Dans cet article, nous vous proposons de revenir aux fondamentaux pour mieux comprendre ce qu’est véritablement une énergie renouvelable. Qu'est-ce qui distingue une énergie renouvelable des autres sources d'énergie ? Quels en sont les différents types et comment fonctionnent-ils ? Explorez avec nous les multiples facettes des énergies renouvelables, ces ressources qui jouent un rôle clé dans la transition énergétique et dans la lutte contre le changement climatique. Découvrez comment ces sources d'énergie façonnent notre avenir énergétique et pourquoi elles sont essentielles pour un développement durable.
D’après Eurostat, en 2022, la consommation finale d’énergie était à 47 % de la chaleur, à 28 % des carburants pour les transports et à 25 % de l’électricité. L’énergie primaire nécessaire à cette consommation peut être fossile, fissile ou renouvelable.
Le terme “d’énergie renouvelable” désigne une source d’énergie qui se renouvelle à un rythme suffisamment rapide pour être considérée comme inépuisable. Le vent, les rayons du soleil, les cours d’eau, la biomasse ou la chaleur de la terre sont des énergies renouvelables.
Ces différentes sources d’énergies renouvelables peuvent servir aux mêmes usages que les énergies fossiles ou que l’uranium :
- produire de l’électricité,
- de la chaleur
- ou être transformées en carburant.
Par ailleurs, elles produisent bien moins de CO2 et de déchets. Substituer les énergies fossiles et fissiles par des énergies renouvelables est donc un enjeu écologique majeur pour lutter contre le dérèglement climatique, au même titre que des politiques ambitieuses de sobriété énergétique et d’efficacité énergétique.
L'énergie éolienne
Les éoliennes permettent de transformer l’énergie cinétique du vent en électricité. Le vent fait tourner les pales des éoliennes qui sont reliées à un générateur. Celui-ci produit de l’électricité qui est injectée dans un réseau électrique. Pour atteindre un mix 100 % renouvelable, les éoliennes sont indispensables et permettent notamment une forte production en hiver, période de l’année où la consommation d’électricité est la plus importante. En 2023, les éoliennes françaises ont produit 10 % du mix électrique national.
Les éoliennes terrestres
La majorité des éoliennes sont construites au sol pour une hauteur comprise entre 120 et 160 mètres. La puissance moyenne d’une éolienne se situe entre 2 et 3 MW, ce qui permet une production annuelle d’environ 5000 MWh par an, soit la consommation de près de 1700 foyers sans chauffage électrique. Le facteur de charge associé est d’environ 25 %, cela veut dire qu’elles produisent 25 % de l’électricité qu’elles pourraient produire si elles fonctionnaient à leur plus forte puissance tout le temps.
Parmi les éoliennes au sol, il existe des petits modèles allant de 1 à 20 kilowatts, qui peuvent être destinés à l’autoconsommation. Divers modèles de petites éoliennes comme les Pigott sont facilement constructibles par les particuliers, avec un minimum d’accompagnement.
Enfin, certaines petites éoliennes ne produisent pas d’électricité mais permettent une solution mécanique de pompage pour accéder aux ressources hydrauliques de faible profondeur.
Les éoliennes en mer
Les éoliennes peuvent également être installées en mer où les différents vents sont plus forts et plus réguliers, sans obstacle pouvant les freiner. Cela permet aux éoliennes en mer de produire plus d’électricité à puissance égale. Les éoliennes en mer sont dites “posées” lorsqu’elles sont installées sur des fondations dont l’ancrage se fait au niveau du sol sous-marin. Plus grandes et plus puissantes que les éoliennes terrestres, la capacité d’une éolienne posée peut aller de 5 MW à 10 MW.
Il existe des modèles d’éoliennes flottantes. Cette technologie est encore récente et peu développée, c’est pourquoi son déploiement commence par des projets pilotes. L’un des avantages des éoliennes flottantes est de pouvoir être installé plus loin des côtes que l’éolien posé.
L'énergie solaire
Différentes technologies permettent de capter soit le rayonnement du soleil, soit sa chaleur pour produire de l’électricité ou de la chaleur.
Le solaire photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques permettent de capter la lumière du soleil pour la transformer en électricité grâce à des matériaux semi-conducteurs. Au niveau mondial, la majorité des panneaux photovoltaïques sont construits à base de silicium qui est transformé en lingots après son extraction. Ces lingots sont tranchés pour former des wafers, eux-mêmes transformés pour devenir des semi-conducteurs appelés cellules photovoltaïques. Elles sont ensuite assemblées pour former des modules photovoltaïques. D’autres processus de fabrication de modules existent et s’appuient sur d’autres matières premières, notamment pour produire des panneaux en couche mince.
La taille des installations solaires varie fortement puisqu’elles vont des toitures de logements individuels à des fermes solaires pouvant se déployer sur plusieurs dizaines d’hectares, tout en passant par les ombrières de parking et les toitures industrielles. Par ailleurs, cette technologie est un vecteur important de réappropriation des enjeux énergétiques par les citoyennes et citoyens puisque ces derniers ont la possibilité d’autoconsommer la production de leur installation photovoltaïque.
En fin de vie, les panneaux sont collectés par divers organismes et traités pour que le maximum de leurs composants soit recyclé. Au début des années 2020, 94 % des éléments constitutifs d’un panneau photovoltaïque étaient récupérables et réutilisables.
En 2023, le solaire photovoltaïque a représenté 4 % de la production électrique française.
Le solaire thermique
D’autres technologies solaires captent la chaleur du soleil. C’est le cas du solaire thermique qui sert à produire de la chaleur. Le solaire thermique est également présenté sous la forme de panneaux solaires qui sont constitués de capteurs qui transmettent la chaleur à un fluide caloporteur. Cette chaleur, lors d’un usage individuel, peut servir à chauffer un bâtiment ou produire de l’eau chaude sanitaire.
A plus grande échelle, il existe dans plusieurs pays des fermes de panneaux solaires thermiques qui alimentent des réseaux de chaleur au service d’un quartier. En France, cette utilisation du solaire thermique est très peu répandue. Enfin, certaines centrales solaires thermiques peuvent chauffer de l'eau jusqu’à plusieurs centaines de degrés. Ces niveaux de températures peuvent avoir des usages dans différents processus industriels. Bien dimensionnée, une installation de panneaux solaires thermiques peut alors réduire le recours à des solutions basées sur les énergies fossiles dans divers process industriels.
Le solaire thermodynamique et les fours solaires
Il existe également des technologies solaires dites “thermodynamiques”, parfois appelées “à concentration” qui captent la chaleur du soleil pour la convertir en électricité. Les installations thermodynamiques utilisent des miroirs qui orientent la lumière et la chaleur en un point précis, afin de chauffer un fluide dont la fonction est d’alimenter un générateur d’électricité à vapeur.
Il existe quelques grandes installations thermodynamiques à travers le monde et quelques projets expérimentaux. La production de ces centrales représente moins de 0,1 % de la production d’électricité mondiale.
A noter qu’il existe des fours solaires qui permettent de cuire des aliments grâce au même principe de concentration des rayons afin de créer une chaleur adaptée à la cuisson.
L'énergie hydraulique
L’énergie hydroélectrique utilise la force du déplacement de l’eau pour générer de l’électricité. En France, il s’agit de la deuxième source de production électrique derrière le nucléaire. Elle représentait 12 % du mix électrique en 2023. Contrairement à l’éolien et au photovoltaïque, la production hydroélectrique fait partie du mix électrique français depuis plus d’un siècle.
Les barrages et les stations de transfert d’énergie par pompage
Les plus grandes installations hydroélectriques sont les barrages. Il s’agit de retenir l’eau dans un bassin et de ne la laisser s’écouler à travers des turbines que lorsqu’il y a besoin de production d’électricité, ce qui en fait une électricité pilotable. Le barrage des Trois-Gorges en Chine est le plus gros au monde avec une capacité de 22500 mégawatts. En France, c’est le barrage de Grand’Maison qui a la plus grande capacité (1800 mégawatts) et une production annuelle moyenne de 1,72 térawattheure. Il existe de nombreux barrages en France, parmi lesquels des installations plus petites de quelques mégawatts.
Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) sont des barrages particuliers qui jouent un rôle important dans le mix électrique français. Ces installations sont constituées de deux retenues d’eau, l’une étant en hauteur par rapport à l’autre. Lors des moments de forte demande d’électricité, l’eau s’écoule du bassin haut vers le bassin bas en faisant tourner des turbines. Et lorsque la demande d’électricité est faible, l’eau est remontée par un système de pompage, qui consomme lui-même de l’électricité. Les STEPs sont des outils de pilotage importants pour adapter la production à la demande en électricité, en temps réel.
Les installations au fil de l’eau et la petite hydroélectricité
Toutes les installations hydroélectriques n’ont pas de mécanisme de retenue. En France, il existe de nombreuses installations “au fil de l’eau” : c’est l’écoulement naturel de la rivière ou du fleuve qui fait tourner la turbine. Ces installations sont souvent plus petites que les barrages mentionnés plus hauts.
La petite hydroélectricité rassemble les installations de moins de 10 mégawatts, avec ou sans retenue. La majorité des sites exploitables pour une production hydroélectrique de ce type, le sont déjà. On retrouve parmi les installations de la filière, d’anciens moulins à eau re-affectés.
Les technologies marines émergentes
Il existe également dans la filière hydroélectrique plusieurs technologies émergentes à différents stades de maturité.
- Par exemple, les hydroliennes sont des générateurs qui fonctionnent grâce à des hélices, elles-mêmes tournant grâce à la force de courants. Il s’agit donc de moyens de production d’électricité qui doivent être complètement immergés, que ce soit dans les rivières ou dans les mers et les océans.
- L’énergie marémotrice, elle, est issue des mouvements de l’eau créés lors des marées. Il existe une usine marémotrice à la Rance en France, qui a été mise en service en 1966.
- L’énergie houlomotrice cherche à produire de l’énergie à partir du mouvement des vagues et elle existe essentiellement sous la forme de prototypes.
- Enfin, l’énergie osmotique est l’énergie dégagée lorsque deux eaux aux salinités différentes se rencontrent. Dans le monde, il existe des technologies commercialisées pour capter cette énergie et la transformer en électricité.
La biomasse
Le terme de “biomasse” est large et recouvre des technologies diverses et de nombreux types d’intrants. Elle peut servir de base pour produire de l’électricité, de la chaleur, voire les deux en même temps via des procédés de cogénération. Enfin, la biomasse est utilisée pour produire des carburants.
L’utilisation de biomasse pour produire de l’énergie peut se faire au détriment d’enjeux écologiques forts. La biomasse, en fonction des usages, n’est pas forcément la meilleure solution par rapport à d’autres technologies. Pour l’électricité, Enercoop ne s’approvisionne que très peu auprès d’installations biomasses, d’une taille minime et que nous avons scrupuleusement sélectionnées.
Bois
Le bois est considéré comme une énergie renouvelable car les arbres repoussent. Le bois peut se retrouver sous plusieurs formes pour produire de l’énergie : sous forme de bois bûche, sous la forme de granulés, aussi appelés par leur nom anglais “pellets”, ou sous une forme déjà transformée et destinée à être jetée ou recyclée. Le bois sert depuis longtemps à faire des feux, ce qui en fait une source d’énergie particulièrement ancienne pour produire de la chaleur.
Il existe également de plus grandes installations thermiques utilisant du bois, ainsi que de grandes centrales électriques qui fonctionnent au bois. Par exemple, au Royaume-Uni, plusieurs centrales au charbon se sont reconverties pour fonctionner avec du bois. Enfin, il existe des installations qui produisent à la fois de la chaleur et de l’électricité. Cela permet de réduire la quantité de matière pour produire les deux énergies. Toutefois, les enjeux d’approvisionnement sont très forts dans cette filière qui met une pression sur des ressources parfois rares, dans un commerce qui se fait au niveau mondial.
La biomasse et la méthanisation
Il existe plusieurs intrants qui peuvent servir à alimenter des méthaniseurs et qui appartiennent à la biomasse :
- les produits agricoles,
- les boues de stations d’épurations,
- les déchets de l’industrie agroalimentaire
- et les biodéchets des ménages.
Leur traitement permet de produire du biogaz. Ce biogaz peut alors servir à produire de la chaleur ou de l’électricité. Il peut également être traité pour rejoindre le réseau de gaz et être utilisé comme tel ou transformé en biocarburant.
Les biocarburants
La biomasse peut être utilisée pour produire du carburant afin d’alimenter différents types de véhicules à moteur thermique (véhicule terrestre, maritime, aviation). Dans ce cadre, la biomasse utilisable est classée en plusieurs générations.
- Les biocarburants dits de première génération sont produits à partir de matières premières qui auraient pu être utilisées dans des chaînes alimentaires ou animales. Il peut s’agir de canne à sucre, de céréales ou de betteraves pour produire du bioéthanol ou d’huile de soja, de palme ou de colza pour produire du biodiesel par exemple. D’après le Réseau Action Climat reprenant une information des Amis de la Terre, “la surface agricole dédiée à la production de biocarburants en France est d’environ 800 000 hectares”.
- Les biocarburants de deuxième génération exploitent des matières qui ne servent pas directement à la production alimentaire telles que le bois, les feuilles, les tiges de plantes ou des déchets. Enfin, la troisième génération cherche à s’appuyer sur des micro-organismes tels que des microalgues. Cette voie n’est pas encore sortie des laboratoires.
Concernant les véhicules terrestres, les biocarburants existent désormais en parallèle des solutions d'électrification. Or, si les deux solutions permettent une alternative au pétrole, les véhicules électriques peuvent également rendre des services de flexibilité au réseau électrique national.
La problématique du gaz de décharge
Certains déchets sont parfois incinérés et la chaleur produite peut alors servir à alimenter des réseaux de chaleur, produire de l'électricité, voire les deux en même temps via des solutions de cogénération. Cette ressource est en partie considérée comme renouvelable car certains déchets viennent de la biomasse.
A noter qu’Enercoop refuse d’acheter et commercialiser de l’électricité issue de l'incinération de déchets, car nous considérons que ce système pousse à la production de déchets. Enercoop milite pour une politique de réduction de déchets plus en amont.
La géothermie
Les technologies géothermiques servent à aller chercher en profondeur la chaleur issue de la croûte terrestre. Pour cela, il faut faire circuler un fluide en profondeur qui remontera plus chaud, afin de produire de la chaleur ou de l’électricité.
Il existe ainsi une géothermie peu profonde pour des usages domestiques, en alimentant par exemple une pompe à chaleur. Le captage peut être vertical, avec un forage d’environ 100 mètres, ou horizontal, avec un maillage de plusieurs tubes enfouis entre 4 et 10 mètres de profondeur sur une grande surface.
En miroir, il existe une géothermie profonde, voire très profonde afin d’aller chercher la chaleur des eaux profondes, pour des usages industriels et la production d’électricité. La géothermie très profonde ne peut se déployer qu’à certains endroits, en fonction de la ressource géothermique du site.
