CHAPITRE II : ETAT
DE L'ART ET SITUATION DE L'HYDROLIENNE DANS LE CONTEXTE DES ENERGIES
RENOUVELABLES
Dans le cadre du développement durable, face au double
enjeu planétaire posé par l'épuisement prochain des
ressources énergétiques fossiles et les problèmes
posés vis a vis du respect de l'environnement, de fortes incitations
poussent au développement des énergies renouvelables. En effet,
la consommation mondiale d'énergie ne cesse de croître (Figure
1-1données 2000 selon [5]) posant des questions cruciales sur l'effet de
serre et l'amenuisement des ressources énergétiques.
Figure II-1 Consommation d'énergie
primaire dans le monde et prévisions
Aujourd'hui plus de 85% de l'énergie produite est
obtenue à partir des matières fossiles comme le pétrole,
le charbon, le gaz naturel ou de l'énergie nucléaire. La Figure
II-2 montre la répartition en termes d'énergie primaire dans le
monde pour toutes les ressources actuelles. Les formes de production
d'énergie non renouvelables engendrent une forte pollution
environnementale par rejet des gaz à effet de serre qui provoque un
changement climatique irréversible ou dans le cas du nucléaire
une pollution par radiations de longue durée qui pose le
problème, aujourd'hui non résolu, du stockage des déchets
radioactifs [6].
Figure II-2 Répartition des sources
primaires d'énergie dans le monde
L'autre argument qui milite à l'avantage des sources
renouvelables est lié à la pérennité des ressources
en énergies. Dans le courant de 21ème siècle, le paysage
énergétique va radicalement changer car plusieurs ressources
fossiles risquent de disparaître.
De l'état de l'art et situation de
l'hydrolienne dans le contexte des énergies renouvelables.
Il existe plusieurs ressources en énergies
renouvelables : l'énergie hydraulique, l'énergie éolienne,
l'énergie solaire thermique et photovoltaïque, l'énergie
produite par les vagues et la houle ainsi que les courants marins, la
géothermie et la biomasse. Ces ressources en énergie sont
pratiquement inépuisables et propres. Dans le contexte économique
actuel où l'on ne chiffre qu'une partie des coûts en occultant
certains « coûts collatéraux »
(démantèlement de centrales, pollution,...) les installations
à énergie renouvelable peuvent encore aujourd'hui avoir un
coût important (exemple des panneaux solaires photovoltaïques) et
sont donc plutôt réservées à des pays
développés où elles peuvent dans d'autres cas être
assez peu onéreuses (exemple de la combustion de la biomasse) et peuvent
être utilisées dans les pays en voie de développement.
II.1. GENERATION D'ENERGIE
RENOUVELABLE
Une des propriétés qui limite l'utilisation de
l'énergie renouvelable est lié au fait que la matière
première (source de l'énergie) n'est pas transportable dans la
majorité des cas contrairement aux sources traditionnelles comme le
pétrole ou l'uranium qui est extrait des gisements respectifs et
acheminé « sans gros problèmes » vers les distributeurs
ou les usines qui peuvent être éloignées de milliers de
kilomètres. Par contre, le lieu de « l'extraction » de
l'énergie renouvelable est déterminant pour le lieu de
transformation. Seule la biomasse semble avoir les propriétés les
moins restrictives. Par exemple un site éolien doit être
précisément déterminé en choisissant les lieux
géographiques les plus régulièrement ventés, les
panneaux solaires doivent évidemment être placés dans les
zones bien ensoleillés, les propriétés de la houle ne sont
pas favorables partout sur les mers. Dans les zones où le réseau
existe, il est donc pratique et dans la majorité des cas
nécessaire de transformer l'énergie renouvelable sous la forme
électrique qui est transportable via les lignes électriques.
La production énergétique est alors
centralisée et mise en réseau entre plusieurs sites de production
et de consommation. Cependant, le caractère capricieux des sources
renouvelables pose le problème de la disponibilité
énergétique et du stockage de masse, actuellement principalement
assuré par l'hydraulique.
Parmi les énergies renouvelables, trois grandes
familles émergent : l'énergie d'origine mécanique (la
houle, éolien), énergie électrique (panneaux
photovoltaïques) ou l'énergie sous forme de la chaleur
(géothermie, solaire thermique,...) en sachant qu'à la racine de
toutes ces énergies est l'énergie en provenance du Soleil
transformée ensuite par l'environnement terrestre. Etant donné
que l'énergie mécanique est très difficilement
transportable, elle n'est utilisable directement que ponctuellement (pompage
direct de l'eau, moulins,...). Cette énergie est donc majoritairement
transformée en énergie électrique. A l'exception de la
biomasse et de l'hydraulique, l'autre inconvénient majeur des
énergies renouvelables vient de la non régularité des
ressources. A l'opposé, les fluctuations de demande en puissance selon
les périodes annuelles ou journalières ne sont pas
forcément en phase avec les ressources. Par exemple, en hiver il y a un
besoin énergétique plus important pour le chauffage et
l'éclairage mais les journées d'ensoleillement sont plus courtes.
La solution à retenir est certainement la diversification voire le
couplage entre plusieurs sources, par exemple du solaire avec l'énergie
éolienne.
Le stockage de l'énergie électrique à
grande échelle n'est pas pour le moment envisageable même si
l'hydrogène synthétisé par électrolyse de l'eau
semble être un débouché privilégié des
énergies renouvelables. Ainsi, la pile à combustible fonctionnant
à l'hydrogène d'origine renouvelable constituerait une
filière entièrement propre et disponible. De plus, stocker
l'hydrogène en même temps qu'on produit de
l'électricité dans une ferme éolienne ou une centrale
solaire permettra d'absorber les surplus de ces « énergies
capricieuses » et d'améliorer considérablement le lissage de
la production d'électricité, aspect critique des énergies
renouvelables pour les gestionnaires de réseau.
A l'opposer, un couplage des énergies renouvelables
(solaire, éolien) avec la pile à combustible résout en
très grande partie le problème de la disponibilité de
l'énergie
Des travaux au stade R&D sont par exemple en cours sur le
stockage d'hydrogène d'origine éolienne en Espagne (Région
de Navarre) où la société EHN, premier promoteur mondial
en éolien, s'est associée à la société
canadienne `Stuart Energy Systems' [7] spécialisée dans les
technologies de l'hydrogène (électrolyseurs,...).
Figure II-3 Module de
génération de l'hydrogène par l'électrolyse de
l'eau
Cependant, cette filière hydrogène, quoique
très prometteuse, souffre encore aujourd'hui de sa
rentabilité.
La problématique du stockage s'applique
différemment dans les sites isolés et de petites puissances
où il est parfaitement envisageable, voire impératif d'associer
un élément de stockage de type accumulateur
électrochimique ou volant d'inertie.
Toutes les ressources renouvelables sont en forte croissance
(cf. Figure II-1).
La Figure II-4 donne la vue sur la répartition de la
production d'électricité entre les différentes sources
renouvelables ainsi que leurs prévisions pour les années à
venir.
Figure II-4 Production mondiale de
électricité basée sur les énergies renouvelables
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