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1 Les Énergies Renouvelables. 2 I/ Introduction Les énergies renouvelables sont des moyens écologiques permettant de produire de l'électricité ou de la.

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1 1 Les Énergies Renouvelables

2 2 I/ Introduction Les énergies renouvelables sont des moyens écologiques permettant de produire de l'électricité ou de la chaleur. Parmi elles on trouve les énergies solaires, l'énergie hydraulique, les éoliennes, la géothermie et la biomasse.

3 3Plan I/ Introduction I/ Introduction II/ Les énergies solaires II/ Les énergies solaires – 1.Principe de fonctionnement – 2.Avantages et inconvénients III/ L'énergie hydraulique III/ L'énergie hydraulique – 1.Principe de fonctionnement – 2.Avantages et inconvénients IV/ Les éoliennes IV/ Les éoliennes – 1.Principe de fonctionnement – 2.Avantages et inconvénients V/ La géothermie V/ La géothermie – 1.Principe de fonctionnement – 2.Avantages et inconvénients VI/ La biomasse VI/ La biomasse – 1.Principe de fonctionnement – 2.Avantages et inconvénients VII/ Conclusion VII/ Conclusion

4 4 II/ Les énergies solaires L'énergie solaire est l'énergie produite par le rayonnement solaire. Elle est captée puis transformée en électricité ou chaleur. Parmi les énergies solaires, on trouve le solaire photovoltaïque, le solaire thermique, la tour solaire...

5 5 1. Principe de fonctionnement ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE – Convertie la lumière du soleil en électricité grâce à des matériaux photosensibles. – Panneaux solaires formés de cellules photovoltaïques => produisent un courant continu – On transforme le courant continu en courant alternatif avec un onduleur.

6 6 – La production d'électricité étant liée à l'intensité de la lumière solaire, on utilise alors une batterie d'accumulateurs qui se charge la journée et sert de stockage. – Les cellules sont composées de 2 couches de semi-conducteurs à base de cristaux 3 types : – En silicium mono cristallin (rendement le plus élevé) – En silicium poly cristallin (le plus courant) – En silicium amorphe (le moins performant)

7 7 ENERGIE THERMIQUE – Capte la chaleur du rayonnement solaire, fait ainsi fonctionner des chauffe-eau solaires, cuiseurs solaires ou climatiseurs solaires. – Rayonnement solaire produit une chaleur élevée (>500°C)=>fait fonctionner des turbines ou alternateurs. – L'énergie solaire est captée et transformée en chaleur par des panneaux, puis transférée dans un ballon pour la stocker. – Capteurs plans ou sous vide, associés à un ballon (300L) équipé d'un échangeur et d'un appoint électrique pour assurer le complément durant des périodes sans soleil ou la nuit.

8 8 TOUR SOLAIRE – Canalise l'air chauffé par le soleil pour actionner des turbines et produire de l'électricité. – Une vaste serre servant de collecteur entoure la cheminée. Elle chauffe l'air environnant grâce au soleil et provoque un vent puissant qui peut être exploité par les turbines, convertissant l'énergie thermique en courant électrique. – Pour un fonctionnement régulier, sont prévus des systèmes d'accumulation de chaleur, rendant le système opérationnel quasiment H24.

9 9 Projet Australien – Cheminée de 990m de haut pour un diamètre de 70m. – Collecteur de 7km de diamètre (38,5km² de verre et plastique) – Puissance électrique : 200MW – T de l'air chauffé dans la cheminée : 70°C (3O°C au sol à l'extérieur) – Vitesse de l'air dans la cheminée : 54 km/h – 32 turbines – Pour contrer l'effet d'ovalisation de la tour, à intervalles réguliers seraient disposés des maintiens comme des rayons d'une roue de vélo.

10 10 2. Avantages et inconvénients AVANTAGES – Matériel fiable et sans entretien – Systèmes simples – Durée de vie de plus de 35 ans pour l'énergie photovoltaïque – Capacité de stockage important pour l'énergie thermique – Système opérationnel 24h/24 pour la tour solaire INCONVENIENTS – Énergie photovoltaïque La nuit, la source d'énergie n'existe plus, il faut donc prévoir des systèmes de stockage – Tour Solaire Coût d'investissement de départ important : env. 4OO millions d'euros

11 11 III/ L'énergie hydraulique L'énergie hydraulique provient de l'énergie fournie par le mouvement de l'eau : chute d'eau, cours d'eau, marée, vague... Ce mouvement peut être utilisé directement grâce à des moulins à eau, ou peut être converti, en énergie électrique dans une centrale hydroélectrique par exemple.

12 12 1. Principe de fonctionnement L'énergie hydraulique peut être utilisée sous forme d'énergie mécanique : – L'eau d'un ruisseau fait tourner la roue d'un moulin à eau ou d'une noria. – Dans une machine hydraulique, l'huile mise sous pression est injectée dans un récepteur. Un moteur hydraulique ou vérin pousse une lourde charge en exerçant une force pouvant atteindre plusieurs tonnes. L'énergie hydraulique peut aussi être stockée dans des accumulateurs. – Dans un convertisseur de couple, l'huile propulsée par une turbine sur une autre transmet un couple sans à coups et avec un effet multiplicateur. L'énergie hydraulique peut être convertie en énergie hydroélectrique pour une production d'électricité : – Une centrale hydroélectrique utilise l'énergie de la hauteur de chute et du débit d'un cours d'eau. – Une centrale marémotrice utilise l'énergie des marées, des vagues et des courants marins.

13 13 Energie hydraulique souvent obtenue grâce aux chutes d'eau provoquées par l'ouverture de vannes d'un barrage. – L'eau descend jusqu'à l'usine le long de conduites. A sa sortie elle possède une grande énergie due à sa perte d'altitude, ce qui fait tourner la roue d'une turbine qui entraîne un alternateur qui produit alors du courant électrique. Il existe différentes usines hydroélectriques : – Usines de haute chute ou de lac. En haute montagne, mobilisées en période de pointe de consommation électrique en hiver. – Usines de basse chute ou au fil de l'eau. Alimentées par le débit du fleuve, fournissant une production d'électricité de base. – Usines de moyenne chute ou d'écluse. En moyenne montagne aux heures chargées pour la régulation journalière / hebdomadaire de la production électrique.

14 14 2. Avantages et inconvénients AVANTAGES – L'énergie la moins chère de toutes les énergies INCONVENIENTS – Accidents liés à l'hydroélectrique ont fait plus de morts que ceux liés à l'électronucléaire – Barrages hydroélectriques ont des conséquences lourdes sur la faune – Innondations de vallées entières – Modifications profondes de l'écosystème local

15 15 IV/ Les éoliennes Les éoliennes permettent de produire de l'électricité en transformant l'énergie mécanique du vent en énergie électrique. Les éoliennes permettent une production d'électricité à l'échelle régionale et nationale.

16 16 1. Principe de fonctionnement Le rotor, avec ses pales fixées sur le moyeu central, entraîne la génératrice grâce au multiplicateur de vitesse à engrenage. L'ensemble monté sur la nacelle. La génératrice produit de l'électricité à 2 vitesses de rotation (750 et 1000 tr/mn). Une petite génératrice utilisée pour des vents faibles, une 2 nd pour des vents plus forts. Avec des vents supérieurs à 90km/h, l'éolienne s'arrête automatiquement en freinant le rotor avec un frein à disque.

17 17 L'éolienne est équipée d'un automate qui surveille son fonctionnement, diagnostique les problèmes éventuels, commande le couplage au réseau ou l'arrêt en cas de tempête. Il peut être interrogé à distance par modem et ligne téléphonique (télésurveillance) Système de protection et de régulation : – Freinage manuel – Freinage automatique – Freinage mécanique EOLIENNE – Vitesse de vent mini : 10km/h ; vitesse de vent maxi : 90km/h – Résiste à des vents de 200 km/h – Durée de vie de 20 ans NACELLE – Comporte l'installation de production d'électricité (multiplicateur, générateurs(s), systèmes d'orientation et de freins).

18 18 ROTOR – Centre situé à 40,7 m de haut et à un diamètre de 29,7 m PALES – 30 à 45 m de long – Matériaux légers, résistants à la fatigue mécanique, à l'érosion et à la corrosion, usinage simple. (bois, lamellé collé, alliages d'allu, matériaux composites) – Nbre : 20 à 40 ailettes pour les éoliennes à marche lente et 2 ou 3 pales pour celles à marche rapide. MULTIPLICATEUR (3 types) – À engrenage à un ou plusieurs trains de roues dentées cylindriques – Utilisation de trains planétaire. Axes dentrée et de sortie colinéaires voire coaxiaux. – Réducteur à couple conique

19 19 2. Avantages et inconvénients AVANTAGES – Énergie propre et renouvelable – En grande partie recyclable => faite en acier et entièrement démontable. – Les sites d'implantation restent exploitables – Système moins bruyant (grâce aux nouvelles générations de pales) – Une durée de vie de 20 ans INCONVENIENTS – Inconstances dues aux vents – Impact paysager – Risque d'accidents (même s'il est faible) – Problèmes de corrosion et d'érosion dues au milieu d'implantation. – Danger pour les oiseaux et particulièrement pour les chauves souris.

20 20 V/ La géothermie La géothermie désigne l'énergie géothermique issue de la Terre qui est convertie en chaleur. Trois types de géothermie prélevant la chaleur du sol terrestre : géothermie peu profonde à basse température géothermie profonde à haute température géothermie très profonde à très haute température

21 21 Un long tuyau de polyéthylène est enterré dans le jardin. Y circule un liquide qui se réchauffe au contact de la terre. A pour propriété de bouillir à faible température, et passe alors de l'état liquide à l'état vapeur. La vapeur est compressée par un compresseur, ce qui à pour effet d'augmenter sa température. Elle passe ensuite dans un condensateur qui la refait passer à l'état liquide. Lors de ce changement d'état, se dégage de nouveau de la chaleur, transmise alors à l'eau de chauffage (plancher chauffant, radiateur...). Le fluide frigorigène le plus utilisé est le fluide R-134a – Composition chimique: hydrofluorcarbone ou HFC – Formule : CH 2 F-CF 3 – Propriétés : T débullition à pression atmo : -26°C A –26°C et pression atmo, chaleur latente de 216 kJ/Kg Faible volume massique de la vapeur en mètre cube

22 22 2. Avantages et inconvénients AVANTAGES – Pompes à chaleur installées à plus de 90% dans du neuf entrent en concurrence avec les moyens écologiques comme le solaire, le bois énergie et les architectures (bio)climatiques. INCONVENIENTS – Pour le détartrage des installations, on injecte de l'eau sous pression, provoquant parfois des séismes de magnitude pouvant aller jusqu'à 4,6.

23 23 VI/ La biomasse La biomasse est l'énergie solaire transformée par photosynthèse pour produire de l'électricité ou de la chaleur. Elle comprend le bois, les biogaz et les biocarburants.

24 24 1. Principe de fonctionnement LE BOIS – Energie du bois obtenue par combustion sous forme de chaleur, et de gaz de bois pour produire de l'électricité. 3 types de combustibles bois : bûche, granulé et bois déchiqueté en petits morceaux ou plaquettes LE BIOGAZ – Gaz produit par fermentation de matières organiques en l'absence d'oxygène. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre et peut être considéré comme ressource énergétique, via sa combustion permettant de produire de la vapeur et de l'électricité. LE BIOCARBURANT – 1ère génération issue de produits alimentaires (blé, maïs, betteraves, colza) à partir de processus techniques simples – 2nd génération issue de source ligno-cellulosique (bois, feuilles, paille...) à partir de processus techniques avancées. – 3ème génération produit de lhydrogène à partir de micro-organismes.

25 25 2. Avantages et inconvénients AVANTAGES – Grâce à l'amélioration des performances des nouvelles chaudières étrangères (80 à 93%), les anciennes pollutions générées par les gaz de bois sont évitées car ces chaudières les brûlent également (foyer double combustion) ce qui a permis l'évolution de la technologie.

26 26 VII/ Conclusion Les énergies renouvelables sont en grande partie des systèmes assez simples et fiable, nécessitant peu d'entretien. Elles sont parfois présentées comme solution aux problèmes du réchauffement climatique. Aujourd'hui elles représentent 13,5% de la consommation totale d'énergie comptabilisée dans le monde. La production électrique renouvelable provient – De l'hydraulique à 90% – De la biomasse à 5,5% – De la géothermie à 1,5% – De l'éolien à 0,5% – Du solaire à 0,05%

27 27 SOURCES


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