C. La production d'électricité de demain
Aujourd’hui nous avons mis au point plusieurs techniques pour exploiter de nouvelles ressources et ainsi augmenter notre capacité de production, et, dans le meilleur des cas, réduire notre impact sur l’environnement.
1. L'éolien et le solaire
Les énergies renouvelables sont des énergies inépuisables. L’eau est la ressource la plus exploitée aujourd’hui pour la production d’électricité et d’autres sources d’énergies ont commencé à se développer récemment. Leur utilisation est respectueuse de l’environnement et émet peu voire pas de gaz à effet de serre. Nous allons étudier les énergies produites grâce au vent (éolienne) et au solaire (panneau photovoltaïque). Il s’agit de deux techniques de production récentes et dont le développement peut encore s’améliorer dans le futur. De petites unités de production sont disponibles permettant aux particuliers de les utiliser: l’on retrouve des panneaux solaires sur les toits des maisons et des agriculteurs installent des éoliennes dans leurs champs.
L'éolien
La force du vent est utilisée depuis des millénaires par les bateaux à voile. Cette même force est transformée par la suite en force mécanique par les moulins qui se développent au Moyen-Âge. Aujourd’hui, le principe du moulin est utilisé par les éoliennes: la force de pression du vent entraîne des pales qui entraînent elles-mêmes un axe relié à un alternateur.
En 2008, l’éolien représentait à l’échelle mondiale 0,1% de la production totale d’électricité. L’objectif en Suisse est d’atteindre d’ici 2030 une contribution de l’éolien de l’ordre de 3% à la production électrique nationale. Les perspectives de croissance existent mais restent faibles. L’éolien ne permettra donc pas de subvenir à l’intégralité de nos besoins en énergie.
L’éolien possède également ses limites. Il ne peut fonctionner que lorsque le vent est entre 15 km/h et 90 km/h. En moyenne, une éolienne produit de l’électricité 25% du temps. Les nuisances sonores, le bruit des pales, et les nuisances visuelles, la défiguration du paysage, peuvent faire interdire des projets d’installation de parcs éoliens.
Le solaire:
L’éolien possède également ses limites. Il ne peut fonctionner que lorsque le vent est entre 15 km/h et 90 km/h. En moyenne, une éolienne produit de l’électricité 25% du temps. Les nuisances sonores, le bruit des pales, et les nuisances visuelles, la défiguration du paysage, peuvent faire interdire des projets d’installation de parcs éoliens.
Le solaire:
Les photons émis par le soleil sont captés par des capteurs photovoltaïques. Une tension est ainsi produite et permet de générer un courant électrique.
Le déploiement de cette technologie de production a été favorisé par le gouvernement français qui a mis en place des aides encourageant l’installation de panneaux solaires. L’état subventionne l’installation, tandis que le fournisseur EDF est dans l’obligation d’acheter les kWh produits.
Les problèmes liés à cette énergie sont multiples. A l’instar de l’éolien, la production d’électricité à l’aide de panneaux photovoltaïques dépend fortement des conditions climatiques, ici de l’ensoleillement. Le rendement des panneaux solaires est faible, de l’ordre 10% à 20% et les coûts financiers pour une installation restent tout de même élevés. Il faut entre 3 et 5 ans pour rentabiliser énergétiquement la fabrication d’un panneau, or c’est justement au bout de 5 ans que le rendement du panneau photovoltaïque commence à chuter, à cause de la vétusté du matériel.
En s’améliorant, cette technologie permettrait de belles perspectives d’avenir. En effet, si nous pouvions capter pendant 4 heures tous les rayons du soleil qui atteignent la surface de la Terre, nous aurions assez d’énergie pour tous nos besoins énergétiques et ce, pour une année entière.
Le déploiement de cette technologie de production a été favorisé par le gouvernement français qui a mis en place des aides encourageant l’installation de panneaux solaires. L’état subventionne l’installation, tandis que le fournisseur EDF est dans l’obligation d’acheter les kWh produits.
Les problèmes liés à cette énergie sont multiples. A l’instar de l’éolien, la production d’électricité à l’aide de panneaux photovoltaïques dépend fortement des conditions climatiques, ici de l’ensoleillement. Le rendement des panneaux solaires est faible, de l’ordre 10% à 20% et les coûts financiers pour une installation restent tout de même élevés. Il faut entre 3 et 5 ans pour rentabiliser énergétiquement la fabrication d’un panneau, or c’est justement au bout de 5 ans que le rendement du panneau photovoltaïque commence à chuter, à cause de la vétusté du matériel.
En s’améliorant, cette technologie permettrait de belles perspectives d’avenir. En effet, si nous pouvions capter pendant 4 heures tous les rayons du soleil qui atteignent la surface de la Terre, nous aurions assez d’énergie pour tous nos besoins énergétiques et ce, pour une année entière.
2. Le gaz de schiste
Le gaz de schiste est un gaz formé à la manière du pétrole, il lui faut des conditions particulières (grande quantité de matière organique, enfouissement de la matière, des températures et des pressions permettants la modification de la matière en pétrole/gaz, …). Il est conservé dans la roche réservoir sous forme gazeuse et une autre roche, la roche couverture, l’empêche de s’évaporer. Il s’agit d’un gaz non conventionnel, par opposition aux gaz conventionnels qui sont facilement extractibles. La carte ci-dessous montre les différents gisements de gaz de schiste connus aujourd’hui.
L’exploitation de ce gaz par les différents pays leur permettrait d’être plus autonomes en énergie vis à vis des pays producteurs de gaz tels que la Russie ou encore l’Iran. L’extraction du gaz de schiste est déjà très importante aux Etats-Unis. Un projet de loi a été déposé par le gouvernement d’Angela Merkel le 26 février 2013 pour autoriser l’extraction du gaz de schiste par fracturation hydraulique en Allemagne. Un grand débat a lieu en France quant à savoir s’il faut oui ou non autoriser l’extraction du gaz de schiste.
L’objectif lors de l’extraction du gaz est de créer des microfractures dans la roche couverture afin de laisser s’échapper le gaz. Les fuites sont alors canalisées par un système de conduites faisant remonter le gaz dans un puits. La fracturation hydraulique consiste à projeter de l’eau à très forte pression sur les parois de la roche couverture et à ainsi créer les microfractures.
Cette exploitation n’est cependant pas compatible avec des régions très urbanisées puisqu’il est nécessaire de faire une multitude de forages pour exploiter pleinement les réserves. Il faut donc des grands espaces inhabités. Les coûts trop élevés rendaient l’extraction du gaz de schiste pendant longtemps inéconomique. Mais l’augmentation des prix du gaz dans les années 2000 et les avancées techniques ont permis de rendre le gaz de schiste rentable.
Des craintes de préjudices écologiques freinent son développement. L’eau utilisée lors de la fracturation hydraulique est polluée par les différents additifs permettants une meilleure fracturation. L’eau n’est pas forcément traitée avant son rejet dans la nature. Les paysages sont défigurés par l’extraction du gaz. La fracturation hydraulique ne permet de récupérer que 20% à 40% de la réserve de gaz. Le reste du gaz, majoritairement du méthane, se libère dans l’air ou se mélange aux nappes phréatiques.
En France, une grande et rapide mobilisation s’est formée pour empêcher la fracturation hydraulique. Suite à la pression médiatique et populaire, une loi a été votée, sous le gouvernement Fillon en juillet 2011, pour interdire l’exploitation du gaz de schiste par fracturation hydraulique ce qui rend la France le premier pays au monde à l’interdire. Cependant, des grands groupes pétroliers possèdent déjà des terres pouvant être exploitées pour récupérer du gaz de schiste. Ils sont donc à la recherche d’une méthode peu coûteuse et moins polluante afin de pouvoir extraire le gaz en France. Plusieurs pistes sont aujourd’hui envisagées tel que l’emploi d’hélium.
L’objectif lors de l’extraction du gaz est de créer des microfractures dans la roche couverture afin de laisser s’échapper le gaz. Les fuites sont alors canalisées par un système de conduites faisant remonter le gaz dans un puits. La fracturation hydraulique consiste à projeter de l’eau à très forte pression sur les parois de la roche couverture et à ainsi créer les microfractures.
Cette exploitation n’est cependant pas compatible avec des régions très urbanisées puisqu’il est nécessaire de faire une multitude de forages pour exploiter pleinement les réserves. Il faut donc des grands espaces inhabités. Les coûts trop élevés rendaient l’extraction du gaz de schiste pendant longtemps inéconomique. Mais l’augmentation des prix du gaz dans les années 2000 et les avancées techniques ont permis de rendre le gaz de schiste rentable.
Des craintes de préjudices écologiques freinent son développement. L’eau utilisée lors de la fracturation hydraulique est polluée par les différents additifs permettants une meilleure fracturation. L’eau n’est pas forcément traitée avant son rejet dans la nature. Les paysages sont défigurés par l’extraction du gaz. La fracturation hydraulique ne permet de récupérer que 20% à 40% de la réserve de gaz. Le reste du gaz, majoritairement du méthane, se libère dans l’air ou se mélange aux nappes phréatiques.
En France, une grande et rapide mobilisation s’est formée pour empêcher la fracturation hydraulique. Suite à la pression médiatique et populaire, une loi a été votée, sous le gouvernement Fillon en juillet 2011, pour interdire l’exploitation du gaz de schiste par fracturation hydraulique ce qui rend la France le premier pays au monde à l’interdire. Cependant, des grands groupes pétroliers possèdent déjà des terres pouvant être exploitées pour récupérer du gaz de schiste. Ils sont donc à la recherche d’une méthode peu coûteuse et moins polluante afin de pouvoir extraire le gaz en France. Plusieurs pistes sont aujourd’hui envisagées tel que l’emploi d’hélium.
3. ITER
L’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) est un projet international ayant pour but de tester une nouvelle manière de produire de l’électricité. ITER tentera de reproduire une réaction nucléaire se déroulant sur le soleil, la fusion. Le projet est né au Sommet de Genève en novembre 1985 par une proposition de Gorbatchev, ancien président de l’URSS. Au fil des années, plusieurs pays ont rejoint le projet. Aujourd’hui, la France, les Etats-Unis, le Japon, la Russie, la Chine et une trentaine d’autres pays travaillent ensemble tandis que d’autres sont en liste d’attente pour une collaboration. La construction d’ITER se fait en France, à Cadarache dans les Bouches-du-Rhône. La centrale devait être initialement livrée en 2016 mais cette date a depuis été repoussée à 2020.
La fusion est une réaction nucléaire dont voici l’équation schématisée:
Ce projet est un test grandeur nature et aura pour but de prouver la faisabilité d’une telle réaction de manière industrielle. ITER ne produira pas d’électricité mais de la chaleur durant de courtes périodes. L’un des objectifs est de produire 500 MW en consommant 50 MW durant 6 min 40. Un autre objectif est de maintenir la réaction durant plus de 16 min.
L’un des enjeux du projet est également de trouver les quantités de tritium nécessaires à la réaction. Alors que le tritium est très difficile à trouver dans la nature, le deutérium est présent à hauteur de 0,015% dans l’eau de mer. Il est donc relativement facile de s’en procurer. ITER s’autosuffirait en tritium. En effet, le neutron dégagé lors de la réaction et se déplaçant à une très grande vitesse, serait capturé par un noyau de deutérium. Du tritium serait ainsi formé.
Ce projet ne convainc cependant pas tout le monde. De très importantes sommes d’argent sont mises en jeu pour cette expérimentation alors que son succès n’est pas assuré. Une grande question est de savoir si il est possible d’atteindre les dizaines de millions de degrés nécessaires à la fusion. L’exploitation d’ITER créera des températures très élevées et nous ne savons pas encore de quelle manière elles seront dissipées. Des déchets nucléaires seront également produits. Le déplacement des neutrons à très grande vitesse risque d’attaquer la chambre de confinement et provoquer une détérioration prématurée.
Les concepteurs du projet tentent tout de même de rassurer. Selon eux, la fusion nucléaire présente beaucoup moins de risques d’accidents que la fission. Les déchets produits par cette réaction seraient par ailleurs moins polluant et moins dangereux.
La production d’électricité par des centrales à fusion n’est cependant pas à envisager dans les prochaines années. Une fois les tests réalisés, il faudra construire la centrale expérimentale DEMO (de démonstration) qui fonctionnera en continu et atteindra des rendements d’une centrale moderne. ITER offre donc de belles perspectives mais ne pourra agir dans un futur proche pour la transition énergétique.
Pour revenir au sommaire de la troisième partie, cliquez sur ce lien.
L’un des enjeux du projet est également de trouver les quantités de tritium nécessaires à la réaction. Alors que le tritium est très difficile à trouver dans la nature, le deutérium est présent à hauteur de 0,015% dans l’eau de mer. Il est donc relativement facile de s’en procurer. ITER s’autosuffirait en tritium. En effet, le neutron dégagé lors de la réaction et se déplaçant à une très grande vitesse, serait capturé par un noyau de deutérium. Du tritium serait ainsi formé.
Ce projet ne convainc cependant pas tout le monde. De très importantes sommes d’argent sont mises en jeu pour cette expérimentation alors que son succès n’est pas assuré. Une grande question est de savoir si il est possible d’atteindre les dizaines de millions de degrés nécessaires à la fusion. L’exploitation d’ITER créera des températures très élevées et nous ne savons pas encore de quelle manière elles seront dissipées. Des déchets nucléaires seront également produits. Le déplacement des neutrons à très grande vitesse risque d’attaquer la chambre de confinement et provoquer une détérioration prématurée.
Les concepteurs du projet tentent tout de même de rassurer. Selon eux, la fusion nucléaire présente beaucoup moins de risques d’accidents que la fission. Les déchets produits par cette réaction seraient par ailleurs moins polluant et moins dangereux.
La production d’électricité par des centrales à fusion n’est cependant pas à envisager dans les prochaines années. Une fois les tests réalisés, il faudra construire la centrale expérimentale DEMO (de démonstration) qui fonctionnera en continu et atteindra des rendements d’une centrale moderne. ITER offre donc de belles perspectives mais ne pourra agir dans un futur proche pour la transition énergétique.
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