Les énergies alternatives (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

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pompage -turbinage d1rect Lorsque la marée est suffisamment importante , l'usine fonctionne en mode double effet : l e bassin est fermé pour la marée montante et ouvert lorsque les eaux sont hautes (1).

Le turbinage indirect a lieu de la même manière qu'en mode simple effet , mais lorsque le niveau du bassin rejoint celui de la haute mer, les turbines commencent à fonctionner en pompe (2), amenant ainsi le bassin à un niveau supérieur à celui de la mer .

Cette consommation d'énergie (pour le pompage) se fait aux heures c re u ses des besoins du réseau et est rentable : l ' eau pompée n 'a besoin d'être hissée que d'une faible hauteur puisque la marée est haute , mais lors de la vidange du bassin (3), à marée basse , le dénivelé correspond à l a différence entre les niveaux des marées :l'eau fournit ainsi « en descendant » plus d 'énergie qu'il n'en a fallu pour la pomper, en « montant ».

l'énergie des vagues , qui provient en définitive du vent, est intarissable mais son exploitatio n demeure très délicate .

Si des recherches ont été effectuées , avec quelques résultats probants , aucune installation réellement industrielle n'a été tent ée.

Le musée océanographique de Monaco possède toutefois une installation expérimenta le qui contribue à son approvisionnement en eau de mer .

L'tNERGIE THERMIQUE DES MERS l'idée d 'exploiter l'énergie thermique des mers revient à Arsène d'Arsonval ( 1851- 1940) et a été expérimentée dans les années 1930 par le physicien français Georges Claude sur un cargo afin de fabriquer de la glace .

Les projets , nombreux , font appel à des technologies diverses, mais la différence de température entre la source froide (le fond) et la source chaude (la surface) n 'est, au mieux, que de 24 oc, et dans les mers tropicales seulement , ce qui freine les projets d'utilisation de l'énergie thermique des mers .

ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE Comme nous le montrent de façon spectaculaire les éruptions volcaniques , les couches profondes de la planète 1 marée basse importante .

Le gradient de température de la croûte terrestre en fonction de la profondeur est en moyenne de 3 °C par 100 rn, avec de notables différences en fonction de la structur e locale du sol (à la jonction entr e deux plaques tectoniques , le g radient peut atteindre 1 oc par rn).

Les procédés de production d'énergie géothermique utilisent la chaleur des nappes d'eau souterraines , grâce à des forages .

Selon la profondeur du forage et la température atteinte, on parle de géot hermie de très basse , basse , moyenne ou haute é n er gie.

lA GtOTHERMIE DE TRÈS BASSE tNERGIE Pompée à faible profondeur, d 'où des coûts de forage réduits , l'eau utilisée se trouve à une température comprise entre 30 et 50 oc.

Cela permet de chauffer des serres , voire des logements si une source complémentaire est utilisée .

Elle est souvent réinjectée après avoir refroidi, mais peut aussi , lorsqu 'elle est douce , arroser par exemple les serres qu'elle a préalablement chauffées .

l'eau utilisée est pompée entre 1 500 et 2 ooo mètres et sa température est comprise entre 50 et 90 °C.

Elle est donc utilisable directement pour le chauffage.

Souvent très minérale, elle doit être réinjectée dans le sous -sol après usage.

Cela entraîne une augmentation des coûts d 'exploitation mais offre l'avantage de maintenir constants la pression et le débit du réservoir.

lA GtOTHERMIE DE MOYENNE tNERGIE La géothermie de moyenne éner gie utilise de l'eau sous forme de vapeur , à une température allant jusqu 'à 150 oc.

Cette eau est utilisée pour le chauffage , mais peut aussi produire de l 'électricité par l 'intermédiaire d'un fluide entrant en ébullition à une température plus basse Certains sites exceptionnels , liés au volcanisme , fournissent une vapeur plus chaude , sous pression ; la production directe d'électricité est alors possible .

En Italie , la centrale géothermique de Valla Secolo , la plus importante au monde , fournit 120 MW.

Lorsque ce genre de conditions sont réunies, la production d 'é lectric ité géothermique est très rentable : la ressource est entièrement renouvelable , non polluante , et sa disponibilité n'est pas aléatoire .

Les coûts d 'installation et d'exploitation sont si réduits que le kWh produit par géothermie est moins cher que celui obtenu par combustion d'hydrocarbures fossiles.

Malheureusement les sites permettant l'exploitation d 'une eau très chaude à une profondeur raisonnable sont extrêmement rares , et la puissance géothermique mondiale installée n 'est que de 6 ooo MW (dont 45% aux États­ Unis) , alors que les possibil ités sont estimées à 300 000 MW .

Des expérimentations ont lieu, consistant à fissurer , par des explosions souterraines , les roches chaudes entre deux sondages judicieusement choisis, puis à injecter de l'eau par l'un des sondages pour en exploiter la vapeur de l'autre côté.

Une station expérimentale fonct ionne sur ce principe à Los Alamos , aux États-Unis , mais les résultats restent médiocres.

La production d 'énergie par des moyens biologiques est un secteur en plein essor , et toutes les possibilités offertes n 'ont pas encore été étudiées.

Les deux principales voies explorées ont en commun de produ ire des hydrocarbures, c'est -à-dire des carburants proches des combustib les fossiles (gaz et pétrole ) et ayant souvent la même utilisation .

• l'une de ces voies , la production de « biogaz », utilise la fermentation et représente en outre une forme de valorisation et de récupération des déchets .

• l'autre exploite l'activité des végétaux (photosynth èse) puis la fermentation pour produire des carburants utilisables par exemp le dans les véhicules individuels ; elle se heurte à la nécessité d'une adaptation du parc automobile existant , ce qui entraîne une élévation du coût de revient.

décomposition est connu et utilisé depuis les débuts de l'agriculture , la production de gaz inflammable par la fermentat ion anaérobie (c'est-à-dire en l 'absence d 'oxygène ) est une idée relativement récente.

Toutes sorte s de déchets organiques (lisiers d 'animau x, paille , résidus végétaux directs et résidus d'usines agroalimentaires ou de papeteries , résidus d'abattoirs , boues résultant de l'épuration biologique des eaux , ordures ménagères ...

) peuvent convenir à l a production de biogaz .

Celui-ci consiste en un mélange riche en méthane , avec un peu de gaz carbonique et de vapeur d 'eau.

Les parties soufrées de la matière organique utilisée se retrouvent tous sous forme d'hydrogène sulfur é, qui s'élimine facilement pour obtenir un combustible proche du gaz de ville, distribuable sur les réseaux en place .

Du point de vue de la pollution , cette technique a l'avantage d 'utiliser comme matière première les déchets d'autres activités :plus qu'une énergie non polluante , c'est une énergie de recyclage.

La fermentation ne supprime pas l'incinération finale des déchets , mais dim inue le volume à incinérer et réduit très fortement la pollution due aux composés soufrés.

Divers procédés offrent la tirer des produits végétaux (maïs , colza , canne à sucre , betterave ), voire de déchets organiques , des combustibles utilisables dans les moteurs à explosion de type diesel ou des chaudières.

les fermentations éthylique et méthylique Le proce ssus de fermentation alcoolique par des levures est d 'usage très ancien.

Il transforme des jus sucrés et produit de l'éthanol (alcool éth ylique) ou du méthanol (alcool méthylique ) selon la nature des micro ­ organismes employés et des produits de départ.

Après épuration (élimination du gaz carbonique et des composés soufrés), éthanol et méthanol peuvent être utilisés comme carburants dans des moteur s adaptés En 1979, le gouvernement brésilien lança un programme de subvention à l ' alcool de canne à sucre qui fut un échec, en raison du coût élevé de l'éthanol produit (deux à trois fois plus cher que les produits pétroliers traditionnels) .

Mais le Brésil a relancé l'idée de la canne à sucre , associée au colza et à un autre procédé de fabrication .

Les États-Unis produisent du biocarburant à partir de maïs , tandis qu'en France l'usage de carburants à base de betterave ou de colza est autorisé depuis 1988.

Le mélange d 'essence et de biocarburants (10 à 20 % du total ) est une possibilité intéressante , permettant de diminuer la consommation Ainsi , le Diester (appellation commerciale , acronyme de diesel et ester ) est obtenu à partir du colza et du tournesol (ici une usine de fabrication de Diester ).

Mélangé a u gazole au taux de 5 % , il peut être utilisé sans modification dans les mote urs diesel de faible puissance et dans les chaudières de chauffage central.

P our les installations de grande puissanc e , le taux de mélange peut atteindre 50 %.

Ce carbu rant ne dégage pas de soufre lors de la combustion, et la quantité de fumées rejetées est réduite de moitié par rapp ort au gazole pur.

l'usage du Diester s e répand en Europe ; le parc automobi le municipal de plus ieurs villes fran çaises utilise d 'ores et déjà ce carbu rant les autres transformations biochimiques • La fermentation acétonobutylique transform e des jus sucrés ou riches en cellulose en un mélange d 'acétone, d'éthanol et de butanol.

Le pouvoir calorifiqu e de ce biogaz est peu élevé , et ses inconvénients ne manquent pas dans son emploi comme carburant moteur : départs à froid difficiles , importan te corrosion due au méthanol qui, de plus, est toxique .

• l'éthyle tertiobutyléther est obtenu en ajouta nt de l'isobutène à l 'éthanol ; il remplace le plomb comme antidéton ant dans l'essence sans plomb .

L'AVENIR DES ÉNERGIES ALTERNATIVES Il repose sur la menace d 'épuisement des réserves d'hydroca rbur es, les tensions géopolitiques induit e s par leur utilisation intensive et les problèmes de pollution que cette utilisation entraîne .

D ' autre part il est néces saire de prendre en compte les risques liés à l ' exploitat ion de l'énergie nucléaire et les problèmes du retraitement des déchets.

Enfin , le choix du développ ement des énergies alternativ e s autorise l'implantation d 'unités d e production plus petites et décentrali sées, malgré un coût parfois supérieur et des problèmes de disponibil ité et de régularité des ressource s.

Toutefois .

aucune source d 'énergie alternative ne semblent réellement compétitiv e : les coûts d'installation ou d'exploita tion se révèlent trop importants pour une disponibilité aléatoire.

En revanche , comme énergies d'appoint , les énergies alternatives sont d'ores et déjà opérationnelles .

• Elles permettent , lorsqu 'elles sont disponibl es, de réduire la consomm ation des combustibles fossiles dan s des centrales classiques (même si elles ne permettent pas d 'en diminuer la puissance installée).

• Elles présentent un grand intérêt dans des applications particulières, telles que le pompage de l'eau (qui est facilement stocka ble) grâce à des éoli ennes, la production d 'eau chaude sanitaire ou le chauffage d'appoint de locaux (par capteurs thermiques d'énergie solaire à bas potentiel ), ou enfin la réalisation de fours de traitement à très hau te température , par focalisation d'énergie solaire rayonnée , grâce à des jeux de miroir.

• Elles se r évèlent irremplaçables lorsqu 'il s'agit d 'alimenter des logements , des fermes ou des chantiers isolés, loin de tout réseau. »