Nous venons de voir dans la leçon précédente que 80% de l’énergie mondiale provient de sources d’énergies fossiles qui sont très fortement émettrices en CO2. Elles sont ainsi dites “très carbonées”.
Heureusement, il existe certaines sources d’énergies qui le sont moins. Étudions ensemble les principales.
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> ♻️ Une énergie est dite <b>renouvelable</b> lorsqu’elle se forme ou se reconstitue plus rapidement qu’elle est consommée.</br>
Une énergie <b>décarbonée</b> est une énergie qui n’émet pas de dioxyde de carbone (CO2) lors du processus de conversion de l’énergie primaire en énergie finale.</br>
Cependant il est important de garder à l’esprit que toutes les énergies émettent du CO2 notamment si on intègre l’énergie grise nécessaire à la fabrication des convertisseurs (éoliennes, panneaux solaires, centrales nucléaires).</br>
Pour être rigoureux il faudrait utiliser le terme d’énergie “bas carbone” ou “peu carbonée”.</br>
Par convention, toutes les énergies renouvelables ainsi que le nucléaire sont considérées comme décarbonées.</br></p></div>
L’énergie nucléaire
L’énergie nucléaire n’est pas une énergie renouvelable car elle dépend de l’uranium qui est une ressource non renouvelable. Cependant, ce n’est pas non plus une énergie fossile.
L’énergie nucléaire est utilisée pour produire de l’électricité.
Comme toutes les autres centrales thermiques (charbon et gaz), de la chaleur est produite. Cela permet de chauffer de l’eau , la transformer en vapeur qui va actionner une turbine reliée à un alternateur qui, en tournant, produit de l’électricité.Dans le cas de l’énergie nucléaire, cette chaleur est produire grâce à la fission de l’uranium.
Ordres de grandeurs mondiaux¹ :
- L’énergie nucléaire représente 4% de l’énergie mondiale
- Le nucléaire produit 10% de l’électricité mondiale.
Avantages :
- La densité de l’énergie nucléaire est exceptionnelle. 1 gramme d’uranium produit la même quantité d’énergie que 3 tonnes de charbon.
- Les installations nucléaires occupent très peu de surface au sol par rapport à la puissance qu’elles délivrent.
Points d’attention :
- La sûreté des installations nucléaires est très suivie afin d’éviter les accidents.
- Les déchets nucléaires sont aujourd’hui considérés comme dangereux et leur gestion sur le long terme est source de nombreux débats.
Les renouvelables
Les énergies renouvelables sont historiquement les premières énergies que l’homme a utilisé (le bois, le vent, le soleil, la traction animale et l’eau).
Les énergies renouvelables représentent aujourd’hui 17 % de la production d’énergie mondiale¹.
Les renouvelables intermittentes
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> 💡<b>Qu’est ce que l’intermittence ?</b></br>
Certaines énergies renouvelables ne peuvent pas produire de l’électricité en continu.</br>
La raison principale à cela est le fait que le vent, le soleil ou les marées sont variables et, parfois, ne sont pas suffisants pour produire de l’électricité.</br>
Cette intermittence fait diminuer le facteur de charge vu à la leçon n°1.</br></p></div>
Pour qu’un réseau électrique fonctionne, il doit être à l’équilibre.C’est à dire qu’à tout moment la demande (la consommation électrique des habitants) est égale à la production (l’électricité fournie en temps réelle par l’ensemble des moyens de production d’électricité). Si cette condition n’est pas respectée, on risque un black-out.
Ainsi, des sources d’énergies intermittentes doivent obligatoirement être associées à des sources d’énergies pilotables, que l’on peut démarrer très rapidement pour combler une diminution de la production d’électricité dû à l’intermittence.
Une autre façon de contourner l’intermittence de certaines sources d’énergie, c’est de stocker l’électricité excédentaire (lorsque la production surpasse la consommation) et de la redistribuer lorsque la production devient inférieur à la production à cause de l’intermittence.
Dans tous les cas, il est risqué pour la stabilité du réseau et l’approvisionnement en électricité des populations de baser l’essentiel de la production d’électricité sur des sources d’énergies intermittentes sans stockage adapté.
Bien utiliser le foisonnement permettrait aussi de diminuer les besoins en énergie pilotable. Le foisonnement c’est la capacité d’une zone donnée à compenser le manque ou l’excès de production d’énergie d’une autre zone. Par exemple, si une région a beaucoup de vent, elle pourrait envoyer son énergie vers une zone qui manque de soleil.
L’éolien
L’énergie éolienne consiste notamment à utiliser l’énergie cinétique du vent pour produire de l’électricité grâce à des éoliennes terrestres ou en mer (”offshore”).
Quelques ordres de grandeurs¹ :
- L’énergie éolienne représente 2% de l’énergie consommée dans le monde.
- L’énergie éolienne représente 5% de la production d’électricité mondiale.
- Elle représente une part de 12% dans la production mondiale des énergies renouvelables.
Avantages
- Le vent est une source d’énergie complètement renouvelable. Le principal problème est de capter cette source d’énergie très diffuse et peu concentrée.
Points d’attention à retenir
- Le point le plus critique est l’intermittence et l’irrégularité de la production électrique. Il n’est pas possible de produire constamment de l’électricité car il n’y a pas tout le temps suffisamment de vent.
- Pour que la production d’électricité éolienne soit pilotable, il faut ajouter des moyens de stockages de l’électricité ce qui augmente les coûts et besoins en matière premières.
- Des conflits d’usages des surfaces (sur terre ou en mer) peuvent apparaître entre les différents usagers (pêcheurs, riverains, agriculteurs, etc.)
Le solaire photovoltaïque
Le solaire photovoltaïque produit de l’électricité à partir du rayonnement solaire grâce à une cellule photovoltaique.
Quelques ordres de grandeurs¹ :
- L’énergie solaire photovoltaïque représente 1% de l’énergie consommée dans le monde.
- L’énergie solaire photovoltaïque représente 3% de la production d’électricité mondiale.
- L’énergie solaire photovoltaïque représente 6% des énergies renouvelables.
Avantages
- L’énergie solaire est totalement renouvelable. On pourrait la qualifier d’inépuisable et disponible en très grande quantité.
- Les panneaux photovoltaïques sont très adaptés à une production d’électricité décentralisée.
Points d’attention à retenir
- Tout comme l’éolien, l’intermittence due à un ensoleillement non constant rend le stockage de l’électricité nécessaire pour obtenir une source d’énergie pilotable.
- Produire des panneaux photovoltaïques nécessite de nombreux matériaux. Dans le cas d’un déploiement massif de cette technologie, des questions de disponibilité des matériaux peuvent se présenter.
Les renouvelables pilotables
La biomasse
La biomasse désigne l’ensemble des matières organiques pouvant être utilisée pour produire de l’énergie.
Il existe trois formes de biomasse :
- solides : bûches, granulés, etc.
- liquides : huiles végétales, biocarburants, etc.
- gazeux : biogaz
Ces types de biomasse permettent de créer différentes énergies utiles : de l’électricité, de la chaleur ou bien une énergie mécanique pour le déplacement (notamment pour les biocarburants).
Quelques ordres de grandeurs¹ :
- Actuellement la biomasse représente 7% de l’énergie mondiale
- L’utilisation de biomasse représente aujourd’hui 41% de la consommation mondiale d’énergie renouvelable.
Avantages :
- La grande diversité des biomasses permet de s’émanciper des énergies fossiles et de s’approvisionner de manière beaucoup plus locale.
- L’utilisation de la biomasse comme source d’énergie permet de limiter les émissions de CO2. En effet, le dioxyde de carbone émis lors de la combustion est compensé par l’absorption de CO2 durant la phase de croissance des plantes.
Points d’attention à retenir :
- Le caractère renouvelable de la biomasse n’en fait pas pour autant une énergie “propre”. En fonction du combustible et des méthodes choisies, la biomasse peut émettre beaucoup de CO2 et de particules fines.
- La biomasse, pour être considérée comme énergie renouvelable, ne doit pas être consommée en quantité supérieure à son rythme de renouvellement (temps de pousse des plantes et arbres).
- La concurrence pour l’espace. L’augmentation de l’utilisation de la biomasse dans la production énergétique entraînera une plus forte déforestation pour récolter du bois ou pour cultiver des plantes (maïs, colza, tournesol, canne à sucre) destinées à produire des biocarburants.
L’hydroélectricité
L’hydroélectricité utilise l’énergie potentielle d’un courant d’eau qui entraîne une turbine reliée à un alternateur pour produire de l’énergie électrique.
Il existe deux grandes catégories de centrales hydroélectriques :
- Les centrales “au fil de l’eau” qui utilisent l’eau d’un fleuve qui s’écoule et injectent l’électricité produite directement dans le réseau électrique.
- Les centrales avec retenue d’eau. Avec ces centrales il est possible de décider quand “ouvrir” le barrage et donc à quel moment produire de l’électricité, contrairement aux centrales fil de l’eau. Cela a notamment un intérêt pour répondre à des pics de consommation électrique.
Quelques ordres de grandeurs¹ :
- L’énergie hydraulique représente 6% de l’énergie consommée dans le monde.
- L’hydroélectricité représente 16% de la production d’électricité mondiale.
- En revanche elle représente 35% des énergies renouvelables.
Avantages
- Le caractère pilotable de l’hydroélectricité est surement sa plus grande qualité. Il est ainsi possible de répondre aux pics de consommation sans démarrer de centrales à gaz, simplement en ouvrant les barrages.
Point d’attention à retenir
- L’installation d’une centrale hydroélectrique peut dans certains cas avoir un impact social et environnemental très fort (déplacement de population dans une vallée inondée, impact sur la faune aquatique, etc.).
- La production peut très fortement varier d’une année sur l’autre en fonction des conditions climatiques (fortes sécheresses ou fortes précipitations).
- Le potentiel d’installation de nouveaux moyens de production électriques sur un territoire n’est pas infini. Seules certaines zones sont pertinentes pour recevoir une centrale hydroélectrique (zones montagneuses principalement).
Il existe bien d’autres énergies renouvelables, le solaire thermique, l’énergie des vagues et des marées, etc. Par soucis de simplicité, elles ne sont pas évoquées ici.
Émissions de CO2 associées à la production d’énergie
Tout l’intérêt du déploiement des énergies dites peu carbonées dans la lutte contre le réchauffement climatique est la très faible quantité de CO2 qu’elles rejettent lorsqu’elles produisent de l’énergie.
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p>💡 Même si la production d’énergie à base de source d’énergie renouvelable n’émet pas de CO2, c’est au moment de la fabrication des convertisseurs (panneaux, barrages, éoliennes) que l’essentiel des émissions se situe.</br>
En effet l’industrie actuelle utilise encore beaucoup d’énergie fossile. De plus, la fabrication de l’acier et du béton sont des procédés très émissifs en CO2.</br></p></div>
Voici donc un tableau comparatif des différentes émissions de gaz à effet de serre pour 1 kWh d’électricité produit avec les énergies vues ci-dessus.
Les émissions de gaz à effet de serre dues à la fabrication des convertisseurs sont intégrées dans les chiffres ci-dessous² :
- Nucléaire → 6 g CO2-eq / kWh
- Énergie éolienne → 15 g CO2-eq / kWh
- Énergie solaire photovoltaïque → 44 g CO2-eq / kWh
- Énergie hydraulique → 12 g CO2-eq / kWH
Pour rappel, les énergies fossiles :
- Gaz naturel → 418g de CO2-eq / kWh
- Fioul → 730g CO2-eq / kWh
- Charbon → 1058g de CO2-eq / kWh
En conclusion, aucune énergie n’est propre, et toute machine a besoin de matériaux.
Toute consommation et production d’énergie a un impact sur l’environnement, mais toutes ont des particularités qu’il faut connaitre et comprendre afin de pouvoir faire des choix et prendre des décisions.
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p><b>Remarques</b></br>
Les émissions de CO2 ne sont pas l’unique indicateur à regarder afin de déterminer quelles sources d’énergies il faut utiliser.</br>
D’autres facteurs tels que le coût, la complexité, la disponibilité en ressources, l’occupation des sols, la stabilité du réseau, la gestion des déchets et pollutions, etc. doivent rentrer en compte.</br>
Ce cours a uniquement vocation à présenter les principales sources d’énergies décarbonées et à fournir quelques ordres de grandeurs afin de vous permettre d’y voir plus clair.</br>
