Le 04 12 2019

Chapitre 1
Les différentes ressources
d’énergie

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 7. Les énergies renouvelables

Les énergies renouvelables constituent historiquement

les premières sources d’énergies utilisées par les
hommes.
Fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la terre, les
chutes d’eau; ces énergies, par définition, se
renouvellent naturellement après avoir été
consommées et sont donc inépuisables (au moins
sur des très grandes échelles de temps).
Aujourd’hui, elles servent surtout à la production
d’électricité et participent également à la
production de chaleur.

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 Toutefois, un constat s’impose. Dans l’état actuel des
Techniques et des systèmes de production , les
énergies renouvelables ne peuvent
couvrir l’ensemble de nos besoins énergétiques.
Surtout si la croissance des consommations persiste.

1.Energie solaire
2.Energie éolienne
3.La biomasse
4.Energie hydraulique
5.Energie géothermique

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7.1 Energie solaire

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  Le Soleil nous envoie chaque jour une quantité
considérable d’énergie, qu’on peut récupérer sous
forme de chaleur ou transformer en électricité.

 Le déserts de la planète reçoivent toutes les 6

heures du soleil l'équivalent de ce que consomme
l'humanité chaque année.

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 7.1.1 Energie Photothermique
L'énergie solaire thermique est une forme d'énergie
solaire. Elle désigne l'utilisation de l'énergie thermique
du rayonnement solaire dans le but d'échauffer un fluide
(liquide ou gaz). L'énergie reçue par le fluide peut être
ensuite utilisée directement (eau chaude sanitaire,
chauffage, etc.) ou indirectement (production de vapeur
d'eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir de
l'énergie électrique, production de froid, etc.).

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 Exemple :
Le chauffe-eau solaire

Le chauffe-eau solaire est un système qui sert à produire de l’eau chaude à

partir de l’énergie solaire.

Un fluide caloporteur circule dans un

absorbeur noir à l'intérieur d'un panneau
vitré sur l'une de ses faces et isolé sur les
autres. Grâce à un échangeur thermique,
il va chauffer un volume d’eau placé dans
un réservoir.

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 Solar Heating and Cooling Programme, juin 2016.

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 7.1.2Energie Photovoltaïque
L'énergie solaire photovoltaïque est nécessaire pour créer
un courant électrique. Les cellules photovoltaïques
convertissent le rayonnement solaire en courant électrique
direct. Les matériaux actuellement utilisés sont notamment
le silicium monocristallin, le silicium polycristallin, le
silicium microcristallin, silicium multi-cristallin, la tellurure
de cadmium et le séléniure de cuivre-indium / sulfure. En
raison de la demande croissante de sources d'énergie
renouvelable, la fabrication de cellules solaires et de
modules photovoltaïques a progressé de façon spectaculaire
ces dernières années.

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 7.1.3 Principe :

Lorsque les photons heurtent une surface mince d'un matériau

appelé semiconducteur,
Ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux ci se
mettent alors en mouvement
dans une direction particulière créant ainsi
un courant électrique.

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  La production d'énergie photovoltaïque a augmenté en
moyenne de plus de 20 % chaque année depuis 2002.

 Le coût de l'énergie photovoltaïque a diminué de façon

constante depuis que les premières cellules solaires ont été
fabriquées..

 1 m2 de cellules photovoltaïques produit environ 100kWh par an

en moyenne et jusque 130 kWh dans les régions ensoleillées du
Sud.

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 7.1.4 Avantages de l’énergie solaire

1. Offre illimitée de l'énergie solaire à utiliser.

2. L'énergie solaire est une excellente source d'énergie

alternative(très propre) .

3. Il n'y a pas de coûts liés à l'utilisation de l'énergie solaire

autres que le coût de fabrication des composants.

4. Les installations solaires sont facilement modulables. Il est

assez facile d’augmenter ou de diminuer la taille de
l’installation.

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5. 1 m2 de panneau photovoltaïque économise l’émission de 100
kg de C02 par an.

6. L'utilisation d'énergie solaire est un processus silencieux. Pas

de nuisance sonore.

7. Une installation solaire peut s’implanter n’importe où dès

qu’il y a un ensoleillement suffisant. C’est donc un réel avantage
pour les endroits très isolés qui ont ainsi accès à l’électricité.

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7.1.5 Inconvénients de l’énergie solaire

1. Pour produire une très grande quantité d’énergie, cela

nécessite une installation très importante et un espace suffisant
pour installer les panneaux photovoltaïques. C’est donc une
contrainte non négligeable pour les installations industrielles.

2. Il faut 2 à 4 ans à un système photovoltaïque pour produire

l’énergie qui a servi à le produire.

3. Un système solaire nécessite un ensoleillement constant et

intense.

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 7.2 Energie éolienne

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 7.2.1 Qu’est-ce que l’énergie éolienne
?????
Eole = maître des Vents de la Grèce
antique
L'énergie éolienne est une énergie
mécanique obtenue par les
déplacements de masse d'air à
l'intérieur de l'atmosphère (le vent),
puis est utilisée soit directement, soit
transformée en énergie électrique.
Les moulins à vent célèbres aux Pays-
Bas utilisaient déjà cette énergie pour
moudre le grain.
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  Pour garantir une meilleure rentabilité, les éoliennes doivent être situées dans des
endroits avec des vents constamment élevés. Il existe deux types d'éoliennes :
l’éolienne à axe horizontal et l’éolienne à axe vertical.

 Les éoliennes terrestres dites « onshore » sont installées sur la terre.

Les éoliennes dites « offshore » sont installées en mer.

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  Certes, l’énergie éolienne est peu polluante, mais ne peut pas fonctionner
dans toutes les conditions. Il est donc assez compliqué de reposer une
politique énergétique uniquement sur le système éolien. Par contre, c’est une
solution alternative qui peut être combinée avec l’exploitation d’autres
énergies renouvelables.

Le vent entraîne la rotation des pales (1).

Dans la nacelle, une boite de vitesse (2)
augmente la fréquence de rotation,
permettant à une génératrice (3) de produire
l’électricité (4) qui sera injectée dans le
réseau.

La limite de BETZ exige un rendement de

59,3 %

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 Une éolienne ne démarre pas si la vitesse du vent est trop
faible (inférieure à 14 km/h. Mais pour des raisons de
sécurité, elle s’arrête également de tourner si le vent
dépasse 90 km/h.

L’énergie électrique ou mécanique produite par une

éolienne dépend de 3 paramètres :
 la forme et la longueur des pales,
 la vitesse du vent
 la température qui influe sur la densité de l’air.

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 Le parc éolien mondial a une puissance installée de 432,4
GW à fin 2015 et compte pour environ 3% de la
production totale d'électricité.

Les 3 pays disposant des plus grands parcs éoliens sont la

Chine (145,1 GW ), les États-Unis (74,5 GW ) et
l'Allemagne ( 44,9 GW).

La puissance maximum récupérable (P) est donnée par la loi

de Betz :

P = 0,37. S. V3

0,37 : constance de l’air à pression atmosphérique standard

S: surface balayée
V: vitesse de vent
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 7.2.2 Les atouts de l’énergie éolienne

• L’énergie éolienne est renouvelable

• Le terrain où les éoliennes sont installées reste toujours
exploitable
• Leur développement offshore présente un potentiel non
négligeable.
• Implantées localement, les éoliennes peuvent permettre
de répondre à des besoins électriques régionaux

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 7.2.3 Les inconvénients de l’énergie éolienne :
A. L’énergie éolienne dépend de la puissance et de la régularité du vent.

B. C’est une source d’énergie intermittente.

C. Les zones de développement sont limitées.

D. Les éoliennes peuvent susciter des conflits d’usage d’ordre

environnemental comme les nuisances visuelles et sonores.

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 7.3 La biomasse

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  La biomasse (matière végétale) est une source d'énergie
renouvelable. Grâce au processus de photosynthèse, les
plantes captent l'énergie du soleil. Quand les plantes sont
brûlées, elles libèrent l'énergie du soleil qu’elles
contiennent.

 De cette façon, la biomasse fonctionne comme une sorte

de stock naturel de l'énergie solaire. Tant que la biomasse
est produite de manière durable avec un stock
inépuisable.

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  En général, il existe deux approches principales concernant les plantes
utilisées pour la production d'énergie :

 Les plantes cultivées spécialement pour l'utilisation d'énergie.

 L'utilisation des résidus de plantes utilisés pour autre chose.

En fonction du climat, du milieu naturel et d’autres facteurs, la méthode

préconisée peut varier. Pour faire simple, il existe deux façons d’utiliser la
biomasse :

 Soit convertir directement la biomasse en énergie sous forme de chaleur

ou d'électricité.

 Soit convertir la biomasse en biocarburants liquides ou en biogaz

combustible.

 Les possibilités d’actions dépendent de la nature de la ressource de

biomasse.
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 On distingue trois sources principales de biomasse :

1. La biomasse ligneuse, comme le bois, les feuilles mortes, la paille ou

le fourrage qui peuvent être utilisés pour le rendement énergétique de
la biomasse.
la biomasse ligneuse est convertie généralement par voie sèche.

2. La biomasse à glucide comme les céréales, la betterave sucrière et la

canne à sucre dont la valorisation se fait par conversion biologique, c'est-
à-dire par fermentation ou distillation.

3. La biomasse oléagineuse qui regroupe les plantes riches en lipide

comme le colza et le palmier à huile. La biomasse oléagineuse est
principalement destinée à servir de biocarburants.

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 7.3.2 Exploitation de la biomasse
• Transformation par combustion

• Transformation par gazéification : est un procédé thermochimique qui

transforme la biomasse en un gaz de synthèse (syngas ) , un mélange
de (CO) et de (H2).

• Transformation par méthanisation :Transformation par méthanisation :

Le procédé de méthanisation est destiné à une biomasse généralement plus humide,
du type résidus agricoles, déchets de l’industrie ou effluents ménagers
La méthanisation des matières organiques fermentescibles permet de produire
du biogaz. Il peut ensuite être transformé en électricité et/ou en chaleur ou
en biocarburant destiné au transport.
La méthanisation est le processus naturel biologique de dégradation de la matière
organique en absence d'oxygène.

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 7.3.3 Avantages

Le plus grand avantage de l'énergie de la biomasse,

c'est qu'elle est renouvelable. Les plantes et les arbres
peuvent être cultivés afin d'être utilisés.

Un autre avantage majeur de la biomasse est qu'elle

aide à la gestion des déchets solides. Lorsque les déchets
sont utilisés comme biomasse, on répond à deux
demandes : la baisse de la pollution et l’augmentation
des ressources énergétiques.

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 7.3.4 Inconvénients

Il est important de distinguer les différentes sources de biomasse.

Certains procédés de combustion, notamment avec le bois sont
de forts producteurs de CO2, donc aussi nocifs que les énergies
fossiles.

Certaines sources, bien que dites « renouvelables » nécessitent

une gestion raisonnée. C’est le cas des forêts. Une sur utilisation
de la biomasse ligneuse augmenterait le phénomène de
déforestation croissante et est considérablement nuisible pour
l’équilibre environnemental naturel.

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