L’énergie gravitaire: le poids de l’eau
L’énergie hydraulique principale: les barrages
Les barrages hydroélectriques sont une source majeure d’énergie renouvelable (la sprincipale pour être précis), exploitant l’énergie potentielle de l’eau pour générer de l’électricité. Ils sont répartis dans le monde entier, avec des pays comme la Chine, le Brésil, les États-Unis, le Canada et la Russie abritant certains des plus grands barrages. Les plus notables incluent le barrage des Trois Gorges en Chine, le barrage d’Itaipu entre le Brésil et le Paraguay, le barrage Hoover aux États-Unis, le complexe de la Baie James au Canada et le barrage de Saïano-Chouchensk en Russie.
L’énergie potentielle contenue dans un barrage est calculée en utilisant la formule E = mghη, où E est l’énergie potentielle, m la masse d’eau, g l’accélération due à la gravité, h la hauteur moyenne de chute d’eau et η le rendement du système. Les barrages hydroélectriques peuvent avoir des capacités de production d’électricité allant de quelques mégawatts à des gigawatts, en fonction de leur taille et de la hauteur de chute d’eau. Les barrages présentent des avantages tels que la production d’énergie renouvelable, la régulation des débits d’eau et la création de réservoirs pour l’irrigation et l’approvisionnement en eau. Cependant, ils peuvent également avoir des impacts environnementaux et sociaux significatifs, tels que la modification des écosystèmes et le déplacement des populations locales.
Les centrales au fil de l’eau
L’hydroélectricité au fil de l’eau est une forme d’énergie renouvelable qui exploite l’énergie cinétique des cours d’eau pour produire de l’électricité. Le débit du cours d’eau détermine le potentiel de production d’énergie, qui peut être calculé en utilisant la hauteur de chute d’eau et le débit.
Les avantages de cette forme d’hydroélectricité incluent un impact environnemental réduit par rapport aux grands barrages, une flexibilité d’installation et un potentiel de production d’énergie décentralisée. Cependant, les inconvénients comprennent une production d’énergie moins constante, une dépendance aux conditions météorologiques et un potentiel limité par la disponibilité des sites appropriés.
L’hydroélectricité au fil de l’eau est présente dans de nombreux pays, notamment les États-Unis, le Canada, l’Allemagne, la France, la Norvège, le Brésil et la Chine. Les installations varient en taille et en capacité, allant de quelques mégawatts à plusieurs milliers de mégawatts. La production d’énergie des centrales au fil de l’eau fluctue en fonction des conditions météorologiques et des variations saisonnières du débit des cours d’eau.
Quid des STEP ?
Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) sont des installations permettant de stocker de l’électricité: on pompe de l’eau dans un réservoir en hauteur pour stocker l’énergie, puis on la laisse redescendre et libérer son énergie gravitaire, comme pour un barrage. Il s’agit d’un mode de stockage d’électricité et non de production (même si c’est souvent aggloméré dans les statistiques), j’en parle donc dans la partie sur le stockage d’électricité.
Les nouvelles énergies hydrauliques
De nouvelles énergies hydrauliques sont mobilisées pour étendre les possibilités de générer de l’électricité à partir du mouvement de l’eau. On va notamment mobiliser trois forces, qui peuvent sembler similaires, mais sont fondamentalement différentes: la marée, le courant et la houle.
L’énergie marémotrice: la force de la marée
La marée est le mouvement périodique de montée et de descente des océans causé par les forces gravitationnelles de la Lune et du Soleil sur la Terre. L’énergie marémotrice exploite ces variations du niveau de la mer pour actionner des turbines et produire de l’électricité.
Les usines marémotrices fonctionnent en construisant un barrage à l’embouchure des estuaires pour retenir l’eau de la marée montante et créer un bassin de retenue. Lorsque la marée descend, l’eau est libérée à travers des turbines, produisant de l’électricité en convertissant l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique.
L’Agence internationale de l’énergie estime que le potentiel mondial de l’énergie marémotrice est d’environ 1 200 TWh par an, soit 4 % de la consommation mondiale d’électricité. Cependant, ce potentiel est largement inexploité en raison de défis techniques, environnementaux et économiques. Les coûts initiaux d’investissement et d’installation sont élevés, et l’impact environnemental potentiel des installations sur les écosystèmes marins doit être pris en compte et minimisé.
Malgré ces défis, l’énergie marémotrice offre un potentiel considérable pour diversifier le mix énergétique et contribuer à la transition vers une production d’électricité plus propre et durable. Des exemples réussis d’usines marémotrices, comme celle de la Rance en France et de Sihwa en Corée du Sud, sont prometteurs.
Une turbine marémotrice a été installée au large du Royaume-Uni en 2021.
L’énergie houlomotrice: la force de la houle
L’énergie houlomotrice est une source d’énergie renouvelable qui exploite le mouvement des vagues pour produire de l’électricité. Cette technologie présente plusieurs avantages, notamment sa disponibilité constante et sa prévisibilité, ainsi que sa capacité à réduire la dépendance aux combustibles fossiles et à diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, elle doit surmonter certains défis, tels que les impacts environnementaux, les coûts élevés de développement et d’installation, et les contraintes liées à l’intégration au réseau électrique.
Plusieurs types de technologies houlomotrices sont en cours de développement, parmi lesquelles les flotteurs articulés, les dispositifs immergés, les bouées et les colonnes d’eau oscillante. Les applications possibles de l’énergie houlomotrice vont de la production d’électricité à la dessalinisation de l’eau.
Parmi les projets notables d’installations houlomotrices, on trouve le projet écossais Pelamis Wave Power, qui utilise des flotteurs articulés pour convertir l’énergie des vagues en électricité; le dispositif finlandais WaveRoller, qui exploite le mouvement de balancement des vagues pour actionner une turbine immergée; le projet australien CETO, qui utilise des bouées immergées pour pomper de l’eau de mer à haute pression vers des turbines terrestres; le projet écossais Oyster, qui capte l’énergie des vagues en surface grâce à une membrane flexible; et la centrale houlomotrice de Mutriku en Espagne, qui utilise la technologie des colonnes d’eau oscillante. En 2021, une centrale houlomotrice de 2MW avait été annoncée en Bretagne.
Les hydroliennes: le courant marin
[je dois vérifier si le courant marin est vraiment une forme d’énergie autonome, et pas simplement la résultante des marés, de la houle et autres]
Les courants marins sont des mouvements d’eau dans les océans et les mers, influencés par divers facteurs, tels que les vents, la température et la salinité. L’énergie des courants marins est captée par des turbines immergées qui utilisent la force du courant pour générer de l’électricité.
- https://www.actu-environnement.com/ae/news/La-filiere-hydrolienne-francaise-dans-les-starting-blocks-pour-prochaine-ppe-37768.php4
- https://www.revolution-energetique.com/paimpol-resultats-positifs-apres-2-ans-de-tests-de-lhydrolienne-hydroquest-ocean/
- https://twitter.com/TristanKamin/status/1510326577342652417
Énergie osmotique ou énergie du gradient de pression saline
L’énergie osmotique est une source d’énergie renouvelable exploitant le potentiel chimique créé par la différence de concentration en sel entre deux solutions. Souvent il s’agira de l’eau douce et l’eau de mer qui se rencontrent à l’embouchure des fleuves. Cette énergie peut être utilisée pour générer de l’électricité, dessaler l’eau de mer, stocker de l’énergie, irriguer des terres agricoles et traiter les eaux usées.
L’électricité est produite en faisant passer l’eau à travers une membrane semi-perméable, créant une pression osmotique qui entraîne la rotation d’une turbine. La dessalinisation peut être combinée avec d’autres technologies, telles que l’osmose inverse ou l’électrodialyse. L’énergie osmotique peut également servir à stocker de l’énergie sous forme d’eau douce et d’eau salée concentrée.
Dans le domaine agricole, l’énergie osmotique peut être employée pour l’irrigation, en mélangeant de l’eau salée avec de l’eau douce pour créer une solution moins concentrée en sel. Enfin, l’énergie osmotique peut faciliter le traitement des eaux usées en séparant les contaminants grâce à l’osmose directe.
Des recherches supplémentaires et des améliorations technologiques sont nécessaires pour optimiser l’efficacité et la rentabilité de l’énergie osmotique, mais son potentiel dans divers domaines est prometteur.
L’énergie maréthermique ou énergie thermique des mers (ETM)
L’énergie maréthermique, ou énergie thermique des mers (ETM), est une source d’énergie renouvelable qui exploite la différence de température entre les eaux de surface chaudes et les eaux profondes froides dans les océans. Cette technologie utilise principalement le cycle fermé et le cycle ouvert pour produire de l’électricité. L’énergie maréthermique présente un potentiel énergétique important et peut fournir une production d’énergie continue, contrairement aux sources intermittentes comme le solaire et l’éolien.
Cependant, l’exploitation de l’énergie maréthermique est limitée aux régions où la différence de température est suffisamment importante, généralement dans les zones tropicales et équatoriales. Parmi les projets et installations existants, on peut citer ceux de Georges Claude en France, de Jules Verne en Martinique, et de Makai Ocean Engineering à Hawaï. Les coûts de construction et d’entretien des centrales maréthermiques peuvent être élevés, mais ils pourraient diminuer avec l’amélioration des technologies et l’augmentation de l’échelle de production.
Les avantages de l’énergie maréthermique incluent son faible impact environnemental et la possibilité de l’utiliser pour la climatisation écologique. Toutefois, des défis technologiques, économiques et environnementaux doivent être surmontés pour exploiter pleinement cette source d’énergie à grande échelle.
- Sur la non maturité de l’énergie houlomotrice: https://twitter.com/TristanKamin/status/1483135827546972160
- http://www.centrale-energie.fr/spip/IMG/pdf/pourquoi-chercher-convertir-energies-renouvelables-mer-2.pdf