Énergie renouvelable - Définition

Introduction

Une énergie renouvelable est une énergie exploitée par l'Homme, de telle manière que ses réserves ne s'épuisent pas. En d'autres termes, sa vitesse de formation doit être plus grande que sa vitesse d'utilisation.

Le Soleil est à l'origine de nombreuses énergies renouvelables. Son rayonnement constitue en lui-même une énergie exploitable. Ce rayonnement donne aussi naissance à d'autres formes d'énergie, ainsi le cycle de l'eau permet de créer de l'hydroélectricité, le vent est aussi exploité. La photosynthèse a aussi comme origine le soleil, elle créé différents matériaux exploitables énergétiquement, mais pas toujours renouvelables. La chaleur interne de la Terre est source d'énergie considérée comme renouvelable, la géothermie. La rotation des astres, système Terre-Lune, engendre des mouvements d'eau à la surface de la Terre, mouvements exploitables énergétiquement via l'énergie marémotrice.

Le caractère renouvelable d'une énergie dépend de la vitesse à laquelle la source se régénère, mais aussi de la vitesse à laquelle elle est consommée. Le pétrole ainsi que tous les combustibles fossiles ne sont pas des énergies renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien supérieure à la vitesse à laquelle ces ressources sont naturellement créées.

Une agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) a été créée en janvier 2009.

Les différents types d’énergies renouvelables

Énergie solaire

L’énergie solaire a directement pour origine l’activité du Soleil. Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel on trouve notamment les rayons cosmiques, gamma, X, la lumière visible, l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces types de rayonnement électromagnétique émettent de l’énergie. Le niveau d’irradiance (le flux énergétique) arrivant à la surface de la Terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.

Deux grandes familles d'énergie solaire se distinguent :

• l'énergie solaire thermique qui utilise la chaleur transmise par rayonnement,
• l'énergie photovoltaïque qui utilise le rayonnement lui-même.

Énergie solaire thermique

Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 et 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi, un corps émettant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique diminuer et un corps recevant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique augmenter. Le Soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètres. Ainsi, en rentrant en contact avec un corps le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. On parle ici d’énergie solaire thermique. Cette source d’énergie est connue depuis très longtemps, notamment par le fait de se positionner à un endroit ensoleillé afin de se réchauffer.

L'énergie thermique peut être utilisée directement ou indirectement :

• directement pour chauffer des locaux ou de l'eau sanitaire (panneaux solaires chauffants) ou des aliments (fours solaires),
• indirectement pour la production de vapeur d'un fluide caloporteur pour entraîner des turbines et ainsi obtenir une énergie électrique (énergie solaire thermodynamique (ou heliothermodynamique)).

Énergie photovoltaïque

L’énergie photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou-bien artificielle (une lampe).

Énergie éolienne

L’activité solaire est la principale cause des phénomènes météorologiques. Ces derniers sont notamment caractérisés par des déplacements de masse d’air à l’intérieur de l’atmosphère. C’est l’énergie mécanique de ces déplacements de masse d’air qui est à la base de l’énergie éolienne. L’énergie éolienne consiste ainsi à utiliser cette énergie mécanique.

Des voiliers ont été utilisés dès l’Antiquité, comme en témoigne la Barque solaire de Khéops. Jusqu’au milieu du XIX^e siècle, l’essentiel des déplacements nautiques à moyenne et longue distance ce sont faits grâce à la force du vent. Un dérivé terrestre n’ayant d’usage que sportif a été rendu possible par les techniques modernes : le char à voile.

L’énergie éolienne a aussi été vite exploitée à l’aide de moulins à vent équipés de pales en forme de voile, comme ceux que l’on peut voir aux Pays-Bas ou encore ceux mentionnés dans Don Quichotte. Ces moulins utilisent l’énergie mécanique pour actionner différents équipements. Les moulins des Pays-Bas actionnent directement des pompes dont le but est d’assécher ou de maintenir secs les polders du pays. Les meuniers utilisent des moulins pour faire tourner une meule à grains. Aujourd’hui, ce sont les éoliennes qui prennent la place des moulins à vent. Les éoliennes transforment l’énergie mécanique en énergie électrique, soit pour l’injecter dans un réseau de distribution soit pour être utilisé sur place (site isolé de réseau de distribution).

Énergie hydraulique

À l’instar de l’énergie éolienne, les énergies hydrauliques (à l'exception de l'énergie marémotrice) ont leur origine dans les phénomènes météorologiques et donc du Soleil. Ces phénomènes prélèvent de l’eau principalement dans les océans et en libèrent une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l'eau pour décrire ces mouvements. De l’eau en altitude possède une énergie potentielle de pesanteur. Cette énergie est peut être alors captée et transformée, lors des mouvements de l’eau qui retourne vers les océans. Avant l’avènement de l’électricité, les moulins à eau permettait de capter cette énergie mécanique pour entraîner entrainer des machines-outils (machines à tisser, moulins à moudre le blé...).

Plus tard, avec l’invention de l’électricité, on a transformé cette énergie mécanique en énergie électrique.

D'autres énergies hydrauliques existent et elles sont généralement de source marine :

• Énergie des vagues : utilise la puissance du mouvement des vagues,
• Énergie marémotrice : issue du mouvement de l’eau créé par les marées (variations du niveau de la mer, courants de marée),
• Énergie hydrolienne : les hydroliennes utilisent les courants sous marins,
• Énergie thermique des mers : produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans,
• Énergie osmotique : la diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’eau douce dans l’eau salée de la mer est source d’énergie.

Biomasse

Il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion. Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites ; cette condition n'est pas toujours remplie. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.

Énergie géothermique

Les Grecs et les Romains de l’antiquité connaissaient déjà l’usage de l’énergie géothermique, comme en témoignent les villes d’eau, Aquae Sextiae, du consul Caius Sextius Calvinus (Aix-en-Provence, Aix-les-Bains, Aix-la-Chapelle, ...)^{[réf. souhaitée]}. À Chaudes-Aigues, de l’eau jaillissant à 81° permet de chauffer à peu de frais quelques bâtiments.^{[réf. souhaitée]}

Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Dans les couches profondes, la chaleur de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches qui constituent la croûte terrestre : c’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium.

Par rapport à d’autres énergies renouvelables, la géothermie profonde ne dépend pas des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent). Les gisements géothermiques ont une durée de vie de plusieurs dizaines d’années.

En 2009, les trois premiers producteurs sont les États-Unis, les Philippines et l'Indonésie. Ce dernier pays possède le plus grand potentiel (27 gigawatts, soit 40 % des réserves mondiales).