Tout le monde connaît les énergies solaire, éolienne et hydroélectrique. La géothermie et la biomasse sont également généralement bien connues, bien que peut-être moins dans les détails. Biogem A/S, filiale de négoce de gaz de Fremsyn, a pour mission de soutenir les usines de biogaz, de la conception à la certification et à l'approvisionnement. Mais il existe de nombreuses technologies spécifiques de production d’énergie renouvelable qui restent quelque peu obscures pour le grand public. Sans aller trop loin dans la théorie, plongeons-nous dans les idées qui se cachent derrière celles-ci.
A. L'énergie marémotrice
Plongeons-nous, vous l'avez ? L’océan est vaste et recèle un immense potentiel énergétique. L'énergie marémotrice exploite le mouvement incessant des eaux océaniques pour produire de l'électricité. L’une des principales méthodes consiste à installer des barrages dans les estuaires côtiers pour capter les marées au fur et à mesure qu’elles vont et viennent. Lorsque la marée monte, les portes s'ouvrent, les turbines tournent et le barrage se remplit. Ensuite, les vannes se ferment et l'eau stockée est libérée, entraînant les turbines en fonction de la demande. Globalement, le principe est très proche de l’hydroélectricité fluviale, mais avec des phases bien définies, et imposées par l'environnement - ou la Lune. Pour permettre une technologie similaire le long des côtes plutôt que dans les estuaires, une saillie en forme de T à partir de la côte peut être construite, créant un différentiel de marée entre les deux côtés, générant un flux activant des turbines.
Une autre approche, le générateur à courants marins (ou tidal stream generator), s'inspire des écosystèmes marins, en déployant des turbines agissant comme des moulins à vent aquatiques. Elles sont entraînées par les forts courants, produisant ainsi de l'électricité. Les principaux inconvénients de l’énergie marémotrice sont ses impacts environnementaux sur les habitats marins, la faible présence d'environnements adéquats, ainsi que ses coûts initiaux élevés et sa longue planification. Un problème important qui peut survenir est l’envasement, c’est-à-dire l’accumulation de sédiments réduisant leur efficacité.
B. L'énergie houlomotrice
Ce terme englobe en réalité un ensemble de technologies très différentes ayant pour objectif commun d’utiliser les vagues, d’une manière ou d’une autre, pour produire de l’électricité. La colonne d'eau oscillante (ou oscillating water column), composée de chambres partiellement immergées avec un toit, est particulièrement prometteuse. Lorsqu’une vague atteint le système, l’eau remplit la chambre, chassant l’air vers l’extérieur, ce qui active une turbine. Ce système est relativement robuste et simple, ce qui le rend adapté à de nombreux endroits. Il peut cependant facilement interférer avec la vie marine, piégeant des organismes à l’intérieur ou créant une pollution sonore car il s’apparente au fond à un sifflet de grande taille.
Une autre approche consiste à utiliser des absorbeurs ponctuels (point absorbers), impliquant des bouées flottantes qui montent et descendent avec les vagues. Comme ils sont attachés au fond marin par des pistons hydrauliques, ils entraînent des pompes hydrauliques convertissant le mouvement en électricité. Ils sont généralement assez polyvalents et résistants.
À ces technologies se joignent les atténuateurs, également connus sous le nom plus intriguant de serpents ondulés. Ce sont de longues structures segmentées qui flottent à la surface et se plient avec les bords courbes des vagues. Encore une fois, cela entraîne des mécanismes hydrauliques, générant de l’électricité.
Un dernier type de système concerne des panneaux ou des volets dont la base est fixée au fond marin et qui vont et viennent au gré des vagues. Le mouvement de bascule entraîne un système hydraulique linéaire, générant de l'électricité.
Comme pour l’énergie marémotrice, les systèmes houlomoteurs peuvent interférer avec les écosystèmes marins et nécessitent des conditions assez spécifiques. De plus, comme on peut le deviner avec le nombre de technologies différentes disponibles, il n'y a pas d'accord général sur le système idéal, ce qui montre que la technologie n'est pas encore complètement mature.
C.
Conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC)
La surface de l’océan est généralement sensiblement plus chaude que ses profondeurs, et cette différence de température peut également être exploitée. Le gradient thermique de l'océan permet de produire de l'électricité en utilisant un système de tuyaux pour pomper l'eau des profondeurs jusque un échangeur de chaleur à la surface. L'eau chaude fait bouillir un fluide tel que de l'ammoniac, qui se dilate, entraîne une turbine et est ensuite recondensé par l'eau froide des fonds marins. Le principal avantage de cette technologie est son potentiel de production continue, alors que de nombreuses énergies renouvelables sont intermittentes. Malheureusement, son inconvénient réside dans son faible rendement, car le système s'avère actuellement avantageux surtout dans les zones tropicales et subtropicales, où la différence de température est particulièrement importante. Néanmoins, il reste un important prétendant au rôle de moteur de la transition vers une énergie propre et renouvelable, au vu des progrès technologiques dans le domaine et de la diminution de son coût.
D. L'énergie osmotique / énergie de gradients de salinité
Vous vous souvenez peut-être du déroulement du cycle de l’eau : la pluie et la fonte des neiges donnent naissance à des rivières; qui coulent jusqu’à atteindre les mers et les océans. Cependant, les océans sont salés, et pas les rivières. Et croyez-le ou non, lorsque vous placez de l'eau salée à côté d'eau douce, en les séparant par une membrane qui ne laisse passer que les molécules d'eau, l'eau douce essaiera de s'écouler dans l'eau salée pour la diluer. Imaginez ça comme une différence de potentiel, étant ici une différence de concentration en sel. Ensuite, comme pour tout flux, il suffit de trouver un moyen d’en tirer de l’énergie, le plus souvent avec des turbines. Cette idée a été nommée "osmose à pression retardée", et certains l’utilisent déjà, pompant à la fois de l’eau douce et de l’eau de mer dans les estuaires pour exploiter la pression osmotique. La technologie des membranes est malheureusement coûteuse et gourmande en énergie, faisant que ces systèmes n'offrent pas les rendements les plus élevés. De plus, ils nécessitent assez logiquement de multiples permis et le plein respect de nombreuses réglementations.
E. L'énergie pluvieuse
Si le photovoltaïque peut produire de l’énergie quand il fait beau, pourquoi ne pourrait-on pas faire de même quand la météo est mauvaise ? La pluie est l’une des forces de la nature que nous ne savons pas encore bien exploiter. De nombreuses approches ont été envisagées : collecter l'eau de pluie pour alimenter de petites turbines hydroélectriques, utiliser des matériaux piézoélectriques qui génèrent de l'électricité lorsqu'ils sont en mouvement, et plus récemment utiliser un dispositif appelé nanogénérateur triboélectrique (TENG), créant de l'électricité à partir d'un contact liquide-solide. Le principe de base de ce dernier est que les gouttes de pluie glissent sur un panneau qui a une affinité différente pour les électrons, échangeant ceux-ci et donnant aux deux côtés une faible charge électrique, créant ainsi un champ électrique. En traversant une électrode linéaire, le champ permet un flux d'électrons dans le matériau, c'est à dire de l'électricité. L’exploitation de l’énergie de la pluie est encore un concept naissant, mais cela pourrait devenir une technologie pleinement pertinente à l'avenir.
F. Des cerfs-volants
Oui oui, vraiment. Des cerfs-volants. Également connue sous le nom d'énergie éolienne aéroportée, son principe est très simple : d'énormes cerfs-volants attachés à des câbles s'envolent dans le ciel et captent des vents forts, déroulant les câbles qui à leur tour activent un générateur au sol. Le profil de ces cerfs-volants les aide à voler selon un schéma en huit, pour augmenter leur durée de déroulement et fournir un mouvement continu et fluide. Le système est conçu pour maximiser son exposition aux vents forts, et une fois la longueur maximale atteinte, un treuil tire le cerf-volant rapidement, consommant beaucoup moins d'énergie que celle produite pendant le vol. Puis, un nouveau cycle commence. Ce principe présente l’avantage d’être une source d’énergie assez économe, tant en termes financiers que matériels. Cependant, bien que le système lui-même soit assez petit par rapport à sa puissance, il nécessite une zone de vol vide et donc un espace relativement important.
G. Énergie solaire concentrée
Les panneaux photovoltaïques ne sont pas le seul moyen d’obtenir de l’électricité du soleil, et celui-ci a clairement une apparence plus cool. De vastes champs de miroirs, scintillants sous les rayons intenses du soleil, exploitent sa puissance en l'envoyant vers une haute tour centrale. Les miroirs, appelés héliostats, sont dans des positions permettant de réfléchir la lumière du soleil sur une large zone et de la concentrer sur un seul point focal où se trouve un récepteur qui convertit cette énergie pour réchauffer un matériau de stockage, accumulant ainsi de la chaleur jusqu'à 600 °C. Le matériau est souvent soit du sel fondu, soit de l’huile synthétique. Cette chaleur peut ensuite générer de la vapeur, utilisée dans un turbogénérateur classique pour produire de l'électricité. Cependant, l'efficacité des turbines à vapeur est relativement faible, ce qui rend l'usage d'un tel système pour de la génération d'électricité limité. Le grand avantage de ce système par rapport aux panneaux solaires est sa capacité inhérente de stockage d’énergie, permettant de produire de l’électricité pendant une certaine durée par temps nuageux ou à la tombée de la nuit. De plus, les températures très élevées atteintes par cette technologie permettent également de l’utiliser pour des applications industrielles à la place – ou en parallèle – de la production d’électricité.
D'autres méthodes similaires impliquent des miroirs paraboliques concentrant la lumière du soleil le long d'un tube central contenant le fluide caloporteur ; des systèmes de réflecteurs de Fresnel linéaires qui sont un mélange entre les deux (impliquant des miroirs plats réfléchissant la lumière du soleil sur un grand tube), ou encore des soucoupes paraboliques activant un moteur Stirling.
H. Quelques technologies spécifiques de biocarburants :
La plupart des gens savent que l’utilisation de la biomasse pour produire de l’énergie est une option, notamment tout simplement avec le chauffage au bois et, plus récemment, avec la production de biodiesel et d’éthanol, mais il existe d’autres voies qui sont généralement moins mises en avant :
a. La liquéfaction hydrothermale (HTL)
À la base, la HTL est un processus de conversion thermochimique, imitant ce qui est arrivé aux dinosaures lorsque les processus géologiques naturels les ont changés en pétrole brut. Cependant, au lieu de prendre des millions d’années, la HTL fait effet en quelques heures, utilisant des températures et des pressions élevées pour convertir les algues, les résidus, les eaux usées, les déchets organiques et même certains plastiques en biopétrole brut. Ses avantages sont nombreux, car elle offre une nouvelle solution de gestion et de valorisation des déchets, atténuant le fardeau environnemental de la mise en décharge et de l'incinération, tout en diminuant les besoins en pétrole brut. Le biobrut peut ensuite être raffiné en une gamme de carburants et de produits chimiques, offrant ainsi une alternative au pétrole pour la plupart de ses utilisations. Cependant, cette technologie présente également de nombreux inconvénients, le principal étant ses besoins élevés en énergie pour fournir suffisamment de chaleur et d’électricité, ce qui limite l’efficacité globale du processus. Il existe également certains défis liés à la gestion des eaux usées, à la stabilité des produits et à la génération de composés nocifs lors de la combustion des carburants. Malgré cela, aux côtés des camions à biogaz, la liquéfaction hydrothermale constitue l’une des principales voies envisagées pour réduire l’impact environnemental des transports, encore extrêmement dépendants des carburants liquides.
b. La gazéification
Une idée similaire, mais avec des intrants et des produits différents. La gazéification consiste à soumettre des matières premières telles que la biomasse, le charbon et les déchets à des températures élevées et à des quantités limitées d'oxygène. Cela décompose la matière en ses composants moléculaires de base, principalement le monoxyde de carbone, le dihydrogène et le méthane, ainsi que des traces d'autres gaz. Le gaz de synthèse obtenu peut être utilisé comme précurseur d’un large éventail de produits, le CO et le H2 étant en quelque sorte les Lego de la chimie organique. De plus, l’hydrogène peut être utilisé tel quel comme source d’énergie, ou peut servir à la production de diesel synthétique, réduisant ainsi notre dépendance au pétrole conventionnel. Cependant, comme la gazéification est un processus techniquement complexe, elle a du mal à atteindre une adoption généralisée et une véritable maturité technologique.
c. La pyrolyse
Troisième des triplées thermochimiques, la pyrolyse se produit à haute température dans un environnement privé d'oxygène, dans un réacteur étanche. À mesure que la matière première se réchauffe, elle subit une décomposition thermique, se transformant en charbon solide, en biohuile liquide et en plusieurs produits gazeux. Le biocharbon peut être utilisé pour amender le sol et améliorer la santé des terres cultivées, en plus de permettre de séquestrer le carbone dans le sol, tandis que la biohuile et le gaz de synthèse peuvent être utilisés comme décrit ci-dessus. Contrairement à la simple combustion, la pyrolyse conserve une partie importante de l’énergie stockée dans la matière première en la gardant dans le pétrole et le gaz de synthèse. Cependant, elle est confrontée aux mêmes problèmes que ses technologies sœurs, et le biocharbon doit répondre à des normes de qualité strictes pour être utilisé dans le sol.
Ça en fait, des sources d'énergie ! Bien sûr, il ne s’agissait que de petites introductions à ces sujets, alors n’hésitez pas à faire quelques recherches supplémentaires si vous souhaitez en savoir plus ! La plupart des processus de production d’énergie renouvelable potentiellement pertinents ont été abordés ici, mais il existe également des technologies de stockage d’énergie moins connues qui méritent une certaine attention, et celles-ci seront abordées dans un autre article. En attendant, Fremsyn reste un partenaire de choix pour les questions liées au biogaz, alors n'hésitez pas à parcourir ce que nous vous proposons !
Quelques énergies renouvelables moins connues