Le livre sur les énergies renouvelables (l’énergie hydroélectrique)

7 novembre 2022 par WM81

Une étape supplémentaire de la publication en ligne de l’ouvrage consacré aux énergies renouvelables. Rédigé par la commission énergie du collectif Toutes Nos Énergies – Occitanie Environnement, il est coordonné par Marcel Caron.
Plusieurs d’entre vous ont déjà fait des remarques et des commentaires. Merci de votre intérêt et de vos suggestions. Les auteurs en tiendront compte et les intègreront dans la version finale.

Voici la deuxième partie du chapitre sur les énergies pilotables : l’énergie hydroélectrique qui est perçue favorablement dans l’opinion qui se souvient peu des impacts sociaux et environnementaux du passé. (PDF)

Chapitre 3 Les énergies renouvelables pilotables

2ième partie L’énergie hydroélectrique

L’hydroélectricité est perçue favorablement dans l’opinion qui se souvient peu des impacts sociaux et environnementaux du passé.

L’énergie hydroélectrique, ou hydroélectricité, est une énergie renouvelable qui est issue de la conversion de l’énergie hydraulique en électricité. L’énergie cinétique du courant d’eau, naturel ou généré par la différence de niveau, est transformée en énergie mécanique par une turbine hydraulique, puis en énergie électrique (énergie finale) par une génératrice électrique synchrone.

En 2017, l’énergie hydroélectrique représentait 16,6 % de la production mondiale d’électricité ; elle possède de nombreux atouts : Cette énergie renouvelable, d’un faible coût d’exploitation est responsable de la plus faible émission de gaz à effet de serre de toutes les EnR ; la capacité de stockage de ses réservoirs permet de compenser les variations de la demande ainsi que celles des énergies intermittentes. Les installations hydroélectriques ne sont pas destinées à la seule production d’énergie mais permettent d’autres usages, tels que l’alimentation en eau potable, l’irrigation des terres agricoles ou la navigation marchande ou récréative.

Elles présentent toutefois des impacts sociaux et environnementaux à la construction : déplacements de population, éventuellement inondations de terres agricoles, modifications des écosystèmes aquatique et terrestre, blocage des alluvions, etc… Et si les risques d’accidents sont minimes, ils peuvent être très dangereux. D’autres inconvénients peuvent être les conflits d’usages entre l’hydroélectricité et le tourisme nautique, ou la perte des possibilités d’irrigation en aval des barrages …

Ses formes de production principales :

les centrales dites gravitaires, ainsi nommées car les apports d’eau dans leur réservoir ou leur prise d’eau sont essentiellement issus de cours d’eau par gravitation, telles que les centrales au fil de l’eau ou les centrales hydroélectriques de lac ;
les stations de transfert d’énergie par pompage (S-T-E-P), aussi connues sous l’appellation « centrales hydrauliques à réserve pompée » ou « centrale de pompage-turbinage », dans lesquelles des turbines réversibles pompent l’eau d’un bassin inférieur vers un bassin supérieur (pompage durant le creux de la demande à partir d’électricité produite par des équipements de base)… (NDLR : ce qui a pour avantage de rendre à nouveau l’eau disponible pour la production d’électricité). Le pompage-turbinage peut aussi se faire dans des conduites séparées comme dans le cas d’espèce ci-dessous.

les usines marémotrices, qui utilisent l’énergie du mouvement des mers, qu’il s’agisse du flux alterné des marées (marémotrice au sens strict), des courants marins permanents (hydroliennes au sens strict) ou du mouvement des vagues.

La proportion d’énergie hydroélectrique produite est moindre que celle de la puissance installée (voir ci-dessous).

Elle représente 16 % de la production électrique mondiale en 2015 (contre 20,9 % en 1973). Précisons aussi que pour la France, la production hydroélectrique atteint 63,8 TWh en 2012, soit 11,8% de la production totale d’électricité. En fin 2012, la puissance installée était de 25,4 GW, ce qui représente 20% des capacités électriques françaises.

La France s’est donné pour objectif (dans le cadre du Grenelle Environnement), d’accroître la production de 5 TWh d’ici à 2020 et d’augmenter les moyens de pointe de 3 000 MW.

Objectifs quantitatifs et orientations fixés par la Programmation Plurianuelle de l’Énergie (PPE).

Augmenter la capacité de production hydroélectrique de 500 à 750 MW et la production de 2 à 3 TWh d’ici 2023.
Préserver la capacité de flexibilité de l’hydroélectricité, essentielle pour contribuer à la flexibilité du système électrique et faciliter l’intégration de capacités accrues d’énergies renouvelables.
Évaluer les pertes de production liées aux actions de rétablissement de la continuité écologique et optimiser autant que possible la conciliation des enjeux de préservation des milieux et de production d’énergie renouvelable.
Relancer le développement de l’hydroélectricité par des appels d’offres réguliers et par l’optimisation des concessions existantes.
Engager d’ici 2023 des projets de stockage sous forme de STEP, en vue d’un développement de 1 à 2 GW de capacités entre 2025 et 2030. (Actuellement, en France, 5 GW existants)

Ajoutons qu’en France, la production hydroélectrique représente 70% de la production d’électricité à partir de sources renouvelables.

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La nature en otage…

31 octobre 202231 octobre 2022 par WM81

Dans le dernier numéro de l’Oiseau Mag, une des publications de la LPO, son président, Allain Bougrain Dubourg, signe un éditorial d’une actualité brûlante. Le voici dans son intégralité, dans l’attente de vos commentaires et de vos réactions. “Les climatosceptiques sont à court d’arguments. L’été 2022 s’est imposé comme la vitrine des conséquences dramatiques du … Lire plus

Projet de loi sur les énergies renouvelables : la colère monte

17 octobre 2022 par WM81

Jeudi 13 octobre, au Palais des congrès de Mazamet, une conférence de presse a réuni les élus et les associations qui luttent pour la protection de l’environnement et la biodiversité autour d’un projet de loi qui les inquiète. Aux côtés de Françoise Marchand, Jean Pougnet et Jacques Biau, co-secrétaires du collectif Toutes Nos Energies/ Occitanie … Lire plus

Le livre sur les énergies renouvelables (la géothermie)

7 novembre 202214 octobre 2022 par WM81

Cette semaine la publication en ligne de l’ouvrage consacré aux énergies renouvelables accélère. Marcel Caron qui coordonne ce livre, rédigé par la commission énergie du collectif Toutes Nos Énergies – Occitanie Environnement, nous propose deux parties du second chapitre. Plusieurs d’entre vous ont déjà fait des remarques et des commentaires. Merci de votre intérêt et de vos suggestions. Les auteurs en tiendront compte et les intègreront dans la version finale.

Voici la première partie du chapitre sur les énergies pilotables : l’énergie géothermique qui offre de multiples possibilités ; elle est pourtant, aujourd’hui encore négligée, “ostracisée”, à tort, pensons-nous. (Ici en PDF)

Chapitre 3 Les énergies renouvelables pilotables

1ière partie : la géothermie

Qu’est ce que la géothermie?

La géothermie est une source d’énergie renouvelable capable de fournir du froid, de la chaleur et de produire de l’électricité. Elle permet d’exploiter les calories contenues dans le sol et le sous-sol, à plus ou moins grande profondeur. Elle est inégalement répandue en France, et peu connue. Pour cette raison, elle mérite un traitement particulier.

Il s’agit de récupérer la chaleur ou les thermies du sol ou du sous-sol afin de l’utiliser à des fins diverses, l’électricité, mais surtout le chauffage, ainsi que l’eau chaude sanitaire et même le rafraîchissement, en été. Le lecteur sait sans doute que la température du sous-sol s’élève en fonction de la profondeur : en moyenne : + 3,3°C tous les – 100 m en France. C’est ce qu’on appelle le gradient géothermique. Cette chaleur est utilisable et a déjà été bien utilisée. C’est la seule forme d’énergie renouvelable pouvant assurer une production régulière 24h/24 et qui soit disponible à tout moment sans restriction. Son coût de fonctionnement peut concurrencer celui du gaz naturel, permettant aux pays de s’affranchir de leur dépendance aux importations de combustibles et d’accroître leur sécurité énergétique.

D’importantes réserves géothermiques, à des températures de 12 °C à 150 °C sont disponibles en France. Elles sont tellement abondantes que l’exploitation des nappes par exemple, suffirait à couvrir la quasi-totalité des besoins calorifiques pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire, soit d’économiser 40 millions de TEP par an.

En fait, il n’y a pas une géothermie, mais différents types de géothermies :

1 La géothermie profonde

On appelle géothermie profonde celle qui consiste à chercher la chaleur du sous-sol à des profondeurs variant de plus de 200m à plusieurs kms. Comme on peut la récupérer directement à haute température, voire très haute température, elle peut produire de l’électricité (2 centrales en France produisant 102 GWh par an), ou, directement, de la chaleur pour des gros réseaux de chaleur (pour plusieurs centaines, voire plusieurs milliers d’immeubles d’un quartier ou d’une ville. Il existe une soixantaine d’installations de ce type en France produisant 1650 GWh/an (voir ci-dessous), ainsi que d’autres à usage industriel ou agricole ou de loisirs (130 GWh/an).

La géothermie de grande profondeur

La technologie EGS « Ehanced Geothermic System) mise au point à Soulz -les-Forêts, lieu d’expérimentation, d’études et de prospection, consiste à libérer les failles de leur dépôts minéraux à 1600 m environ de profondeur, pour relier, rétablir ou améliorer les différents réservoirs d’eau chaude du sous-sol. Ces failles, très propices à la géothermie profonde, sont situées le long du rift européen qui va d’Oslo à Barcelone en passant par l’Alsace et les Cévennes (zone fracturées, fossés d’effondrement). Le potentiel de la géothermie profonde est considérable, mais son exploitation demande des investissements importants qui sont difficiles à rentabiliser, d’autant plus que la production d’électricité géothermique est la seule qui ne bénéficie pas de subventions depuis la dernière PPE (Programmation Pluri-annuelle de l’Energie)

Les réseaux de chaleur

Des gisements importants de géothermie profonde existent sous les bassins sédimentaires et permettent de produire de la chaleur en grande quantité. Ainsi, dans la région parisienne, des centaines de milliers de logements sont chauffés depuis les années 1970 par des réseaux de chaleur. Grâce aux nappes présentes dans le sous-sol de la région, l’Île-de-France est dotée d’un des plus importants gisements en chaleur d’origine géothermique. C’est la raison pour laquelle elle compte la plupart des forages exploités, mis en service dans les années 80 pour la grande majorité. Aujourd’hui, cette technique connaît un nouvel essor :

À l’orée des années 2000, la commune d’Orly a été l’une des premières à envisager la possibilité de réaliser un nouveau « doublet géothermique » (en géothermie « sur nappe », il faut deux forages, voire trois : un puits d’extraction est associé à un, ou deux, puits de réinjection.)

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Le livre sur les énergies renouvelables (le stockage)

14 octobre 20226 octobre 2022 par WM81

Voici donc la suite de la publication en ligne de l’ouvrage consacré aux énergies renouvelables. Ce livre est rédigé par la commission énergie du collectif Toutes Nos Énergies – Occitanie Environnement, il est coordonné par Marcel Caron.
Plusieurs d’entre vous ont déjà fait des remarques et des commentaires. Merci de votre intérêt et de vos suggestions. Les auteurs en tiendront compte et les intègreront dans la version finale. (Ici en PDF)

Il y aurait bien une solution à l’intermittence de l’éolien et du solaire, à savoir la possibilité de stocker l’électricité à grande échelle. Mais apparemment, ça ne sera pas possible avant bien longtemps. Voyons ce qu’il en est.

Chapitre 2 Les énergies intermittentes

3ème partie : Le stockage de l’énergie

L’idée est répandue que, si l’on parvenait à stocker convenablement l’électricité, alors il suffirait de stocker la production des énergies alternatives lorsqu’elle est excédentaire pour la réutiliser lorsqu’elle redeviendrait utile et améliorer ce faisant sa valorisation et donc la compétitivité de la filière considérée. Malheureusement cette façon de voir relève assez largement du sophisme.

« Le stockage a nécessairement un coût : coût d’investissement, coût d’exploitation et renchérissement du kWh restitué lié à une efficacité toujours inférieure à 1 et oscillant selon les technologies entre 25 et 95 %. Ce coût s’ajoute au prix de l’électricité stockée et vient donc le renchérir.
La panoplie des solutions de stockage comprend les stations de pompage/turbinage (STEP), les stockages thermodynamiques (CAES (Compressed Air Energy Storage)) à air comprimé et systèmes dérivés), les batteries, les super-condensateurs, les piles à combustible rechargeables, les bobines supraconductrices (SMES), les volants d’inertie, etc. sans oublier les modes de stockage indirects et hybrides : chauffe-eau à accumulation et autres stockages thermiques, hydrogène, lingots d’aluminium ou autres produits finis ou semi-finis. » (Jean-Pierre Hauet, article extrait de la Revue de l’électricité et de l’électronique)…

Il faut savoir, d’emblée, qu’il n’y a qu’une seule solution de stockage de l’électricité utilisée intéressante à l’échelle industrielle : ce sont les STEP (Stations de Transfert d’Energie par Pompage ) qui représentent la plus grande partie du stockage (99 % de la capacité de stockage de l’énergie électrique dans le monde). Elles complètent des barrages-réservoirs (ou barrages-lacs). Elles sont composées de deux réservoirs séparés verticalement. L’eau du réservoir aval est pompée jusqu’au réservoir amont durant les périodes creuses, donc souvent de nuit) afin de stocker sous forme gravitaire l’électricité prélevée.

Cette solution bien entendu n’est possible que près des barrages de montagnes. En France, la possibilité d’en installer de nouvelles est très réduite.

De nombreux autres moyens de stockage de l’électricité à l’échelle collective existent, à l’état de projets, et au mieux, au stade expérimental. Leur mise en oeuvre pose de nombreux problèmes techniques et/ou environnementaux.
Ils sont donc inutilisables aujourd’hui à l’échelle collective pour parer à l’intermittence de l’éolien et du solaire.

Citons-les :

Le stockage de l’électricité

Le stockage par air comprimé : Les installations s’appellent des CAES (Compressed Air Energy Storage). Il en existe trois sortes selon qu’on stocke l’air comprimé en sous-sol ou en surface et selon les techniques utilisées (avec chaleur ou isotherme). Il existe très peu d’installations dans le monde, le stockage dans des cavités souterraines ou dans des anciennes mines n’étant pas simple, et pour celles qui sont envisagées en surface, elles prennent beaucoup de place.
Le stockage inertiel : c’est un système de stockage d’électricité sous forme d’énergie cinétique. L’énergie est stockée par le biais d’un disque ou d’un rotor, tournant sur son axe dans un environnement visant à minimiser les frottements : enceinte sous vide et utilisation de paliers généralement magnétiques pour la liaison rotor/stator. Le couplage de la masse tournante à un générateur/alternateur permet de stocker et produire l’électricité. Mais l’énergie disponible n’est pas très élevée. En revanche, le coût d’investissement l’est.Le transfert d’énergie par lest : Un lest est relié à une plateforme flottante, à l’aide d’un câble. Pour stocker de l’énergie, le lest est remonté à la surface (de la mer), entrainé par un moteur électrique ; pour déstocker l’énergie, le lest descend en entrainant une génératrice. Pas simple non plus en raison de la profondeur nécessaire et du coût de la transmission de l’énergie.Une variante terrestre : une grue à six branches lève des blocs de béton de 35 tonnes et les empile comme dans un Lego géant pour former une tour. Pour restituer l’énergie et produire de l’électricité, la grue redescend les blocs de béton un par un pour reformer une seconde tour à l’extérieur de la première. L’inconvénient est que la grue et la tour de béton d’une hauteur de 120 mètres ne passeront pas inaperçues dans le paysage.
Le stockage par pompage thermique : Le stockage de l’électricité est réalisé grâce à deux enceintes de matériaux réfractaires, respectivement à haute (entre 500 °C et 800 °C selon les technologies) et à basse température (entre -160 °C et -80 °C selon les technologies), qui servent de source chaude et de source froide à un cycle thermodynamique. Le stockage d’énergie est réalisé sous forme de chaleur sensible, en exploitant des variations de température dans le matériau. Faible maturité. Aucun retour d’expérience.-
Le stockage électrostatique : Conçus sur le principe de base des condensateurs, les supercondensateursstockent l’énergie sous forme de champ électrique créé entre deux électrodes, avec comme différence de pouvoir atteindre des densités d’énergie et de puissance bien plus importantes, proches de celles des batteries, tout en bénéficiant d’un temps de recharge très court. Mais le temps de décharge étant court (24-48 h), l’énergie disponible est faible et ce type d’équipement est cher.

Font aussi partie de ces exemples de stockage peu productifs (à l’échelle collective)

Le stockage électrochimique (les batteries) :

Il en existe de multiples : plomb-acide, nickel-zinc, zinc-air, sodium-soufre, zebra, lithium-ion et des batteries « à circulation » : zinc-bromine et vanadium-vanadium…
Nous ne pouvons faire un exposé complet sur chacune d’entre elles. Les batteries lithium-ion sont les plus efficaces, remportent les suffrages les plus nombreux, à telle enseigne que le coût du lithium est en augmentation constante au fil des ans, ce qui fait qu’on comprend mal les prédictions de baisse de coût des batteries de l’ordre de 50 % d’ici à 2030 par certains bureaux d’études et institutions, dont l’ADEME. Y aura-t-il assez de lithium dans le monde pour satisfaire les besoins ? Il est permis d’en douter puisque le prix qui était de 2920 $ la tonne en 2002 et de 6995 $ en 2015, est passé à 16 550 $ en 2018 : selon la

US Geological, avec une production globale de 37 tonnes par an, le monde aurait assez de réserves pour 365 ans (mais à condition que la demande reste la même). Or les experts prédisent que vers 2040, le monde aurait besoin de 800 tonnes par an, rien que pour la production de batteries (c’est-à-dire sans compter les smartphones, tablettes et nombreux autres objets « connectés ») !

En fait, des réserves existent, mais sont disséminées dans la nature. Le problème est surtout qu’il n’y a pas suffisamment de mines ouvertes.
Actuellement, du fait de l’insistance des gouvernements à mettre en oeuvre la mobilité électrique, il y a un décalage entre la demande et l’offre.

Notons qu’à Soulz-les-Forêts, lieu d’expérimentation de la géothermie profonde par excellence, où des forages existent à des profondeurs d’environ 1600 m pour produire de l’électricité, du lithium a été découvert en grande quantité, ce qui n’était pas prévu. Une capacité d’1/10 ème de la demande française.

Nous savons qu’actuellement les constructeurs automobiles envisagent de privilégier les voitures électriques à batterie (25 millions en 2025 selon les prévisions) au détriment des véhicules à hydrogène (piles à combustible).
On sait qu’il sera très difficile d’obtenir une autonomie des voitures supérieure à 400 km, sauf si les chercheurs réussissaient à mettre au point les batteries lithium tout-solide (auquel cas cette autonomie pourrait être portée à 800 km), mais selon eux, rien n’est sûr et on ne le saura pas avant 2030 dans le meilleur des cas. On reste donc dans une grande incertitude quant à l’efficacité des batteries dont l’utilisation pour le stockage à grande échelle est de ce fait quasi inexistante.

Pour être plus précis, des progrès considérables ont été obtenus en laboratoire, pour des solutions diverses comme les batteries nickel-cadmium, d’autres au nickel-métal hydrure, au fluorure (10 fois plus denses et plus autonomes), au lithium-air (plus légères et aux performances supérieures), ou encore au sodium-ion qui aurait l’avantage de poser moins de problème pour l’approvisionnement en matière première, de même, comme déjà indiqué, que la batterie lithium-ion solide, mais on est encoreloin de la fabrication industrielle et de la mise sur le marché, ce qui laisse de beaux jours à l’actuelle batterie lithium-ion (liquide).

La batterie lithium-soufre s’annoncerait également. Par rapport à celle au lithium-ion, elle pourrait stocker 5 fois plus d’électricité à poids égal, mais là encore, la mise au point demandera du temps Puisque nous venons de l’évoquer, le poids des batteries joue un rôle. La voiture Tesla, réputée avoir une autonomie de 800 km, a des batteries qui pèsent deux fois plus que celles de la Zoé.

La révolution technologique en matière de batterie tarde à venir.

L’Hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant dans l’univers : 93% de la matière.

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