CENTRALES THERMIQUES RENOUVELABLES

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1 CENTRALES THERMIQUES RENOUVELABLES FONCTIONNEMENT Pour produire de l électricité, les centrales thermiques renouvelables utilisent l énergie thermique provenant de la combustion d une énergie primaire renouvelable, issue de la biomasse. La biomasse, c est l ensemble des matières organiques (= végétales et animales) existant sur Terre. Dans le domaine de l énergie, on désigne plus précisément par biomasse les matières organiques pouvant être transformées en énergie. Elle se présente sous trois formes : solide (bois, copeaux ), liquide (huiles végétales, alcool ), ou gazeuse (biogaz, gaz de synthèse). On transforme la biomasse solide en énergie par la filière thermochimique, qui regroupe trois technologies : la combustion : production de chaleur, d électricité ou des deux à la fois par cogénération. la gazéification : en chauffant de la biomasse solide, à haute température et sans oxygène, on obtient un gaz de synthèse, utilisable comme combustible. La gazéification permet également la cogénération. la pyrolyse : production de charbon de bois ou charbon végétal et de combustible gazeux de bonne qualité, par chauffage à haute température. La filière biochimique transforme la biomasse provenant des boues et déchets (tels que boues d épuration, déchets agricoles ou industriels, déchets ménagers fermentescibles) par un autre procédé : la méthanisation : en laissant fermenter les matières organiques dans un digesteur, on obtient un biogaz, utilisable comme combustible. Les digestats, résidus de la méthanisation, sont valorisables sous forme de compost ou d engrais liquide. Ainsi, la biomasse permet de produire une énergie renouvelable, utilisable sous forme de chaleur, d électricité, mais aussi de carburant. Comment ça marche Comme les centrales thermiques à flamme, les centrales thermiques renouvelables transforment en électricité une énergie mécanique obtenue à partir d une énergie thermique. La combustion de biomasse solide, de biogaz, ou de déchets chauffe l eau d une chaudière. La vapeur d eau sous pression fait tourner une turbine, qui, couplée à un alternateur, produit de l électricité. La cogénération permet de produire deux énergies à la fois (électricité + chauffage), à partir de la biomasse ou de l incinération des déchets. une partie de la centrale utilise la chaleur pour la transformer en électricité (principe de toutes les centrales thermiques). L air chaud qui a servi à faire tourner la turbine est ensuite récupéré pour chauffer l eau qui part dans un réseau de chaleur urbain, permettant de chauffer directement bâtiments, équipements, commerces, et habitations de la ville. Parfois la chaleur est utilisée par des procédés industriels. Le rendement global de la centrale passe alors à 60 à 90%, contre 25% pour une production électrique seule. 1/10

2 CENTRALE BIOMASSE PRODUCTION TRANSPORT / DISTRIBUTION ENVIRONNEMENT ENJEUX SOCIO-ECONOMIQUES PRODUCTION Puissance produite Si la biomasse est de loin la première source d énergie renouvelable en France, elle n est utilisée que pour une faible part dans la production électrique, généralement avec des installations de petite taille. En 2012, la production électrique des centrales à combustible renouvelable (biomasse et incinérateurs) ne représente que 1,1% de la production électrique totale, selon le dernier bilan électrique de RTE. En valorisant plus systématiquement les déchets organiques, notamment grâce à la méthanisation, la biomasse pourrait atteindre 15% de la consommation finale d électricité. Contraintes géographiques D importantes quantités d eau sont nécessaires pour le refroidissement des centrales thermiques, c est pourquoi on les installe généralement au bord de l eau (mer, cours d eau). Exploitation Les centrales thermiques renouvelables sont utilisées en base, en cas de production électrique seule, ou en semibase en cas de cogénération, car la mise en production dépend alors des besoins de chaleur. TRANSPORT / DISTRIBUTION Tension produite A partir de l énergie mécanique fournie par la turbine, l alternateur produit un courant alternatif. Raccordement La tension produite est injectée directement dans le réseau de distribution en moyenne tension (HTA) si la puissance installée est inférieure à 12 MW électriques, ou dans le réseau de transport en haute ou très haute tension (HTB) si elle est supérieure. 2/10

3 CENTRALE BIOMASSE ENVIRONNEMENT Ressources Le bois La matière première est disponible en permanence, et à priori inépuisable. Cependant, le caractère renouvelable ou durable de son utilisation dépend du respect de certaines règles, notamment : d éviter la surexploitation de la ressource (déforestation) d éviter la dégradation des sols ou de la biodiversité d éviter la compétition excessive avec d autres usages (agriculture) de maîtriser la combustion pour limiter les émissions polluantes Les déchets Le caractère inépuisable des déchets semble incontestable (du moins au regard de nos modes de vie actuels), de même que la nécessité de s en débarrasser. Leur valorisation en ressource énergétique apporte un double avantage pour l environnement : la réduction des rejets polluants que certains d entre eux occasionnent, et la production d énergie renouvelable. Pollution Utilisation du bois Si la forêt est replantée, l utilisation du bois-énergie n aggrave pas la déforestation et n impacte pas l effet de serre. Le bilan carbone est considéré comme neutre : la combustion de biomasse restitue le CO2 que les végétaux ont absorbé durant leur croissance. La méthanisation des déchets Laissés à l air libre, la charge polluante des déchets est importante : la fermentation des matières organiques contenues dans les décharges, les boues des stations d épuration, les déchets des exploitations agricoles ou de l industrie agro-alimentaire, émet naturellement du méthane, qui est un puissant gaz à effet de serre, nettement plus réchauffant pour le climat que le CO2. La maîtrise de ce phénomène naturel, la méthanisation, permet de capter le méthane issu de la fermentation des déchets, et de le valoriser comme ressource énergétique. Le biogaz ainsi obtenu est une source d énergie renouvelable, utilisable comme combustible. L introduction de la biomasse dans les systèmes de production énergétique contribue donc à limiter les émissions de gaz à effet de serre, par rapport aux systèmes utilisant les énergies fossiles. 3/10

4 CENTRALE BIOMASSE Impacts sur la santé et la biodiversité La combustion de la biomasse peut engendrer des émissions polluantes, plus particulièrement lorsque celle-ci est mal maîtrisée. Ces émissions dégradent la qualité de l air, et peuvent porter préjudice à la santé humaine. L exploitation et la combustion de la biomasse émettent du CH4 (méthane), des COV (composés organiques volatils), du monoxyde (CO) et du dioxyde de carbone (CO2), du dihydrogène (H2), des HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), des suies, des goudrons, des dioxines et furannes, et autres polluants, à des teneurs variables selon la ressource utilisée (bois, biogaz, déchets ménagers ). Dans le secteur résidentiel, la combustion du bois dans des foyers mal conçus est source de pollutions atmosphériques importantes, à noter principalement l émission de particules fines dangereuses pour la santé. En effet, certains cancérogènes reconnus, comme les HAP, sont véhiculés par les particules fines au plus profond du système respiratoire. Solutions pour limiter les impacts Le Plan Particules, intégré au Plan National Santé Environnement, fixe pour les centrales de production électrique des objectifs de limitation maximale de l impact sur la qualité de l air, grâce à des systèmes performants de filtres pour le traitement des fumées. Ce plan définit des zones d actions prioritaires pour l air (ZAPA), particulièrement sensibles ou exposées, et réglemente l implantation des centrales. Il envisage également des actions pour une réduction significative des émissions polluantes du chauffage au bois dans le secteur résidentiel. 4/10

5 CENTRALE BIOMASSE ENJEUX SOCIO-ÉCONOMIQUES Impacts socio-économiques </h2> A condition de veiller à son renouvellement en replantant la biomasse prélevée dans le milieu naturel, la biomasse permet d augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique, et de réduire notre dépendance aux énergies fossiles, dont les prix augmentent. Sous réserve de favoriser la ressource de proximité, elle se prête à un développement local, sans alourdir son bilan carbone par le transport des matières premières. Au niveau géopolitique, la biomasse est un facteur d indépendance énergétique, car elle est présente et utilisable sous de nombreuses formes, et donc accessible à de nombreux pays. De plus, la biomasse permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre : Réduction des émissions de CO2 ( bilan carbone quasi nul) Réduction des émissions de méthane (captage du méthane des décharges et valorisation en biogaz) La biomasse a un rôle essentiel à jouer dans la valorisation des déchets : la méthanisation permet non seulement la valorisation énergétique (biogaz), mais aussi la valorisation matière des déchets (compost, contribuant à l enrichissement des sols). Perspectives d avenir Au niveau réglementaire, nombre d orientations politiques européennes et nationales laissent présager d un développement important de la biomasse : la directive européenne du 28/CE/2009 fixe l objectif de 23% d énergies renouvelables pour 2020 le plan d action national ENR (2010) prévoit des mesures spécifiques pour la biomasse, identifiée comme la principale source d énergie renouvelable qui permettra à la France d atteindre ces 23%. le biogaz s inscrit dans la politique du Grenelle de l environnement, que ce soit sous l angle du développement des énergies renouvelables, du traitement et de la valorisation des déchets, ou de la réduction des émissions de GES. Le volet «déchets» de la loi Grenelle I prévoit une augmentation de la part du recyclage matière et organique, et une diminution en conséquence de la part de l incinération et de la mise en décharge des déchets ménagers organiques, en faveur de la méthanisation. La méthanisation est donc promise à un fort développement en France, compte tenu des développements technologiques déjà réalisés, de l importance du gisement «méthanisable», et du soutien technique et financier de l ADEME. 5/10

6 L INCINERATEUR DE DECHETS PRODUCTION TRANSPORT / DISTRIBUTION ENVIRONNEMENT ENJEUX SOCIO-ECONOMIQUES PRODUCTION Puissance produite</h2> Si la biomasse est de loin la première source d énergie renouvelable en France, elle n est utilisée que pour une faible part dans la production électrique, généralement avec des installations de petite taille. La loi interdit d incinérer les déchets sans valoriser l énergie thermique produite. La chaleur est donc récupérée à des fins de chauffage, et/ou de production électrique. C est pour cette raison que les incinérateurs, après avoir été appelés UIOM (Usines d incinération des ordures ménagères), sont aujourd hui appelés Centres de valorisation thermique, ou Usines de valorisation énergétique. En 2012, la production électrique des centrales à combustible renouvelable (biomasse et incinérateurs) représente 1,1% de la production électrique totale, selon le bilan électrique de RTE. Contraintes géographiques D importantes quantités d eau sont nécessaires pour le refroidissement des centrales thermiques, c est pourquoi on les installe généralement au bord de l eau (mer, cours d eau). Exploitation L incinérateur est utilisé en base, en cas de production électrique seule, ou en semi-base en cas de cogénération, car la mise en production dépend alors des besoins de chaleur. TRANSPORT / DISTRIBUTION Tension produite A partir de l énergie mécanique fournie par la turbine, l alternateur produit un courant alternatif. Raccordement La tension produite est injectée directement dans le réseau de distribution en moyenne tension (HTA), la puissance installée étant inférieure à 12 MW électriques. La production thermique est injectée dans le réseau de chaleur urbain. 6/10

7 L INCINERATEUR DE DECHETS ENVIRONNEMENT Ressources Les déchets Le caractère renouvelable (voire inépuisable) des déchets semble incontestable (du moins au regard de nos modes de vie actuels), de même que la nécessité de s en débarrasser. Leur valorisation en ressource énergétique apporte à première vue un double avantage pour l environnement : la réduction des rejets polluants que certains d entre eux produisent et la production d énergie renouvelable. Cependant, le caractère renouvelable de l énergie produite par les incinérateurs est contesté par leurs opposants et les associations écologistes, dans la mesure où la combustion de biomasse (papier, bois, biodéchets) ne constitue que la moitié du combustible utilisé. Les biodéchets contiennent 60 à 90% d eau, et brûler de l eau, cela ne fonctionne pas très bien! Pour maintenir la combustion à température constante, il faut utiliser des matériaux à haut pouvoir calorifique, tels bois, papier, carton (matériaux recyclables), ou plastiques (matériaux non renouvelables, issus du pétrole), ainsi que des combustibles fossiles (gaz ou fioul), ce qui occasionne une dépense en énergie. Depuis 2005, la réglementation les a rejoints : 50% de l énergie produite par l incinération des déchets ménagers est considérée comme provenant de déchets organiques et donc d origine renouvelable, l autre moitié étant considérée comme d origine non renouvelable. Pollution Les incinérateurs produisent : Des émissions atmosphériques (fumées) : poussières, métaux lourds (cadmium, mercure, plomb, arsenic ), gaz acides (HCl, HF, SOx) et oxydes d azote (NOx), monoxyde de carbone, ainsi que dioxines et furanes (ces deux dernières appartenant à la catégorie des Polluants Organiques Persistants (POP)). Des rejets liquides : eaux issues du traitement humide des fumées, eaux de lavage des sols, de refroidissement des mâchefers et de nettoyage des chaudières. Ces eaux doivent être épurées avant d être rejetées dans le milieu naturel. Les boues résiduelles d épuration sont stockées en décharges de déchets dangereux. Des rejets solides de deux types : - les REFIOM (Résidus d Epuration des Fumées d Incinération des Ordures Ménagères) : ces déchets ultimes représentent 2 à 5% du tonnage incinéré. Ils sont stockés en tant que déchets dangereux, stabilisés en bloc de béton avant d être enfouis. - les mâchefers (20 à 25% du tonnage) : déchets solides de combustion, pouvant être réemployés en sous-couche routière, ou enfouis en centre de stockage de catégorie 2 (déchets ultimes non dangereux), quand la réduction de leur caractère polluant n a pas permis de les valoriser. 7/10

8 L INCINERATEUR DE DECHETS Impacts sur la santé et la biodiversité Les nouvelles normes en matière de rejets polluants ont considérablement réduit les émissions de dioxines ces dernières années. Cependant, les usines d incinération constituent encore la principale source d émission de dioxines : presque 60% des quantités totales émises mesurées, selon l Ansas. Lorsqu elles contaminent l environnement, les dioxines se concentrent dans les masses d air, les sols et sédiments, les eaux de surface, les végétaux et les animaux. Les dioxines sont persistantes dans la partie superficielle des sols, et migrent très peu en profondeur. Leur demi-vie est estimée à plus de 10 ans dans les sols. En cas de défaut de fonctionnement ou d accident (incendie, explosion, rejet de substances dangereuses ), les conséquences peuvent être plus graves : pollutions atmosphériques, pollutions des sols et des eaux superficielles, et contamination de la chaîne alimentaire. Cela peut entraîner l évacuation ou le confinement des populations, l abattage de troupeaux, ou l interdiction de produits alimentaires rendus impropres à la consommation. Santé La chaîne alimentaire est la principale voie de contamination pour l homme : lait et produits laitiers, viandes, poissons, constituent la principale exposition, amplifiée par le phénomène de bioaccumulation. Les dioxines sont persistantes dans l organisme humain, à des proportions très variables selon les individus (demi-vie de 8,5 à 30 ans selon l INSERM). Les dioxines sont des perturbateurs endocriniens. Une étude d épidémiologistes français a confirmé la corrélation entre le fait de vivre à proximité d un incinérateur de déchets rejetant des dioxines et la survenue de lymphomes non hodgkiniens (cancers). L exposition brève à des doses relativement élevées entraîne une pathologie cutanée, considérée comme bénigne (la chloracné). Par ailleurs, les dioxines participeraient au développement de pathologies telles qu ostéoporose, endométriose, troubles de la reproduction, maladies neurodégénératives, et augmentation de la mortalité cardio-vasculaire, sans que cela ait été démontré formellement. 8/10

9 L INCINERATEUR DE DECHETS Solutions pour limiter les impacts Avant la circulaire du 24 février 1997, et l adoption en 2000 d une directive européenne sur les limites d émissions des incinérateurs, il n existait aucune norme restreignant les émissions de dioxines. L arrêté du 20 septembre 2002 fixe des valeurs limites d émissions des principaux polluants. Des mesures son réalisées en continu pour le CO, COT, HC1, HF, SO2, NOX et poussières totales. Les métaux lourds, les dioxines et furanes sont soumis à des mesures périodiques (contrôles deux fois par an), la mesure en continu étant impossible. De plus, l exploitant est tenu de mettre en place un programme de suivi de l impact de l installation dans l environnement, au minimum pour les dioxines et les métaux lourds. La réglementation européenne impose des teneurs maximales en dioxines dans certaines catégories d aliments (viandes, poissons, lait et produits laitiers, œufs de poule, huiles et graisses), en vue de réduire l exposition humaine, et d éviter une exposition inacceptablement élevée en cas de pollution ou d exposition accidentelle. 9/10

10 L INCINERATEUR DE DECHETS ENJEUX SOCIO-ÉCONOMIQUES <h2>impacts socio-économiques </h2> La gestion des déchets est un problème complexe pour les collectivités, qui doivent faire face à une augmentation constante des flux de déchets, à des normes environnementales de plus en plus sévères, et à des contraintes budgétaires, de façon à minimiser autant que possible les taxes à la charge des contribuables. L incinérateur est un investissement important qui engage les collectivités sur plusieurs décennies. Pour le rentabiliser, il faut l alimenter en déchets continuellement, car il est conçu pour fonctionner à température et quantité de déchets constantes, faute de quoi les coûts de fonctionnement augmentent. Il importe donc de bien dimensionner la capacité d incinération du territoire, pour ne pas compromettre d autres stratégies de gestion des déchets, telles la réduction à la source ou le recyclage, plus satisfaisantes sur le plan environnemental. Pour la production électrique, c est une source d énergie économique, fiable et constante, indépendante des conditions météorologiques, qui contribue à la sécurité du réseau. Perspectives d avenir</h2> La Feuille de route pour une Europe efficace dans l utilisation des ressources (CE-2011) met l accent sur la nécessité que les déchets deviennent une ressource. Elle donne une priorité accrue au réemploi et en recyclage, et limite la valorisation énergétique aux matières non recyclables d ici à La directive-cadre européenne sur les déchets (2008) a affirmé la priorité à donner à la prévention, au réemploi et au recyclage des déchets, plutôt qu à leur valorisation énergétique qui doit être améliorée. Dans ce but, il a été décidé, à l issue du Grenelle de l environnement, d étendre la taxe générale sur les activités polluantes (TGAP) aux incinérateurs et centres de stockages (décharges), et fournir à l ADEME un budget à consacrer à l amélioration de la gestion des déchets. Sont envisagés le développement de la méthanisation des ordures ménagères, et l amélioration des rendements des incinérateurs, notamment grâce à la production et récupération de chaleur (cogénération). Le volet «déchets» du Grenelle de l environnement prévoit de réduire la part de déchets organiques mis à l incinération et en décharge de 75% à 55% en /10

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