Énergie renouvelable
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Les
énergies renouvelables (
EnR en abrégé) sont des formes d'énergies dont la consommation ne diminue pas la ressource à l'échelle humaine. L'expression
énergie renouvelable est la forme courte et usuelle des expressions « sources d'énergie renouvelables » ou « énergies d'origine renouvelable » qui sont plus correctes d'un point de vue
physique.
Le
soleil est la principale source des différentes formes d'énergies renouvelables : son
rayonnement est le vecteur de transport de l'énergie utilisable (directement ou indirectement) lors de la
photosynthèse, ou lors du
cycle de l'eau (qui permet l'
hydroélectricité) et l'énergie des vagues (
énergie houlomotrice) la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans (
énergie thermique des mers) ou encore la diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’
eau douce dans l’eau salée de la mer (
énergie osmotique). Cette énergie solaire alliée à la rotation de la terre est à l'origine des vents (
énergie éolienne) et des courants marins (
énergie hydrolienne).
La chaleur interne de la Terre (
géothermie) est assimilée à une forme d'énergie renouvelable, et le système
Terre-
Lune engendre les
marées des océans et des mers permettant la mise en valeur de l'
énergie marémotrice.
Les
combustibles fossiles ou minéraux (matériaux fissiles) ne sont pas des sources d'énergie renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien supérieure à la vitesse à laquelle celles-ci sont naturellement créées ou disponibles.
Une
agence internationale de l'énergie renouvelable (
IRENA) a été créée en
2009, avec 148 états signataires (dont 70 ayant déjà ratifié ses statuts)
1, et en France un baromètre des énergies renouvelables électriques est régulièrement publié par l'observatoire des énergies renouvelables
Les différents types d’énergies renouvelables
Énergie solaire
Le
soleil, principale source des différentes formes d’énergies renouvelables disponibles sur
terre.
Irradiance solaire sur la Terre.
Articles détaillés :
énergie solaire,
rayonnement solaire,
constante solaire et
Bilan radiatif de la Terre.
Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel on trouve notamment les
rayons cosmiques,
gamma,
X, la
lumière visible, l’
infrarouge, les
micro-ondes et les
ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces types de rayonnement électromagnétique émettent de l’énergie
9 p. 88. Le niveau d’
irradiance (le flux énergétique) arrivant à la surface de la Terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.
Deux grandes familles d'énergie solaire à cycle court se distinguent :
- l'énergie solaire thermique qui utilise la chaleur transmise par rayonnement,
- l'énergie photovoltaïque qui utilise le rayonnement lui-même.
Énergie solaire thermique
Four solaire Global Sun Oven
Chauffe-eau solaire
Article détaillé :
Énergie solaire thermique.
Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 et 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’
énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi, un corps émettant un rayonnement thermique diminue son énergie calorifique et un corps recevant un rayonnement thermique augmente son énergie calorifique. Le Soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètres
9 p. 89. Ainsi, en rentrant en contact avec un corps le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. On parle ici d’énergie solaire thermique. Cette source d’énergie est connue depuis très longtemps, notamment par le fait de se positionner à un endroit ensoleillé pour se réchauffer.
L'énergie thermique peut être utilisée directement ou indirectement :
L'énergie solaire thermique peut également être utilisée pour la cuisine. Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l'aide d'un cuiseur ou d'un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l'ordre des 150 °C, les paraboles solaires permettent de faire les mêmes plats qu'une cuisinière classique à gaz ou électrique.
À grande échelle, la Fondation
Desertec construit dans le Sahara des centrales solaires thermiques à concentration. D'après ses ingénieurs, "Les déserts de la planète reçoivent toutes les 6 heures du Soleil l’équivalent de ce que consomme l’humanité chaque année." et quelques centaines de km² d'étendue désertique pourrait satisfaire l'ensemble des besoins énergétiques de la planète
10.
Énergie photovoltaïque
Article détaillé :
Énergie solaire photovoltaïque.
L’énergie photovoltaïque se base sur l’
effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou-bien artificielle (une ampoule). L'énergie photovoltaïque est captée par des
cellules photovoltaïques, un composant électronique qui produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière. Plusieurs cellules peuvent être reliées pour former un
module solaire photovoltaïque ou un panneau photovoltaïque. Une installation photovoltaïque connectée à un réseau d'électricité se compose généralement de plusieurs panneaux photovoltaïques, leur nombre pouvant varier d'une dizaine à plusieurs milliers.
Il existe plusieurs technologies de modules solaires photovoltaïques :
- les modules solaires monocristallins possèdent le meilleur rendement au m² et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints et pour optimiser la production d'une centrale photovoltaïque.
- les modules solaires polycristallins représentent une technologie proposant des rendements plus faibles que la technologie monocristalline.
- les modules solaires amorphes sont des panneaux solaires proposant un rendement largement inférieur aux modules solaires cristallins. Cette solution nécessite donc une plus grande surface pour la même puissance installée.
En France, l'énergie photovoltaïque est produite par de nombreux opérateurs (particuliers, propriétaires de bâtiments industriels ou agricoles…) qui vendent l'électricité produite par leur installation à l’opérateur historique
11, à des conditions tarifaires régies par la loi. Les tarifs de rachats sont fixés (et plusieurs fois modifiés) par le législateur, de façon à stimuler l’investissement par ces opérateurs (en étant supérieur au prix de vente ordinaire de l’électricité), et par ailleurs de façon à limiter les "effets d’aubaines".
Énergie éolienne
Moulins à vent.
Article détaillé :
Énergie éolienne.
L’activité solaire est la principale cause des phénomènes météorologiques. Ces derniers sont notamment caractérisés par des déplacements de masses d’air à l’intérieur de l’
atmosphère. C’est l’
énergie mécanique de ces déplacements de masses d’air qui est à la base de l’
énergie éolienne. L’énergie éolienne consiste ainsi à utiliser cette énergie mécanique.
Des
voiliers ont été utilisés dès l’
Antiquité, comme en témoigne la
Barque solaire de
Khéops. Jusqu’au milieu du
XIXe siècle, l’essentiel des déplacements nautiques à moyenne et longue distance se sont faits grâce à la force du vent. Un dérivé terrestre n’ayant d’usage que sportif a été rendu possible par les techniques modernes : le
char à voile.
L’énergie éolienne a aussi été vite exploitée à l’aide de
moulins à vent équipés de pales en forme de voile, comme ceux que l’on peut voir aux
Pays-Bas ou encore ceux mentionnés dans
Don Quichotte. Ces moulins utilisent l’énergie mécanique pour actionner différents équipements. Les moulins des Pays-Bas actionnent directement des pompes dont le but est d’assécher ou de maintenir secs les
polders du pays. Les meuniers utilisent des
moulins pour faire tourner une
meule à grains.
Aujourd’hui, ce sont les
éoliennes qui prennent la place des moulins à vent. Les éoliennes transforment l’énergie mécanique en énergie électrique, soit pour l’injecter dans un réseau de distribution soit pour être utilisée sur place (site isolé de réseau de distribution). Pour résoudre le problème d'espace, elles sont de plus en plus souvent placées en mer
10.
L'éolien se développe également de plus en plus à l'échelle individuelle. En effet, le petit éolien devient très rentable, les fabricants proposant des génératrices de plus en plus performantes, et aux prix de plus en plus abordables. Le petit éolien est généralement utilisé pour produire de l'électricité qui sera consommée directement sur place. En effet, le tarif d'achat de l'électricité mis en place n'est pas avantageux pour le petit éolien. De plus, pour bénéficier du tarif d'achat d'EDF, il faut que l'éolienne soit placée en Zone de Développement Éolien, ce qui limite les possibilités à l'échelle individuelle.
Demain, de nouvelles turbines iront chercher les vents d'altitude, plus puissants, plus réguliers. Magenn, Kite Gen, et Skywindpower s'élèveront à 300 m, 1 200 m ou 5 000 m pour produire jusqu'à 100 fois plus d'électricité qu'une éolienne actuelle
10.
Énergie hydraulique
Un moulin à eau.
Article détaillé :
Énergie hydraulique.
À l’instar de l’énergie éolienne, les énergies hydrauliques (à l'exception de l'énergie marémotrice) ont leur origine principale dans les phénomènes météorologiques et donc l'énergie solaire. Le Soleil provoque l'évaporation de l’eau, principalement dans les océans et en libère une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du
cycle de l'eau pour décrire ces mouvements. L’eau (en fait, la vapeur d'eau) possède, en altitude, une
énergie potentielle de pesanteur ; cette énergie peut être captée et transformée dans des
barrages hydroélectriques, lors du retour de l’eau vers les océans. Avant l’avènement de l’électricité, les
moulins à eau permettaient de capter cette énergie mécanique pour entrainer des machines ou des outils (machines à tisser, moulins à moudre le blé…).
Depuis l’invention de l’électricité cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique.
D'autres énergies hydrauliques existent et proviennent généralement de sources
marines :
- Énergie des vagues : elle est produite par le mouvement des vagues et peut être captée par des dispositifs tels le Pélamis, sorte de vers en métal articulé ou le Searev. Leur puissance correspond à celle d'une petite éolienne10.
- Énergie marémotrice : elle est produite par le mouvement de l’eau créé par les marées (variations du niveau de la mer, courants de marée),
- Énergie hydrolienne : elle est issue de l'utilisation des courants sous marins,
- Énergie thermique des mers : elle est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans,
- Énergie osmotique : elle a pour origine la diffusion ionique qui a lieu lors de l’arrivée et du mélange d’eau douce dans l’eau salée de la mer 12. L’idée remonte aux années 1970, c'est donc une énergie nouvelle, elle consiste à tirer parti du phénomène d'osmose qui se produit lors du mélange d'eau de mer et d'eau douce (grâce à leur salinité différente). La première centrale osmotique a été ouverte à Hurum en Norvège par la société Statkraft à l'embouchure du Fjord d'Oslo au bord de la Mer du Nord. Il s'agit encore d'un prototype destiné à tester la fiabilité du processus et à en améliorer le rendement, mais l'ouverture d'une première centrale industrielle est prévue pour 2015. Une centrale de la taille d’un terrain de football pourrait produire de l’électricité pour 30 000 ménages. D'après l'entreprise, à terme 50 % de la production électrique de l’Union Européenne pourrait être d'origine osmotique10.
Biomasse
Article détaillé :
Biomasse (énergie).
Indirectement, il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la
photosynthèse. Elle est exploitée par
combustion ou
métabolisation. Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites ; cette condition n'est pas toujours remplie. On peut citer notamment le
bois et les
biocarburants.
Des cyano-bactéries modifiées pourraient convertir de l'énergie solaire en carburant et consommer du CO2. Cette technique et l'utilisation de ce carburant équilibreraient la production et la consommation de CO2. Par génie génétique, une entreprise a créé et améliore peu à peu cette technique
13.
Une équipe de recherche de l'
université Stanford a montré que la production d'électricité à partir de la biomasse serait plus rentable économiquement et écologiquement que leur transformation et leur utilisation dans les transports en tant que bio-carburant. Pour ce faire, Elliott Campbell et ses collègues ont comparé l’impact et le rendement de la production de l’électricité et de l’éthanol, de leur utilisation mais aussi du cycle de vie des voitures électriques et à moteur thermique. D'après eux, l’option électrique émet deux fois moins de CO2 que l’option bio carburant et 1 hectare de culture permet de parcourir 52 000 km à l’électricité contre 31 000 km à l’éthanol
14. Pourtant ce constat ne rassure en rien sur les problèmes d'utilisation des sols et d'alimentation mondiale
10.
Énergie géothermique
Centrale géothermique de Nesjavellir en
Islande.
Article détaillé :
Géothermie.
Un des témoignages les plus anciens date de 2 000 ans avant Jésus-Christ, avec dans les
îles Lipari (
Italie) l'exploitation d'eau naturellement chaude pour les
thermes.
Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de
chauffage ou pour la transformer en
électricité. Dans les couches profondes, la chaleur de la Terre est produite par la
radioactivité naturelle des roches qui constituent la croûte
[réf. souhaitée] terrestre : c’est l’
énergie nucléaire produite par la désintégration de l’
uranium, du
thorium et du
potassium.
Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie profonde ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent).
En 2009, les trois premiers producteurs sont les
États-Unis, les
Philippines et l'
Indonésie15. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales)
15.
Pour autant le géothermique comporte lui aussi des risques au niveau humain. Les techniques évoluent et permettent de chercher la chaleur à de plus grandes profondeurs. Il a été montré que la modification des pressions dans les sous-sols avait un impact sur l'activité sismique. La fréquence des tremblements de terre mais aussi leur puissance peut être augmentée à cause de l'exploitation de cette énergie
16,
10.
Avantages escomptés
La civilisation moderne est très dépendante de l'énergie et spécialement des énergies non renouvelables, qui s'épuiseront
tôt ou tard. Passer d'une ressource actuellement non renouvelable à une ressource renouvelable suscite des espoirs, certains justifiés, d'autres moins.
Avantages en termes géopolitiques et de sécurité
Selon une étude
17 récente (2007) commandée par le ministère de l'Environnement allemand, comparativement aux grandes centrales énergétiques
thermiques (dont
nucléaire) et
hydroélectrique qui centralisent la production énergétique, les énergies propres, sûres, renouvelables quand elles sont décentralisées présentent de nombreux intérêts en termes de
sécurité énergétique, intérieure, militaire et
civile, en matière de risque
terroriste, de même que pour la sécurité
climatique, le
développement, les
investissements et les
marchés financiers.
Les énergies renouvelables sont une source de sécurité dans les domaines économiques, sociaux et environnementaux
18
Dans le cas où les énergies renouvelables sont substituées aux énergies fossiles, elles favorisent l'indépendance énergétique. Il est donc possible qu'elles participent à la réduction des conflits liés aux intérêts énergétiques.
Autres avantages
On attribue souvent aux énergies renouvelables des caractéristiques favorables (qu'elles peuvent mériter ou non), telles que
- la sûreté (faible risque d'accident, faible conséquence d'un éventuel accident, régularité de la fourniture…).
- la propreté (peu voire pas du tout de déchets, peu dangereux et facile à gérer : recyclables, par exemple)
- la décentralisation (développement local des territoires, réserve d'emplois locaux non décentralisable, etc. ; Fin 2012, pour l'UE-27, le marché total des énergies renouvelables représentait près de 1,2 million d'emplois (dans le photovoltaïque, la biomasse solide et l'éolien surtout, pour un chiffre d'affaires cumulé (toutes EnR confondues) évalué à plus de 137 Mrds €19.) ;
- le respect de l'environnement, lors de la fabrication, pendant le fonctionnement, et en fin de vie (démantèlement)
Pour ces caractéristiques, c'est chaque filière voire chaque cas séparément qu'il convient d'examiner pour vérifier si on peut ou non lui attribuer le bienfait supposé, et si oui, dans quelle mesure. Par exemple :
- l'énergie éolienne peut certainement être considérée comme une production locale au Danemark, mais pas dans un pays qui importe la technique, les capitaux, et les hommes pour faire fonctionner les machines.
- Les biocarburants ont un impact environnemental et social contesté (étant en butte aux critiques générales sur l'activité agricole, avec en sus un reproche de destruction alimentaire).
- Les installations hydroélectriques, outre les destructions provoquées par l'engloutissement d'une vallée, peuvent se rompre (entre 1959 et 1987, trente accidents ont fait 18 000 victimes dans le monde, dont plus de 2 000 morts en Europe20).
Par ailleurs, dans tous les cas, les énergies renouvelables réduisent la production de CO2 à hauteur de l'énergie non renouvelable qu'elles remplacent. Cependant, elles peuvent rester responsables d'autres
gaz à effet de serre pour leur mise en place ou dans le cadre de leur fonctionnement, chaque technique devant être là encore examinée séparément.
Contraintes et limites
Nuisances et pollutions
Le terme d'énergie renouvelable est souvent assimilé à celui d'
énergie propre ou « propre et sûre ». La définition est différente : une énergie propre ne produit pas ou peu de polluant, ou bien elle produit des polluants qui disparaissent rapidement sans conséquences pour l'environnement. Une énergie renouvelable n'est pas nécessairement propre, et inversement : par exemple, la collecte et la combustion de la
biomasse peut produire des
nuisances (piétinement, réduction de biodiversité, etc.) et des
polluants (NOx, suies, etc., c'est notamment le cas de la biomasse
solide comme le
bois)
21,
22. Il n'y a donc que des sources d'énergie plus ou moins nuisibles suivant les circonstances
23.
Disponibilité
Si, selon la formule latine (
sol lucet omnibus), le soleil éclaire tout, la plupart des énergies disponibles dépendent du milieu et ne sont pas disponibles partout et tout le temps ou à des coûts économiquement acceptables. En particulier l’énergie solaire n’est disponible que de jour (soit 50 % du temps en moyenne sur une année) ou durant certains mois quand on se rapproche des pôles. Divers systèmes de bouquets énergétiques avec dispositifs de stockage temporaire de l'énergie existent ou sont en cours d'étude (par exemple : systèmes d'
accumulateurs électriques, stockage sous forme d'hydrogène, ou de calories ou de masse d'eau remontées dans des réservoirs quand l'énergie est disponible, puis utilisées pour produire de l'électricité par «
turbinage » quand nécessaire). Une péréquation géographique par un réseau interconnecté avec peu de pertes en ligne permettrait aussi d'atténuer les inégalités momentanées d'accès au solaire ou à l'éolien (inégalités liées à de moindre production et à des crêtes horaires et saisonnières de demande), ce qui pourrait être rendu possible par les piles à hydrogène et les nouvelles lignes
HVDC qui permettent de transporter le courant électrique à haute tension plus loin, avec moins de pertes en ligne.
Plusieurs études laissent penser qu'il serait possible de répondre en 20 à 40 ans à tous les besoins énergétiques par des sources renouvelables et plus propres, avec les technologies d'aujourd'hui, en occupant 0,4 pour cent de la surface du globe, à un coût à peu près comparable à celui des énergies fossiles et nucléaires, mais avec un effort de transformation des réseaux de production, stockage et transport de l'énergie très important, ce qui demande une forte volonté sociétale et politique
24.
« L'empreinte cumulée en surface des éoliennes nécessaire à la moitié de la consommation électrique mondiale est moins que la surface de Manhattan (..) et si la moitié des fermes éoliennes étaient localisées en offshore, un seul Manhattan suffirait »24. Pour les États-Unis, ce serait selon un effort de mobilisation « comparable au projet Apollo de voyage sur la lune ou à la construction de tout le réseau routier inter-État »
24.
Impact sur le réchauffement climatique
Lorsqu'on ne tient pas compte du potentiel de réduction des émissions de GES des modes actuels de production et d'utilisation de l'énergie, les énergies propres et renouvelables sont parfois présentées comme une solution au problème du
réchauffement climatique. En réalité, il faut considérer deux aspects complémentaires des politiques de la maîtrise de l'énergie : les économies d'énergie d'une part et les énergies renouvelables d'autre part ; ceci de façon à diminuer la consommation d'énergies fossiles.
Selon le scénario énergétique sur les potentiels respectifs, en économies d'énergie et en énergies renouvelables, des experts de
Greenpeace pour 2030, l'éolien et le solaire représenteraient à eux deux environ 3 % de la production d'énergie mondiale
25.
Selon
Jean-Marc Jancovici26, le développement des énergies renouvelables ne suffira pas à éviter une importante diminution des consommations d'énergie : « malgré les renouvelables, des changements de nos modes de vie lui semblent nécessaires »
27.
Les sources académiques sur le sujet ont montré qu'un scénario énergétique entièrement renouvelable permettant de garantir la qualité de vie des pays développés à l'ensemble de la population mondiale était techniquement faisable avec les meilleures techniques disponibles actuellement en matière d'efficacité énergétique
28. Toutefois ces études ne se sont intéressées qu'aux aspects environnementaux, industriels et techniques et n'abordent pas les questions de responsabilités financières et politiques liées à un tel changement.
Intégration éco-paysagère
Éoliennes dans la campagne allemande.
Un développement significatif des énergies renouvelables aura des effets sur le paysages et le milieu, avec des différences sensibles d'impact écologique ou paysager selon l'installation concernée et selon que le milieu est
déjà artificialisé ou que l'aménagement projeté vise un espace encore
sauvage. Les impacts paysagers et visuel sont pour partie
subjectifs.
La construction des grandes installations (type centrale solaire) a toujours un impact sur le paysage. On cite souvent les grandes
éoliennes, et plus rarement les
toitures solaires. C'est pourquoi des efforts sont faits pour tenter de mieux intégrer ces installations dans le paysage (peindre les éoliennes en vert dans leur partie basse et en bleu pâle dans leur partie supérieure par exemple). Une
production décentralisée peut aussi diminuer le besoin de pylônes et
lignes à haute tension. Les réseaux moyenne tension peuvent être enterrés.
Risques pour la faune
La construction d'un
barrage hydroélectrique a des conséquences lourdes : inondation de vallées entières, modification profonde de l'écosystème local. De plus, les barrages hydroélectriques font obstacle à la migration des poissons, ce qui représente un problème pour les fleuves du nord-ouest de l'Amérique du Nord, où les populations de
saumons ont été réduites de manière importante.
[réf. nécessaire]
On a également accusé les
éoliennes de représenter un danger pour les oiseaux (bien qu'une éolienne tue 0 à 3 oiseaux par an alors qu'un kilomètre de ligne à haute tension en tue plusieurs dizaines par an, il y en a 100 000 km en France). En fait, il semblerait que le plus gros risque soit pour les chauves-souris
29.
Les éoliennes à axe vertical, type
Savonius hélicoïdales, réduisent le risque de tuer des oiseaux tout en nécessitant un espace plus réduit. Elles tendent être davantage utilisées comme micro-éoliennes, dans les milieux urbains.
Gestion de l'intermittence, stockage, distribution
Un des problèmes posés par l'énergie est son transport dans le temps et l'espace, avec le moins de pertes en ligne possible et en équilibrant au mieux le système équilibres offre/demande en électricité ou autre forme d'énergie. De nouveaux défis se posent avec par exemple les futurs besoins pour la recharge des véhicules électriques (intermittence et localisations variables)
30.
L'énergie solaire et ses dérivés (vent, chute d'eau, marémotrices, (
hydroliennes) liées aux courants, etc.), sont presque toujours intermittents. Ces énergies sont parfois produites loin de leur zone de consommation (en offshore par exemple pour l'éolien) ; Pour alimenter un réseau, il faut donc harmonieusement combiner le mix-énergétique, avoir une gestion active de la demande pour tamponner les fluctuations de la production, reporter la consommation de pointe vers les heures creuses, et/ou compenser d'éventuels
creux de production en associant des sources complémentaires et/ou par des moyens de
stockage suffisants, de l'amont à l'aval de la filière, c'est-à-dire du producteur au consommateur, en utilisant éventuellement le réseau de distribution (réseau de gaz par exemple) comme "tampon" ou en créant des réseaux plus large d'échange (différents de l'ancien réseau de
distribution). Des moyens différents sont nécessaires selon la taille du système : petits stockages délocalisés (1 à 100 kW), stockages semi-massifs ou régionaux (1 mégawatt à 1 gigawatt) et systèmes massifs et centralisés (plusieurs gigawatts)
30.
Des exemples d'une utilisation directe d'énergie renouvelable sont les
fours solaires, le chauffage par
géothermie, et les
moulins à vent utilisés pour moudre le grain. Des exemples d'utilisations indirectes, c'est-à-dire passant par d'autres formes d'énergie, sont la production d'
électricité par des
éoliennes ou des
cellules photovoltaïques ou la production de
biocarburants tels que l'
éthanol issu de la
biomasse ou même des déchets combustibles, qui peuvent d'ailleurs aussi être combinés entre eux.
L'utilisation d'énergies renouvelables produites
in situ diminue les appels aux systèmes de distribution de l'électricité, mais au-delà d'un seuil (25 à 30 % de la production environ en zone insulaire faute d'interconnexion
30) augmente la difficulté pour gérer l'intermittence ou les surplus de production.
Actuellement, dans les pays industrialisés, les consommateurs et producteurs d'énergie sont presque tous reliés à un
réseau électrique, qui peut assurer des échanges d'un bout à l'autre d'un pays ou entre pays, mais avec des pertes plus importantes sur les longues distances, qu'on peut réduire avec les nouvelles CCHT (
lignes à courant continu à haute tension). Cependant un réseau fortement interconnecté à échelle continentale de type
smart grid permettrait de réduire les aléas de production et de consommation, grâce à la multiplication des sources de production disponibles et au recouvrement de plages horaires d'utilisation différentes
30 ; le problème de l'intermittence du vent deviendrait ainsi moins critique (voir
Débat sur l'énergie éolienne)
30 et l'efficacité énergétique de l'ensemble serait largement amelioré.
L'agence internationale de l'énergie (AIE) a estimé qu'environ un quart de l'investissement à faire dans les réseaux (de transport d'énergie de 2010 à 2035 sera lié à la croissance de la production d'électricité d'origine renouvelable
30 (ex : en Europe, 20 000 km de nouvelles lignes THT nécessaires selon l'Ademe
30, dont pour intégrer à horizon 2020 le paquet énergie, avec en France au moins 25 000
MW éoliens et 5 400 MW photovoltaïque « crête » prévus (« Avec un objectif de 19 GW terrestres, RTE devra investir 1 milliard d'euros sur dix ans en infrastructures de transport »
30). Des
réseaux intelligents apparaissent, qui pourraient intégrer des notions de solidarité et de secours mutuel, avec par exemple les
smart grids, une
domotisation qui favoriserait les économies et 35 millions de compteurs communicants prévus pour les foyers français), et les modèles de prévision de la production en fonction des conditions météorologiques commencent à être améliorés (quelques % d'erreur à 24 ou 48 h) grâce notamment au projet « Anemos » puis « Safe Wind » de Mines Paris Tech)
30. En France des projets de recherche sont en cours avec
Nice Grid en PACA, « GreenLys » à Lyon et Grenoble, ou « Venteea » dans l'Est de la France, portés par
ERDF qui copilote aussi un projet européen Grid4EU sur les réseaux intelligents (7 partenaires, 6 démonstrateurs, 50 M€). Selon ERDF
30, « l'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime que, dans l'Union européenne, il faudra investir 300 milliards d'euros sur les réseaux de distribution entre 2010 et 2020. Au cours de la même période, les besoins d'investissement sur les réseaux de transport s'élèveront à 100 milliards d'euros » (pour intégrer 230 GW éolien et 150 GW solaire dans le réseau électrique de l'UE
31.
Un surplus d'électricité peut être converti en hydrogène stocké dans le réseau de gaz. Les
stations de transfert d'énergie par pompage (Step), en montagne ou sur les îles (24 GW en 2010 et 35 GW prévus en 2020), peuvent remonter de l'eau puis la turbiner quand l'électricité manque, comme c'est le cas dans la centrale de 30 MW, avec une chute de 150
m, installée depuis l'an 2000, sur l'île d'Okinawa ; un projet de 50 MW est en cours à la Guadeloupe (50 m de hauteur de chute, avec des pompes et turbines à vitesse variable créées par
Alstom) pour lisser les fluctuations de puissance. Plus la chute est haute, moins il est nécessaire de stocker d'eau (à production égale). « Les Step classiques utilisent 25 % de l'énergie produite pour remonter l'eau. Le rendement de leurs turbines avoisine 98 %. Au total, la technique traditionnelle offre donc un rendement de 75 %, mais Alstom atteint 80 % » (Bernard Mahiou, 2011
30). Des réservoirs artificiels de ce type pourraient être conçus même en offshore, par exemple alimentés quand les éoliennes offshore produisent des surplus d'électricité.
Un stockage chimique de masse (par conversion du CO2, par exemple facilement captable dans les cimenteries ou centrales à combustibles fossiles, en méthane synthétique, avec des
catalyseurs par exemple) est également possible, avec l'intérêt de mieux réguler le carbone anthropique
30. On parle de «
méthanation » quand du gaz est ainsi produit à partir d'électricité et non de fermentation. Areva effectue à ce sujet des recherches avec un
GIE qui regroupe
Eurodia,
Air liquide et
GDF Suez, mais avec l'idée d'utiliser de l'électricité nucléaire (EPR par exemple)
30.
Contraintes économiques et organisationnelles
La mise en œuvre concrète se confronte à des contraintes d'environnement et de marché (La logique des
fonds de placement n'est pas toujours une logique d'investissement), de gouvernance et au cadre du droit, qui toutes évoluent.
Les
agents économiques concernés sont en outre souvent dispersés. Il faut les rassembler et imaginer des conditions d'organisation adaptées : contrats de filière, contrats territoriaux, planification de
smart grids adaptés aux ENR,
contrats d'implantation des unités de production énergétique
32. La définition des
filières et leur organisation se construisent peu à peu et avec l'évolution technique et juridique.
Contraintes environnementales
L’hydroélectricité est vulnérable aux effets du changement climatique
33. Et dans le contexte du changement climatique, l’AIE recommande aussi (rapport 2013
7 8) de mieux préparer le réseau électrique aux évènements climatiques : Ainsi, les perturbations liées aux conditions météorologiques au réseau d'électricité aux États-Unis ont été décuplées de 1992 à 2012. Les événements météorologiques représenté 20% environ de toutes les perturbations au début des années 1990, mais en représentaient 65% en 2008
34 et d’améliorer l’efficience des système de climatisation, don’t dans les pays en développement
35.
Rentabilité économique
La mise en œuvre d’une filière d'énergie renouvelable nécessite de faire un bilan économique. La mise en place de subventions (
crédit d'impôt et des permis d’émission de
gaz à effet de serre - voir
bourse du carbone) rend ces filières rentables comme pourrait le faire l'internalisation des
externalités négatives des énergies non renouvelables.
En 2010, le secteur des énergies renouvelables a enregistré 446 transactions (fusions et acquisitions) selon le cabinet
KPMG36. En termes de valeur, ces transactions représentent une augmentation de 70 % par rapport à
2009, notamment grâce à la progression des entreprises chinoises. À l'horizon 2040,
Pékin ambitionne de produire 40 % d'énergies renouvelables sur le total de son
mix énergétique. Par ailleurs, la
Chine pourrait renforcer sa position sur le marché américain, même si les
États-Unis restent le numéro 1 en termes d'investissement dans les énergies renouvelables.
Situation actuelle
En 2005, les énergies renouvelables représentaient 13,5 % de la consommation totale d’énergie commercialisée dans le monde et 18 % de la production mondiale d'électricité
37. La biomasse et les déchets assurent l’essentiel de cette production commercialisée (10,6 %)
37.
Pour la production électrique, l'hydraulique (90 %) est loin devant la biomasse 5,5 %, géothermie 1,5 %, éolien 0,5 % et le solaire 0,05 %.
Les
pompes à chaleur géothermiques se développent et sont parfois considérées comme exploitant une énergie partiellement renouvelable (une partie de l’énergie qu’elles fournissent provient de la Terre, du soleil et du vent) ou des systèmes efficaces de
production de chaleur (elles assurent une production d’énergie thermique supérieure à l’énergie électrique consommée), mais elles ne sont pas toujours considérées comme des
énergies vertes en raison de la grande quantité d'électricité qu'elles consomment
Électricité renouvelable dans le monde
Les 10 pays les plus consommateurs d'électricité
Capacité installée totale des énergies renouvelables dans les pays leaders
Classement des pays dans la production d'énergie renouvelable électrique en 2000 (ce classement illustre la quantité d’énergie produite, pas la part d’énergie renouvelable dans la consommation nationale) :
Hydroélectrique Géothermique Éolien Solaire 1.
Canada 
États-Unis 
Allemagne 
Japon 2.
États-Unis 
Philippines États-Unis Allemagne 3.
Brésil 
Italie 
Espagne États-Unis 4.
Chine 
Mexique 
Danemark 
Inde 5.
Russie 
Indonésie Inde 
Australie En 2007, les énergies renouvelables représentaient 9,6 % du total de la « production » d'énergie primaire commercialisée aux États-Unis, le nucléaire 11,7 %
40. En 2008, les États-Unis occupent le premier rang mondial pour les investissements dans les énergies renouvelables (24 milliards de dollars)
41
L’Algérie a lancé, le 3 février 2011
42, son Programme national de développement des énergies nouvelles et renouvelables et de l'efficacité énergétique
43. Ce programme, qui s'étale sur la période allant de 2011 à 2013, ambitionne de produire 22 000 MW d'électricité à partir du solaire et de l'éolien dont 10 000 MW destinés à l'exportation
44.
Perceptions, appropriation par le public
Les EnR semblent de plus en plus faire consensus.
En France, en 2010, 97 % des Français se déclaraient favorables au développement des EnR
45avec une préférence pour le solaire (61 % contre 68 % en 2009), l’éolien (53 % contre 43 % en 2009), devant l'hydraulique (20 %) et la géothermie (20 %). L'acceptabilité générale a augmenté (74 % des personnes interrogées en 2010 plébiscitent l’installation d'éoliennes sur le territoire (-3 points par rapport à 2009)), mais des critères d'esthétique sont cités par 67 % des répondants et des craintes de nuisances sonores (59 %) comme frein à leur développement, sauf si elles sont situées à plus de 1 km du domicile. Utiliser son domicile pour produire de l'électricité à partir de sources renouvelables semble intéressant pour 44 % des personnes interrogées et très intéressant pour 28 % d'entre elles. En 2010, grâce notamment aux aides publiques, le solaire a gagné +13 % et les pompes à chaleur (+5 %). L'acceptabilité générale EnR est en hausse, 75 % des Français étant favorables à leur installation. Cependant, l'ADEME enregistre une baisse du d’acceptabilité pour les projets installés « sur son toit », l'installation des équipements étant jugé trop compliquée pour le particulier (pour 44 % des répondants, +8 % par rapport à 2009) et encore initialement trop coûteuse (pour 45 % des répondants, soit +11 % par rapport à 2009) ou avec un temps de retour sur investissement trop long. Le principe du tiers-investisseur peine à se développer pour les petits projets en France, et la baisse des couts de rachats de l'électrifié photovoltaïque a probablement contribué à freiner ce secteur, en fort développement dans d'autres pays.
Organisations professionnelles et associations
Un projet d'
agence internationale de l'énergie renouvelable (
IRENA) fait l'objet d'une réunion préparatoire 26 janvier 2009 à
Bonn (conférence pour la fondation de l'Agence). Début janvier 2009, 80 États avaient déjà annoncé leur présence
46.
Il existe la
"Ligue des Champions EnR47" dont le but est de créer une compétition entre les villes européennes selon leur production d'énergies renouvelables. Ce concour comporte deux classements, un pour le solaire, et un pour la biomasse. Il existe des ligues EnR nationales pour l'Allemagne, la Bulgarie, la France
48, la Hongrie, l'Italie, la Pologne et la République tchèque.
Évolution et tendances
Une nette tendance à la réorientation vers les
énergies renouvelables est constatée depuis la fin du
XXe siècle, probablement en réponse à un début de raréfaction du
pétrole, aux impacts climatiques et sanitaires négatifs des
énergies carbonées, à la dangerosité et au coût du
nucléaire et à la difficulté de traiter ses
déchets ou à son manque d'acceptabilité après les grands accidents de
Tchernobyl et
Fukushima.
Des
prospectivistes, tel
Jeremy Rifkin, annoncent pour le début du
XXIe siècle une possible «
troisième révolution industrielle » issue de la convergence du secteur de l'énergie et de celui de l'informatique. Si l'on développe des systèmes de stockage des énergies irrégulières (
via l'
hydrogène ou les
véhicules électriques utilisés comme accumulateurs mobiles), cette convergence autorise la mise en commun et le partage de millions de sources distribuées d'énergie (solaire, éolienne, marine, géothermique, hydroélectrique, issue de la biomasse et des déchets, etc.).
Jeremy Rifkin estime que cette révolution est urgente ; elle doit être mise en œuvre avant
2050 et largement entamée en
2020 si l'humanité veut répondre aux défis du
changement climatique, à la
crise du pétrole, aux crises économique et écologiques.
ãÓÇÇÇÇÇÇÇÇÇÇÇÇÇÇÚÏÉ
et en resume <3
ÑÏ ãÚ ÇÞÊÈÇÓ
