ASSANA Roxane COURCELLE Sandra DEBRUYCKERE Amaury GOOSSENS Meryem

ASSANA Roxane COURCELLE Sandra DEBRUYCKERE Amaury GOOSSENS Meryem 2009/2010 1

Thème : Environnement et progrès. Problématique : Quel avenir ont les énergies renouvelables dans une maison? Sommaire : Introduction : Généralités sur les énergies, et la maison type étudiées page 3 1) Les éoliennes page 4 1.1. Généralités 1.1.1. Un peu d histoire 1.1.2. Les différentes éoliennes de nos jours 1.2. La composition 1.3. Puissance d une éolienne domestique 1.4. Leur coût 1.5. Inconvénient avantages et recyclage des éoliennes 2) Les panneaux solaires. page 8 2.1. Le panneau solaire photovoltaïque 2.1.1. Histoire des panneaux solaires photovoltaïques 2.1.2. Sa composition 2.1.3. Fonctionnement et appareils à utiliser 2.1.4. Avantages, inconvénients et coût 2.2. Quelques mesures 3) Les pompes à chaleurs page13 3.1. Leur histoire 3.2. Les différentes pompes à chaleur 3.3. Le fonctionnement 3.3.1. Les deux différents fonctionnements 3.3.2. Les différents systèmes 3.4. Du point de vue économique 3.5. Les avantages et inconvénients 4) La biomasse page 18 4.1. Fonctionnement 4.2. Coût 4.2.1. Coût en combustibles 4.2.2. Coût de l équipement 4.3. Les inconvénients et avantages 5) L Expérience page 21 6) Conclusion page 26 Annexe : Lexique et sources. page 27 2

La maison et les énergies renouvelables étudiées. La maison avec laquelle nous avons travaillée est de norme RT 2005, sa surface est d environ 100 m², avec deux niveaux et est indépendante. L énergie utilisée pour la maison est l électricité. Sa consommation annuelle est d environ 12 708 kwh*. (Consommation estimée par EDF). Un bâtiment de norme RT 2005 consomme 85kWh/m²/an de chauffage, cette maison consomme alors 8500kWh/an pour se chauffer. La norme RT 2005, qu est-ce que c est? : Cette norme doit être appliquée à toutes les constructions neuves. Son principal but est de réduire les consommations d énergie et les émissions de gaz à effet de serre de tous les bâtiments. Notre étude s est focalisée sur des énergies renouvelables accessibles à chaque propriétaire : - Les éoliennes - Les panneaux solaires - La géothermie - La biomasse Les raisons pour lesquelles les habitants souhaitent de plus en plus s approvisionner en énergie grâce aux nouvelles énergies sont multiples Dans quel but utiliser les énergies renouvelables? Du point de vue de : L utilisateur. À l utilisateur Niveau des coûts des consommations Energies renouvelables Limiter son budget énergétique. 3

Du point de vue de : L écologiste À l écologiste Niveau de rejet de CO 2 Energies renouvelables Limiter le rejet de gaz à effet de serre et la pollution. 1) Les éoliennes. Contrairement à ce que l on pourrait penser, le vent est une énergie issue du soleil. En effet, le rayonnement solaire réchauffe inégalement la surface de la terre, créant ainsi des zones de température, de densité et de pression différente. Les vents sont les déplacements d'air entre ces différentes zones. L éolienne est un système qui utilise la force motrice du vent. Elle permet de transformer la force cinétique du vent en énergie électrique. Qu est ce que l énergie cinétique? C est l énergie engendrée par un élément extérieur. 1.1. Généralités 1.1.1. Un peu d histoire Les premiers moulins à vent ont été construits au VIIe siècle en Afghanistan et vers 1100 en Europe (ils servaient à pomper l eau pour moudre le blé). En 1888, Charles F. Brush construit une petite éolienne pour alimenter sa maison en électricité avec un stockage par batterie et accumulateur. 4

1.1.2. Les différentes éoliennes de nos jours. On peut considérer deux types d éolienne : les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical. - Eolienne à axe horizontal : Ce sont les éolienne les plus utilisées aujourd hui (notamment pour la production d électricité et alimenter le réseau de distribution). Elles sont en forme d hélice et sont pourvues de deux ou trois pâles. - Eolienne à axe vertical : Elles sont adaptées à tous types de vents et ne nécessite pas de dispositif d orientation. Les éoliennes à axes horizontal étant les plus répandues, nous avons donc centré notre étude sur ce type d éolienne. L énergie éolienne est l énergie la plus dynamique dans le monde surtout dans l Union Européenne où la production d électricité éolienne a augmenté de 37.8% par an en moyenne de 1993 à 2002 et de 28.9% en moyenne entre 2003 et 2004. 1.2. Composition Une éolienne est composée : D une nacelle qui contient les principaux composants d'une éolienne (le multiplicateur, la génératrice). Nacelle D une tour supportant la nacelle et le rotor. Sa hauteur varie en fonction de ce qu elle doit supporter et de l endroit où elle est placée. (Il est préférable d avoir une tour haute car la vitesse du vente augmente plus la hauteur est importante.) Il existe deux types de tours : tubulaire et treillis. Les tours tubulaires sont plus sûrs pour le personnel de service puisqu il leur est possible d atteindre la nacelle de l intérieur. Tour Tubulaire D un rotor qui est composé généralement de 3 pales à inclinaison variable, elles mesurent entre 20 et 40 mètres de long. Lorsque le vent frappe celles-ci, elles tournent lentement mais dégagent beaucoup de force. Le rotor est composé, généralement, de 3 pales à inclinaison variable. Elles mesurent entre 20 et 40 mètres de long. Quand le vent les frappe, elles tournent lentement mais dégagent beaucoup de force. Les pales captent alors le vent et transfèrent sa puissance au moyeu du rotor. Elles peuvent être en fibre de verre renforcée qui les rendent plus légères et plus solides. D un multiplicateur qui permet de décupler la vitesse du rotor qui a un mouvement lent. Le multiplicateur permet donc d accélérer le mouvement et convertis cette force en vitesse. Il a un rôle majeur dans le mécanisme car pour créer de 5

l électricité, il faut qu il tourne très vite. (Par exemple : quand le rotor fait 22 tr/min, le bras situé à sa sortie fait lui 1500 tr/min.) Plus son diamètre est petit, plus le coefficient de multiplication est grand. D une génératrice (ou alternateur), qui crée de l électricité quand elle tourne. Elle est reliée au multiplicateur qui transmet la force du rotor (comme une dynamo). Elle est généralement asynchrone (elle ne tourne pas au même rythme, en décalée). D un transformateur qui permet de transformer l électricité brute produite par l éolienne. Cette énergie a donc ensuite besoin d être en quelque sorte la filtrer et la stabiliser pour qu elle puisse être utilisée. D un système de commande qui comporte un ordinateur qui permet de surveiller en permanence l état de l éolienne. Il permet aussi de contrôler son système d orientation grâce à une Girouette (qui indique la direction du vent), le système de commande oriente alors au mieux l éolienne. D un système d orientation car l éolienne doit toujours être face au vent pour produire un maximum d électricité. C est le rôle de ce petit moteur qui entraîne une grande roue crantée (appelée «couronne»). D un anémomètre (il fait partie de la nacelle) qui mesure la vitesse du vent et transmet ses informations au système de commande. L ordinateur sait alors si le vent souffle suffisamment pour mettre en route l éolienne ou si, au contraire, il faut la stopper parce qu il souffle trop fort. D un disque de freinage qui permet l arrêt total de l éolienne, il assure alors la sécurité en cas de problème. De plus il est déclenché à un seuil prédéterminé qui est capté par l anémomètre. Le frein est relâché lorsque le vent baisse d intensité. 1.3. Puissance d une éolienne domestique. La puissance des petites éoliennes est comprise entre 100Watt et 20kW et leur hauteur varient de 10 à 35m (au dessus de 12m de hauteur et de 5m de diamètre, un permis de construire est requit). Elles utilisent un système de stockage par batteries afin de stocker l énergie. Les petites éoliennes sont en générale à axe horizontal et comportent une hélice dotée de 2 ou 3 pales et ont une puissance comprise entre 100W à 20KW. 6

1.4. Leur coût. Le prix des éoliennes varie avec leur puissance ainsi qu en fonction des facteurs suivants : le type et de la taille de la turbine. Une turbine avec un diamètre de rotor plus important, mieux adaptée aux zones à vent plus faible, est plus chère qu'une éolienne adaptée au vent fort (diamètre de rotor plus faible); le type de fondation; le type et de la capacité des batteries ou de la longueur du câble à tirer pour se relier au réseau. Le prix d une éolienne varie selon le type et sa puissance nominale. A titre indicatif celui-ci varie entre 600 pour le plus petit model (éolienne domestique) et 100 000 pour une éolienne industrielle. Une éolienne terrestre de 400W coûte 799.00 euros. Le coût d une éolienne est généralement amorti au bout d une quinzaine d années. 1.5. Inconvénients, Avantages et Recyclage des éoliennes En étudiant les éoliennes nous avons pu dénombrer quelques inconvénients majeurs : - Le bruit : Il est souvent considéré comme une contrainte à cause des anciennes éoliennes à rotation rapide (elles produisaient un sifflement perceptible à longue distance). Mais de nos jours au pied d une éolienne moderne (55 db), le bruit le plus gênant est celui du vent et non pas celui de l éolienne. - La rentabilité : Elle dépend beaucoup du lieu d implantation de l éolienne. Les éoliennes ne peuvent fonctionner que lorsque le vent dépasse 14km/h et n excède pas 90km/h. Entre ces deux valeurs on fait varier l angle des pales pour optimiser la puissance fournie. Une éolienne a un fonctionnement optimal si les vents sont réguliers et fréquents. - Le coût et la durée de vie : Le coût d une éolienne est relatif selon le model ainsi que l installateur. Mais il est relativement élevé pour une durée de vie moyenne de 20 ans pour les éoliennes modernes (le coût de l éolienne est généralement amortis au bout de 10 à 15 ans) - Administration : une éolienne mesurant plus de 12m de hauteur nécessitera un permis de construire. Les éoliennes sont souvent critiquées pour leur impact visuel dans le paysage, c est pour cela qu elles sont majoritairement implantées en campagne et bords d autoroute pour ne pas dénaturer le paysage. Les points positifs avec cette énergie verte sont qu elle est inépuisable, gratuite et abondante. Elle ne produit pas de pollution, mais la question qui se pose reste à propos du recyclage de l appareil en fin de vie. Une éolienne est composée principalement de cuivre, fer, acier, aluminium, plastique, zinc, fibre de verre, béton (pour les fondations) et parfois de plomb. De tout ces éléments, la majeur partie est recyclable (98%) et ne représente donc aucun danger pour l environnement. Les 2% restant sont du à la fibre de verre qui elle, devra être déposée dans un centre d'enfouissement. 7

2) Les panneaux solaires. Il existe deux sortes de panneaux solaires : - Les panneaux photovoltaïques, qui produisent de l électricité. - Les panneaux thermiques qui eux produisent de la chaleur (soit par capteurs à air ou par capteurs à eau). Panneau Photovoltaïque Panneau solaire thermique Notre étude s est centrée sur les panneaux solaires photovoltaïques car nous souhaitons produire de l électricité pour alimenter la maison type. 2.1 Le panneau solaire photovoltaïque. La Terre reçoit de l énergie solaire et elle en reçoit suffisamment pour alimenter en énergie la planète entière grâce à des panneaux solaires photovoltaïques. Il faudrait équiper seulement 5% de la surface des déserts avec des panneaux solaires pour pouvoir produire assez d énergie pour la planète. Le problème est que le soleil n est pas toujours disponible comme la nuit par exemple. 2.1.1 Histoire des panneaux solaires photovoltaïques. Le silicium est un matériau semi-conducteur, il possède la capacité de générer de l électricité quand il reçoit de la lumière : c est l effet Photovoltaïque, découvert par Becquerel en 1839. Par la suite ce procédé fut mis en application, grâce à des cellules photovoltaïques qui sont composées de Silicium. Cellule Photovoltaïque Le premier panneau solaire a été construit par des chercheurs de Bell Téléphone en 1955, son coût étant élevé il ne fut utilisé que pour les satellites en 1959. 8

Les panneaux photovoltaïques servent aussi pour aliment er en énergie des îles peu peuplées, ou des habitations en pleine montagne, ou même les satellites. Un homme a mis au point un avion «Solar Impulse» solaire, il souhaite faire le tour du monde à bord de cet avion équipé de panneaux photovoltaïques. Aujourd hui, il existe dans certains pays des centrales solaires. Les systèmes solaires de production d énergie ne cessent de progresser. Ainsi, il existe une peinture solaire, (son rendement est très faible), des panneaux de nouveaux type qui sont très fins (4 mm d épaisseur) et flexibles ou encore la tuile photovoltaïque. Panneau solaire flexible Tuile photovoltaïque Des panneaux solaires bi-verres peuvent aussi être fabriqués sur-mesure. Ils sont composés de deux plaques de verre entre lesquelles on vient insérer des cellules photovoltaïques. L opacité du panneau dépend donc du nombre de cellules photovoltaïques qu il contient. Leur design permet donc de les mettre en façade ou de les utiliser comme verrières. Cela permet d avoir une surface de cellules beaucoup plus importante qu auparavant, donc de produire plus d énergie tout en laissant aux architectes la liberté de jouer avec la luminosité dans leur bâtiment. Par exemple, la gare centrale de Berlin en a été équipée. Ministère fédérale de l'économie à Berlin Panneaux solaires transparents 9

2.1.2 Sa composition Un panneau solaire classique (appelé Tedlar) est composé : - d un cadre en aluminium - de cellules photovoltaïques - d une grille métallique - et d un isolant (verre trempé, ) Le photovoltaïque est une technologie permettant de convertir l énergie solaire en énergie électrique par l intermédiaire de cellules photovoltaïques. Un panneau solaire est un assemblage de cellules photovoltaïques en silicium. Celles-ci sont mises en série pour obtenir une tension normalisée de 12V ou 24V. Les cellules sont ensuite moulues dans une feuille de polymère (Eva). Au dessus de cette feuille vient alors une plaque de verre pour pouvoir isoler les cellules. Cet ensemble est par la suite encadré d un cadre en aluminium. Un module photovoltaïque est en général de forme rectangulaire, de quelques millimètres d épaisseur et pèse environ 10kg (pour un module de 1m²). Ces panneaux solaires ont une durée de vie d environ vingt-cinq ans. L énergie photovoltaïque est une technologie permettant de convertir l énergie solaire en énergie électrique par l intermédiaire de cellules solaires. Chaque cellule comporte du silicium qui au contact de l énergie solaire envoi des électrons dans le circuit électrique, qui ensuite passent dans un onduleur et produit de l électricité. Les cellules sont reliés entre-elles, en série ou en parallèle. Il existe dans certains pays des centrales solaires. La durée de vie d un panneau solaire est d environ 25 ans. 10

2.1.3 Fonctionnement et appareils à utiliser. Chaque cellule photovoltaïque est en fait composée de deux couches différentes : - une couche qui possède moins d électrons que le Silicium, elle est dopée au Bore. Cette couche est donc positive. - Une couche qui possède plus d électrons que le Silicium, elle est dopée au Phosphore. Cette couche est donc négative. Lorsque les photons de la lumière incidente traversent ces deux couches, ils créent alors une différence de potentiel, soit de l énergie. L énergie qui est alors produite est collectée grâce à une grille métallique très fine. Un onduleur L énergie ainsi produite est transmise vers un onduleur qui transforme le courant continu en un courant alternatif. (Courant utilisé pour les appareils domestiques). Quelqu un souhaitant produire de l électricité grâce au soleil doit aussi s équiper d une batterie qui stockera le surplus d énergie produit, mais les batteries ont une durée de vie plutôt faible, et perdent une légère partie de l énergie qui est stockée. Les panneaux photovoltaïques peuvent être installés partout en France. Bien sûr il y a différentes zones d ensoleillement (comme nous pouvons le voir sur la carte ci-contre). Un panneau solaire installé à Lille produira alors moins d électricité qu un autre installé à Nice. Le plus important dans l installation d un panneau solaire est son orientation, il est préférable que celui-ci soit orienté plein Sud. 11

2.1.4 Avantages, inconvénients et coût. L énergie photovoltaïque est inépuisable, bien que peu développée pour l instant. Son avenir semble assuré en raison de l augmentation des prix des énergies fossiles qui se font de plus en plus rares. Les particuliers qui produisent de l électricité grâce à des panneaux solaires peuvent l injecter sur le réseau électrique et de cette manière, être «payés». L ADEME, aide au financement d une installation de panneaux solaires (60% du coût), de plus lorsque l on est équipé de panneaux solaires on a le droit à un crédit d impôts. Mais cette énergie nous expose à plusieurs inconvénients : - Le prix des panneaux solaires et de leur installation reste élevé. - Les conditions météorologiques ne sont pas toujours et partout clémentes. - Les panneaux doivent être correctement orientés pour avec une production optimale - Le panneau ne produit de l énergie que le jour. - Leur durée de vie n est pour l instant que d environ 25 ans. - Il faut changer en moyenne tous les 10 ans l onduleur. - La fabrication des panneaux nécessite beaucoup d énergie (en particulier pour le premier traitement du silicium, qui celui-ci rejette du tétrachlorure de silicium et le chlore, des substances qui sont particulièrement toxiques). La question majeure reste celle du recyclage, elle reste la partie la plus gênante car pour l instant en France aucun site de traitement des panneaux photovoltaïques en fin de vie n est réellement implanté. Cependant on sait qu il est possible de les faire fondre totalement pour séparer leurs composants. Le silicium est ensuite purifié pour être réutilisé pour de nouveaux panneaux. Le coût d installation d environ 1m² de panneau solaire avoisine les 1000 il faut ensuite rajouter à cela les coûts des travaux de raccordement au réseau qui varient selon l option d installation des panneaux, entre 400 et 1500. A cela il faut aussi rajouter le prix d un onduleur qui est d environ 1500. 12

2.2 Quelques mesures. Nous avons en TPE travaillé avec un panneau solaire, composé de 72 cellules de Silicium monocristallin, chaque cellule fait 12.16 cm², soit une surface totale de 875.52cm². Nous avons effectué avec celui-ci des mesures dans le labo, avec la luminosité produite par l éclairage de la pièce Par la suite nous avons effectué des mesures lorsque les conditions météorologiques étaient mauvaises. L installation Angle d inclinaison du panneau Ensoleillement (103Lux) Tension (V) 0 15 31 51 90 7.5 5.4 4.5 3 10.5 18 17 17.4 16.8 15.45 Grâce à ces mesures, on remarque alors que l ensoleillement reçu par le panneau solaire n influe pas sur la tension qu il est capable de produire. 13

3) Les pompes à chaleur. Les pompes à chaleur permettent de capter et d utiliser l énergie de l air, de l eau des nappes souterraines ou du sol, que nous procure le soleil. La pompe à chaleur peut s adapter à toutes sortes d habitat, maison, appartement, construction neuve ou à rénover. Certaines pompes à chaleur sont réversibles, c'est-à-dire qu elles peuvent servir l été de climatisation par simple pression sur un bouton qui inverse le fonctionnement. Mais elles nécessitent un contrat d entretien pour vérifier leur bonne activité. 3.1. Leur histoire. Les pompes à chaleur trouvent leurs origines dans les machines à réfrigérées, en 1859 François Ferdinand Carré réalise la première installation industrielle avec de l éther comme réfrigérant. En 1928, Carrier créa le «Weathermaker» qui ouvre alors un large marché des pompes à chaleur à usage privé comme collectif. La pompe à chaleur ne connaît son essor que dans les années 1980 grâce aux nouvelles techniques et principalement à la création du forage géothermique. De nos jours la pompe à chaleur s impose de plus en plus grâce à son côté écologique et ses atouts économiques. 3.2. Les différentes pompes à chaleur et leur composition. Il existe deux types de pompes à chaleurs, les pompes à chaleur géothermique et les pompes à chaleur aérothermiques. La pompe à chaleur est composé d un circuit fermé et étanche qui sert à faire circuler un fluide frigorigène mis en mouvement par un compresseur électrique. 14

La composition et le principe de fonctionnement : L'appareil, qui prélève de la chaleur à la source froide grâce au circuit de captage, dispose de quatre organes principaux : 1. le condenseur (source chaude) : C est un échangeur thermique qui permet de restituer les calories créées qui sont transmis au chauffage 2. le détendeur : il abaisse la température du fluide pour que celui-ci récupère ensuite de nouvelles calories. 3. l'évaporateur (source froide) : il permet de récupérer les calories de l environnement. 4. le compresseur : actionné par un moteur électrique. Il comprime le fluide frigorigène afin d élever sa température. Les pompes à chaleur sont décrites par le rapport entre la puissance thermique de leur machine et sa consommation électrique c est le coefficient de performance. Le COP est le nombre de kwh produit pour 1 kwh consommé. Ainsi une pompe à chaleur ayant un COP égal à 3 produit 3 kwh de chaleur sur 1Kwh consommé. Pour obtenir 120 kwh de chaleur, il faudra consommer 40 kwh avec une pompe à chaleur de COP égal à 3 mais consommer seulement 30 kwh avec une pompe à chaleur de COP égal à 4. 3.3. Le fonctionnement. 3.3.1 Les deux différents fonctionnements. La pompe à chaleur géothermique : Les pompes géothermiques valorisent les calories du sol, ou de l eau des nappes, par le biais de réseaux de capteurs, de sondes, ou de forages d eau. Ce type de pompe à chaleur est très performant quelle que soit la température hivernale. En effet, les capteurs sont installés à la profondeur requise pour que la température y soit à peu près constante toute l année et toujours suffisante. 15

La pompe à chaleur aérothermique : Le fonctionnement d une pompe à chaleur aérothermique est semblable à celui d un réfrigérateur. Un réfrigérateur prélève de la chaleur à l intérieur pour la rejeter à l extérieur. Une pompe à chaleur prélève la chaleur dans l environnement extérieur puis la transmet à l intérieur du logement. 3.3.2 Les différents systèmes. Air/Air : Les calories sont captées dans l air extérieur (jusqu à -15 C pour certain appareil) et sont restituées dans l air ambiant du logement par des unités intérieurs (murales, plafonnière, ) Air/Eau : Les calories sont captées dans l air extérieur (jusqu à -150c pour certain appareil) et sont restituées dans l air ambiant du logement par un plancher chauffant. Sol/Eau : Les calories sont captées dans le sol par un réseau de tubes enterrés à faible profondeur (1 mètre environ). La surface de terrain doit être d environ 1.5 fois la surface à chauffer. Bien sûr l installation des tubes enterrés ne peut se faire qu en l absence de racines profondes. 16

3.4 Du point de vue économique. La pompe à chaleur permet d économiser jusqu à 75% d énergie (en hiver) par rapport à un chauffage classique. En moyenne pour couvrir 100% des besoins, une pompe à chaleur consomme 30% d énergie électrique, les 70% restants étant puisé dans la nature. Le prix d une pompe à chaleur peut aller de 12 000 à 16 000. Le coût de l installation du réseau de capteurs est de l ordre de 20 HT/m² de capteur, soit 40 HT/m² de surface habitable. Ce coût n est pas pris en compte dans le crédit d impôt. La pompe à chaleur géothermique qui puise leur chaleur dans le sol ne peut être installée que par forages verticaux ou horizontaux. Il faut ajouter pour les pompes à chaleur géothermiques le prix du forage qui dépend de l installation du capteur. Si c est un capteur vertical le prix du forage peut-être plus important que celui des forages horizontaux. Les forages horizontaux nécessitent une profondeur de 1 mètre mais doivent être effectués sur 1.5 à 2 fois la surface de la maison. Pour un forage vertical on calcul la profondeur grâce à cette formule : Profondeur (m) = surface habitable (m²) x 0,85 3.5 Les avantages et inconvénients. Les avantages : - la pompe à chaleur est réversible et permet de remplacer la climatisation en produisant du froid. - son système ne produit pas d odeur comme une chaudière à fioul par exemple - il n y a pas de rejet, donc pas besoin d un conduit d évacuation - un crédit d impôt permet d alléger les dépenses d installation. Les inconvénients : - le prix de l installation est relativement élevé (mais il est vite amorti par le gain de lié à la consommation) - le coût d installation des capteurs verticaux est très élevé (7 à 10 000 pour 100m²) - pour les capteurs horizontaux il est impossible de planter des arbres à proximité du réseau et il faut avoir un grand jardin 17

4) La biomasse La biomasse est la première source d énergie avec 77% du totale des énergies renouvelables mondiales. La biomasse a une part de 8% de la production mondiale d électricité d origine renouvelable en 2007 (soit 217,9 millions kwh). Le bois énergétique matérialiser par des bûches, des granuler et des plaquettes sont de très loin la première source d énergie biomasse. Chaudière à Granules de bois. La Biomasse c est l ensemble de la matière végétale, mais aussi une véritable réserve d énergie. Elle permet de produire de l énergie par combustion dans une chaudière, ou par méthanisation du biogaz. L avantage avec la biomasse est que c est une source d énergie renouvelable et inépuisable à condition de bien gérer les forêts, de plus, son prix est compétitif et varie rarement. De plus cette énergie rejette peu de CO2, la quantité qu elle rejette est la quantité absorbée par les arbres pendant leur croissance. La biomasse peut être obtenue à partir : - de granulés de bois - de bûches de bois - de copeaux de bois - de bagasse (résidu fibreux de canne à sucre) - de résidus verts domestique. Notre étude s est centrée sur la combustion de la biomasse dans une chaudière grâce à des granulés ou des bûches de bois. 18

4.1 Fonctionnement. Pour produire de l énergie grâce à la biomasse il faut brûler celle-ci pour obtenir de la chaleur, généralement elle est brûlée dans une cheminée, une chaudière, une poêle. Dans la cheminée le bois est brûlé créant ainsi de la chaleur réchauffant la pièce où il est implanté et les pièces à coter mais moins. Dans une chaudière le bois ou les granuler de bois remplace le gaz ou le fuel. Cheminée Poêle 4.2. Coût. 4.2.1 Coût en combustibles. Pour chauffer une maison de 100m² et de norme RT 2005 il faut 8500 kwh/an Le bois compacté produit 5.2kWh/kg. 1 5.2 x 8500 x=8500/5.2=1635kg/an Il faut 1635kg pour chauffer une maison de norme RT 2005 pendant 1 an. Son prix est de 480 par tonne 480*1.635=784.8 dans un magasin, dans un autre son prix est de 3,90 le carton de 9kg donc pour 1635kg cela coûte (1635*3,90)/9=708,5 En moyenne pour se chauffer avec du bois compacté, il nous faut un budget de 700 par an. Les granulés en vrac coûtent 0,028 le kwh 1kWh 0.028 8500kWh x x= 8500x0.028=238 Soit pour chauffer une maison de normes 2005 pendant 1 an cela coûte 238 de granuler de bois. 19

4.2.2. Coût de l équipement. Les prix pour les chaudières à granulés de bois restent relatifs selon le fabricant, mais nous pouvons situer leur prix autour de 15000, (Une chaudière à granulés de bois coûte environ 16000 information provenant de Kbane) Chaudière à granulés de bois Hargassner : 4.3. Les inconvénients et avantages. La biomasse est considérée comme l'énergie la moins cher du marché, et la plus simple à acquérir. L'inconvénient majeur reste le prix d'une chaudière. Le problème qui peut se poser est celui de la gestion des forêts, car si nous voulons avoir en permanence la possibilité d'utiliser la biomasse comme énergie, il faut que les forêts où le bois est prélevé soient correctement gérées. Il faut aussi penser à l'entretien de la chaudière car les cendres générées par la combustion de la biomasse peuvent encrasser le système, ou la chaudière doit avoir un système de nettoyage automatique. Le problème majeur est celui du stockage de la biomasse, car celle-ci doit être stockée à l abri de l humidité car si celle-ci est en contact avec la biomasse, elle nuira alors à la capacité de la biomasse. Mais il faut aussi une grande quantité de biomasse pour chauffer un domicile, c est pour cela qu il est difficile de la stocker. 20

5) L expérience Nous savons que la production d électricité d un panneau solaire dépend de beaucoup de facteurs. Nous avons cherché à démontrer par l expérience que l angle d incidence des rayons du soleil sur le panneau solaire est l un d entre eux. Pour cela, nous avons utilisé comme équipement : un panneau solaire d une longueur de 38.5cm, un voltmètre branché aux bornes du panneau solaire ainsi qu une barre de fer que nous avons graduée. Nous avons tout d abord mesuré l ombre portée par la barre de fer. Ensuite nous avons incliné le panneau solaire en fonction de cette barre ce qui nous a permis de faire des mesures à différents degrés d inclinaisons. Grâce ces mesures nous avons pu obtenir un tableau de valeurs et tracer des graphiques, qui une fois interprétés nous permettront de conclure sur l importance de l angle d inclinaison. Le panneau solaire a une longueur de 38,5 cm. ß = tan -1 R l 21

α = sin -1 h 38, 5 Nous avons pu étudier deux cas différents : Lorsque α + ß > 90 Alors x = α + ß- 90 L angle d incidence des rayons : γ = 90 + x 22

Lorsque α + ß < 90 Alors x = 90 - (α + ß) L angle d incidence des rayons, γ = 90 - x Matériel utilisé : barre graduée, panneau solaire et voltmètre. Mesure de l ombre portée 23

L installation Mesures Mesures 24

Angle d'incidence des rayons (en ) α (en ) Tension (en V) 30 0 20 45 15 21,1 53 23 21,17 61 31 21,22 71 41 21,25 5 51 21,25 95 65 21,17 119 90 21 21,4 Tension en fonction de l'angle d'incidence des rayons solaires 21,2 Tension (en Volt) 21 20,8 20,6 20,4 20,2 20 19,8 0 20 40 60 80 100 120 140 Angle d'incidence des rayons (en ) On constate alors que selon l angle d incidence des rayons solaires sur le panneau, la tension produite varie. Sachant que la production d électricité est optimale lorsque les rayons arrivent à 90 sur le panneau, on peut constater ici que ce n est pas le cas. La tension varie très peu lorsque l angle d incidence est compris entre 45 et 119. 25

Tension en fonction de l'inclinaison 21,4 21,2 21 Tension ( en Volt ) 20,8 20,6 20,4 20,2 20 19,8 19,6 19,4 19,2 0 15 23 31 41 51 65 90 Inclinaison ( en ) On remarque ici que la tension varie d environ 1,2V selon l inclinaison du panneau. On peut donc dire que l inclinaison optimale de notre panneau solaire est comprise entre 23 et 51. Dans la littérature, la valeur d inclinaison optimale qui est indiquée est 30. 6) Conclusion Nous sommes de plus en plus sensibilisés à la préservation de l environnement, sachant que les moyens de produire de l électricité sont de manière générale polluante. C est pour cela que les énergies renouvelables sont de plus en plus présentes dans notre quotidien. Il est d ailleurs possible de posséder une maison autonome (en électricité) grâce aux énergies renouvelables, ces maisons sont dites passives car elles ne consomment que l énergie qu elles produisent. Mais, malgré les évolutions des énergies vertes, leur prix reste très élevé tout comme celui de leur entretien, ce qui empêche parfois l équipement des habitations. De plus leur durée de vie est encore considérée comme faible (environ une vingtaine d années pour les panneaux solaires et les éoliennes). Cependant nous pouvons dire que les progrès scientifiques et techniques, ainsi que l intérêt grandissant pour l écologie, réservent un avenir prometteur aux énergies renouvelables dans les maisons, et ce principalement pour les énergies les plus populaires comme les panneaux solaires ou les éoliennes. Les autres sources d énergies renouvelables gagnent elles aussi à être connues. De plus le nouveau design des équipements permet leur bonne intégration au paysage et à l habitation. Cela pourra inciter des personnes à s en équiper. 26

Lexique : Le Kilowattheure (kwh) est une unité d énergie, qui correspond à l énergie consommé par un appareil de 1000W pendant 1 heure. Calorie : est une unité «pratique» de quantité de chaleur adoptée par les chimistes. Sources : Livre : Et si on vivait autrement? Les énergies renouvelables - De «Nature et découvertes.» Sites : http://weole-energy.com/ http://www.economiesolidaire.com http://www.bati-depot.fr/solaire/photovoltaique.html http://www.architecteo.com/pompes-a-chaleur.html http://www.scheutensolar.com/media/raw/optisol_b2b_franz_rz.pdf http://sylv1mus.idoo.com/tpeeoliennes.php http://www.fnh.org/francais/doc/en_ligne/energie/intro.htm http://www.curiosphere.tv/spheres/developpement-durable http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations/les_incollables_sur_les_energies http://jeunes.edf.com/ http://www.futura-sciences.com http://www.actu-environnement.com http://www.kbane.com http://www.ekopedia.org 27