La transition énergétique

L’énergie électrique, principalement produite par le nucléaire en France

L’énergie électrique est une forme d’énergie qui est produite à partir d’autres formes d’énergies. Cette transformation a lieu à une échelle microscopique et n’est pas observable pour les yeux nus de l’Homme. Elle est reproduite à très grande échelle pour pouvoir répondre aux besoins énergétiques mondiales. C’est seulement quand l’énergie est sous la forme électrique qu’elle est envoyée dans les lignes hautes tension pour pouvoir alimenter tous les foyer français, les autres types d’énergies non transformées ne le permettent pas.  

L’énergie nucléaire

A la différence des autre pays européen, la France ne dispose pas d’assez de ressources énergétiques (gaz, pétrole ou charbon) pour produire son électricité. C’est, en plus du choc pétrolier des années 70, la raison qui explique son choix de développer l’énergie nucléaire.

La France dispose du parc nucléaire le plus important du monde proportionnellement à sa population. Chaque année, environ 400 TWh d’énergie nucléaire sont produites. Cette production représente 70% de la production d’électricité total en France.

Cette place importante du nucléaire permet de diminuer la facture d’électricité des français et de produire de l’emploie. En effet les foyers français paient leur électricité 22% moins cher que la moyenne européenne. Cela peut s’expliquer par le coût de production très bas du nucléaire et la production de nucléaire se faisant en France, les consommateurs ne paient pas l’importation de cette énergie. Par rapport à la création d’emploie, la filière nucléaire est la troisième filière industrielle française, derrière l’aéronautique et l’automobile grâce à ses 2 500 entreprises et de ses 220 000 salariés . Son dynamisme à l’exportation et le renouvellement de ses effectifs pourrait lui permettre de recruter 110 000 personnes d’ici 2020 (Comité Stratégique de la Filière Nucléaire, 2012). A la différence d’autres industries électrogènes, la filière nucléaire offre des emplois durables, qualifiés et non délocalisables. La France maîtrise l’ensemble de la chaîne de valeur de la production nucléaire, ce qui permet de capter une plus grande proportion des emplois.

Maintenant que nous avons définis la place du nucléaire en france nous allons expliquer son fonctionnement.

L’énergie nucléaire est l’énergie stockée au cœur des atomes, plus précisément dans les liaisons entre les protons et les neutrons qui constituent leur noyau.

Il existe plusieurs types de réacteurs nucléaires, la France utilise les réacteurs à eau pressurisée. La centrale fonctionne avec 3 circuits d’eau indépendants : le circuits primaire, le circuit secondaire et le circuit de refroidissement. Le combustible d’une centrale nucléaire est sous la forme de petite pastilles d’uranium qui sont empilées dans de long tubes métalliques appelé crayons. Ces tubes sont placés dans une cuve remplie d’eau et constituent le cœur du réacteur. Grâce à la fission des atomes d’uranium, les tubes chauffent l’eau à 320°, elle est mise sous pressions pour la maintenir à l’état liquide. Cette eau est ensuite dirigée jusqu’au générateur de vapeur. Au contact des tuyaux parcourus par l’eau très chaude du circuit primaire, l’eau du circuit secondaire s’échauffe à son tour et se transforme en vapeur. La vapeur ainsi produite fait tourner une turbine qui fait à son tour tourner un alternateur. Dans l’alternateur, l’interaction entre les électro-aimants de la partie mobile (rotor) et les bobines de fils de cuivres de la partie fixe (stator) produit un courant électrique. Un transformateur élève ensuite la tension du courant à 225 000 ou 400 000 volt pour qu’il puisse être transporté plus facilement dans les lignes à très haute tension du réseau électrique français. En sortant de la turbine, la vapeur est retransformée en eau grâce au circuit de refroidissement pour être renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle. Pour cela la vapeur passe par un condenseur qui est alimenté soit par de l’eau froide venant de la mer ou d’un fleuve, soit par de l’eau refroidie par un courant d’air qui circule dans de grandes tours appelés aéro-réfrigérant. Les centrales nucléaires permettent de produire de très grandes quantité d’électricité et n’émettent pas de gaz à effet de serre.

La fission nucléaire est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau lourd instable éclate sous l’impact d’un neutron pour former deux noyaux plus légers, avec l’émission éventuelle de particules et d’énergie.

La réaction de fission de l’uranium 235 libère plus de neutrons qu’elle n’en consomme et chacun d’eux peut alors produire une nouvelle fission. C’est ce qu’on appelle une réaction en chaîne. 

On remarque dans cette réaction nucléaire, que les nombres de masses et de charges sont conservés, ce sont les lois de conservation ou lois de Soddy.
Conservation du nombre de masse: 1 + 235 = 236 = 140 + 93 + 3
Conservation du nombre de charges:    0 + 92 = 92 = 56 + 36 + 0

Dans un réacteur la fission est contrôlé par l’absorption de certain des neutrons libérés, en l’absence de ce contrôle, le processus de fission s’emballerait jusqu’à provoquer une explosion. Ce type d’accident nucléaire s’est déjà produit depuis que l’Homme utilise l’uranium 235 pour fabriquer de l’électricité.

C’est le cas de l’accident majeur de Tchernobyl qui a commencé en actuelle Ukraine le 26 avril 1986. Il est classé niveau 7 sur l’échelle internationale des événements nucléaires dite (INES). Il s’agit du niveau le plus élevé de celle-ci. C’est en fait suite à cet événement que l’AIEA (Agence Internationale de l’Energie Atomique) et l’AEN (Agence pour l’énergie nucléaire) ont décidé de l’élaborer en 1990.

Les accidents nucléaires sont l’un des types d’accidents qui ont le plus d’impact sur l’Homme et son environnement.

Le GIEC est le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat. Ses rapports synthétisent les travaux publiés de milliers de chercheurs analysant les tendances et prévisions mondiales en matière de changements climatiques.
Approuvé par 195 Etats, le rapport du GIEC représente l’analyse scientifique la plus aboutie d’un avenir climatique à 1,5°C et 2°C de hausse de la température moyenne mondiale, destinée à guider les décisions des gouvernements dans la transition écologique à mener dans tous les domaines (énergie transports, agriculture, etc.) dans les années à venir. Le rapport révèle qu’il est encore possible de limiter le réchauffement climatique à 1,5°C.
Un des principaux intérêts de ce rapport est qu’il compile les connaissances scientifiques sur les répercussions d’un réchauffement de 1,5 °C par rapport à 2 °C. Les territoires les plus vulnérables pourraient ne pas avoir le temps de s’adapter. C’est le cas des petites îles situées au niveau de la mer. Cette dernière devrait continuer à monter pendant plusieurs siècles. Et sous la surface, les océans subissent déjà des changements sans précédent. Des basculements pour certains écosystèmes devraient être observés dès + 1,5 °C. Les espèces dépourvues de capacité à se déplacer assez vite souffriront d’une importante mortalité. De même, il faudrait des millénaires pour lutter contre les changements que la chimie océanique produits par l’acidification.

Dans un monde à + 1,5 °C, le changement climatique affectera tous les territoires, peu importe leur niveau de développement, mais spécialement les plus pauvres. Par ailleurs, déjà plus d’un quart de la population mondiale vit dans des régions où le thermomètre dépasse de 1,5 °C la température moyenne au moins une saison par an. L’hémisphère Nord souffrira le plus de la multiplication et l’intensification des vagues de chaleur. «Nous sommes face à un risque de voir le sud de l’Europe basculer dans une désertification d’ici à la fin du siècle, souligne Pierre Cannet, de l’ONG WWF. Le précédent rapport du GIEC, publié en 2014, était déjà clair sur le fait qu’atteindre + 2 °C est un point de non-retour.» Les risques d’inondation et de sécheresse seraient aussi renforcés, touchant principalement l’Amérique du Nord, l’Europe et l’Asie. Les cyclones tropicaux deviendraient plus violents.

Le GIEC présente certaines solutions pour respecter le + 1,5 °C. Il souligne à plusieurs reprises la nécessité de réduire drastiquement la demande en énergie des bâtiments, de l’industrie et des transports. Les émissions de gaz à effet de serre mondiales doivent quant à elles baisser de 45 % d’ici à 2030 (par rapport à 2010) et la part des énergies renouvelables pour l’électricité passer à 70 %-85 % en 2050. Le rapport met aussi en lumière que la réduction de la pollution de l’air permet de limiter le réchauffement et d’améliorer la santé humaine, tout comme la qualité de l’environnement.

Si aucunes mesures ne sont prisent par les états pour limiter la production de gaz à effet de serre, l’augmentation de la température sur le globe pourrait avoir les répercussions graves suivantes:

Récurrence des phénomènes climatiques extrêmes: A l’échelle de la planète, quelques degrés supplémentaires chaque année peuvent entraîner l’apparition de phénomènes climatiques extrêmes, comme grosses chaleurs, canicule, pluies diluviennes, crues, tempêtes et cyclones… Ces événements extrêmes qui sont la conséquence de circulation de masses d’air autour du globe pourraient devenir plus fréquents et plus violents, selon le 5ième rapport du GIEC.

Disparitions des îles: La conséquence directe de la récurrence de ces phénomènes climatiques extrêmes est la montée du niveau de la mer et donc la disparition de certaines îles. Le niveau des océans s’est élevé de dix centimètres ces 50 dernières années et cela risque de continuer. En effet, une augmentation de deux degrés en moyenne sur le globe ne signifie pas que le thermomètre grimpera de deux degrés partout, uniformément. La hausse de température sera donc beaucoup plus forte dans l’Arctique que sur l’Équateur et la température aux pôles pourrait grimper de huit à dix degrés. Cette forte augmentation va accélérer la fonte des calottes glaciaires qui, conjuguée à la fonte des petits glaciers de montagne, entraînera une montée du niveau des océans de 30 à 80 centimètres pour deux degrés de plus. Selon une étude du CNRS, 10.000 à 20.000 îles et archipels pourraient totalement disparaître avant la fin du siècle.

Augmentation de la température: Selon Météo France, si le réchauffement climatique dépasse deux degrés,  les phénomènes de canicule pourraient se multiplier en France et dans le monde. A Paris par exemple, il pourrait y avoir entre 10 et 26 alertes canicule par an en 2050, selon le scénario le plus pessimiste, au lieu d’une seule alerte par an aujourd’hui. Un phénomène particulièrement marqué dans les zones de forte densité urbaine où les bâtiments emmagasinent de la chaleur et les températures restent élevées en permanence.

250 millions de réfugiés climatiques en 2050: Sécheresses, typhons, cyclones et pluies diluviennes vont s’intensifier dans les années à venir et provoquer une migration des populations. Dans un rapport publié en 2012, l’ONU prédisait 250 millions de déplacés dans le monde en 2050. Pire, ces 20 dernières années, les catastrophes naturelles ont tué quelque 600.000 personnes (en moyenne 30.000 par an) selon le Bureau des Nations Unies pour la réduction des risques de catastrophes. Un phénomène qui touche particulièrement les pays pauvres puisque 89% de ces décès ont été enregistrés dans des pays à faibles revenus. La Banque mondiale estime d’ailleurs dans un rapport publié en novembre 2015 que plus de 100 millions de personnes pourraient basculer dans l’extrême pauvreté si les objectifs de réduction des gaz à effets de serre ne sont pas tenus.

Disparition d’écosystème: Selon les spécialistes, une augmentation de température de trois degrés Celsius entraînera une migration des espèces de 500 kilomètres vers le Nord. Et c’est d’ailleurs pour cela, que les frelons asiatiques ont fait leur apparition en France. Plus grave encore, en analysant les résultats d’une centaine d’études qui portent sur l’impact du réchauffement climatique sur la faune et la flore, des chercheurs américains ont établi qu’une espèce animale sur six pourrait disparaître si le rythme actuel des émissions de gaz à effets de serre se poursuit.

Avantages et défauts des énergies renouvelables

Pour rappel, une énergie est dite renouvelable lorsqu’elle provient de sources que la nature renouvelle en permanence, par opposition à une énergie non renouvelable dont les stocks s’épuisent.

En France, les énergies renouvelables représentent moins d’1/5 de la production électrique totale.

Nous décrirons les différents types d’énergies renouvelable utilisées en France afin d’en déterminer les avantages et les contraintes.

L’éolien

Une éolienne est composée de 4 éléments :
– Le mât
– L’hélice
– La nacelle qui contient l’alternateur producteur d’électricité
– Les lignes électriques qui évacuent et transportent l’énergie électrique (lorsqu’elles sont raccordées au réseau)

(Voir fonctionnement de l’éolienne, maquette)  

L’éolien fait partie des énergies « propres », sans émission de gaz ni pollution.

Son fonctionnement repose en effet sur la récupération de l’énergie cinétique du vent par des hélices ; celles-ci entraînent un générateur permettant la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique.

Les éoliennes peuvent être installées soit sur terre soit sur mer (éolien offshore), profitants ainsi des vents marins d’une plus grande constance.

L’éolien représentait, en 2017, 4.5% de l’énergie électrique produite en France (source EDF).

La France, bien que n’étant que le 4^ème producteur européen d’énergie éolienne (source EDF) dispose du 1^er gisement d’éolien terrestre en Europe et du 2^ème gisement d’éolien terrestre et offshore après les îles Britanniques.

En 2050, l’énergie éolienne (terrestre et en mer) pourrait devenir la première source d’électricité en France, devant l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie hydraulique, de quoi nous permettre d’atteindre plus de 80 % d’électricité renouvelable (source ADEME)

Malgré des avantages évidents, l’utilisation des éoliennes n’est pas dénuée de contraintes.

On peut remarquer que les éoliennes ont un impact sur la mortalité chez les populations des oiseaux qui se prennent dans les pales mais également des chauves souris. L’une des hypothèses de leur mortalité serait le risque de barotraumatisme explique Hubert Lagrange, directeur de recherche chez Biotope, à l’initiative de Chirotech. “Ces petits mammifères de quelques grammes sont très sensibles aux variations de pressions : ils évitent l’éolienne mais leurs poumons explosent à cause de la zone de dépression créée par la pale”. Toutefois, on ne dénombre que quelques animaux par éolienne et par an. De plus, plusieurs dispositifs ont été développés pour la protection des espèces, notamment l’intégration des études d’impact sur l’avifaune dans les dossiers éoliens.

L’installation doit se faire hors des couloirs de migration ou des zones sensibles pour les oiseaux nicheurs, comme les zones de nidification. Il existe par ailleurs des systèmes de bridage des éoliennes en période de forte activité des chauves-souris (comme le système Chirotech par exemple).

Tous les parcs éoliens font l’objet d’un suivi régulier de la mortalité de ces espèces. Des travaux sont actuellement menés par l’ADEME en partenariat avec l’Union Internationale pour la Conservation de la Nature, la Ligue de Protection des Oiseaux et le Muséum National d’Histoire Naturelle pour réduire encore le taux de mortalité des oiseaux et des chauves-souris. (Source ADEME, l’éolien en 10 questions)

Si, pour fonctionner, une éolienne n’émet pas de gaz à effet de serre, elle utilise des matières premières et de l’énergie dans sa phase de construction et de mise en place physique, ce que les chercheurs appellent « l’énergie grise » (dépense énergétique totale pour l’élaboration d’un matériau, tout au long de son cycle de vie, de son extraction à son recyclage en passant par sa transformation, une énergie évaluée en kWh/tonne).

Le principal problème consiste dans l’utilisation des “terres rares”, un ensemble de métaux causant de graves dommages environnementaux par leur extraction. Mais les producteurs éoliens commencent à se tourner vers des alternatives à ces métaux.

De plus, l’éolien a un impact sur les paysages. En effet, les éoliennes ont une taille considérable et la présence d’une éolienne ou d’un parc d’éoliennes dans le paysage ne laisse jamais indifférent. C’est souvent l’argument premier des mouvements anti-éoliens qui se forment et qui déclenchent des débats lors de l’annonce de l’implantation d’un parc éolien. Pour s’affranchir de toute subjectivité, il faut considérer l’éolienne comme une nouvelle déclinaison du motif bâti, de très grande taille donc visible de loin. Cette échelle monumentale contraste avec l’échelle humaine des éléments courants du paysage.

L’impact visuel d’un parc éolien sur le paysage est lié à :

·         la taille des éoliennes
·         leur nombre
·         les conditions météorologiques
·         la distance entre l’observateur et les éoliennes
·         les obstacles visuels

Un projet éolien doit définir le meilleur parti d’aménagement en fonction des caractéristiques du lieu étudié pour contribuer à son acceptation.

Les éoliennes sont à l’origine de nuisances sonores, surtout dans les basses fréquences entre 20 Hz et 100 Hz. Ce bruit est dû à des vibrations mécaniques entre les composants de l’éolienne et au souffle du vent dans les pales. Bien qu’à 500 mètres de distance (distance minimale entre une éolienne et une habitation), il est généralement inférieur à 35 décibels, cela a un impact sur les populations : dès qu’un parc éolien est installé, les populations alentour désertent la zone pour aller s’installer ailleurs. Cela dit, depuis peu de temps, un nouveau système est installé au bout des pales pour réduire le bruit des éoliennes : il s’agit d’un élément en forme de peigne appelé « système de serration ». Il atténue les turbulences du vent à l’arrière des éoliennes, ce qui réduit le bruit aérodynamique.

Le solaire

l’utilisation du solaire a deux options : les panneaux photovoltaïques et les centrales solaires, qui appliquent 2 principes totalement différents:

• Panneaux photovoltaïques :

Certains matériaux semi-conducteurs comme le silicium possèdent la propriété de générer de l’électricité quand ils reçoivent la lumière du soleil : c’est l’effet photovoltaïque, découvert par Becquerel en 1839.

Il est mis en application dans les cellules photovoltaïques.

Les photons de la lumière solaire transfèrent leur énergie aux électrons du matériau semi-conducteur. Ceux-ci se mettent en mouvement et créent un courant électrique.

Chaque cellule ne génère qu’une petite quantité d’électricité. Les panneaux photovoltaïques sont constitués d’un assemblage de cellules.

Il existe plusieurs types de cellules photovoltaïques :
–          les cellules à technologies cristalline (mono ou poly cristallines)
–          Les cellules en « couche mince » (silicium amorphe, CIGS, ….)
–          Les cellules à technologie organique

Le rendement d’une cellule photovoltaïque varie de 3 à 22 %

Les panneaux photovoltaïques sont composés pour l’essentiel de silicium, de verre et d’aluminium facilement recyclables.

Le silicium est le  2^ème élément le plus abondant de la croûte terrestre.

Le photovoltaïque ne génère que peu de nuisance sonore :
–          aucune pour les cellules photovoltaïques
–          très peu pour les onduleurs (dispositifs permettant de transformer le courant continu fourni par les cellules photovoltaïques en courant alternatif utilisable par les appareils électriques domestiques).

Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque ne génère aucune nuisance pour l’environnement.  

Les panneaux photovoltaïque mettent en moyenne entre 1 et 3 ans pour produire autant d’énergie que celle nécessaire à leur production et ont une durée de vie d’au moins 25 ans.

Le photovoltaïque fournit 1.7% de l’électricité en France (source EDF. 2017)

La fabrication des panneaux peut être source de pollution :

• Au niveau de l’extraction des matériaux nécessaire à la fabrication notamment pour ceux utilisant des éléments toxiques comme l’indium ou le cadmium.
• Au niveau de leur fabrication. Si elle rejette polluants, vapeurs de solvants, poussières fines et gaz à effet de serre possède des moyens de traiter lesdits rejets: les polluants sont absorbés dans de l’eau ajustée en Ph lors du passage des vapeurs dans des tours de lavages. S’ensuit un traitement de l’eau classique. Les valeurs de solvants sont condensées et brûlées. Les gaz à effets de serres sont craqués à haute température (>1100°C) afin de les décomposer en éléments pouvant être traités dans une tour de lavage. Enfin, des filtres limites les rejets de poussières fines.
• Au niveau de leur recyclage, notamment pour les panneaux solaires en couche mince (utilisation d’éléments tels que l’indium, gallium, …)

• Le solaire thermique :

Si l’on peut directement transformer l’énergie lumineuse en énergie éléctrique, on peut également récupérer cette énergie sous forme de chaleur.

Cette chaleur récupérée peut être utilisée de 2 façons :

• directement pour le chauffage (exemple :  chauffe-eau solaire)
• pour produire de l’électricité dans une centrale thermique : la source de chaleur étant fournie par le soleil (exemple : centrale thermique solaire)

• Chauffe-eau solaire :

Dans le panneau solaire thermique, l’eau ou un liquide caloporteur chauffe sous l’action du soleil. Ce liquide part ensuite vers le chauffe-eau. Il traverse le chauffe-eau dans un serpentin et diffuse la chaleur qu’il a emmagasinée. Puis il remonte vers le panneau.

Ce système très simple et peu coûteux permet d’être installé dans n’importe quelle région ensoleillée.

Il ne peut en revanche être utilisé que de façon locale car, si l’on peut facilement transporter de l’électricité sur de  longue distance, cela se révèle nettement plus compliqué pour de l’eau chaude.

• Centrale thermique solaire

Au maroc, ou en californie, par exemple, le solaire a une très grande importance énergétique. En effet, leur énergie est produite essentiellement grâce à des centrales solaires, qui reprennent le principe des centrales nucléaires. Les centrales solaires sont placées essentiellement dans le désert.

Elles fonctionnent à l’aide d’un jeu de miroirs qui font converger la lumière en un certain point. La chaleur accumulée est très élevée, et est utilisée pour faire chauffer des sels à une température très élevée. Les sels conservant la chaleur, ils peuvent continuer à chauffer l’eau la nuit. Ainsi, l’eau est chauffée jour et nuit. Le principe de turbine reprends celui de la centrale nucléaire.

Hydraulique

L’utilisation de l’énergie hydraulique se fait par l’intermédiaire de barrages. Ceux-ci retiennent une grande quantité d’eau en amont, et forment alors un lac de retenue. Puis, des vannes sont ouvertes afin que l’eau s’écoule dans de long tuyaux métalliques, les conduites forcées. La force de l’eau fait alors tourner une turbine qui actionne à son tour un alternateur transformant l’énergie mécanique en énergie électrique, à l’image des éoliennes.

Un grand inconvénient des installations d’énergie hydraulique est leur impact sur l’environnement immédiat. Les poissons ne peuvent plus se déplacer au-delà du barrage, ce qui a des répercussions sérieuses sur le cycle de vie de certaines espèces comme le saumon. Cependant, de plus en plus de centrales hydrauliques ont recours à des “passes à poissons”, qui leurs permettent de franchir les obstacles créées par l’Homme.

Les fleuves sur lesquels des barrages sont construits changent également de caractère : le courant qui, jusque là, fluctuait fortement selon les saisons, est généralement plus uniforme. Ce qui influence la fertilité des terres en aval du barrage. Et une partie des terres en amont du barrage est immergée, ce qui réduit ainsi les surfaces cultivées ou habitées. Mais le développement des centrales hydraulique est de plus en plus encadré, notamment avec la loi de Programmation et d’orientation sur la politique énergétique (POPE) de juillet 2005. Les installations hydroélectriques doivent donc respecter des critères précis. Enfin, l’utilisation de l’énergie hydraulique ne requiert par l’émission de CO₂ .

Géothermie:

L’énergie géothermique consiste en l’utilisation de la chaleur interne du globe pour produire de l’électricité.

En effet, la température des roches augmente en moyenne de 1 °C tous les 30 m de profondeur. En certains points du globe, en particulier dans les régions volcaniques, qui correspondent à des intrusions de magma dans la croûte terrestre, cela peut aller jusqu’à 100 °C par 100 m.

Une centrale géothermique est composée de 3 parties :

• – La pompe
• – L’usine qui produit l’électricité
• – Les lignes électriques qui la transportent

Il y a deux méthodes pour produire de l’électricité grâce à la chaleur du sous-sol : par la géothermie naturelle à haute énergie (exploitation de l’eau chaude présente dans le sous-sol à haute température) et par le système géothermique stimulé (injection d’eau dans des roches chaudes fracturées).

La géothermie naturelle à haute énergie fait appel à des centrales qui captent l’eau souterraine à travers des puits géothermiques creusés dans le sol. Dans les zones volcaniques, où les sous-sols renferment davantage de chaleur, les eaux utilisables par ces centrales se trouvent parfois à moins de 1 000 mètres de profondeur. Ces puits géothermiques sont généralement construits à proximité d’aquifères. Un aquifère est une formation géologique (ou une roche) réservoir contenant une nappe d’eau souterraine susceptible d’être exploitée (eau potable, irrigation,géothermie…) (source définition: Planète Energie).

(source image: M ta Terre; https://www.mtaterre.fr/dossiers/comment-ca-marche-la-geothermie/la-geothermie-pour-produire-de-lelectricite)

La géothermie stimulée quant à elle fonctionne ainsi: un puit est creusé, dans lequel on injecte de grandes quantités d’eau. Elle s’infiltre en profondeur et se réchauffe au contact de la roche. Puis elle est captée grâce à des pompes par deux autres puits. Une fois en surface, cette eau chaude cède sa chaleur (via un échangeur) à un fluide qui se transforme en vapeur. Il monte en pression, ce qui lui permet d’entraîner la turbine qui produit de l’électricité. Pendant ce temps, l’eau du puits qui a cédé une bonne partie de sa chaleur redescend et réitère le processus.

(source image: Geothermie Prespective; http://www.geothermie-perspectives.fr/article/centrale-egs-soultz-forets-alsace)

La géothermie est une énergie renouvelable et propre: pas de déchets à stocker, très peu d’émissions de CO₂ (une centrale géothermique n’émet en moyenne que 55 g de
CO₂ par kWh produit, soit plus ou moins 10 fois moins que dans une centrale thermique au gaz naturel, SER, 2012). Elle ne dégage que peu de gaz à effet de serre et ne laisse aucun déchet après utilisation. Elle n’a pas besoin d’être évacuée, et pas besoin d’être stockée. La géothermie à très basse énergie est disponible dans tous les sous-sols de la planète. Cela en fait une énergie plus écologique qui couvre une grosse part des dépenses énergétiques. Avec la géothermie, le prix du kilowattheure est compétitif. Pour les particuliers, la géothermie permet de réduire d’un tiers la facture énergétique.

Installation d’un système de géothermie

Autre avantage considérable : contrairement à d’autres énergies renouvelables, la géothermie ne dépend pas des conditions atmosphériques.La géothermie n’est cependant pas sans inconvénient, à commencer par le coût : une installation coûte en moyenne entre 13 et 15.000 euros, pose comprise ; le coût des forages parfois profonds touche le consommateur, ce qui peut être allégé par le crédit d’impôt. Certains gisements d’énergie géothermique ne sont pas facilement accessibles. De plus, il faut être prudent vis à vis du terrain : forer n’est pas forcément sans conséquences et peut amener des affaissements de terrain. La géothermie peut parfois dégager de faibles vapeurs de soufre si elle est utilisée sous la forme d’eau ou de chaleur.

Des sources d’énergies “inépuisables”

Les éoliennes utilisent l’énergie du vent, qui, rappelons le, provient de l’énergie solaire. Celle-ci ne se répartit pas uniformément sur la surface terrestre ce qui conduit à la naissance d’anticyclones (zones de haute pression atmosphérique) et de dépressions (zones de faible pression), zones à l’origine du vent.

De leur coté, les panneaux photovoltaïques utilisent les photons envoyés par le soleil afin de mettre en mouvement des électrons, ce qui crée un courant électrique.

Les centrales hydrauliques emploient l’énergie du cycle de l’eau : sous l’action du soleil, l’eau des océans et de la terre s’évapore. Elle se condense en nuages qui se déplacent avec le vent. La baisse de température au-dessus des continents provoque des précipitations qui alimentent l’eau des lacs, des rivières et des fleuves et qui retournent dans les océans.

Les centrales géothermiques puisent l’énergie terrestre: la chaleur interne de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches par désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium.

Les utilités des énergies renouvelables

Aujourd’hui, l’énergie électrique en France est principalement utilisée dans deux grands secteurs : le bâtiment et l’automobile.

Sur le point de vue écologique : En effet, sur la totalité de la production, un français consomme en moyenne 44% de sa consommation totale pour son habitation, et 32% pour son déplacement.  Un français parcourt en moyenne 20 000 km chaque année avec son automobile. Sachant que 100 km parcourus équivaut à 7 litres d’essence, alors la consommation annuelle est de 140 000 litres d’essences. Employer une voiture électrique consommant 0,16 kWh réduirait considérablement l’empreinte carbone, car les panneaux solaires ont largement la capacité de rentabiliser ce besoin en énergie.

Pour le bâtiment, l’emploi des énergies renouvelables a pour but de créer des Zero Energy buildings Ces bâtiments sont équipés afin de produire la quantité d’énergie nécessaire aux besoin énergétiques des occupant de l’infrastructure. Isolés, les pertes sont minimes. La quantité d’énergie à produire est donc beaucoup moins forte. la production peut alors égaliser la consommation, et voir même la dépasser. Problème : ces immeubles constituent seulement 1% du bâtiment francais. On ne peut évidemment pas raser la totalité de tous les bâtiments de France pour en construire d’autre. En revanche, on peut les rénover. Les immeubles du centre historique de Paris sont très mal conçus. En effet, les habitations sont très mal isolées, et un   ???

économiquement :le coût de l’électricité est plus élevé ,mais la consommation est fortement réduite : exemple :
on sait que 1 litre d’essence correspond à environ 12 kWh. 
Or, une voiture électrique a une dépense en moyenne 12 kWh au 100 km.
Soit W le nombre de kWh dépensé par une voiture électrique lors d’un voyage de 800 km.
W = (12*800)/100 = 96 kWh

 Une voiture dépense donc 96 kWh sur ce voyage.

Soit Pe le prix que paie le conducteur en électricité pour recharger sa voiture dans les bornes mises en places dans les aires de service. Soit Pw le prix du kilowattheure et B la batterie moyenne de la voiture.
On sait que B = 43 kWh
On sait que Pw = 0,146€
Pe = B x Pw
donc Pe = 43 x 0,146
donc Pe = 6,08 euros
Le conducteur doit recharger la voiture 2 fois donc  Pt = 2Pe = 6.08 = 12.16 euros          Donc pour tout le voyage, le conducteur paye 12,16 euros.

Or on sait que le conducteur doit payer environ 1,5 euros le litre d’essence.la consommation moyenne d’une voiture est de 7 litres au 100 km. Soit Pe le prix de l’essence durant le trajet. soit C la consommation au 100 km et soit D la distance à parcourir et P le prix de l’essence on a D = 800.

Pe = (C x D) x P
Pe = (7.8) x P
Pe = 56 x 1,5
Pe = 84€

Donc pour un trajet de 800 km, le propriétaire de la voiture à essence dépense 84 euros en moyenne alors que le propriétaire de la voiture électrique dépense seulement 12,06 euros. On remarque donc qu’il est 7 fois moins cher de rouler avec une voiture électrique mais que cependant il faut laisser recharger sa voiture plus souvent. De plus, les stations de recharge électrique sont très peu répandus en France et plus généralement dans le monde entier comparé aux stations essence.

Les localisations géographiques primordiales au fonctionnement des énergies

Ressource Cartes des Vents France, Institut français de l’éducation, mise à jour en 2012. Disponible sur :
http://eductice.ens-lyon.fr/EducTice/recherche/geomatique/geomatique-edd/energie-eolienne

Ressource Carte d’ensoleillement, site de ressources cartographiques, mise à jour en 2009. Disponible sur :
http://www.amicarte.fr/carte-de-france-ensoleillement/

Ressource Carte de France sur la production des centrales hydro-électriques, Électricité de France (EDF) = premier producteur et le premier fournisseur d’électricité en France et en Europe, mise à jour en 2013. Disponible sur :
https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/l-hydraulique-en-chiffres

Ressource Carte de France des températures à 5 km de profondeur (géothermie profonde), TLS Geothermics = bureau d’ingénierie et de Recherches et Développement (R&D) en géosciences, mise à jour en 2013. Disponible sur :
http://www.tls-geothermics.fr/geothermal/potentiel

D’après les cartes, on peut soumettre une hypothèse pour dire qu’il serait possible de concentrer les activités de production d’énergies éoliennes et solaires dans certaines régions. En effet, comme le montrent les cartes présentées ci-dessus, on peut remarquer que certaines régions sont plus propices que d’autre au développement des énergies renouvelables. Par exemple, les panneaux solaires éoliennes seraient le plus efficace en PACA (Région Provence-Alpes-Côte d’Azur). Quant aux éoliennes, elles le seraient également en PACA mais aussi dans le Nord-Ouest de la France. D’après ces cartes, nous pouvons en déduire que les énergies renouvelables peuvent être développées partout en France: la géothermie peut être utilisée dans le Nord-Est de la France ainsi que dans le Centre. l’énergie hydraulique est utilisée en masse partout en France, mais son utilisation la plus massive s’étend de la Bretagne au sud ouest de la france. On peut donc en déduire que pour optimiser l’utilisation des énergies renouvelables , il faut les concentrer à des endroits précis . Or, cela signifie que l’électricité serait d’abord disponible dans ces endroits.

Le transport de l’énergie

Comme vu dans la précédente sous-partie, l’électricité peut est produite en très grande quantité et l’est, mais seulement dans des régions bien précises de la France. Pour pouvoir alimenter le reste de la France en électricité, il faut donc faire transporter cette électricité à partir des régions productrices en électricité vers ce reste de la France. De nos jours, on utilise très majoritairement les lignes haute tension. C’est le moyen le plus répandu et étant connu comme le plus efficace en France

Article Osartis – Marquion Quel dédommagement pour les villages traversés par la ligne très haute tension ?, Thomas Bourgois, La Voix du Nord (quotidien du Nord de la France), publié le 5 mars 2018

Disponible sur : http://www.lavoixdunord.fr/328953/article/2018-03-05/quel-dedommagement-pour-les-villages-traverses-par-la-ligne-tres-haute-tension

En effet, ce moyen de transport a ses avantages : le transport de l’énergie est constant, et en grosses quantités. En revanche, il a aussi ses défauts ; les pylônes, mis en place pour maintenir les fils pour des raisons évidentes de sécurité et de prudence, coûtent très cher à produire et à installer, et modifient fortement le paysage. De plus, le fait que les lignes hautes tension traversent toute la France et parcourent des centaines de kilomètres entraîne des pertes considérables. En effet, 6 à 8 % de l‘électricité produite est perdue à travers la résistance des câbles et du fait du déplacement de l’électricité sur de longues distances. Il faut donc trouver d’autres moyens pour transporter l’énergie électrique. Deux autres solutions peuvent être apportées pour éviter cette méthode et les déperditions énergétiques : l’indépendance énergétique et le transport courte distance.

Une des solutions serait d’adopter une indépendance énergétique. L‘ indépendance énergétique se définit par la capacité d’un foyer à s’autosuffire en électricité pour répondre à ses besoins énergétiques grâce à sa propre production locale. L’indépendance énergétique peut notamment être atteinte par les maisons disposant d’un toit. En effet, le toit est un placement idéal pour des panneaux solaires ou des éoliennes par exemple. Ce type de matériel occupe un grand espace, et n’est pas forcément très esthétique. Le toit serait donc une option pour permettre une  production énergétique de demain pour les particuliers. On peut ainsi remarquer ce type d’installations généralement en campagne car on y trouve plus de maisons étant donné le prix de l’immobilier plus faible. En revanche, l’indépendance énergétique à l’échelle urbaine est plus difficile à atteindre.  En effet, les immeubles comportent beaucoup de foyers et de ménages. le toit est un espace commun et n’est pas suffisant pour couvrir les besoins énergétiques de l’ensemble des habitants. Une autre solution peut être apportée par les municipalité. Par exemple, Colas, une entreprise française de travaux publics a récemment tenté de réaliser une “route solaire” ; c’est le projet “Wattway”.

Ils ont rénové une portion de 100m² de route en ville, juste à côté de la piscine municipale de Boulogne. À la place de l’asphalte traditionnel, ils ont placé cette fois-ci des panneaux solaires recouverts d’une résine pour pouvoir les protéger. L’inconvénient est que les panneaux solaires doivent supporter le poids des voitures et camions tout en conservant son rôle de producteur d’énergie. Par conséquent, cet équipement nécessite un investissement financier important. Cela constitue une importante limite, car si certaines villes ont les moyens et l’envie de financer cet investissement, beaucoup d’autre n’ont pas l’argent, ou ont d’autre centres d’intérêts. Colas a dû dépenser plus de 300 000€ pour réaliser ce projet et la route permet de produire en moyenne tous les jours 7kWh, c’est l’équivalent d’un euro si on les achète. On peut expliquer cette faible productivité par l’obstruction des panneaux solaires à cause du trafic ou encore simplement des piétons qui passent dessus car la rue est situé près du marché qui est beaucoup fréquenté. C’est donc un projet innovateur pour tenter de nouveaux concepts mais on voit bien qu’il est encore expérimental et non rentable même à long terme.

Article Boulogne-Billancourt :la route solaire qui chauffe la piscine fait déjà des étincelles, Jérôme Bernatas, Le Parisien (quotidien français), publié le 30 juillet 2017. Disponible sur :
http://www.leparisien.fr/meudon-92190/boulogne-billancourt-la-route-solaire-qui-chauffe-la-piscine-fait-deja-des-etincelles-30-07-2017-7166109.php

Une autre solution serait le transport à courte distance. En effet, l’autosuffisance énergétique peut être atteinte par les maisons de campagne moyennant un certain investissement, mais en milieu urbain, l’espace est restreint et les foyers sont beaucoup plus densifiés. Pour résoudre ce problème, nous avons déjà parlé des Zero Energy Building mais cette solution a ses limites. En effet, on ne peut pas détruire tous les anciens immeubles de France pour les reconstruire en les équipant de cette technologie. Pour pouvoir alimenter les anciens immeubles de manière plus écologique et sans déperdition, une des solutions est d’installer des parcs éoliens ou des parcs solaires aux périphéries de plusieurs grande villes, correspondant à la consommation moyenne de ces zones urbaines au lieu de gros parcs énergétiques à certains endroits localisés. Ainsi, le transport de l’énergie serait considérablement réduit , et par conséquent, les pertes minimes. L’énergie pourrait être apportée de manière suffisante et produite localement . En revanche, il pourrait y avoir un inconvénient  dans la majorité des cas. Ce type d’aménagements modifieraient le paysage très largement et réduirait l’attractivité des zones urbaines.