Quels sont les différents types d'énergies renouvelables ?

On parle d'énergies renouvelables pour désigner toutes les formes d'énergie qui paraissent inépuisables à l'échelle humaine. Ces énergies ont comme caractéristiques de ne pas générer d'émissions polluantes (ou très peu) durant leur phase d'exploitation ce qui en fait de parfaits outils pour lutter contre le réchauffement climatique et prévenir l'épuisement des ressources fossiles.

Ainsi, même si les énergies "vertes" proviennent en réalité de deux grandes sources (la terre et le soleil), les scientifiques estiment que l'on peut distinguer cinq types d'énergies renouvelables :

1. L'énergie solaire ;
2. L'énergie hydraulique ;
3. L'énergie éolienne ;
4. La biomasse ;
5. La géothermie.

Chacune de ces énergies possèdent ses avantages et ses inconvénients, mais elles ont toutes comme point commun la capacité d'être exploitées afin de produire de l'électricité verte, du gaz vert ou encore des biocarburants qui sont indispensables à notre mode de vie contemporain.

Les énergies vertes ont l'avantage de ne pas engendrer de coût marginal pour définir le prix spot de l'électricité, ou prix de gros.

Énergie solaire

On appelle "énergie solaire" l'énergie qui provient des rayons du soleil. Elle est captée à partir de panneaux (photovoltaïques ou thermiques) placés au sol, sur les façades ou les toits et qui vont capter puis transformer cette énergie. Lorsque l'on fait référence à l'énergie solaire, il faut bien faire la différence entre :

• L'énergie solaire photovoltaïque (pour produire de l'électricité) ;
• L'énergie solaire thermique (pour chauffer un fluide).

Qu'est-ce que l'énergie solaire photovoltaïque ?

L'énergie solaire est dite "photovoltaïque" lorsque le rayonnement solaire est converti en électricité verte grâce à des panneaux recouverts de matériaux semi-conducteurs. Suite à une réaction physique appelée "effet photovoltaïque", l'énergie solaire est transformée en courant alternatif grâce à l'intervention d'un onduleur.

Ce courant est ensuite utilisable sous forme d'électricité directe ou est alors stocké dans des batteries ou encore directement injecté dans le réseau d'électricité géré par le distributeur Enedis.

L'énergie solaire photovoltaïque représente un enjeu mondial pour la production d'électricité verte. C'est pour cela que de nombreux projets de production voient le jour, notamment la construction de centrales photovoltaïques. On peut d'ailleurs voir dans les chiffres que la part d'électricité produite à partir de l'énergie solaire est en constante augmentation :

• 2,15% de la production mondiale en 2018 ;
• 2,70% en 2019 ;
• 3,70% en 2020.

Malgré ses données encourageantes, le potentiel de l'énergie solaire photovoltaïque reste largement sous-exploité. En effet, de nombreuses régions bénéficiant d'un fort rayonnement durant toute l'année pourraient subvenir à une grande partie de leurs besoins en électricité en développement la filière photovoltaïque.

Pourtant, en raison de coûts d'exploitation encore élevés, seuls les "pays riches" peuvent se permettre d'investir massivement dans ce secteur. Ainsi, les pays concentrant la majorité de la puissance photovoltaïque mondiale (68%) sont :

1. La Chine (33,4%) ;
2. Les États-Unis (12,3%) ;
3. Le Japon (9,4%) ;
4. L'Allemagne (7,1%) ;
5. L'Inde (6,2%).

Qu'est-ce que l'énergie solaire thermique ?

L'énergie solaire thermique repose sur l'utilisation de capteurs solaires pour chauffer un fluide caloporteur. Ce fluide va ensuite venir chauffer de l'eau située dans un chauffe-eau solaire. Cette énergie peut être utilisée directement sous forme d'eau chaude ou de chauffage, mais aussi indirectement pour produire de la vapeur d'eau puis de l'électricité.

L'énergie solaire thermique dispose actuellement d'un fort potentiel de développement car elle est "moins chère" que l'énergie photovoltaïque. En effet, les composants des panneaux solaires sont moins onéreux, plus durables et donc plus rapidement rentables que ceux des panneaux photovoltaïques.

En tête des principaux producteurs d'énergie solaire thermique, on retrouve la Chine qui concentre à elle seule plus de 70% de la production. Viennent ensuite :

• Les États-Unis (3,8%) ;
• La Turquie (3,4%) ;
• L'Allemagne (2,9%) ;
• Le Brésil (2,2%) ;
• L'Inde (1,7%) ;
• L'Australie (1,4%).

Que l'énergie solaire soit thermique ou photovoltaïque, son développement est prometteur mais encore insuffisant.

Énergie hydraulique

Quelle place pour l'hydroélectricité ?

Le terme "hydroélectricité" fait référence à la production d'électricité grâce au captage de l'eau. Selon un fonctionnement similaire à un moulin à eau, l'eau fait tourner une turbine qui entraîne un générateur qui va produire de l'électricité renouvelable. Ainsi, l'énergie hydraulique représente actuellement 19% de la production mondiale d'électricité et 13% en France. Une partie des installations hydroélectriques sur le territoire français sont gérées par le groupe Engie.

On distingue deux catégories de centrales hydrauliques :

1. La grande hydraulique qui regroupe les installations de grande puissance (plus de 10 MW) ;
2. La petite hydraulique qui comprend les installations de petite puissance (entre 10 MW et 10 kWh).

Selon l'Agence internationale de l'énergie (dont le site internet est accessible ici), la puissance installée de toutes les centrales hydroélectriques dans le monde est de 1330 GW pour une production d'électricité estimée à 4370 TWh (15% de la production mondiale d'électricité).

En 2020, les principaux producteurs d'hydroélectricité sont :

• La Chine (31%) ;
• Le Brésil (9,4%) ;
• Le Canada (8,8%) ;
• Les États-Unis (6,7%).

Toutefois, l'énergie hydroélectrique peut avoir un très mauvais impact environnemental et social. En effet, la construction de barrages peut avoir de graves conséquences telles que :

• Des déplacements de populations ;
• Des inondations ;
• La modification des écosystèmes aquatique et terrestre, etc.

Comment sont exploitées les énergies marines ?

Les énergies marines regroupent l'ensemble des énergies renouvelables qui proviennent du milieu marin. Plus nombreuses qu'on ne le pense, ces énergies permettent de produire de l'électricité verte qui peut ensuite être distribuée. Parmi les énergies marines on retrouve :

• L'énergie marémotrice qui exploite les mouvements de marées ;
• L'énergie hydrolienne qui exploite les courants marins ;
• L'énergie houlomotrice qui repose sur le mouvement des vagues ;
• L'énergie thermique des mers qui utilise les différences de température entre les eaux de surface et les eaux profondes ;
• L'énergie osmotique qui s'appuie sur la différence de salinité entre les eaux douces et salées.

L'exploitation des énergies marines s'appuie sur des techniques connues (comme les usines marémotrices) ou sur des technologies expérimentales (système à colonne d'eau, éolienne sous-marine, etc.) notamment en ce qui concerne les énergies houlomotrice et thermique. C'est pour cela que cette source d'énergie renouvelable que représente l'océan est encore très peu exploitée.

Cependant, les énergies marines pourraient produire des quantités astronomiques d'électricité si elles sont correctement utilisées. Elles seront donc indispensables pour que le monde réussisse sa transition énergétique.

Énergie éolienne

L'énergie éolienne est l'une des sources d'énergie renouvelables les plus connues. Elle exploite l'énergie cinétique du vent pour produire de l'électricité verte capable d'alimenter des villes entières. On peut faire la distinction entre deux types d'éolienne :

1. Les éoliennes terrestres ;
2. Les éoliennes en mer.

Il s'agit de l'une des énergies renouvelables les plus exploitées puisque l'on estime que la part de l'éolien dans la production mondiale d'électricité était de 6% en 2020. Ainsi, de nombreux pays se tournent déjà vers les éoliennes pour produire de l'électricité 100% renouvelable. On peut citer la Chine, les États-Unis et l'Allemagne comme les plus gros producteurs d'énergie éolienne.

Selon la revue scientifique britannique Energy & Environmental Science, l'éolien est l'énergie renouvelable dont le bilan environnemental est le plus bas. En effet, son fonctionnement ne nécessite pas d'eau douce, de pesticide et ne produit aucune trace d'émission de gaz à effet de serre.

Cependant, le principal inconvénient de l'éolien est qu'il s'agit d'une énergie intermittente comme le solaire. Il faut donc trouver une autre source d'énergie lorsque le vent est absent.

Quels sont les avantages de l'éolien offshore ?

L'éolien en mer ou éolien offshore se répand de plus en plus au sein des pays ayant des accès à la mer. Le principe reste le même que l'éolien terrestre sauf que l'éolienne est implantée au large des côtes afin de profiter de davantage de vent que dans les terres. On estime qu'en 2020, environ 6000 éoliennes offshore sont en fonctionnement en Europe. Elles sont réparties sur 110 parcs dans 12 pays, particulièrement au Royaume-Uni et en Allemagne.

Au niveau français, l'éolien offshore est pratiquement inexistant. Pourtant, avec près de 6000 km de côtes, le potentiel éolien de la France est considérable. C'est pour cela que des projets d'implantation d'éoliennes offshore sur les côtes de la Bretagne et de la Manche sont à l'étude.

La biomasse

La biomasse, appelée également bioénergie, désigne toutes les formes d'énergie qui utilisent des matériaux d'origine biologique pour produire de l'électricité, du gaz ou des biocarburants. Il est communément admis qu'il existe trois types de biomasse :

1. Le bois-énergie ;
2. Le biogaz ;
3. Les biocarburants.

Qu'est-ce que le bois-énergie ?

La sylviculture énergétique est une des sous-catégories de la biomasse qui consiste à utiliser du bois, mais aussi de la paille ou encore des résidus de récolte, comme combustible. Il s'agit de la première énergie renouvelable en France, même si elle est critiquée en raison des rejets de poussière et de monoxyde de carbone qu'elle engendre.

De plus en plus d'équipements moins énergivores et permettant de se chauffer grâce à la combustion du bois voient le jour. Ces chaudières à bois et autres dispositifs sont plus économes que le chauffage électrique ou au gaz.

Comment produire du biogaz ?

Le biogaz ou gaz naturel renouvelable est obtenu par un procédé chimique appelé méthanisation. Cette réaction se produit lorsque des bactéries présentent sur des matières organiques (déchets domestiques, agricoles, boues, animaux, etc.) se retrouvent privées d'oxygène. La fermentation produit un mélange de méthane et de gaz carbonique qui pourra ensuite servir à la production de chaleur, d'électricité ou de biocarburants.

Afin d'être injecté dans les réseaux de gaz, le biogaz doit subir une nouvelle transformation qui éliminer le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène. On obtient ainsi du biométhane qui a les mêmes caractéristiques que le gaz naturel.

En France, en vertu de la loi sur la transition énergétique (plus d'informations en cliquant ici), l'objectif du gouvernement est que le biogaz représente 10% de la production totale de gaz  d'ici 2030. Cependant, beaucoup jugent que ces objectifs sont inatteignables en raison du retard que la France a accumulé dans ce secteur.

D'où proviennent les biocarburants ?

Les biocarburants sont produits à partir de matière organique issue de la biomasse. Deux techniques sont actuellement employées pour fabriquer du biocarburant :

1. Utiliser de l'huile, de la graisse animale ou des acides gras ;
2. Utiliser de l'alcool.

Afin de faire face à l'épuisement des ressources fossiles (qui sont à l'origine de la plupart des carburants qui existent), la filière de production du biocarburant est en plein essor.  Il est notamment primordial de fabriquer du biocarburant pour avions et bateaux car le kérosène et le fioul sont parmi les carburants les plus polluants. À la tête des principaux pays producteurs on retrouve les États-Unis, mais aussi le Brésil et l'Allemagne.

La particularité du biocarburant est qu'il peut être utilisé sous sa forme pure, mais il peut aussi être ajouté à du carburant classique. Ainsi, que ce soit en France ou dans le monde, de nombreux projets de fabrication de biocarburants sont à l'étude.

La géothermie

La géothermie consiste à exploiter les phénomènes thermiques se déroulant sous terre pour produire de la chaleur ou de l'électricité. On distingue trois types de géothermie :

• La géothermie profonde (plus de 150°C) ;
• La géothermie moyenne (entre 90 et 150°) ;
• La géothermie peu profonde (entre 30 et 90°C).

L'exploitation de la géothermie se déroule dans des centrales géothermiques au sein desquelles se trouvent des puits. Ces puits permettent la remontée de de la chaleur de la terre jusqu'à des transformateurs.

Souvent sous-estimée, la géothermie présente pourtant plusieurs avantages :

• La chaleur de la terre est une énergie renouvelable ;
• L'exploitation ne dépend pas des conditions atmosphériques ;
• Les rejets de gaz à effet de serre sont minimes.

Pour toutes ces raisons, de nombreux pays exploitent l'énergie de la terre afin de produire de l'électricité. C'est par exemple le cas de la Chine, de l'Islande, des États-Unis ou encore de la France.

Sources :

• L'observatoire des énergies renouvelables, "Les 5 familles énergies renouvelables" ;
• Futura Planète, "Quels sont les cinq types d'énergies renouvelables ?", 27/06/2020 ;
• ekWateur, "Quels sont les différents types d'énergie renouvelable", 20/06/2019.