Environnement Global & Société Les énergies renouvelables D. Nerini M1 Pro, 2010

Définition Une énergie renouvelable est une source d'énergie qui se renouvelle plus vite à une échelle de temps donnée que sa consommation par notre espèce. Energie de biomasse si biomasse consommée/biomasse produite <1 Energie solaire, dans la limite de 5Ga Energie éolienne [5Ga] Energie hydroélectrique Le caractère renouvelable d'une énergie dépend de la vitesse à laquelle la source d’énergie se régénère, de la vitesse à laquelle elle est consommée et de la taille du stock Le comportement des consommateurs d'énergie est donc un facteur à prendre en compte dans cette définition Les énergies renouvelables ne sont équivalentes ni en coût, ni en potentiel, ni en rendement, ni en usages [www.cdiac.org]

Précision Dans la nomenclature, il arrive que l’on confonde certaines sources d’énergie avec de l’énergie renouvelable : L’exploitation des déchets, y compris les matières plastiques, est compté comme énergie renouvelable La géothermie, qui porte surtout sur l’exploitation du stock gigantesque accumulé et non sur le flux d’énergie annuel (très faible)

(1) Hydroélectricité en équivalent primaire 2048 Mtep /an / 12029 Mtep/an ~ 15% 9.2% total mondial 6% total mondial 0.44% total mondial 0.47% total mondial 0.36% total mondial 0.02% total mondial Contribution des énergies renouvelables au bilan énergétique mondial 2008 (Mtep) (1) Hydroélectricité en équivalent primaire

En France

114 MTep d’énergie primaire 92 MTep d’énergie primaire En France (conso 2008 : ~260 Mtep) 114 MTep d’énergie primaire (nucléaire en France) ~100 92 MTep d’énergie primaire (pétrole en France) ~100

Sous le soleil exactement, juste en dessous Environ 8000 fois l’énergie consommée par an par l’Humanité!

Energie solaire incidente en France (kWh/m²/an) Avec un rendement de 30%, un panneau solaire bien placé d’une surface de 1 m² = 400-500 kWh/an ,= 1% de l’énergie consommée par an, par français

Energie solaire passive Schéma de fonctionnement d’un chauffage sanitaire solaire. Le liquide caloporteur peut également être utilisé pour chauffer une maison. Rendement > 30%

1 m² de panneau = 100-150 kWh/m²/an Energie solaire photovoltaïque Schéma de fonctionnement d’une installation photovoltaïque sans stockage. 1 m² de panneau = 100-150 kWh/m²/an

Centrale solaire Centrale solaire à concentration & principe de fonctionnement

A l’origine de l’hydroélectricité… Cycle de l’eau Energie mise en œuvre ~ 2000 fois la consommation d’énergie de l’humanité

Hydroélectricité : fonctionnement Egalement, dispositifs au « fil de l’eau » exemple du Rhône = petit barrage(Vallabrègues, Berre) = petites chutes mais gros débits Un barrage peut également servir à stocker de l’énergie (exemple Suisse)

Hydroélectricité : fonctionnement

Hydroélectricité : un calcul de coin de table Massif Superficie précipitations Hauteur moyenne Energie potentielle Energie electrique (km2) annuelles (mm) de chute (mètres) max TWh Rhone Alpes 44 000 1000 1500 180 144 Reste Massif Central 20000 1200 65 52 Suisse 41 000 800 2 000 179 143 Pyrénées 50 000 1 000 136 109 Autriche 84 000 1 500 343 275 Norvège 100 000 500 Suède Italie 80 000 600 131 105 Reste de l'Europe 218 174 Total 1 525 1 220 Avec ce type de calcul, le potentiel hydroélectrique de la France est atteint à 90%

A quoi sert un électron hydroélectrique? Contribution de chaque moyen de production électrique à l’alimentation du réseau en France (exemple en hiver), source EDF

Hydroélectricité dans le monde Part de l’hydroélectricité dans la production électrique par pays, 2004

Biomasse Photosynthèse : 120 GtC brut, 60 GtC net ~ 50 – 100 Gtep soit 5 fois la consommation d’énergie annuelle de l’Humanité. Rendement de 0.5 % environ

Différentes voies de valorisation mécanique dégradation bactérienne aérobie ou non Procédés thermiques

Pulpes, drèches, tourteaux Le cas des biocarburants II I Phase de broyage mécanique : Pulpes, drèches, tourteaux Alimentation animale Energie vinasses Comment compter les économies d’énergies?

Bioéthanol & bilan Gains en GES versus essence Gains en énergie renouvelable versus essence

Biomasse sur un coin de table Insolation moyenne : 1500 kWh/m²/an Photosynthèse ~ 0.5 % de rendement Bilan pour 1 ha : 1500 x 10000 (m² par ha) x 0.5% (rdt) / 11600 (kWh par tep) = 6.5 Tep brut /ha/an soit environ 13 à 15t de matière sèche /ha/an. En substitut de chauffage = 3 – 4 Tep d’énergie fossile Transformé en biocarburant = 1 Tep de substitut à de l’essence (en France), 3 Tep au Brésil (sans compter la déforestation) La France a une surface de 55 Mha = 55 Mtep/an de biocarburant si tout est en culture. On en consomme 90Mtep/an…

Géothermie Flux géothermique annuel ~ 2 fois la consommation mondiale en énergie

Géothermie : how does it work? Principe de fonctionnement d’un groupe électrogène fonctionnant à l’énergie géothermique [BRGM] 4 - En surface, transformation par l’intermédiaire d’un échangeur thermique (a) de l’eau chaude du circuit primaire (b) en vapeur dans le circuit secondaire (c) pour entraîner une turbine (d) qui produit de l’électricité (e) 1 - Injection d’eau froide à 5 000 m de profondeur par le puits central 2 - Circulation d’eau dans les fractures et réchauffement au contact de la roche chaude (200°c) 3 - Extraction de l’eau réchauffée du sous-sol par deux puits de production

Energie éolienne Energie totale ~20 – 30 fois l’énergie consommée par l’humanité (par an)

Energie éolienne Vitesse moyenne des vents en France (m/s) Puissance moyenne du vent (W) pour une surface de 1 m² perpendiculaire au vent à 50 m au dessus du sol [ADEME]

Principal problème

Quelques ordres de grandeur Allemagne : puissance éolienne installée 20 GW. Une éolienne : 2 à 5 MW. Une tranche charbon : 1000 MWe Temps utile : sur 8000h dans une année, 2000h x 20GW = 40 TWh = 6% de la consommation électrique. Celle-ci a augmenté de 15% en 10 ans … Il ne faut comparer les puissances installées mais les les énergies disponibles en sortie Allemagne : 6% éolien, France : 12% hydro DK : production électricité passe de 46 TWh à 36 TWh de 2004 à 2005… Et re 46 TWh en 2006! Merci les éoliennes… Un dispositif de production THT ne peut pas être utilisé localement : il équilibre le réseau dans son ensemble

Money for nothing (and chicks for free!) 1 baril de pétrole en sortie de puit = 6 – 7 € (coût exploration compris) = 0.4 cts/kWh Gaz = 2 cts/kWh (prix de gros) Electricité nucléaire = 3 – 4 cts/kWh Charbon = 4 cts/kWh (hors cout CO2) Eolien = 8cts/kWh (hors cout intermittence) Photovoltaïque = 50 cts/kWh Les énergies fossiles restent considérablement moins chères… Si l’on continue à ne pas intégrer le service rendu par la Nature sur des millions d’années. Un monde sans énergie fossile et avec plus d’énergie renouvelable est de toute façon un monde plus cher!