Les énergies renouvelables deviennent un problème de plus en plus important dans le monde d'aujourd'hui. En plus de l'augmentation du coût des combustibles fossiles et de la menace du changement climatique, il y a également eu des développements positifs dans ce domaine qui comprennent des améliorations de l'efficacité ainsi que la baisse des prix.
Tout cela a accru la demande d'énergie alternative et accéléré la transition vers des méthodes d'énergie électrique plus propres et plus durables. Cependant, il est important de noter qu'il existe de nombreux types - biomasse, solaire, éolien, marémotrice et géothermique - et que chacun a sa propre part d'avantages et d'inconvénients.
Biomasse:
La forme d'énergie renouvelable la plus utilisée est la biomasse. La biomasse se réfère simplement à l'utilisation de matières organiques et à leur conversion en d'autres formes d'énergie pouvant être utilisées. Bien que certaines formes de biomasse soient utilisées depuis des siècles - comme la combustion du bois -, d'autres méthodes plus récentes sont axées sur des méthodes qui ne produisent pas de dioxyde de carbone.
Par exemple, il existe des biocarburants à combustion propre qui sont des alternatives au pétrole et au gaz. Contrairement aux combustibles fossiles, qui sont produits par des processus géologiques, un biocarburant est produit par des processus biologiques - tels que l'agriculture et la digestion anaérobie. Les carburants communs associés à ce processus sont le bioéthanol, qui est créé par la fermentation d'hydrates de carbone dérivés du sucre ou de l'amidon (comme le maïs, la canne à sucre ou le sorgho sucré) pour créer de l'alcool.
Un autre biocarburant courant est connu sous le nom de biodiesel, qui est produit à partir d'huiles ou de graisses en utilisant un processus connu sous le nom de transestérification - où les molécules d'acide sont échangées contre de l'alcool à l'aide d'un catalyseur. Ces types de carburants sont des alternatives populaires à l'essence et peuvent être brûlés dans des véhicules qui ont été convertis pour fonctionner avec eux.
Énergie solaire:
L'énergie solaire (ou photovoltaïque) est l'une des sources d'énergie alternative les plus populaires et à la croissance la plus rapide. Ici, le processus implique des cellules solaires (généralement fabriquées à partir de tranches de silicium cristallin) qui s'appuient sur l'effet photovoltaïque (PV) pour absorber les photons et les convertir en électrons. Pendant ce temps, l'énergie solaire thermique (une autre forme d'énergie solaire) repose sur des miroirs ou des lentilles pour concentrer une grande zone de lumière solaire ou d'énergie solaire thermique (STE) sur une petite zone (c'est-à-dire une cellule solaire).
Au départ, l'énergie photovoltaïque n'était utilisée que pour des opérations de petite à moyenne taille, allant des appareils à énergie solaire (comme les calculatrices) aux réseaux de ménages. Cependant, depuis les années 80, les centrales solaires commerciales à concentration sont devenues beaucoup plus courantes. Non seulement ils sont une source d'énergie relativement peu coûteuse où le réseau électrique est peu pratique, trop cher ou tout simplement indisponible; l'augmentation de l'efficacité des cellules solaires et la baisse des prix rendent l'énergie solaire compétitive par rapport aux sources d'énergie conventionnelles (à savoir les combustibles fossiles et le charbon).
Aujourd'hui, l'énergie solaire est également de plus en plus utilisée dans des situations connectées au réseau pour alimenter le réseau en énergie sobre en carbone. D'ici 2050, l'Agence internationale de l'énergie prévoit que l'énergie solaire - y compris les opérations STE et PV - constituera plus de 25% du marché, ce qui en fera la plus grande source d'électricité au monde (la plupart des installations étant déployées en Chine et en Inde).
Énergie éolienne:
L'énergie éolienne est utilisée depuis des milliers d'années pour pousser les voiles, actionner les éoliennes ou générer de la pression pour les pompes à eau. Exploiter le vent pour produire de l'électricité fait l'objet de recherches depuis la fin du XIXe siècle. Cependant, ce n'est qu'avec des efforts importants pour trouver des sources d'énergie alternatives au XXe siècle que l'énergie éolienne est devenue le centre de recherches et de développement considérables.
Comparée à d'autres formes d'énergie renouvelable, l'énergie éolienne est considérée comme très fiable et stable, car le vent est constant d'une année à l'autre et ne diminue pas pendant les heures de pointe de la demande. Au départ, la construction de parcs éoliens était une entreprise coûteuse. Mais grâce aux améliorations récentes, l'énergie éolienne a commencé à fixer des prix de pointe sur les marchés de gros de l'énergie dans le monde entier et à réduire les revenus et les bénéfices de l'industrie des combustibles fossiles.
Selon un rapport publié en mars dernier par le ministère de l'Énergie, la croissance de l'énergie éolienne aux États-Unis pourrait conduire à des emplois encore plus hautement qualifiés dans de nombreuses catégories. Intitulé «Vision éolienne: une nouvelle ère pour l’énergie éolienne aux États-Unis», le document indique que d’ici 2050, l’industrie pourrait représenter jusqu’à 35% de la production électrique des États-Unis.
De plus, l'année dernière, le Global Wind Energy Council et Greenpeace International se sont réunis pour publier un rapport intitulé «Global Wind Energy Outlook 2014». Ce rapport indiquait que dans le monde entier, l'énergie éolienne pourrait fournir jusqu'à 25 à 30% de l'électricité mondiale d'ici 2050. Au moment de la rédaction du rapport, les installations commerciales dans plus de 90 pays avaient une capacité totale de 318 gigawatts (GW), fournissant environ 3% de l'offre mondiale.
Énergie marémotrice:
Tout comme l'énergie éolienne, l'énergie marémotrice est considérée comme une source potentielle d'énergie renouvelable car les marées sont stables et prévisibles. Tout comme les moulins à vent, les moulins à marée sont utilisés depuis l'époque de la Rome antique et du Moyen Âge. L'eau entrante était stockée dans de grands étangs et, à mesure que la marée montait, ils transformaient des roues hydrauliques qui généraient de l'énergie mécanique pour moudre le grain.
Ce n'est qu'au 19e siècle que le processus d'utilisation des chutes d'eau et des turbines en rotation pour produire de l'électricité a été introduit aux États-Unis et en Europe. Et ce n'est que depuis le 20 que ces types d'opérations ont été réoutillés pour la construction le long des côtes et pas seulement des rivières.
Traditionnellement, l'énergie marémotrice a souffert d'un coût relativement élevé et d'une disponibilité limitée de sites avec des amplitudes de marée ou des vitesses d'écoulement suffisamment élevées. Cependant, de nombreux développements et améliorations technologiques récents, à la fois dans la conception et la technologie des turbines, indiquent que la disponibilité totale de l'énergie marémotrice peut être beaucoup plus élevée que ce qui était supposé précédemment et que les coûts économiques et environnementaux peuvent être ramenés à des niveaux compétitifs.
La première centrale marémotrice à grande échelle au monde est la centrale marémotrice de Rance en France, qui est devenue opérationnelle en 1966. Et à Orkney, en Écosse, la première installation de test d'énergie marine au monde - le Centre européen de l'énergie marine (EMEC) - a été créée en 2003 pour démarrer le développement de l'industrie de l'énergie houlomotrice et marémotrice au Royaume-Uni.
En 2015, la première centrale houlomotrice connectée au réseau (CETO, du nom de la déesse grecque de la mer) a été mise en service au large des côtes de l'Australie occidentale. Développée par Carnegie Wave Energy, cette centrale fonctionne sous l'eau et utilise des bouées sous-marines pour pomper une série de pompes ancrées dans les fonds marins, qui à leur tour produisent de l'électricité.
Géothermie:
L'électricité géothermique est une autre forme d'énergie alternative considérée comme durable et fiable. Dans ce cas, l'énergie thermique provient de la Terre - généralement des conduits de magma, des sources chaudes ou de la circulation hydrothermale - pour faire tourner des turbines ou chauffer des bâtiments. Il est considéré comme fiable car la Terre contient 1031 de joules d'énergie thermique, qui s'écoule naturellement vers la surface par conduction à un taux de 44,2 térawatts (TW), soit plus du double de la consommation d'énergie actuelle de l'humanité.
Un inconvénient est le fait que cette énergie est diffuse et ne peut être exploitée à bon marché qu'à certains endroits. Cependant, dans certaines régions du monde, comme l'Islande, l'Indonésie et d'autres régions à haut niveau d'activité géothermique, c'est un moyen facilement accessible et rentable de réduire la dépendance aux combustibles fossiles et au charbon pour produire de l'électricité. Les pays produisant plus de 15% de leur électricité à partir de sources géothermiques sont El Salvador, le Kenya, les Philippines, l'Islande et le Costa Rica.
En 2015, la capacité mondiale d'énergie géothermique s'élève à 12,8 gigawatts (GW), ce qui devrait passer de 14,5 à 17,6 GW d'ici 2020. De plus, la Geothermal Energy Association (GEA) estime que seulement 6,5% du potentiel mondial total a été exploité jusqu'à présent, tandis que le GIEC a signalé que le potentiel d'énergie géothermique se situerait entre 35 GW et 2 TW.
Problèmes d'adoption:
Un problème avec de nombreuses formes d'énergie renouvelable est qu'elles dépendent des circonstances de la nature - le vent, l'approvisionnement en eau et un ensoleillement suffisant - qui peuvent imposer des limites. Un autre problème a été le coût relatif de nombreuses formes d'énergie alternative par rapport aux sources traditionnelles telles que le pétrole et le gaz naturel. Jusqu'à très récemment, faire fonctionner des centrales au charbon ou au pétrole était moins cher que d'investir des millions dans la construction de grandes exploitations solaires, éoliennes, marémotrices ou géothermiques.
Cependant, les améliorations en cours apportées à la production de cellules solaires, d'éoliennes et d'autres équipements - sans parler des améliorations apportées à la quantité d'énergie produite - ont fait que de nombreuses formes d'énergie alternative sont devenues compétitives avec d'autres méthodes. Partout dans le monde, les nations et les communautés se mobilisent pour accélérer la transition vers des méthodes plus propres, plus durables et plus autonomes.
Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur les énergies alternatives dans Space Magazine. Voici ce qu'est l'énergie alternative?, Qu'est-ce que l'énergie solaire? et D'où vient la géothermie?, Le monde pourrait-il fonctionner avec l'énergie solaire et éolienne?, et Récolter l'énergie solaire de l'espace.
Vous devriez également consulter le Laboratoire national des énergies renouvelables et le projet de politique sur les énergies renouvelables.
Astronomy Cast a également un épisode sur le sujet. Voici l'épisode 51: Terre.
Sources:
- Wikipedia - Énergie renouvelable
- U.S.Energy Information Administration - Carburants renouvelables et alternatifs
