À la conquête des énergies renouvelables du futur

Dans cette course passionnante vers un avenir énergétique durable, l'innovation, la sobriété et la curiosité seront les moteurs de notre succès. Alors, attachez vos ceintures et embarquez pour un voyage inédit au cœur des énergies renouvelables du futur.

 

1. C'est quoi l'énergie ?
2. Energie géothermique du magma 
3. Eoliennes de Haute Altitude 
4. Energie Osmotique 
5. Exploiter l’humidité de l’air 
6. Energie des êtres humains : bienvenue dans la Matrice 
7. Centrales Solaire Spatiales 
8. Le Bruit comme source d’énergie renouvelable ? 
9. Les Bactéries productrices d’électricité 
10. La Fusion Nucléaire ou l’énergie des étoiles 
11. Les énergies renouvelables du présent ont besoin de votre soutien  

 

Avant de lire cet article, nous vous invitons à consulter notre article dédié sur l'énergie et son histoire à travers le temps.

 

 

Energie géothermique du magma 

 

 

L'énergie géothermique du magma, également appelée géothermie magmatique ou énergie géothermique profonde, est une source d'énergie potentiellement énorme qui provient de la chaleur du magma situé dans le manteau terrestre. Bien que théoriquement prometteuse, elle présente des défis technologiques considérables et n'est pas encore exploitée à grande échelle.  

La chaleur du magma provient de la chaleur résiduelle de la formation de la Terre il y a des milliards d'années et de la décomposition naturelle des éléments radioactifs présents dans le manteau terrestre. Ces processus continus maintiennent le magma à des températures très élevées, parfois supérieures à 1000 degrés Celsius. 

Pour exploiter l'énergie géothermique du magma, il serait nécessaire de forer des puits dans le manteau terrestre. Cependant, cela représente un défi technique énorme, car les températures et les pressions à ces profondeurs sont extrêmes et dépassent les limites actuelles des technologies de forage, sans parler des coûts astronomiques associés à un tel projet.  

Une fois que les puits géothermiques sont forés, la chaleur du magma peut être utilisée pour chauffer un fluide, de l'eau ou un autre fluide caloporteur, qui circule dans le système. Ce fluide se transforme en vapeur sous haute pression grâce à la chaleur, et cette vapeur est utilisée pour entraîner une turbine connectée à un générateur d'électricité, produisant ainsi de l'électricité. 

 

Le fluide utilisé pour générer de la vapeur est ensuite refroidi et recondensé pour être réutilisé dans un circuit fermé. Ainsi, le processus peut être répété en boucle, utilisant en permanence la chaleur du magma pour produire de l'électricité. 

 

Pour le moment, la géothermie classique, qui exploite la chaleur du sous-sol terrestre plus proche de la surface, est la forme d'énergie géothermique la plus couramment utilisée et développée. Néanmoins, la recherche continue dans le domaine de la géothermie magmatique pourrait potentiellement conduire à des avancées technologiques dans le futur, ouvrant la voie à l'utilisation de cette source d'énergie prometteuse. 

  

Eoliennes de Haute Altitude 

 

_{Source : Wikipédia}

Les éoliennes de haute altitude, également connues sous le nom d'éoliennes volantes ou éoliennes aéroportées, sont une forme émergente de technologie éolienne qui vise à produire de l'énergie à des altitudes plus élevées que les éoliennes classiques.  

Elles utilisent théoriquement des cerfs-volants, des ballons ou des structures aériennes similaires pour porter des turbines éoliennes à des altitudes bien plus élevées que les éoliennes conventionnelles qui sont installées au sol. Là-haut, les vents sont plus forts et plus constants, offrant un potentiel énergétique et un facteur de charge plus élevé. Une fois en position, les aérogénérateurs utilisent la force du vent pour faire tourner des turbines qui génèrent de l'électricité. L'électricité produite est ensuite transmise vers le sol via un câble conducteur. 

 

Les éoliennes de haute altitude ont le potentiel de produire davantage d'énergie par rapport aux éoliennes classiques en raison des vents plus favorables à haute altitude.

 

Des études et des expériences sont en cours pour évaluer leur capacité de production d'énergie de manière plus précise. Les estimations varient en fonction des technologies utilisées et des conditions spécifiques de chaque projet, mais certaines éoliennes de haute altitude pourraient produire jusqu'à deux ou trois fois plus d'énergie que les éoliennes classiques de même taille. 

En 2019, une éolienne aéroportée a été commercialisée pour la première fois par l'entreprise française Kitewinder sous le nom de Kiwee One¹.

  

Energie Osmotique 

L'énergie osmotique est une forme d'énergie renouvelable qui exploite la différence de salinité entre l'eau douce et l'eau salée pour produire de l'électricité.

Les centrales osmotiques utilisent une membrane semi-perméable pour séparer une source d'eau douce d'une source d'eau salée et sont donc généralement placées à l’embouchure des fleuves. Lorsque l'eau douce et l'eau salée sont séparées par la membrane, une différence de pression osmotique se crée.  

L'eau douce a tendance à passer à travers la membrane vers l'eau salée pour équilibrer les concentrations de sel. Ce flux d'eau à travers la membrane exerce une pression sur cette dernière, créant une pression hydrostatique.

 

Pour exploiter cette pression, des turbines sont placées de chaque côté de la membrane. L'eau douce passe à travers les turbines du côté de l'eau douce, tandis que l'eau salée passe à travers les turbines du côté de l'eau salée. Ce mouvement d'eau met les turbines en mouvement, entraînant des générateurs qui produisent de l'électricité. 

 

Il existe déjà des installations pilotes d'énergie osmotique dans le monde. L'une des premières installations commerciales a été inaugurée en 2009 à Tofte, en Norvège, par la société Statkraft, pionnière dans le développement de cette technologie. Cette installation, appelée "Statkraft's osmose", utilise le principe de l'osmose inverse pour produire de l'électricité. 

D'autres projets pilotes ont été réalisés depuis lors, notamment en Belgique, aux Pays-Bas, en Écosse et au Japon. Cependant, il est important de noter que l'énergie osmotique est encore une technologie émergente et que les installations commerciales à grande échelle sont très rares. 

 

  

Exploiter l’humidité de l’air 

 

 

Il est possible de générer de l'électricité à partir de l'humidité de l'air ambiant en utilisant une technologie appelée "générateur d'humidité" ou "générateur d'énergie hygroélectrique". Ce concept repose sur le principe de l'hygroélectricité, qui consiste à exploiter les différences de potentiel électrique créées lorsque certains matériaux sont en contact avec l'humidité. 

Certains matériaux, comme les polymères hygroélectriques, ont la propriété de se charger électriquement en réponse à l'absorption ou à la désorption d'humidité. Lorsque ces matériaux absorbent l'humidité de l'air ambiant, les molécules d'eau interagissent avec les charges électriques présentes dans le matériau, créant ainsi une différence de potentiel électrique.

 

Le générateur hygroélectrique est composé d'une paire d'électrodes, généralement en métal, entre lesquelles est placé le matériau hygroélectrique. Lorsque le matériau absorbe de l'humidité, il crée une différence de potentiel électrique entre les électrodes. 

 

Cette différence de potentiel électrique générée par le matériau hygroélectrique peut être collectée et convertie en électricité utilisable à l'aide d'un circuit électrique. En reliant les électrodes à un circuit, un courant électrique peut être généré et utilisé pour alimenter des appareils électriques ou être stocké dans des batteries pour une utilisation ultérieure. 

Actuellement, les générateurs hygroélectriques sont principalement utilisés pour alimenter de petits appareils électroniques ou des capteurs autonomes dans des environnements humides. Cependant, des recherches et des avancées technologiques sont en cours pour améliorer leur efficacité et leur application potentielle dans des contextes plus vastes et pour exploiter de manière plus étendue l'énergie disponible dans l'humidité de l'air ambiant. 

  

Energie des êtres humains : bienvenue dans la Matrice 

 

 

Dans la cultissime trilogie Matrix, les machines ont plongé l’humanité dans une réalité virtuelle afin d’exploiter l’énergie produite par les humains. Avant que Chat GPT (qui n’a pas écrit cet article), décide de nous relier au réseau électrique publique pour alimenter ses serveurs, voyons d’abord comment cela fonctionne théoriquement. 

Une méthode courante pour générer de l'électricité à partir de l'énergie des êtres humains est l'utilisation de matériaux piézoélectriques. Ces matériaux sont capables de générer une différence de potentiel électrique lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique, telle que la pression ou la flexion.

Lorsque les êtres humains effectuent des mouvements, par exemple en marchant ou en dansant, la pression exercée sur le sol ou sur des surfaces peut être utilisée pour comprimer les matériaux piézoélectriques et générer de l'électricité. 

Une autre méthode consiste à utiliser l'énergie cinétique des mouvements humains pour générer de l'électricité. Des dispositifs tels que les génératrices manuelles ou les tapis roulants équipés de mécanismes de récupération d'énergie sont utilisés pour convertir l'énergie cinétique produite par les mouvements humains en énergie électrique. Lorsque les gens bougent ou exercent une force sur ces dispositifs, l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique. 

 

L'énergie thermique produite par la chaleur corporelle humaine peut également être utilisée pour générer de l'électricité. Les thermocouples ou les dispositifs thermogénératifs peuvent convertir les différences de température entre le corps humain et l'environnement en électricité, en exploitant l'effet Seebeck. 

 

Ces technologies d'extraction d'énergie à partir de l'énergie humaine sont souvent utilisées dans des applications spécifiques, telles que des dispositifs de chargement d'appareils électroniques portables, des montres alimentées par le mouvement du poignet, des systèmes de récupération d'énergie dans les centres sportifs ou, comme vous le savez tous, faire fonctionner la Matrice dans laquelle nous évoluons.  

  

Centrales solaires spatiales 

_{Source : Wikipédia}

 

Également appelées centrales solaires en orbite, les centrales solaires spatiales sont théoriquement constituées de panneaux solaires géants placés dans l'espace. 

Ils seraient assemblés en structures massives dans l'espace et placés en orbite géosynchrone autour de la Terre. Un objet en orbite géosynchrone suit la rotation de la Terre à une vitesse angulaire égale à celle de la rotation de la planète, de sorte qu'il reste toujours au-dessus du même point géographique. Cette orbite permettrait aux centrales solaires spatiales de rester au-dessus d'une zone géographique fixe de la Terre en permanence, bénéficiant ainsi d'un ensoleillement continu. 

 

Les panneaux solaires en orbite captureraient la lumière du soleil de manière continue. L'énergie solaire serait convertie en électricité par les panneaux solaires à l'aide de cellules photovoltaïques. Les panneaux pourraient être optimisés pour capturer différents spectres de lumière solaire, y compris les rayons du soleil qui ne parviennent pas à travers l'atmosphère terrestre. 

 

Une fois l'électricité produite par les panneaux solaires, elle serait convertie en micro-ondes ou en laser de haute puissance pour être transmise vers des stations réceptrices au sol. Ces stations seraient équipées d'antennes ou de récepteurs spéciaux pour capter les micro-ondes ou les lasers et les convertir à nouveau en électricité utilisable. 

L'électricité générée par les centrales solaires spatiales serait ensuite intégrée au réseau électrique terrestre et distribuée aux consommateurs comme toute autre source d'énergie. 

Les centrales solaires spatiales présentent des avantages potentiels, notamment la possibilité de capturer une quantité d'énergie solaire beaucoup plus importante que les centrales solaires terrestres en raison de l'exposition continue au soleil. Elles ne seraient pas affectées par les variations météorologiques ou les cycles jour/nuit, ce qui leur permettrait de fournir une source d'énergie stable et constante. 

Cependant, les centrales solaires spatiales présentent également des défis importants. Le coût de la mise en orbite de structures aussi massives est actuellement prohibitif. De plus, la transmission de l'électricité depuis l'espace vers la Terre par micro-ondes ou lasers nécessiterait des technologies de transmission d'énergie avancées et soulèverait des questions de sécurité et de santé publique. 

Bien que la faisabilité technologique des centrales solaires spatiales soit encore à démontrer, des progrès continuent d'être réalisés dans la recherche et le développement de cette idée ambitieuse digne d’un livre de science-fiction. 

  

Le Bruit comme source d’énergie renouvelable ?  

 

 

L’onde sonore est une forme d'énergie, Galilée le savait déjà. Les vibrations sont une énergie exploitable, et les chercheurs s'y intéressent réellement depuis une quinzaine d'années. Mieux, nous disposons de réserves de bruit considérables. Pire, imaginez un voisin de palier alimentant son appartement à l’énergie sonore…  

Grâce aux matériaux piézoélectriques comme le quartz, le zirconium ou le plomb (matériaux se chargeant en électricité quand ils sont déformés par des vibrations), ceci est parfaitement envisageable. 

En 2010, deux chercheurs de l'université du Michigan, Tzeno Galchev et Khalil Najafi, ont inventé des mini-générateurs piézoélectriques, capables de produire 500 microwatts chacun, avec l'idée que cela pourrait suffire à alimenter des petits appareils électriques comme les pacemakers².

Il n'en fallait pas plus pour enthousiasmer des architectes et des urbanistes avec un projet de tour équipée de 840 000 capteurs. Récompensés en 2013 au concours Evolo, les jeunes Français Julien Bourgeois, Olivier Colliez, Savinien de Pizzol, Cédric Dounval et Romain Grouselle ont ainsi imaginé une tour d'une centaine de mètres, bardée de mini-capteurs piézoélectriques : le Soundscraper ³.

Cette structure métallique très simple se voit implanter des cils d’une matière électroactive qui sont déformés par les vibrations du son. Sur chaque cil, des capteurs piézo­électriques récupèrent cette énergie pour la transformer en électricité. Cette tour serait capable de produire 150 mégawatts par heure, soit 10 % de l'éclairage public d'une ville comme Los Angeles. Pas si mal, non ? 

 

Si l'idée est intéressante, elle reste à l'état de concept. La quantité d'énergie produite reste trop faible mais des projets plus modestes, comme ceux développés par le professeur Sang-Woo Kim à Séoul, nous laissent rêver d’un téléphone équipé de capteurs piézoélectriques capable de se recharger grâce au son produit par la voix du locuteur.  

 

Si nous n'en sommes qu'aux essais, l’idée reste brillante et pourrait bien être retenue afin d’exploiter le bruit des autoroutes, des aéroports ou des festivals de musique pour produire de l'électricité propre.  

 

Les bactéries productrices d’électricité  

Vous le savez peut-être déjà, ce sont les bactéries qui permettent de fabriquer du biogaz. En effet, cette énergie renouvelable est produite par la dégradation anaérobie (en absence d'oxygène) de la matière organique par ces dernières (trop fortes !). 

Mais une nouvelle technologie développée en 2018 a permis la récolte d’hydrogène à partir de bactéries dîtes photosynthétiques : les cyanobactéries⁴.

Ces petits organismes sont capables de générer de l'énergie à partir de la lumière solaire via des mécanismes photosynthétiques. Pour rappel, la photosynthèse est un processus qui permet aux bactéries de convertir la lumière solaire en énergie chimique. Cette énergie chimique est ensuite utilisée pour alimenter les processus vitaux des bactéries, tels que la croissance, la reproduction et la locomotion. 

Les bactéries photosynthétiques utilisent des pigments appelés chlorophylles pour capter l'énergie de la lumière solaire. La chlorophylle est un pigment vert qui se trouve dans les chloroplastes, des organites présents dans les cellules bactériennes. 

 

L'énergie de la lumière solaire est utilisée pour convertir l'eau en dioxygène et en hydrogène. Le dioxygène est libéré dans l'atmosphère, tandis que l'hydrogène est utilisé par les bactéries pour alimenter leurs processus vitaux. Elles ne sont pas uniquement capables de générer de l'énergie à partir de la lumière solaire. Elles peuvent également générer de l'énergie dans l'obscurité en dégradant des sucres.  

 

Le système de production d'énergie des bactéries est encore en développement, mais il a le potentiel de devenir une source d'énergie importante dans le futur.  

  

La Fusion nucléaire ou l’énergie des étoiles 

 

 

La fusion nucléaire est un processus dans lequel les noyaux légers d'atomes s'unissent pour former un noyau plus lourd, libérant ainsi une grande quantité d'énergie. Ce processus diffère de la fission nucléaire, qui consiste à diviser des noyaux lourds en noyaux plus légers. La fusion nucléaire est le processus qui alimente le soleil et les étoiles, où de très hautes températures et pressions permettent aux noyaux légers d'hydrogène de fusionner pour former de l'hélium. 

Théoriquement, la fusion nucléaire pourrait être utilisée pour produire de l'électricité sur Terre en reproduisant les conditions de température et de pression extrêmement élevées qui existent au cœur du soleil : 

 

• Confinement du plasma : La fusion nucléaire nécessite un environnement où le gaz d'hydrogène est chauffé à des températures extrêmement élevées pour former un plasma chaud. Ce plasma doit être confiné de manière à éviter tout contact avec les parois du réacteur car il est à des températures beaucoup plus élevées que les matériaux de ces parois. Il existe plusieurs méthodes pour confiner le plasma, y compris le confinement magnétique, où des champs magnétiques puissants sont utilisés pour maintenir le plasma dans une région délimitée. 
•  Réactions de fusion : Une fois que le plasma est suffisamment chaud et confiné, les réactions de fusion nucléaire peuvent se produire. Le processus le plus courant consiste à fusionner les isotopes d'hydrogène, le deutérium (isotope de l'hydrogène avec un proton et un neutron) et le tritium (isotope de l'hydrogène avec un proton et deux neutrons), pour former de l'hélium et un neutron, libérant ainsi une grande quantité d'énergie. 
• Extraction de l'énergie : Les réactions de fusion produisent principalement de l'énergie sous forme de particules rapides (neutrons) et de rayonnement électromagnétique (rayons X). Pour produire de l'électricité, cette énergie doit être extraite et convertie en chaleur. Cette chaleur est ensuite utilisée pour produire de la vapeur, qui fait tourner une turbine reliée à un générateur pour produire de l'électricité. 

 

La mise en œuvre pratique de la fusion nucléaire pour produire de l'électricité est un défi technologique complexe mais pourtant pris très au sérieux depuis les années 80. Des réacteurs de fusion expérimentaux, tels que le réacteur ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), sont en cours de développement pour démontrer la viabilité de la fusion en tant que source d'énergie. 

Situé à Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône, en France, le projet ITER est soutenu par 35 pays : les 27 États membres de l'Union européenne, ainsi que l'Inde, le Japon, la Chine, la Russie, la Corée du Sud et les États-Unis. La Suisse et le Royaume-Uni sont également membres du projet en tant qu'États associés à la Communauté européenne de l'énergie atomique. 

 

Il est probablement le plus grand projet scientifique mondial actuel et pourrait révolutionner le monde de l’énergie avec une source illimitée, propre et ne produisant pas ou très peu de déchets radioactifs.  

 

Le réacteur est conçu pour produire un plasma de fusion équivalent à 500 MW de puissance thermique pendant des durées de 400 à 600 secondes, pour une puissance thermique injectée dans le plasma de 50 MW, soit une multiplication par dix de la puissance thermique. ITER vise également à démontrer la faisabilité d'une réaction auto-entretenue, ce qui n'a pas encore été réalisé dans un réacteur de fusion. 

Le projet ITER est une étape technologique importante dans le développement de la fusion nucléaire. Si ITER est un succès, il pourrait conduire à la construction d'un futur réacteur expérimental, baptisé Demo, d'une puissance prévisionnelle de 2 000 MWth⁵. Nous parlons ici de la puissance en entrée de turbine (chaleur qui va être turbinée). Cette dernière est exprimée en MW thermiques (MWth). Le rendement de la conversion de chaleur est environ 3 fois supérieure à la puissance électrique brute⁶.

 

Potentiellement, ce réacteur, à lui seul, serait donc capable de produire 44 TWh d’énergie à l’année. Pour comparaison, en 2020, le parc nucléaire français et ses 54 réacteurs (2 étant à l’arrêt) produisaient 335,5 TWh⁷. La même année, les Français consommaient 424 TWh d’électricité⁸, toutes énergies confondues. Cela signifie, toujours en théorie, qu’un seul réacteur à fusion nucléaire serait capable de couvrir 10% de la consommation française d’électricité.   

 

NB : ce calcul est purement théorique et se base sur les estimations actuelles selon lesquelles le réacteur Demo serait capable de produire 6000 MW (2000 MWthx3) avec un facteur de charge médian estimé à 85%⁹, qui se base sur une moyenne des réacteurs nucléaire à fission dans le monde (les réacteurs à fusion pourraient être plus performants). 

6000x365x24x0,85 =  44 676 000MWh = 44TWh 

Il reste, cependant, encore de nombreux défis scientifiques et technologiques à surmonter avant que la fusion nucléaire puisse être mise en œuvre à grande échelle pour la production d'électricité. 

 

Les énergies renouvelables du présent ont besoin de votre soutien  

Il est doux de rêver à un avenir énergétique 100% illimité et 100% renouvelable. Mais, en attendant, nous avons besoin de votre mobilisation pour voir advenir ces fabuleux projets et, surtout, continuer à soutenir les énergies renouvelables du présent, celles qui fonctionnent déjà et participent à transformer notre mix énergétique pour un monde durable. 

 

Investir dans les énergies renouvelables

 
 

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Source : 1 https://fr.wikipedia.org/wiki/Éolienne_aéroportée 2 https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-mini-generateur-capter-energie-tous-bruits-23141/ 3 https://www.leparisien.fr/week-end/futur-le-bruit-nouvelle-source-d-energie-17-06-2013-2904413.php 4 https://www.nature.com/articles/s41467-018-04613-x 5 https://www.itercadarache.cea.fr/ 6 https://www.connaissancedesenergies.org/questions-et-reponses-energies/nucleaire-quelle-est-la-difference-entre-puissance-brute-et-puissance-nette 7 https://bilan-electrique-2020.rte-france.com/production-nucleaire/ 8 https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-energie-2021/15-electricite 9 https://www.iaea.org/fr/newscenter/news/contribution-du-nucleaire-a-la-securite-energetique-en-augmentant-la-production-delectricite-en-2021