L ÉNERGIE G ÉNÉRALITÉS R ÉGLEMENTATION L ES NOUVELLES SOURCES D ÉNERGIE 1. D ÉFINITION 1.1. L ÉNERGIE ÉOLIENNE

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1 G ÉNÉRALITÉS 1. D ÉFINITION 2.SITUATION ÉNERGÉTIQUE ACTUELLE 3.LES BONNES PRATIQUES EN ENTREPRISE U TILISATION RATIONNELLE R ÉGLEMENTATION DE L ÉNERGIE ET ÉNERGIES RENOUVELABLES L ES NOUVELLES SOURCES D ÉNERGIE 1. L ES DIFFÉRENTES ÉNERGIES RENOUVELABLES 1.1. L ÉNERGIE ÉOLIENNE F ICHE REPÈRE : LES P ARCS ÉOLIENS EN L ORRAINE 1.2. L ÉNERGIE SOLAIRE LE SOLAIRE THERMIQUE LE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1.3. L ÉNERGIE HYDRAULIQUE 1.4. L ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE 1.5. L ÉNERGIE DE LA BIOMASSE LE BIOGAZ LES BIOCARBURANTS LE BOIS-ÉNERGIE 2. L HYDROGÈNE 2.1. PRODUCTION D HYDROGÈNE 2.2. AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS 2.3. APPLICATION : LA PILE À COMBUSTIBLE (PAC)

2 162 Généralités COMPTE TENU DE L ÉPUISEMENT DE NOS RÉSERVES D ÉNERGIES FOSSILES ET DU SOUCI DE PLUS EN PLUS RÉMANENT DE DIMINUER LES GAZ À EFFET DE SERRE, DE NOMBREUX PAYS S ENGAGENT DANS LE CHOIX DES ÉNERGIES RENOUVELABLES, QUI ASSURENT UN RESPECT DE L ENVIRONNEMENT AINSI QUE DES ÉCONOMIES FINANCIÈRES POUR LES INDUSTRIELS, LES COLLECTIVITÉS OU LES PARTICULIERS. 1 D É F I N I T I O N Les énergies renouvelables sont issues de l activité du soleil sous forme de rayonnement direct (énergie solaire), par les cycles renouvelés de l eau (énergie hydraulique), du vent (énergie éolienne) ou encore de la biomasse (bois, biogaz, biocarburants). L énergie peut également venir de la chaleur de la Terre (géothermie). Ces sources naturelles sont inépuisables et peu polluantes ; elles s opposent aux énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole, uranium) qui sont disponibles sous forme de réserves, alors que les énergies renouvelables sont des énergies de flux. 2 S I T U A T I O N É N E R G É T I Q U E A C T U E L L E Autrefois les énergies renouvelables étaient couramment utilisées comme les moulins à vent ou encore les moulins à eau ; cependant l essor du secteur de l industrie à partir du 18 e siècle, a entraîné un abandon de ces énergies pour l utilisation de matières fossiles (charbon puis pétrole) qui assurent un meilleur rendement énergétique. Or ces matières fossiles sont épuisables puisque la durée de vie de leur gisement, dans les conditions de consommation actuelle, est estimée à : 60 ans pour le gaz naturel, 40 ans pour le pétrole, 230 ans pour le charbon. Le premier choc pétrolier de 1973 a mis en évidence une grande dépendance vis à vis du pétrole. Pour minimiser cela, la France s est alors engagée dans une politique d énergie nucléaire, qui produit actuellement près de 75% de l électricité. Mais la combustion de ces matières fossiles, ou l utilisation d uranium pour le nucléaire, entraînent respectivement l émission de gaz à effet de serre (notamment du CO 2 ), ainsi qu un problème de gestion des déchets radioactifs. Au contraire, les énergies renouvelables permettent de limiter ces émissions, qui sont au cœur des problèmes environnementaux actuels. Ces énergies renouvelables s inscrivent donc dans une démarche d utilisation rationnelle de l énergie. 3 L E S B O N N E S P R A T I Q U E S E N E N T R E P R I S E Avant de changer ses ressources énergétiques et d envisager l emploi d énergies renouvelables, il est nécessaire d établir un diagnostic sur la consommation de l entreprise, ainsi qu une critique sur les installations existantes. En effet, des investissements à prix abordable, permettent parfois de minimiser les dépenses énergétiques : il suffit simplement de quantifier les besoins (température souhaitée, niveau d éclairage nécessaire ) et de choisir les équipements adaptés. Pour cela, il est possible d agir sur différents aspects (les utilités et le process) : l air comprimé : sur cinq ans, 75% des coûts de l air comprimé sont liés à l énergie (l investissement représentant 13%). Privilégiez les compresseurs performants et faites la chasse aux fuites, l éclairage : prenez en compte les besoins des salariés, afin de limiter les éclairages trop lumineux. L éclairage naturel doit aussi être exploité au maximum. L installation de minuterie, de détecteurs ou encore le remplacement des tubes par des tubes haut rendement, le chauffage, la ventilation : les dépenses liées au chauffage peuvent être diminuées grâce à une meilleure isolation, ou encore grâce à l installation de programmateurs ou de thermostats électroniques, les équipements électriques : choisissez de préférence des appareils économes en énergie, des moteurs haut rendement. Quant aux process thermiques ou mécaniques, contactez régulièrement votre centre technique qui assure la veille technologique. Toutes ces démarches assurent dans un premier temps des économies énergétiques pour l entreprise ; par la suite, l industriel peut avoir recours à une énergie renouvelable, qui permettrait de réduire considérablement sa consommation. La réglementation La Loi sur l Air et l Utilisation Rationnelle de l Energie (LAURE) du 30 décembre 1996, et ses décrets d application imposent aux constructeurs et utilisateurs de contrôler leur consommation énergétique, en particulier en ce qui concerne le secteur de l automobile. La loi de programme du 13 juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique définit des objectifs chiffrés en matière d énergies renouvelables, ainsi que les moyens à mettre en œuvre pour y parvenir. Elle crée aussi les certificats d économie d énergie. L enjeu de cette loi est de soutenir l objectif international d une division par deux des émissions mondiales de gaz à effet de serre d ici 2050, ce qui nécessite une diminution par quatre des émissions françaises. Les énergies renouvelables devront, à l horizon 2010, couvrir 10% des besoins énergétiques français. Pour cela, la loi fixe les objectifs suivants : la production intérieure d électricité d origine renouvelable à hauteur de 21% de la consommation en 2010 contre 14% actuellement (transposition de la Directive européenne 2001/77/CE du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l électricité produite à partir de sources d énergie renouvelables sur le marché intérieur de l électricité), le développement des énergies renouvelables thermiques pour permettre d ici 2010 une hausse de 50% de la production de chaleur d origine renouvelable, l incorporation de biocarburants et autres carburants renouvelables à hauteur de 5,75% d ici au 31 décembre 2010 (transposition de la Directive européenne 2003/30/CE du 8 mai 2003 visant à promouvoir l'utilisation de biocarburants ou autres carburants renouvelables dans les transports). La loi de programme sur les orientations de la politique énergétique prévoit également le maintien de l option nucléaire en France. 163

3 164 Les nouvelles sources d énergie 1 L E S D I F F É R E N T E S É N E R G I E S R E N O U V E L A B L E S Les énergies renouvelables permettent de produire de la chaleur - c est le cas du bois énergie, du biogaz, du solaire thermique ou encore de la géothermie mais aussi de l électricité avec le solaire photovoltaïque, l hydraulique et également l éolien L ÉNERGIE ÉOLIENNE F I C H E R E P È R E LES PARCS ÉOLIENS EN LORRAINE Selon l Atlas du potentiel éolien, près de 18% du territoire lorrain serait propice à l installation de parcs éoliens. Les projets lancés actuellement permettraient à la Lorraine d atteindre une puissance de 500 mégawatts d ici La ville de Téterchen a été la première ville lorraine à accueillir, en janvier 2005, six éoliennes sur le plateau du Hinterderbambush. Après un an et demi de démarches administratives, le montage des éoliennes de 127 mètres de haut a pu commencer. Ces éoliennes sont capables de produire l électricité consommée annuellement par une ville de habitants. Un projet d agrandissement du parc est prévu, permettant alors de passer d une puissance de 9 à 12 mégawatts. La Lorraine a inauguré en septembre 2005 l un des plus grands parcs éoliens développés en France : il s agit du parc Le Haut des ailes, dont la construction a débuté le 1 er juillet Ce parc s étend sur les communes d Igney, Repaix et Amencourt en Meurthe-et-Moselle, et de Foulcrey en Moselle. Les seize éoliennes situées sur les trois communes, ont une puissance totale de 32 mégawatts, permettant d alimenter en électricité près de personnes. Une telle production électrique évite le rejet de tonnes de CO 2 par an. 165 Une éolienne est constituée d un mât de 10 à 100 mètres. L énergie du vent captée par les pales, entraîne le fonctionnement du moteur ; celui-ci est couplé à la génératrice qui permet de convertir l énergie mécanique en énergie électrique. L énergie ainsi produite est distribuée au réseau via un transformateur. Pales Anémomètre Génératrice Moteur d'orientation De nombreux projets sont actuellement en cours d élaboration en Lorraine. Ils tiennent compte du meilleur emplacement possible en fonction de l intensité du vent, mais aussi, de l impact sur le paysage. Cartographie de synthèse Très favorable Favorable Le vent au large des côtes étant plus important, le développement des éoliennes en mer connaît un essor. Ce type d éolienne est nommé offshore. Mât Possible Défavorable Peu favorable Propriétés du Conservatoire des Sites Lorrains Sites Natura 2000 Cette énergie renouvelable est peu encombrante au niveau du sol. Le niveau sonore d une éolienne ne dépasse pas les 50 db à 150 mètres (cela équivaut au bruit mesuré dans un bureau) ; ce bruit devient généralement inaudible à partir de 400 mètres de l installation. Transformateur Fondations Câble d'évacuation P RINCIPE DE FONCTIONNEMENT D UNE ÉOLIENNE P OTENTIEL ÉOLIEN DE L ORRAINE Prefectures et sous-préfectures Limites départementales Source : DIREN, CSL, ARIA Technologies Réalisé par ARIA Technologies et Espace Eolien Développement

4 L ÉNERGIE SOLAIRE Le rayonnement solaire émet à la surface de la Terre une énergie de 2 à 3 kwh par m 2. Cette dernière est loin d être négligeable, et est donc mise à contribution dans le solaire thermique et le solaire photovoltaïque Le solaire thermique Le solaire thermique permet de transformer la lumière du soleil en chaleur. Les panneaux solaires permettent de récupérer cette énergie lumineuse. Ils sont constitués d une vitre, en dessous de laquelle sont disposés des tubes possédant un revêtement absorbant. Un fluide circule dans ces tubes, généralement il s agit d eau. L énergie lumineuse est ainsi captée par les absorbeurs, et retenue à l intérieur du panneau solaire grâce à la présence de la vitre, ce qui provoque un réchauffement du fluide. Ce dernier peut alors transférer sa chaleur à un autre système, comme par exemple un ballon d eau chaude sanitaire ou encore un plancher chauffant. Lac de retenue Barrage Conduite forcée Turbine Transformateur Ligne à haute tension Alternateur Canal de fuite C OUPE D UN PANNEAU SOLAIRE THERMIQUE Le solaire photovoltaïque Le solaire photovoltaïque permet de transformer la lumière du soleil en électricité. Ceci se fait à l aide de panneaux solaires photovoltaïques : il s agit en fait d un ensemble de photopiles, dont le matériau (silicium) est capable de produire un effet photovoltaïque ; c est-à-dire qu il est capable grâce à ses propriétés physiques - de transformer l énergie lumineuse en énergie électrique. L électricité est ensuite stockée dans des batteries ou distribuée sur le réseau L ÉNERGIE HYDRAULIQUE L hydraulique utilise l énergie des cours d eau ou des chutes d eau, pour transformer la force motrice de l eau en électricité. L eau par son poids et sa vitesse actionne une turbine : on a ainsi transformation de l énergie hydraulique en énergie mécanique. La turbine est reliée à un alternateur qui va permettre de passer à une énergie électrique, acheminée ensuite sur le réseau. L hydraulique est l énergie renouvelable la plus utilisée aujourd hui en France, puisqu elle représente 15% de la production totale d électricité. S CHÉMA DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D UNE CENTRALE HYDRAULIQUE Il existe également deux autres énergies qui utilisent les propriétés de l eau : il s agit de la marémotrice et de l houlomotrice, qui sont toutes deux basées sur l énergie mécanique libérée respectivement par les marées et les vagues L ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE La géothermie utilise la chaleur provenant du noyau terrestre. La température de la croûte terrestre augmente avec la profondeur, et atteint 200 C à 5000 mètres dans le soussol. Le principe de la géothermie consiste à injecter en profondeur de l eau froide sous pression 1 ; celle-ci va déplacer les roches et ainsi les fracturer. L eau va pouvoir alors circuler dans les fractures et se réchauffer au contact de la roche 2. La présence de deux puits 3 permet d extraire cette eau réchauffée, qui va enfin produire de l électricité 4 grâce à un système d échangeur thermique. La chaleur de l eau récupérée peut aussi être employée pour le chauffage d une habitation, par exemple. L eau est utilisée en circuit fermé afin de ménager les ressources et pour éviter aussi son évaporation m 2000 m 3000 m 4000 m Le potentiel de la géothermie est immense car près de 40% du soussol européen est propice à cette énergie renouvelable m P RINCIPE DE LA GÉOTHERMIE

5 L ÉNERGIE DE LA BIOMASSE Le terme de biomasse regroupe l ensemble des sources énergétiques provenant de la matière organique. Ce secteur est constitué de trois filières distinctes : les biocarburants, le bois-énergie et le biogaz Le biogaz Le biogaz est issu de la fermentation des déchets organiques en absence d air : c est ce que l on appelle la méthanisation. Il s agit d un processus naturel rencontré dans les marais, mais c est aussi un processus que l on crée au sein d installations spécifiques nommées digesteurs. Cette méthanisation peut être réalisée à partir de déjections animales, de boues de station d épuration, de certains sous-produits issus des industries agro-alimentaires ou encore sur la fraction organique des ordures ménagères. La méthanisation conduit à la formation de deux sous-produits : le biogaz composé, en moyenne, à 60% de méthane, qui va servir à fabriquer de l électricité ou/et de la chaleur, un compost totalement désodorisé : l amendement organique obtenu par méthanisation de déchets fermentescibles est utilisé comme engrais sur les cultures alimentaires, les espaces verts Schéma de principe de la méthanisation Déchets organiques Les biocarburants Il existe trois catégories de biocarburants : l alcool, les esters et les huiles végétales. l alcool provient de la fermentation des sucres contenus dans certaines plantes riches en sucre (betteraves), en amidon (pomme de terre) ou des plantes ligneuses (bois), les esters sont issus d un mélange d alcool et d huiles de graines oléagineuses (colza, tournesol), les huiles végétales sont obtenues par pression à froid et par filtration de graines oléagineuses. La production et la combustion de ces biocarburants est moins nocive pour l environnement que les carburants classiques (essence, gasoil). La directive européenne 2003/30/CE du 8 mai 2003, demande à ce que la part de marché des biocarburants atteigne 5,75% en Le bois-énergie Le bois-énergie a pour but de valoriser énergétiquement les sous-produits forestiers (branchage, petits bois ) et industriels (écorces, sciures, copeaux). La combustion du bois est neutre vis-à-vis de l effet de serre, puisque la quantité de CO2 émise lors de la combustion est réutilisée pour la croissance des arbres replantés. Cependant le bois utilisé pour ce type d énergie ne doit pas être souillé par des huiles, des graisses ou des peintures, car il est alors considéré comme un déchet dangereux, et doit, par conséquent, être éliminé dans des filières appropriées. De plus, il ne faut pas que le bois ait subi un ajout de produits de préservation, car ceux-ci contiennent des sels métalliques. La combustion d un bois souillé entraînerait donc l émission de produits parfois toxiques. Refus de criblage Méthanisation (fermentation) Pressage criblage Biogaz Production d électricité ou/et de chaleur Digestat Affinage Amendement organique Fertilisation des champs et espaces verts Déchets Traitements Résidus de traitement Valorisation des résidus

6 L H Y D R O G È N E 2.1. P R ODUCTION D HYDROGÈNE L hydrogène, élément le plus abondant sur Terre, est un vecteur énergétique qui assure une fonction de stockage et de distribution de l énergie. Selon son mode de production, l utilisation de l hydrogène peut contribuer à la limitation des émissions de gaz à effet de serre et à la réduction des émissions polluantes de toute nature. Remarque : Par abus de langage on parle d énergie hydrogène, alors que la molécule permettant de fournir de l énergie est le dihydrogène (H 2 ), c est-à-dire l hydrogène sous sa forme moléculaire. L hydrogène peut être produit de deux façons : par reformage : des molécules d hydrocarbures (notamment le gaz naturel) sont cassées afin de former un gaz de synthèse contenant entre autre de l hydrogène et du dioxyde de carbone (CO 2 ), par électrolyse d une molécule d eau : cela correspond à la rupture d une molécule d eau soumise à une quantité suffisante d électricité. On produit alors du dihydrogène et du dioxygène. Pour pouvoir rompre ces molécules (hydrocarbure ou eau) un apport énergétique est nécessaire ; or cet apport ne peut se réaliser sans la présence d énergie renouvelable, nucléaire ou encore d énergie utilisant les matières fossiles. Cette dépendance énergétique explique en partie pourquoi l hydrogène se distingue des énergies renouvelables ; et contrairement à ces dernières, l hydrogène n est pas directement accessible étant donné que l on doit, au préalable, utiliser d autres molécules et leur faire subir quelques réactions A V ANTAGES ET INCONVÉNIENTS La combustion d hydrogène est certes propre, toutefois la fabrication de celui-ci engendre quelques inconvénients. En effet la première technique de production d hydrogène (le reformage), nécessite d une part la consommation d énergies fossiles mais entraîne d autre part la formation de sous-produits, et notamment du dioxyde de carbone. Ce dernier étant un des principaux gaz à effet de serre, il faudrait l emprisonner dans les couches géologiques lors du reformage ; or, ceci nécessiterait de nombreuses études qui commencent seulement à voir le jour. Quant au deuxième mode de fabrication de l hydrogène (l électrolyse d une molécule d eau), bien qu il n émette aucun gaz à effet de serre, il reste relativement onéreux. Par ailleurs, le problème de l acheminement, de la distribution et du stockage de ce gaz se posent : les canalisations ou les citernes de stockage utilisées actuellement pour l essence ou le gaz, ne seraient pas adaptées à l hydrogène du fait de sa trop grande volatilité. De plus, l hydrogène étant liquide à très faible température (-253 C), le passage à cet état impliquerait une importante consommation énergétique. Enfin, l hydrogène est un gaz particulièrement explosif. En dépit de quelques inconvénients, l hydrogène reste comme les énergies renouvelables précédemment présentées une énergie propre, dans la mesure où sa combustion ne produit aucun bruit, ni aucun polluant atmosphérique A PPLICATION : LA P ILE À C OMBUSTIBLE (PA C) La Pile à Combustible (PAC) est l exemple d utilisation de l hydrogène le plus connu et celui qui connaît le plus grand essor. La PAC correspond à une réaction chimique à partir de dihydrogène et de dioxygène. Ces deux molécules vont produire simultanément de l eau, de l électricité et de la chaleur. Les PAC sont donc des convertisseurs, puisqu elles assurent une production d électricité à partir de molécules. Il existe différents types de PAC en fonction de la nature des réactifs intervenant dans la réaction chimique, de la température à laquelle se déroule la réaction Ceci permet d avoir des utilisations diverses aussi bien pour le chauffage, le transport que pour les téléphones et ordinateurs portables. Les PAC les plus performantes possèdent un rendement de près de 50%. Cependant le développement de ces PAC reste au stade expérimental, et quelques points sont encore à améliorer : le coût de la PAC reste encore très élevé, le volume et le poids de la pile sont trop importants pour pouvoir utiliser les PAC dans les appareils portables ou dans les voitures, le temps de vie des PAC est assez limité ; néanmoins peu d informations relatives au sujet sont disponibles à ce jour, puisque les PAC existantes ne sont pour l instant que des prototypes.

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