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Les ressources énergétiques rapidement renouvelables

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Objectif(s)

Dégager les problématiques dues à l'inégale répartition de l'énergie solaire.

Connaître les différentes énergies renouvelables mises au point par l'Homme pour résoudre ces problématiques.

Pour produire de l’énergie, l’Homme utilise les roches combustibles comme le charbon et le pétrole.

Les stocks de ces sources d’énergies aujourd’hui s’épuisent alors que les besoins humains ne cessent d’augmenter. De plus, leur utilisation massive depuis l’ère industrielle a conduit à une injection importante de CO₂ dans l’atmosphère ce qui est à l’origine d’un dérèglement climatique sans précédent.

Sources de pollution	Quantité en millions de tonnes de polluants	Rang
Transports routiers et automobiles	7,0 M	1^er
Installations industrielles qui brûlent du charbon et du fuel	6,9 M	2^ème
Chauffages domestiques	0,3 M	3^ème

1. Rôle clé de l'énergie solaire

a. L'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre

La Terre, comme toutes les planètes du système solaire reçoit de l’énergie du Soleil. Cette énergie conduit à un réchauffement du sol et à la ré-émission de rayonnements infrarouge qui vont réchauffer l’atmosphère.
On part du principe que tous les rayonnements solaires qui arrivent à la surface de la Terre sont parallèles entre eux et transportent tous la même quantité d’énergie.

Approche expérimentale :

On éclaire la surface d’une mappemonde avec une lampe torche. On dessine la surface éclairée à l’équateur, au pôle nord et au sud de la sphère. On constate que la surface éclairée est la plus petite au niveau de l’équateur et qu’elle augmente lorsque l’on s’éloigne de l’équateur en direction des pôles (Document 1).

Document 1 : La variation de la quantité d’énergie solaire reçue en fonction de la latitude.

Ainsi, la quantité d’énergie solaire reçue à l’équateur est plus importante par unité de surface que vers les pôles. La sphéricité de la Terre conduit donc à une inégale répartition de l’énergie solaire à sa surface.

b. Conséquences de l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de la Terre

Lorsque l’on chauffe une masse d’air, elle devient moins dense et s’élève au-dessus des masses d’air plus froides. Ce mouvement ascendant de masse d’air crée localement une dépression. Les masses d’air adjacentes vont alors se déplacer des zones de fortes pressions vers les zones de basses pressions afin de rééquilibrer les pressions. Ce mouvement horizontal des masses d’air est appelé vent.
L’énergie solaire est donc à l’origine de l’énergie éolienne.
Les vents générés par l’inégale répartition de l’énergie solaire à la surface de la planète vont par friction entraîner les masses d’eau de surface et être à l’origine des courants marins. Ces derniers peuvent aussi être utilisés pour produire l’énergie marine.

c. L'énergie solaire : le moteur du cycle de l'eau

L’énergie solaire, en réchauffant la surface des océans provoque l’évaporation de l’eau. La vapeur d’eau est ensuite transportée par les vents jusqu’au dessus des continents. Elle se refroidit et se condense, ce qui donne les précipitations qui vont alimenter les cours d’eau et recharger les nappes phréatiques.

L’énergie solaire est donc à l’origine de l’énergie hydraulique.

2. Les différentes formes d'énergies renouvelables

a. L'énergie éolienne

L’Homme a depuis longtemps su utiliser l’énergie éolienne.

Les moulins à vent transformaient cette énergie en énergie mécanique qui permettait de broyer le blé pour fabriquer la farine.

Aujourd’hui, l’Homme utilise des éoliennes pour transformer cette énergie en énergie électrique.
Elles sont formées de trois pales fixées en haut d’un mât capable de s’orienter en fonction du sens du vent. L’énergie cinétique du vent est tout d’abord transformée en énergie mécanique par une turbine puis en énergie électrique par un générateur.

La France est relativement bien exposée aux vents.

Les vents sont les plus forts dans la vallée du Rhône, sur la façade ouest du pays et sur la côte languedocienne.
Ces trois sites stratégiques d’implantation des éoliennes permettent une production complémentaire d’électricité.

Toutefois, la France ne représente que 6% de la puissance éolienne totale européenne contre 34% pour l’Allemagne et 26% pour l’Espagne. De plus, l’implantation des éoliennes s’oppose souvent aux riverains qui soulèvent le problème des nuisances sonores et visuelles.

b. L'énergie hydraulique

Un barrage permet de retenir l’eau de ruissellement issue des précipitations. L’eau est ensuite libérée et c’est l’énergie du courant ainsi généré qui va être convertie en énergie mécanique par une turbine puis en énergie électrique par un générateur.

Les barrages posent toutefois des problèmes environnementaux : ils modifient les cours d’eau et favorisent l’évaporation. Ils retiennent les sédiments qui peuvent s’avérer polluants et perturbent la migration des poissons. En aval, les terres ne sont plus alimentées en alluvions fertilisateurs ce qui diminue leur productivité.

L’énergie hydraulique peut aussi être exploitée grâce à des hydroliennes qui exploitent l’énergie des courants marins et des marées. En France, des hydroliennes sont implantées au nord de la Bretagne.

c. L'énergie photovoltaïque

L'énergie photovoltaïque est produite par l'intermédiaire de panneaux à cellules photovoltaïques qui récupèrent l'énergie du soleil en suivant le principe de l'effet photoélectrique.
L'énergie produite est ensuite soit emmagasinée dans un accumulateur sur place (pour les logements isolés du réseau) et réinjectée dans le réseau électrique général.
En France le gouvernement a mis en place des réductions d'impôts sur l'installation de panneaux photovoltaïques sur les toits des maisons. La production est rachetée par les fournisseurs de réseau électrique à un prix fixé par l’État, et est ensuite réinjectée dans le réseau général.

d. Energie thermique

L'installation de capteurs solaires thermiques permet de transformer l'énergie solaire reçue en énergie thermique à l'aide d'un fluide caloporteur. Cette énergie peut être utilisée sur place pour chauffer l'eau du foyer ou assurer 50% des besoins en chauffage du logement.

3. La place des énergies renouvelables dans la production d'électricité

Actuellement, les combustibles fossiles occupent 68% de la production mondiale d’électricité contre seulement 16,8% pour les énergies solaires (éolienne, photovoltaïque, hydraulique, marine).

En France, la production d’électricité est assurée majoritairement par le nucléaire (76,5%) contre seulement 10,5% pour les énergies d’origine solaire. On estime à 86,5% la part due à l’énergie hydraulique et marine contre seulement 7,6% pour la part due à l’énergie éolienne.

En 2007, le Conseil de l’Europe s’est réuni pour se fixer des objectifs en terme d’énergies renouvelables et de développement durable. Ces objectifs ont été confirmés en France en 2008 lors du Grenelle de l’environnement. Si les engagements sont tenus c’est près de 8000 éoliennes qui devraient être implantées en France d’ici 2020.

L'essentiel

Aujourd’hui, pour produire de l’énergie, l’Homme utilise préférentiellement les combustibles fossiles. Ceci pose deux problèmes majeurs : ces combustibles sont épuisables et leur utilisation participe largement aux perturbations climatiques. L’Homme doit donc trouver rapidement des solutions pour remplacer les combustibles fossiles par des sources d’énergies non polluantes.
L’énergie solaire est la principale source d’énergie reçue par la Terre. Elle est à l’origine de la dynamique des masses d’air et des courants marins. De plus, elle constitue le moteur du cycle de l’eau. Elle présente l’avantage d’être inépuisable.
Depuis quelques années, on voit se développer des formes d’énergie dites renouvelables comme l’énergie photovoltaïque, l’énergie éolienne, l’énergie marine qui viennent en complément de l’énergie hydraulique utilisée depuis longtemps par l’Homme pour produire de l’électricité. L’intérêt de ces formes d’énergies est qu’elles ne rejettent pas d'importantes quantités de CO₂ dans l’atmosphère, elles sont plus propres.