TPE : Peut-on fabriquer soi-même son énergie électrique en respectant l'environnement ?

Sommaire

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Introduction

Partie I : Les énergies qui respectent l'environnement : les énergies renouvelables.

Partie II : La fabrication d’un « petit éolien » : un montage efficace et réalisable par tous.

Partie III : D'autres montages plus ou moins courants.

Conclusion

A l’heure où les énergies renouvelables sont d’actualité, nous avons décidés de comprendre le fonctionnement de ces énergies, et d’expliquer leurs intérêts et les nécessités futures de les utiliser. De nombreux moyens sont employés, mais souvent à une échelle trop grande pour être exploitée directement par les particuliers. Nous nous sommes demandés s’il était possible de fabriquer soi-même son énergie électrique en respectant l’environnement, et ce au travers de différents exemples. Pour répondre à cette question, nous avons élaborés 3 grandes parties : une partie axée sur des globalités qui concernent les énergies renouvelables, une partie plus spécifique aux éoliennes et enfin, une parties axées sur d’autres énergies, comme le solaire par exemple.

Qu'est-ce qu'une énergie renouvelable ?

Les énergies renouvelables sont les énergies obtenues à l'aide de ressources naturelles non-fossiles (c'est-à-dire inépuisables). Il existe trois ressources non-fossiles utilisables pour la production d'énergie propre : Le rayonnement solaire, les courants d'eau et le vent.

On peut également considérer une autre ressource, épuisable celle-ci qui, si elle est utilisée avec précaution, peut aussi permettre la production d'énergie propre et à long terme : le bois. Pour garantir la durabilité de cette ressource, il est impératif de fixer des seuils de déboisements afin de ne pas détruire plus de forêts que la quantité qui se renouvelle.

Les autres énergies dites" fossiles", ne peuvent pas être considérées comme renouvelables dans la mesure ou leur quantité sur terre ne se renouvelle pas assez rapidement à l'échelle de l'Homme. Le pétrole est un exemple d'énergie fossile : la quantité de pétrole nécessaire dans le monde rend impossible l'usage à long terme de cette ressource.

Avantages et limites de ces énergies

Avantages :

La production, la transformation, le transport et la consommation d’énergies fossiles sont responsables de la plus grande part des nuisances environnementales dues à l’activité humaine : augmentation de l’effet de serre, pollution atmosphérique, pollutions des sols, des eaux, pluies acides... De plus, les sources d’énergies fossiles ont des réserves limitées à l’horizon d’un siècle pour le gaz et le pétrole, et de deux siècles pour le charbon. L’utilisation d’énergies renouvelables permettrait de réduire les consommations d’énergies fossiles (ce qui permettra donc d’en prolonger l’utilisation), et de réduire les nuisances environnementales qu’elles causent.

Ces énergies nouvelles présentent un autre avantage majeur : elles n’ont aucun impact sur la couche d’ozone et en gaz à effet de serre car elles ne dégagent pas de CO2. Cependant, certaines énergies émettent des gaz à effet de serre, par exemple dans la production en usine des dispositifs d’exploitations énergétiques (comme les éoliennes ou les panneaux solaires).

On peut souligner aussi que les sources des énergies renouvelables sont d’origine naturelle, ce qui les rend éternelles pour nous. En effet, le Soleil ayant encore 5 milliards d’années à vivre et le vent étant impérissable, ces gisements sont inépuisables pour nous.

Enfin, l’énergie fossile représente un poste de dépenses important au niveau économique pour les industries, les artisans, les collectivités et les ménages. L’utilisation d’énergies renouvelables permet dont de réduire ces coûts, car les sources d’énergies sont naturelles et donc gratuites.

Le terrain d’action des énergies renouvelables ne se situe pas uniquement au niveau des Etats, mais également à l’échelle des particuliers qui peuvent mettre en œuvre des solutions intéressantes à la fois pour l’environnement et pour leur budget : chauffage au bois dans les régions forestières, production d’eau chaude sanitaire par capteur solaire dans les régions ensoleillées, production de biogaz dans les fermes d’élevage, pompage de l’eau par éolienne et, dans toutes les régions, rurales ou urbaines, chauffage géothermique des maisons ou des petits immeubles collectifs.

Limites et inconvénients

La quantité d’énergie nécessaire à la planète ne pourra jamais être entièrement fournie par les énergies renouvelables. En effet, la limite des énergies renouvelables est un problème de surface employée : pour les éoliennes, les sites propices à de bons rendements sont rares et ne peuvent accueillir que peu d’engins, de même pour les panneaux solaires qui doivent être positionnés en hauteur (pour combler les besoins d’énergies mondiaux, il faudrait que chaque maison soit munie d’un panneau solaire). De plus, notre besoin d’énergie va augmenter beaucoup plus vite que la production d’énergie renouvelable, et ces nouvelles énergies ne pourront donc pas remplacer totalement l’utilisation d’énergies fossiles.

Où en est la France ?

En 2006, les énergies renouvelables représentaient en 2006 12% de la production énergétique française, soit 62 téraWatts heures (1 TWh est égal à mille milliards de Watts heures) : la production a augmenté de 9,2% par rapport à 2005. Cette même année, 91 % de la production d'électricité d'origine renouvelable en France était due à l'hydraulique, 3,5% à l'éolien, 2,5% aux déchets urbains renouvelables, 2,3% au bois.

Différentes méthodes d'exploitation de ces énergies

Les centrales hydrauliques

Principe

En 'haute chute', l'eau d'une source ou d'un ruisseau est captée par une prise d'eau sommaire. Elle est ensuite dirigée à travers une conduite vers une turbine située plus bas. L'écoulement de l'eau fait tourner la turbine qui entraîne un générateur électrique. L'électricité produite peut soit être utilisée directement, soit stockée dans des accumulateurs. Enfin, l'eau est restituée à la rivière.

En 'basse chute', on ne passe plus par une conduite. L'eau est dérivée dans un canal sur lequel est aménagé la PCH (petite centrale hydroélectrique).

Les centrales électriques et l’environnement

C’est une énergie non polluante car il n’y a aucun rejet gazeux ou de déchets solides. Les équipements sont bien intégrés au paysage : on prend soin de l'esthétique, des matériaux et de l’architecture du pays, avec, entre autre, l’aménagement de passes à poissons et à bateaux. Le fonctionnement de ces centrales est silencieux grâce à l'isolation acoustique des locaux qui minimise les nuisances sonores, ce qui ne déstabilise pas la faune alentour.Il n’y a pas de barrages : poissons et canoéistes peuvent désormais circuler librement grâce aux dispositions prises par les exploitants.Enfin, il y a une préservation de la qualité de l'eau : au maximum 10 % du débit d'eau est turbiné, les propriétés physico-chimiques de l'eau étant ainsi conservées. Certains exploitants vont même jusqu'à dépolluer les rivières (poubelles des riverains, pneus, plastiques...).

La géothermie

Le principe

Partout, la température croît depuis la surface vers l'intérieur de la Terre. Selon les régions l'augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte, et varie de 3 °C par 100 m en moyenne jusqu'à 15 °C ou même 30 °C. Cette chaleur est produite pour l'essentiel par la radioactivité naturelle des roches constitutives de la croûte terrestre. Elle provient également, pour une faible part, des échanges thermiques avec les zones internes de la Terre dont les températures s'étagent de 1 000 °C à 4 300 °C.Cependant, l'extraction de cette chaleur n'est possible que lorsque les formations géologiques constituant le sous-sol sont poreuses ou perméables et contiennent des aquifères (nappe souterraine renfermant de l'eau ou de la vapeur d'eau).

La géothermie de haute énergie, de moyenne énergie et de basse énergie

La géothermie de haute énergie (> 180 °C) et de moyenne énergie (température comprise entre 100 °C et 180°C) valorisent les ressources géothermales sous forme d'électricité.

La géothermie basse énergie (températures comprises entre 30 °C et 100 °C) permet de couvrir une large gamme d'usages : chauffage urbain, chauffage de serres, utilisation de chaleur dans les thermes, ...A titre d'exemple, l'aquifères du Dogger dans le sous-sol de la région parisienne, situé à 2 000 m de profondeur et renfermant une eau géothermale à 60 - 80 °C.

Avantages et inconvénients

Par rapport à d'autres énergies renouvelables, la géothermie présente l'avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent), ni même de la disponibilité d'un substrat, comme c'est le cas de la biomasse. C'est donc une énergie fiable et stable dans le temps.

Cependant, il ne s'agit pas d'une énergie entièrement inépuisable dans ce sens car un puits verra un jour son réservoir calorifique diminuer. Si les installations géothermiques sont technologiquement au point et que l'énergie qu'elles prélèvent est gratuite, leur coût demeure, dans certains cas, très élevé.

Les panneaux solaires

Principe

L'énergie solaire est transmise à la Terre à travers l'espace sous forme de particules d'énergie (les photons) et de rayonnements. L’énergie solaire peut être captée et transformée en chaleur ou en électricité grâce à des capteurs adaptés.
Un panneau solaire est un dispositif destiné à récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en une forme d'énergie( électrique ou thermique) utilisable par l'homme.

Les capteurs photovoltaïques

L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque (c’est un composant électronique qui, exposé à la lumière génère une tension électrique : le courant obtenu est un courant continu et la tension obtenue est de l'ordre de 0,5 V). Plusieurs cellules sont reliées entre elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque, qui alimente un réseau de distribution électrique.

Les capteurs thermiques

Le solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Il se décline de différentes façons : centrales solaires thermodynamiques, chauffe-eau et chauffages solaires, rafraîchissement solaire, cuisinières et sécheurs solaires.

Energie éolienne

Une hélice entraînée en rotation par la force du vent permet la production d'énergie mécanique ou électrique en tout lieu suffisamment venté.

Les applications de l'énergie éolienne sont variées mais la plus importante consiste à fournir de l'électricité à l’échelle d’une région, d’un pays ou d’un particulier. Ce sont des parcs d'aérogénérateurs ou 'fermes' éoliennes pour les échelles les plus importantes qui mettent en œuvre des machines de moyenne et grande puissance (200 à 2 000 kW). Des systèmes autonomes, de 500 W à quelques dizaines de kW, sont intéressants pour électrifier des sites isolés du réseau électrique (îles, villages...).

Que peut-on faire de notre côté ?

On a vu que les énergies renouvelables et les différentes méthodes d’exploitation de celles-ci étaient nombreuses. Cependant, loin des vastes parcs à éoliennes ( mesurant souvent plusieurs dizaines de mètres de hauteur ) et des « usines solaires » ( qui produisent de l’énergie électrique en masse à partir de nombreux panneaux solaires ), les constructeurs ont adaptés ces procédés d’exploitation des énergies à une plus petite échelle, abordable par les particuliers. Parmi ces procédés, on peut citer la géothermie, les panneaux solaires ( aussi bien thermiques qu’électriques ), les petits éoliennes ou encore les chauffe-eau solaires.
Il existe deux méthodes pour agir chacun de notre côté, en-dehors des « petits gestes » d’économie de l’électricité :

La fabrication de son propre panneau solaire ou son éolienne, dont voici quelques exemples :

L’achat et l’installation de ces montages directement chez soi par des entreprises :

Nous nous intéresserons à la première méthode au travers de différents exemples. Même si la fabrication demande plus de temps, de patience et de recherches, le résultat n’en est pas moins satisfaisant. On arrive d’ailleurs à minimiser les dépenses grâce aux recyclages et aux bricolages diverses.