semble que cette ressource soit provisoirementabandonne.

dtail de l'usine de Kramer Junction Power en Californie (80 MW)b

Figure 4 Centrales solaires thermodynamiques tour

centrale Solar Two (10 MW)b



0 10 20 4030 500

1

2

3

4

VPV (V)

IPV (A) 1 000 W/m1 000 W/m2 , 25 C

1 000 W/m1 000 W/m2 , 50 C

500 W/m500 W/m2 , 25 C

1 000 W/m2, 25 C

1 000 W/m2, 50 C

500 W/m2, 25 C

caractristiques IPV (VPV) d'un panneau ASE 100bmontage de panneaux ASE 100 W silicium polycristallina



minces, se dveloppent et mergent. Ajoutons enfin que la techno-logie en silicium amorphe, dont les rendements sont de lordre de6 8 %, est galement attractive (environ 9 % du march en 2001).

Les objectifs sont avant tout conomiques et le rendement nestpas ncessairement la priorit. Un faible rendement se traduitdabord par des besoins plus grands en surfaces disponibles, maiscomme il sagit dune nergie gratuite et non polluante, il est sansconsquences sur lenvironnement.

Pour ces raisons de cot lev, la production photovoltaquetait plutt rserve lalimentation en site isol dquipements etdhabitations. Cependant, depuis les annes 1990, des pro-grammes incitatifs de toits solaires ont fleuri dans quelquespays (Japon, Allemagne, USA...). Ce sont eux, aujourdhui, quicontribuent le plus au dveloppement des filires industriellesphotovoltaques. La croissance mondiale photovoltaque en 2001 at denviron 40 % [10]. Fin 2001, on pouvait estimer la puissancephotovoltaque cumule environ 1 400 MW dont 73 % connectsau rseau, pour une nergie annuelle produite trs approximative-ment gale 1,4 106 kWh.

Il y a peu dinstallations grande chelle. En Italie, une usine de3,3 MW produit 4,6 GWh annuels sur le site de Serre (32 000 m2 demodules, puissance crte 105 W/m2).

La surface totale des toitures dhabitations en Europe est value 3 600 km2. En imaginant quun jour le cot de lnergie photovol-taque devienne comptitif, avec 100 Wutiles / m

2, et en considrantle tiers de cette surface, la puissance totale pourrait atteindre120 GW et lnergie annuelle produite 120 109 kWh (en consid-rant une production de 100 kWh / m2, soit un quivalent de 1 000 hde plein ensoleillement), ce qui reprsente toutefois moins de 5 %de la consommation lectrique actuelle europenne.

Enfin, une autre alternative, qui tient encore de la fiction, estcelle de la production photovoltaque dans lespace avec transmis-sion au sol par faisceaux micro-ondes. La Nasa, en particulier, aimagin des usines photovoltaques de plus de 10 km2 qui pour-raient un jour nous approvisionner en continu (pas de nuages, nidalternance jour-nuit) [12].

Un systme de conversion photovoltaque (PV) reli au rseaualternatif comprend un ensemble de modules PV associs en srieet en parallle dbitant dans un convertisseur lectronique de puis-sance DC-AC (figure 5c). Un gnrateur PV possde une caract-ristique rsultante tension-courant semblable celle dune seulecellule ; ce nest ni un gnrateur de tension ni un gnrateur decourant et sa puissance maximale est obtenue en un point quidpend de la temprature et de lintensit de lclairement

Figure 5 Modules photovoltaques, caractristiques lectriques, connexion au rseau

v

i

+i

vVPV

IPV

association de modules en srie dbitant sur le rseau travers un onduleur modulation de largeur d'impulsionc



(figure 5b). Pour exploiter le maximum de la puissance disponible,il est intressant [13] dadapter la charge avec une commande diteMPPT (Maximum Power Point Tracking). Il suffit donc que leconvertisseur lectronique adapte en permanence le niveau de ten-sion de sortie du gnrateur PV.

Enfin, lorientation des modules PV est gnralement fixe pourdes raisons de cot et de robustesse. Dans lhmisphre nord, uneorientation au sud est souhaitable avec une inclinaison par rapport

rseau et situs en zone assez vente, il sagit dun mode de pro-duction rentable. Des petites machines de 100 W 30 kW sont ainsicommercialises pour les applications en sites isols. La produc-tion grande chelle (actuellement turbines de 200 kW 3 MW)raccorde au rseau devient rentable dans les zones suffisammentventes. Le taux de croissance actuel sur ce march est denviron30 40 % par an. Le dcollage sest effectu dans les annes 1980en Californie ; ce fut la premire exprience grande chelle (leWind-rush) grce une incitation fiscale trs volontariste [18].Aujourdhui, cest lEurope, avec lAllemagne en tte, qui est le lea-der mondial en terme de puissance installe, mais les tats-Unisont galement une trs forte croissance (65 % en 2000/2001).

Fin 2002, plus de 30 GW oliens taient installs dans le mondepour environ 50 109 kWh annuels produits alors que lon necomptait que 15 MW en 1981. Mais les arognrateurs produisentencore moins de 0,4 % de llectricit mondiale. Le Danemark estle pays avec le plus fort taux dapprovisionnement dorigineolienne : en 2002, 2 890 MW fournissaient environ 21 % de lademande nergtique lectrique nationale.

Le potentiel franais est considrable : il est estim 66 109 kWh annuels (avec 30 GW) en zone terrestre et beaucoupplus en offshore, cest--dire suprieur celui de lhydraulique. LaFrance, aprs avoir pris un certain retard sur ce plan, a lanc en1996 le programme OLE 2005 dans lequel on prvoyait linstalla-

Figure 6 Baisse des cots des modules gnrateursphotovoltaques seuls [14]

1975 1980 1985 1990 1995 20052000 20100

10

20

30

40

50

Annes

Co

t

( /

W)

3,5 /W 1,6 /W?1,6 /W?3,5 /W 1,6 /W ?



lhorizontale adapte au besoin. Une inclinaison minimale maxi-mise la production dt, tandis quune inclinaison importantemaximise celle dhiver. Elle peut tre choisie pour maximiser laproduction annuelle, ce qui est intressant lorsque le systme estcoupl au rseau avec une tarification unique de rachat.

En 2002, le cot dun systme photovoltaque se rpartit de lafaon suivante :

modules PV : 3,3 / W (voir courbe dvolution des prix,figure 6) ;

installation : 1,5 / W ; onduleur : 1,5 0,8 / W (de 500 W 5 kW) [15]. Actuelle-

ment, en forte puissance, les convertisseurs ont un cot denviron0,1 / W, cela permet denvisager, dans les centrales de forte puis-sance un faible impact de la partie lectronique de puissance surle cot total.

Soit un total actuel denviron 6 / W sans stockage.

Si lon souhaite ajouter un stockage pour une possibilit de fonc-tionnement autonome, il faut compter environ 0,15 / Wh avec unetechnologie lectrochimique plomb-acide soit 3 6 / W pour unequantit accumule correspondante de 20 40 h la puissancemaximale.

En 2001, les subventions la production dnergie PV en Francesont :

lachat de lnergie : 0,305 / kWh (DOM et Corse) et0,152 / kWh (mtropole) ;

linstallation de 4,57 6,1 / W selon que linstallationcomprend ou non des batteries.

Le montant de laide diminue progressivement les annes sui-vantes.

On prvoit une baisse significative des cots lhorizon 2010 quipermettrait denvisager une relative comptitivit, avec un cot deproduction de 6 c / kWh sur une dure de 20 ans avec un bonensoleillement de 1 500 h annuelles. Mais cest encore plus longterme que ce mode de production doit se dvelopper fortement.

4. Arognration (oliennes)Il a fallu plusieurs dcennies pour raliser des oliennes silen-

cieuses, esthtiques et rsistantes aux conditions mtorologiquestrs capricieuses [16] [17]. Pour les usagers non raccords au

tion de 250 500 MW doliennes terrestres dici 2005, puis en2001, les objectifs ont t ensuite largement revus la hausse(entre 4 000 et 10 000 MW lhorizon 2010) avec des tarifs derachat plus attractifs pour les investisseurs.

Cest en zone offshore que laccroissement de production le plussignificatif est attendu. La production en mer prsente en effetdeux avantages considrables : la rduction de limpact visuel etune meilleure productivit (vents plus forts, plus rguliers et plusnergtiques). Le potentiel offshore mondial [19] est estim 37 1012 kWh annuels (sites compris entre +/ 72o latitude et avecmoins de 30 m de profondeur) soit presque 3 fois la productionmondiale dlectricit. En France [19], dans des zones ayant moinsde 40 m de profondeur et moins de 30 km des ctes,470 109 kWh annuels pourraient tre thoriquement produits,mais si on tient compte de nombreux paramtres, par exemple letaux maximal doccupation de la surface (1 % en Mditerrane et3,5 % en Manche-Atlantique), on arriverait 13 109 kWh annuelspour une puissance installe de 4 230 MW (productibilit dun peuplus de 3 000 h par an).

Les arognrateurs modernes sont presque tous axe horizon-tal. Ils comprennent un mt et une nacelle supportant la turbine,gnralement 3 pales, qui entrane une gnratrice dbitant surle rseau. La plupart des systmes intgrent un multiplicateur devitesse entre la turbine (lente) et la gnratrice (rapide) mais dessystmes attaque directe se dveloppent rapidement. Ils nces-sitent des machines lectriques lentes sans pour autant alourdirexagrment la nacelle. Les machines rapides sont presque toutesdes asynchrones alors que les gnratrices lentes sont de type syn-chrone rotor bobin ou aimants permanents.

Au dbut, la vitesse de rotation des turbines tait quasiconstante impose par la frquence du rseau, mais la vitessevariable simpose progressivement car elle permet des gains ner-gtiques dans le domaine des basses vitesses de vent et rduit lescontraintes mcaniques lors des rafales. On rencontre essentiel-lement deux systmes, celui avec machine double alimentationdans lequel le rotor triphas est aliment par un convertisseur sta-tique de puissance rduite (environ le tiers de la puissance totale)et le stator est directement coupl au rseau et celui avec machinesynchrone alimente frquence variable par un convertisseur quivoit transiter toute la puissance. Dans les deux cas, les convertis-seurs sont deux tages DC-AC et AC-DC, modulation de largeurdimpulsion, avec un bus continu intermdiaire. Ces systmes pr-sentent en outre lavantage de pouvoir fournir ou absorber de lapuissance ractive et contribuer ainsi activement la gestion durseau.



plus fin du dcrochage et une courbe de puissance plus plateau-del de la vitesse nominale Vn .

caractristiques de vent donnes et technologie de turbinedonne, la puissance collecte est proportionnelle la surfacebalaye soit le carr de son diamtre.

La puissance moyenne des units darognrateurs commercia-lises en 2001 tait suprieure 1 MW. Les plus grosses unitsatteignent une puissance de 3 MW et tendent vers les 5 MW ; cesniveaux de puissance sont adapts aux machines offshore. Laferme olienne offshore de Middelgrunden, au large du port deCopenhague, rassemble 20 arognrateurs de 2 MW chacun. Ilexiste, en terme de puissance unitaire, une valeur conomique-ment optimale compte tenu des caractristiques du site deproduction : cette puissance est lgrement suprieure 1 MW en2002 et en zone terrestre. Les arognrateurs sont regroups en

1 pales2 moyeu rotor3 nacelle4 cardan5 transmission6 multiplicateur

de vitesse7 frein disque

10 radiateur de refroidissement11 centrale de mesures du vent12 contrle13 centrale hydraulique14 mcanisme d'orientation face au vent15 paliers du systme d'orientation

quips d'un frein disque16 capot

Exemple : pour donner des ordres de grandeur, voici quelquesdonnes dimensionnelles de la machine Nordex N60 (1,3 MW) : dia-mtre et masse de la turbine : 60 m et 21 t, masse de la nacelle (sansturbine) : 51 t, hauteur et masse de la tour (cylindrique acier) : 46 85 m (selon version) et 68 154 t. Ici, il sagit dune gnratrice asyn-chrone 2 vitesses (2 valeurs du nombre de ples) permettant deuxvitesses de rotation de la turbine de 19 et 12,7 tr / min travers un mul-tiplicateur de rapport 78.



Comme la puissance arodynamique du vent crot avec le cubede la vitesse, pour des raisons de dimensionnement et de cot, ilest ncessaire dcrter la puissance partir dune certaine vitessede vent Vn , puis darrter compltement la production au-deldune vitesse maximale Vm . Pour cela, deux systmes coexistentselon les machines, celui dcrochage arodynamique (stall ) ocest la forme des pales qui permet la chute rapide du coefficientde puissance au-del dune certaine vitesse de vent (principe de lamachine Nordex N60 de la figure 7 et celui pas variable (pitch )dans lequel les pales sont orientables, ce qui permet un contrle

fermes oliennes , dont certaines atteignent des puissancesconsidrables comme celle du Nordais au Canada qui a unecapacit de 100 MW. Les projets offshore sont encore plus impres-sionnants comme ce projet irlandais de 520 MW comprenant200 turbines situes environ 70 km au sud de Dublin, sur un bancde sable de 20 km de long et 2 km de large, 7 km de la cte, surdes profondeurs allant de 5 25 m.

Les cots dinvestissement des arognrateurs terrestres sontcompris entre 0,8 et 1,1 / W pour une productivit moyenne, enEurope, de 2 200 h annuelles pleine puissance. Certains sitesterrestres sont toutefois beaucoup plus favorables comme celui deSidi Daoud en Tunisie (10,6 MW) dont la production annuelleslve 3 300 h quivalentes pleine puissance. Le cot de laro-gnrateur proprement dit reprsente entre 60 et 80 % du cottotal. Grce une constante amlioration de lefficacit desmachines (600 1 000 kWh/m2 entre 1980 et 2000) et aux effets desrie, le cot de production de llectricit olienne a considra-blement diminu comme en tmoigne le graphique de la figure 8.

Figure 7 Arognrateur classique tripale de type stall et gnratrice rapide

1 3 115 7 9 13 15 2317 19 21 25 27 290

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

V (m/s)

Vd Vn Vm

P (k

W)

Courbe relle

Courbe typique

Courbe relle

Courbe typique

8 accouplement9 gnratrice

17 tour

Courbe relle de la puissance productible en fonction de la vitesse duvent et courbe typique d'un arognrateur quelconque :

Vd est la vitesse de dmarrage (ici 4 m/s : 28 kW)Vn est la vitesse nominale (ici 15 m/s : 1,3 MW)Vm est la vitesse maximale (ici 25 m/s)

puissance productible en fonction de la vitesse du ventb

schma d'une olienne Nordex N60 (1 300 kW)a

Figure 8 Baisse des cots de production des arognrateurs terrestres, avec une vitesse moyenne des vents de 6 m/set un amortissement sur 20 ans (taux dintrt : 5 %/an)(donnes Agence de lnergie Danoise compltes dinformations rcentes)

1981 1985 1989 1997 20011993

0,04

0,08

0,12

0,16

Annes

Cot ( /kWh)



En ce qui concerne la production offshore, lexprience cumuledepuis linstallation de la premire ferme en 1991 (Vindeby) etlaccroissement des puissances unitaires des machines ont permisdatteindre des cots dinvestissement de 1,7 2 / W dont 42 %arognrateur, 36 % gnie civil (installation et dmantlement),18,5 % raccordement rseau et 3,5 % frais financiers [19]. Lloi-gnement des ctes est un facteur daccroissement du cot, maisleffet est dautant moins sensible que la puissance des fermes estleve. Ainsi, pour 200 MW avec 3 100 h annuelles pleine puis-sance, le cot de production est valu entre 4,1 et 4,4 c / kWhselon que la distance est de 5 ou 30 km.

Lnergie olienne est, de toutes les sources renouvelables, cellequi contribue le plus lvolution du systme de production lec-trique en vue de la rduction des rejets de CO2 .

Les puissances leves fluctuantes posent un certain nombre deproblmes de raccordement au rseau et de stabilit qui engen-drent des cots annexes, aujourdhui non pris en compte dans lecot de production, mais il en est de mme pour les autres sourceset il faut reconnatre que les rseaux actuels ont t construits plusdans un souci de service public que de rentabilit. Cest dans cetesprit que lnergie dorigine olienne est subventionne.

subit les ondulations de pression hydrauliques de la houle etoscille. Le systme Archimedies Wave Swing dcrit ci-aprs estlun des plus avancs (figure 9d ).

Le systme Pelamis [27] est constitu dun ensemble de boudinscylindriques semi-immergs relis entre eux par des articulationset ressemblant un serpent. Cette forme gnrale lui permet desupporter des houles trs varies et de bien exploiter leur nergie.Dans les articulations, se trouvent des pompes hydrauliques quiaccumulent lnergie dans un rservoir. Un moteur hydraulique,qui tourne rgulirement, entrane une gnratrice lectrique. Cedispositif prsente lavantage de lisser une nergie naturellementfluctuante. Sa dure de vie envisage est de 15 ans. Un gnrateurde 450 kW serait constitu de boudins de 3,5 m de diamtre surune longueur totale de 130 m. Cette puissance serait atteinte pourune houle de hauteur 2,4 m et de priode 8,9 s. Des prototypes chelle rduite, dont le plus gros tait au 1/20e [25], ont t ralisset tests. Ils ont permis de relativement bien valider les modles.Le temps quivalent annuel pleine puissance escompt est de3 300 h au voisinage dles cossaises.

Le systme AWS (Archimedies Wave Swing), projet nerlandaispour une application au Portugal, est encore plus avanc [26].Chaque unit de production se trouve immerge 8 m sous la sur-face. Un flotteur, de 21 m de hauteur et 9,5 m de diamtre,actionne un piston et entrane un gnrateur linaire synchrone



5. Gnrateurs utilisantla houle

Nota : le lecteur se reportera en bibliographie [20] [21] [22] [23].

La houle, dont lorigine se trouve dans les vents, reprsente unimmense gisement dnergie. Les puissances disponibles sexpri-ment par unit de longueur de front de vague et atteignent quel-ques 10 kW/m. La puissance moyenne annuelle sur les ctes de lafaade Atlantique est comprise entre 15 et 80 kW/m [21]. Ces gn-rateurs peuvent tre intressants pour lalimentation de balises enmer ou pour les plates-formes ptrolires offshore, mais gale-ment pour la production dnergie grande chelle et raccorde aurseau.

Lhostilit du milieu marin (temptes, corrosion) a t la causedchecs rpts mais il semble que des solutions viablescommencent voir le jour. De trs nombreuses ides ont conduit des systmes extrmement varis (plus de 1 000 brevets dinven-tion). Cependant, on peut effectuer un classement des principauxdispositifs exploitant lnergie des vagues [20] :

barrages houle situs sur les ctes ; par dferlement, leaude mer remplit un rservoir et est ensuite turbine (figure 9a). Cessystmes prsentent lavantage de lisser la puissance et dobtenirune production relativement rgulire, en tout cas, qui ne fluctuepas au rythme des vagues, mais ils occupent de lespace sur lesctes ;

systmes flotteur en surface ou semi-immerg ; de trsnombreux systmes flottants ont t imagins ; nous verrons lundes plus rcents, le convertisseur Pelamis (figure 9b) ; le projetjaponais Mighty Whale est galement signaler [24], un prototypeflottant de 50 sur 30 m et 12 m de profondeur une capacit degnration de 110 kW pour une productivit annuelle denviron120 MWh ;

systmes colonne oscillante, galement placs sur lesctes, une cavit ouverte sous le niveau de la mer et contenant delair entre la surface libre et un piston (figure 9c). Lair est poussou aspir travers une turbine dont le sens de rotation ne changepas en fonction de son sens de circulation. La turbine entrane unalternateur qui produit ainsi en continu de lnergie. Plusieursprototypes ont t raliss dont un de 500 kW en Norvge (Toftes-fallen). Linconvnient majeur de ce dispositif est le bruit acous-tique mis par la turbine ;

systme flotteur immerg ; une partie fixe du systme estancre et une partie mobile sollicite par la pousse dArchimde

dune puissance de 2 MW. Le flotteur est mis en rsonance par lesvagues ; ainsi, une amplitude de houle de 1 m peut donner desmouvements de 7 m. Un prototype chelle 1 a t ralis et misen service en 2002. Contrairement la solution finale envisage,qui sera ancre via des cbles, le dispositif exprimental est possur un socle, ce qui permet de le sortir aisment.

La maturit de ces nombreux gnrateurs est encore trs faibleet il est difficile de fournir des valeurs de cot de productionsrieuses.

Le fort dveloppement de lnergie olienne offshore, qui vasaccompagner dinfrastructures lourdes tant sur le plan du gniecivil que des installations de transport de llectricit terre,pourrait tre complt par des gnrateurs houle. Mais il reste imaginer les solutions qui offriraient le meilleur mix nergtique.

6. Production mare-motrice et par les courants marins

Nota : le lecteur se reportera en bibliographie [8].

Dans certaines zones favorises, il est possible dexploiter lesgrandes amplitudes de mares (environ 2 cycles par jour) et dercuprer une quantit considrable dnergie, mais pour cela ilfaut construire des barrages et modifier la configuration de sitesctiers. Pour cette raison, il y a eu trs peu de ralisations aumonde et la plus grande, de trs loin, est lusine marmotrice dela Rance [28] avec 24 groupes de 10 MW, elle produit annuellementenviron 600 106 kWh soit plus de 90 % de lnergie lectriquemarmotrice mondiale. En 30 ans, elle a produit 16 109 kWh.Dautres projets sont ltude, celui de la baie du Fundy auCanada, o une usine de 5 300 MW est envisage, et celui deSevern en Angleterre avec 216 turbines dune puissance totale de8 640 MW. Mais ces projets, dj anciens, semblent avoir peu dechance daboutir. Au total, ce sont 87 GW qui ont fait lobjet depr-tudes de faisabilit dans le monde pour une productivitannuelle de 190 109 kWh [8].

Le fonctionnement dune usine marmotrice sapparente celuidune centrale au fil de leau car la hauteur de chute reste faible,mais, contrairement cette dernire, il est intressant de fonction-ner dans les deux sens ; cest pourquoi des groupes spciaux deturbines rversibles ont t dvelopps pour la centrale de la



Rservoir

Turbine etalternateur

Canalisationvers turbine

Canalisationde retour

Canalconvergent

en pente

10 m

991 846 846

3 495 mm

846 941

45 453 96

0 m

m

25 kg

25 kg

25 kg

25 kg

Boudins flottants

Articulation deux degrs delibert avec vrins hydrauliques

Vue de dessus

exemple de systme flotteur en surface : Pelamis [25]bsystme dferlementa

Masse de lestage

Turbine et alternateur



Rance. Son exploitation optimale est galement complexe : parexemple, il est en effet parfois intressant de pomper de leaulorsque la mare descend pour accrotre le niveau ct terre etturbiner plus tard avec une hauteur de chute avantageuse.Aujourdhui, lexprience acquise a permis dautomatiser le fonc-tionnement et de tirer le meilleur profit de linstallation. Le prix derevient du kWh, toutes charges comprises, est tout fait rentableet stablit environ 3 c [28].

Les phnomnes de mare sont lorigine de courants marinsmais ils ne sont pas les seuls ; la rotation de la terre, les carts detempratures jouent galement un rle important. Il existe descourants trs puissants dans de nombreux endroits, notammentdans des estuaires, dans des fiords ou encore dans des troits brasde mer qui pincent les flux maritimes. Le potentiel, difficilementestimable, est valu plusieurs centaines de TWh annuels pourles seules ctes europennes. Ainsi, de trs nombreux projetsdoliennes sous-marines, ne ncessitant pas les barrages etinfrastructures des usines mare-motrices, ont fleuris dans lesannes 1990.

Les turbines envisages peuvent tre axe horizontal ou vertical(type Darrieus), ces dernires prsentant lavantage de ne pasncessiter de systme dorientation par rapport au courant.

7. lectricit gothermique

Dans certaines zones favorables, on trouve, en effectuant desforages plus ou moins profonds, de leau temprature leve.Dans la plage de 150 350 oC, on parle de gothermie hautenergie. Leau est pompe vers la surface et passe dans deschangeurs ; la vapeur produite est ensuite turbine comme dansles centrales thermiques classiques.

Figure 9 Quelques systmes de production dlectricit partir de lnergie de la houle

Sortie etentre d'air

FondationsFondations

Ouverturecommunicante

Surface libre oscillantau rythme de la houle

Caissons

Flotteur

Stator dugnrateurlinaireAxe de guidage

Support guidevertical

Fond marin ou arimageFond marin ou arimageFond marin ou arimage

dispositif colonne oscillantec systme flotteur immerg AWS [26]d

Exemple : lentreprise norvgienne Hammerfest Strm AS envi-sage un parc de 15 000 oliennes sous-marines entranes par lescourants proximit des ctes de Norvge avec un potentiel de pro-duction de 450 109 kWh (60 sites slectionns le long du littoralnorvgien). Une installation [29] pilote comprenant 20 turbines en fibrede verre de 10 15 m de diamtre doit tre construite sur le fond duKvalsundet dans un troit bras de mer au nord de la Norvge. unevitesse de 11 tr/min, les turbines devraient produire 800 kW chacune.Le prix de revient du kWh est actuellement estim 5,3 c mais il estencore tt pour conclure car lexprience acquise est minime.



La puissance instal le cumule atteint environ 8 GWlectriques [30] pour une production annuelle totale denviron50 109 kWh. On prvoit 18,7 GW en 2010 (revue Systme Solairejuin 2002). Rien quaux Philippines, une puissance de 1,9 GWcontribue hauteur de 25 % la production dlectricit. LItaliedispose d une capacit de production de 790 MW pour4,7 109 kWh annuels (1,6 % de sa production totale dlectricit)dont une centrale de grande puissance (Valle Secolo, 1991)comprenant 2 groupes de 60 MW. Le Japon a une capacit de pro-duction de 550 MW ; lusine de Hatchobaru II a, elle-seule, unepuissance de prs de 300 MW.

En Guadeloupe, lusine de Bouillante, mise en service en 1985,possde une capacit de 4,8 MW qui doit atteindre 15 MW en 2003avec une production annuelle prvue de 0,1 109 kWh. Dans la pre-mire tranche de 1985, la turbine tourne 7 900 tr/min et entrane,via un rducteur, un alternateur de 5,3 MVA 1 500 tr/min. Lefluide gothermal (mlange eau-vapeur) est 200 oC avec un dbitde 150 t/h.

Mais les technologies actuelles, bien prouves et dune excel-lente productivit, ncessitent de disposer dun sous-sol chaud etcontenant de leau. Cela limite considrablement le champ dappli-cation de la gothermie car il existe de nombreux sites o la tem-prature est leve (200 oC) mais sans eau. Cest pour permettrelexploitation de cette ressource que la technologie des roches

On parle de petite cognration pour des puissances de moinsde 500 kW lectriques (kWe), de mini-cognration au-dessous de215 kWe et de micro-cognration au-dessous de 36 kWe [32]. Lesprincipales technologies en prsence dans ce domaine sont lesturbines gaz et les groupes lectrognes moteurs combustioninterne (diesel essentiellement) qui offrent des rendements glo-baux en cognration de lordre de 90 %. Mais, ce march tantporteur, dautres technologies sont en dveloppement, notammentsur la base de piles combustible (brlant de lhydrogne, ven-tuellement produit par reformage de gaz naturel), de groupes moteur Stirling et dautres procds. plus long terme, le marchde la cognration domestique devrait se dvelopper, de nom-breux prototypes de chaudires produisant chaleur et lectricitsont en exprimentation. Ils fonctionneraient, dans un premiertemps, majoritairement au gaz naturel, mais galement au bois.Cest peut-tre vers 2050, que lhydrogne se gnraliserait maistous types de combustibles sont envisageables.

Les combustibles issus de la biomasse, dailleurs souvent desdchets, sont notamment le bois, le biogaz, la paille, la bagasse(rsidu de canne sucre)...

Le biogaz est du mthane dont les caractristiques sont trsproches de celles du gaz naturel. Il est obtenu par mthanisationdans un digesteur dont le volume peut varier de quelquescentaines quelques milliers de m3. La fermentation dure de une trois semaines. Le rsidu de cette opration est un compost uti-



chaudes sches est en dveloppement. Elle est fonde sur linjec-tion deau dans des zones profondes de roches fractures. Uneexprience est mene en Alsace (Soulz sous Forts) avec un puits 3 600 m : de leau est injecte sous pression par un premierpuits ; elle circule dans les enfractuosits puis remonte rchauffepar un second puits. On y prvoit une usine exprimentale de 5 6 MW avec de leau 195 oC. terme, une puissance de 20 MWserait envisageable en Alsace.

Jusquen 2000, la gothermie tait en 2e position, aprs lnergiehydraulique, en terme de production dlectricit dorigine renou-velable. Depuis, elle a t dpasse par le vent.

Le cot dinvestissement est partiellement dtermin par lesforages, dont la russite nest pas toujours certaine un forage 1 km de profondeur cote environ 3 M et par lusine elle-mme, plutt moins chre quune centrale thermique classique. Lecot dinvestissement global est ainsi de lordre de 1,7 2,2 / W.Quand au cot dexploitation, il est principalement li auxdpenses nergtiques de pompage et/ou dinjection deau. Mis part la rcente technologie des roches sches, dont lexprienceest insuffisante, la rentabilit des centrales gothermiques estgnralement bonne avec un cot de revient du kWh compris entre2,7 et 5,4 c selon les qualits du site (temprature deau et pro-fondeur du forage). Il y a galement quelques risques dans ladure de vie des forages quil faut parfois recommencer.

8. Gnration et cognration partir de la biomasseou de dchets

la place des combustibles fossiles, on peut brler des carbu-rants issus de la biomasse cultive ou non ou encore desdchets pour produire de la chaleur puis de la vapeur et enfin dellectricit. Mais dans un souci daccroissement de lefficacit, onralise de plus en plus souvent des systmes de cognration danslesquels la chaleur, habituellement perdue, est valorise pour desapplications varies (chauffage des locaux, besoins industriels,agriculture...). Ce sont surtout des incitations tarifaires de rachat dellectricit cognre qui ont permis le dcollage de ces filiresnergtiques aujourdhui trs dveloppes dans de nombreuxpays [31] [32].

lisable pour les cultures. La mthanisation produit environ 500 m3

(5 500 kWh primaires) de biogaz par tonne de matire organiquedgrade. Le gisement potentiellement valorisable en France estde lordre de 3,5 Mtep/an (40 109 kWhth), pour une productionactuellement de 150 ktep/an (1,7 109 kWhth). Le gisement est doncconsidrable mais cest toute une organisation qui est mettre enplace surtout au niveau de la collecte. Une telle exploitation dubiogaz est galement trs intressante du point de vue environne-mental. En effet, le mthane qui se dgage naturellement de lafermentation est 11 fois plus actif que le CO2 produit par lacombustion en ce qui concerne leffet de serre.

Les dchets organiques secs peuvent tre directement incinrsmais ils ncessitent des traitements perfectionns des fumes.

La paille reprsente galement une ressource intressante. LeRoyaume-Uni lexploite dj avec plusieurs centrales lectriques.Celle dEly fournit 271 GWh par an en brlant 200 000 t de paille.Les ressources franaises sont de 26 millions de tonnes annuellesreprsentant 36 109 kWh annuels (plus de 8 % de la consom-mation lectrique).

Autre exemple, la bagasse possde lefficacit nergtique dulignite soit environ 2,2 kWh/kg. Les les de la Guadeloupe et de laRunion exploitent dj largement cette filire dans des usines decognration de 60 MW [33].

Enfin le bois peut galement tre exploit moyenne chelle. Savaleur nergtique est denviron 2 kWh/kg.

Les biocarburants liquides, plus coteux lobtention et indus-triellement produits partir de cultures nergtiques (colza, tour-nesol, betteraves, bl, orge, mas...), sont mieux valoriss dans lesapplications de transports o ils sont brls dans des moteursthermiques. En France, ils reprsentent dj plus d1 % de laconsommation totale de carburants et sont gnralementmlangs au gasoil des moteurs diesel.

Les ordures mnagres reprsentent galement une sourcednergie intressante de plus en plus frquemment valorise surle plan nergtique. Dans les pays industrialiss, lincinrationdune tonne dordures mnagres permet de produire 300 500 kWh et de nombreuses dchetteries mettent profit cette ner-gie pour produire lectricit et chaleur [33]. Sur les 11 millions detonnes incinres chaque anne en France, 8 millions faisaient djlobjet dune valorisation nergtique en 2002.

Au niveau mondial, la production dlectricit partir de labiomasse et des dchets tait, en 1998, de 155 109 kWh [34]. Cestun secteur en rapide progression avec des temps de retour



damortissement extrmement rapides (moins de 7 ans en gn-ral). Daprs la DGEMP (Direction gnrale de lnergie et desmatires premires), cette production lectrique tait estime prs de 3 109 kWh pour la France en 2000.

9. ConclusionLes ressources dorigine renouvelable reprsentent un potentiel

largement suffisant pour satisfaire nos besoins, notamment ennergie lectrique. En outre, les solutions de conversion sont trsnombreuses et il existe beaucoup de niches exploiter. Lacomptitivit des filires nouvelles samliore au fur et mesurede lexprience acquise et de laugmentation de la productioncumule (cf. [D 4 006, figure 1]) et il est raisonnable de penser queplus aucune subvention ne sera ncessaire lhorizon 2020 pour laplupart des voies en forte progression actuelle (olienne, photovol-taque, biomasse...).

Il est retenir que le respect de lenvironnement et notre scuritdapprovisionnement rsident dans la diversit, dans la compl-mentarit des diffrentes ressources et dans la dcentralisation desmoyens de production. Hormis le cas des pays qui nont pasencore investi dans les rseaux lectriques, il reste trs intressantdtre interconnect pour mieux mutualiser des ressources sou-

vent fluctuantes. Mais des systmes de stockage dnergie devrontprobablement tre mis en place pour assurer la stabilit de cesrseaux ainsi que notre scurit dans un contexte de plus en pluscomplexe (march ouvert, sources alatoires...). Ils existent dj defaon centralise avec les centrales hydrauliques de pompage etavec les grands barrages, mais ils ne seront pas suffisants etdevront faire lobjet de nouveaux investissements. Alors une ques-tion se pose : o disposer ces accumulateurs : au niveau de la pro-duction, du transport ou du consommateur ? Il est probable que lameilleure solution soit la dernire car cest le consommateur qui ales plus grandes amplitudes de fluctuation, par exemple, le rapportentre consommation crte et consommation moyenne desmnages franais est proche de 20. En outre cela lui confreraitune possibilit dautonomie en cas de coupure accidentelle durseau et une excellente sret gnrale de fonctionnement si lesmmes consommateurs disposent de systmes de productionautonomes.

Notons enfin que les hybridations de ressources sont souventintressantes sur le plan conomique et quelles contribuent faci-liter les transitions vers les solutions alternatives. Elles sontdailleurs dj frquemment utilises : gaz et dchets dans lesusines dincinration, gaz et soleil dans les centrales thermo-dynamiques... Enfin la cognration lectricit, chaleur, froid estsouvent particulirement avantageuse du point de vue du bilanglobal, mais elle doit tre pense ds la conception.



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[32] MAYER (D.) et NEIRAC (F.P.). La productionrpartie dlectricit : techniques et perspec-tives dans le contexte europen. GEVIQ2002,p. 48-54, Marseille, juin 2002.

[33] EDF et les nergies renouvelables. DocumentEDF, sept. 2000.

[34] MANOHA (B.). WEC Committee on the per-formance of the generating plant. WorkGroup Renewable Energy, BEA WorkshopLondon, nov. 2001.

Production dnergie lectrique par sources renouvelables1. HydrauliqueContexte de la production dlectricit

2. Solaire thermodynamique3. Solaire photovoltaque4. Arognration (oliennes)5. Gnrateurs utilisant la houle6. Production mare-motrice et par les courants marins7. lectricit gothermique8. Gnration et cognration partir de la biomasse ou de dchets9. ConclusionRfrences bibliographiques

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