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Les énergies renouvelables principales et les défis qu’elles représentent

La volonté, à l’échelle mondiale, de décarboner tout en améliorant la qualité de vie des habitants, surtout dans les pays en voie de développement, nous met au défi d’exploiter de multiples sources d’énergie ambiante pour générer de l’électricité.

Les énergies renouvelables principales et les défis qu’elles représentent

Des chiffres de l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) démontrent que la puissance installée émanant de l’énergie solaire et éolienne a augmenté considérablement ces dernières années. Ainsi, de 2010 à 2019, l’énergie éolienne est passée de 180 000 MW à 622 000 MW et l’énergie solaire de 41 000 MW à 541 000 MW.

Bien que ces sources d’énergie renouvelable soient propres et inépuisables, il subsiste des problèmes à résoudre.

La génération d’énergie solaire et ses défis

Le premier des défis que pose la génération d’énergie solaire est la faible efficience de conversion des cellules photovoltaïques. À l’heure actuelle, les installations photovoltaïques classiques ont un rendement compris entre 7 % pour les cellules bon marché en film polymère et environ 18 % pour les cellules hybrides polymère/silicium cristallin. Heureusement, il y a des perspectives d’évolution. En effet, des organismes de recherche comme le National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis ont réussi à augmenter l’efficacité maximale des cellules à plus de 40 % en conditions de laboratoire.

Choisir l’emplacement optimal pour des installations solaires est un autre défi. On peut en trouver de minuscules au-dessus de panneaux de signalisation routière, sur le toit d’habitations ou de magasins, ou sous forme de gigantesques fermes solaires. Les plus grandes d’entre elles à l’heure actuelle, à savoir le parc solaire de Bhadla en Inde et le désert de Tengger en Chine, produisent jusqu’à 1,5 GW, soit autant que certaines centrales nucléaires. Cependant, comme chaque ferme solaire occupe plus de 40 km², il est judicieux de privilégier des zones qui ne sont pas densément peuplées pour les accueillir.

Installer des générateurs d’énergie solaire terrestres et les raccorder au réseau est relativement peu onéreux par rapport au coût que représente le raccordement des éoliennes offshore. Même au plus profond du désert, un système de raccordement tel que SOLARLOK de TE Connectivity peut facilement supporter les contraintes physiques liées à son environnement. Les connecteurs sont conformes à la norme IP68 et peuvent supporter trois fois les essais de vieillissement de l’IEC (Commission électrotechnique internationale), ce qui leur assure une connectivité durable.


Les énergies renouvelables principales et les défis qu’elles représentent

Les performances des éoliennes et leurs limites

L’efficience des éoliennes est également limitée. Elles extraient de l’énergie cinétique du vent, qui ralentit le flux d’air grâce aux pales. Une efficience de 100 % est impossible, car cela nécessiterait que le vent s’arrête ; or, sans flux d’air sortant, il ne pourrait pas y avoir de nouveau flux d’air entrant, et l’éolienne arrêterait de tourner. Déjà en 1919, le scientifique allemand Albert Betz a calculé que l’efficience théorique maximale d’une éolienne était de 59,3 %. En réalité, les grandes éoliennes industrielles peuvent atteindre environ 80 % de la limite de Betz, ramenant l’efficience cinétique globale à 35-45 %.

Intuitivement, on imagine que si le vent souffle plus fort, l’éolienne peut convertir une plus grande quantité d’énergie cinétique en électricité. Mais en pratique, si le vent souffle trop fort, cela peut endommager les pales de l’éolienne. C’est pourquoi diverses techniques de freinage sont utilisées pour imposer une vitesse maximale ou de coupure. Il existe différentes techniques de freinage, dont la méthode aérodynamique qui fait tourner chaque pale dans le sens contraire au vent pour réduire la force exercée sur le rotor, ainsi que des systèmes de freinage mécaniques et électriques.

Des rafales ou tempêtes suffisamment violentes pour contrer les systèmes de freinage peuvent endommager l’éolienne en provoquant une surchauffe. Les pales et tours peuvent aussi être vulnérables à des dommages pouvant requérir une réparation ou un remplacement complet.

Par ailleurs, les éoliennes ont une vitesse d’enclenchement minimale. En général, la vitesse du vent doit être d’au moins 3-4 mètres par seconde, soit environ 12 km/h, avant que les pales tournent et que la génération d’électricité puisse commencer. En bref : pas assez de vent, pas d’électricité du tout !

L’énergie hydraulique est-elle plus fiable ?

L’eau, quant à elle, peut faire tourner une turbine même à une vitesse aussi basse que 1 m/s. L’hydraulique semble donc être une source d’énergie naturelle prometteuse. En effet, selon l’IRENA, l’énergie hydraulique renouvelable est actuellement la plus grande source d’énergie renouvelable à l’échelle mondiale : elle fournit 63 % de l’ensemble de l’énergie produite, soit presque 2,4 fois la capacité installée combinée des systèmes solaires et des éoliennes terrestres et offshore. Par contre, les projets hydroélectriques à grande échelle qui impliquent un endiguement sont onéreux, chronophages et limités par des facteurs géographiques. De plus, diverses objections environnementales et territoriales peuvent s’y opposer.

Une autre solution valable serait de générer de l’électricité grâce à l’énergie marémotrice. Le mouvement des marées a l’avantage considérable d’être une source énergétique prévisible et régulière, puisqu’il s’agit d’un mouvement pour ainsi dire perpétuel dont le flux et le reflux sont rythmés par le déplacement de la Lune en orbite autour de la Terre. Le Forum économique mondial a communiqué des détails relatifs à un projet marémoteur au large de la côte nord de l’Écosse qui a généré suffisamment d’énergie pour alimenter presque 4 000 foyers en 2019. La Commission européenne indique que l’énergie marémotrice pourrait combler environ 10 % des besoins européens en énergie d’ici 2050.

Mais il y a des risques liés à la génération d’énergie renouvelable à échelle commerciale : installer et raccorder les générateurs coûte cher et nécessite que ces derniers soient fixés au fond marin et raccordés au réseau par câbles blindés. En outre, les conséquences du bruit des générateurs et des changements de flux des marées sur l’environnement marin sont peu connues. Enfin, le partage des océans soulève des questions politiques. Malgré ces embûches potentielles, Zion Market Research prévoit une croissance fulgurante du marché de l’équipement en matériel de génération d’énergie marémotrice, qui devrait atteindre presque 3 milliards de dollars en 2024.

Résumé

Les mécanismes de capture de l’énergie solaire, éolienne et marémotrice ont significativement progressé au cours de ces dernières années. Grâce à l’ingéniosité de l’ingénierie, l’efficience énergétique ainsi que la fiabilité et l’accessibilité des installations continuent d’augmenter. Cependant, il reste des défis à relever, et les technologies de capture de l’énergie solaire, éolienne et marémotrice doivent continuer à être améliorées si l’on souhaite que les énergies renouvelables satisfassent les besoins en énergie à l’échelle mondiale à l’avenir.

L’article suivant se penchera sur la gestion de l’électricité générée à partir de sources réutilisables à l’aide d’équipements tels que des systèmes de stockage de l’énergie, afin de faire face au caractère imprévisible de l’énergie solaire et éolienne.

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