Nous avons vu que la biomasse est, de loin, la source principale d’énergie renouvelable, suivie de l’hydraulique, qui est la source principale d’électricité renouvelable. La source qui a incontestablement le plus grand potentiel à terme est l’énergie solaire, source de chaleur ou d’électricité. L’électricité d’origine éolienne, qui a, c’est le cas de le dire, le vent en poupe, connaît un développement rapide, mais elle est handicapée par son intermittence et soulève des oppositions locales.

Il y a plusieurs autres sources d’énergie renouvelables qui présentent divers degrés de développement. A côté de la géothermie, seule significative aujourd’hui, on peut citer l’énergie thermique des océans, l’énergie des marées et celle de la houle.

Une toute petite fraction de l’énergie que rayonne le soleil vers notre planète, celle que reçoit un dixième de la surface du Sahara, suffirait – en théorie – à combler largement tous les besoins énergétiques de l’humanité, et sans menace d’épuisement. Le problème, c’est que cette énergie est très diffuse et, bien sûr, rythmée par l’alternance du jour et de la nuit.

L’énergie solaire est particulièrement adaptée à la fourniture de chaleur : son intermittence n’est guère un handicap car la chaleur se stocke sans problème. Les matériaux des bâtiments restituent la nuit la chaleur qu’ils ont emmagasinée le jour, et un ballon d’eau chaude bien isolé ne se refroidit pas en quelques heures.

L’isolation est le complément indispensable de l’énergie solaire : une habitation individuelle aux normes RT 2000, dont les pertes thermiques vont de 100 à 120 kWh/m2.an, peut tirer du solaire 33 % de ses besoins en chauffage et 67 % de ses besoins en eau chaude sanitaire. On peut aller bien plus loin dans des "Maisons Passives" qui ne perdent que 15 à 20 kWh/m2.an
On a même construit à Göteborg (Suède) 20 maisons qui ne nécessitent aucun apport d’énergie pour le chauffage ni la climatisation : affaire d’exposition, d’isolation, d’auvents pare-soleil, de "puits canadiens" pour préchauffer ou prérefroidir l’air de la ventilation, et d’un complément de chauffe-eau solaires et de panneaux photovoltaïques.

Le point faible de la France en matière d’énergies renouvelables, c’est sûrement son sous-équipement en chauffe-eau solaires, technologie "low tec" qui ne nécessite que de bons plombiers correctement formés.

 

Pour produire de l’électricité par la voie "solaire thermique", des miroirs réfléchissent les rayons solaires en les concentrant vers un foyer. La chaleur dégagée dans ce foyer vaporise un fluide, et la vapeur produite va se détendre dans une turbine qui entraîne un alternateur, avant de se condenser. La concentration peut être ponctuelle, dans des centrales où un champ de miroirs (héliostats) chauffe la chaudière au sommet d’une tour, ou linéaire, grâce à des réflecteurs paraboliques qui enveloppent partiellement une conduite transparente de fluide caloporteur.

Dans tous les cas, il faut un site sans nuage car il s’agit de réflexion directe (c’est l’une des raisons de l’échec de Thémis, construite à Targassonne, Pyrénées Orientales sur un site trop nuageux).

 

L’électricité photovoltaïque est produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire dans une cellule photovoltaïque, composant semi-conducteur qui, exposé à la lumière, génère une tension électrique de 0,5 volt.

Les cellules photovoltaïques sont aujourd’hui à base de silicium mais des matériaux encore en développement promettent de meilleurs rendements. Les cellules sont regroupées pour former un module photovoltaïque, souvent appelé panneau solaire. Comme les panneaux solaires fournissent du courant continu, ils sont en général associés à un onduleur pour pouvoir alimenter du matériel électrique standard.

De tels modules ont été dans un premier temps utilisés pour alimenter des satellites en orbite, puis des équipements électriques dans des sites isolés (avec batteries de stockage), enfin, à la production d'électricité sur les réseaux électriques.

En 2006, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté, dans le monde, une puissance de 1500 MW, portant la totalité des installations mondiales à 6700 MW : la croissance est forte mais le total encore très marginal.

L’énergie éolienne est un concentré d’énergie solaire, mâtinée d’un zeste d’énergie cinétique de rotation de la Terre. En chauffant l’atmosphère de façon hétérogène, le soleil engendre des différences de densité et de pression qui sont à l’origine du vent. La nature des sols, l’altitude et le relief modulent localement les grands déplacements d’air en influant sur leur vitesse, leur régularité et leur turbulence : une colline fera "coupe-vent", un col produit en général une accélération, une falaise induira des turbulences, etc...

Lointaines héritières des moulins à vent de Don Quichotte, les éoliennes modernes sont devenues de vrais géants, produits d’une technologie très moderne. Les principaux fabricants d'éoliennes construisent des machines d'une puissance d'environ 1 MW à 5 MW. Ces dernières ont un rotor de l’envergure d’un Boeing 747 et leur nacelle est juchée sur un mât de plus de 130 mètres de haut.

En 2005, l’éolien a produit 0,5 % de l’électricité mondiale. Selon l’AIE, cette proportion atteindrait 3,4 % en 2030. L’éolien est encore subventionné dans tous les pays, en général sous forme d’obligation d’achat à prix fixe et élevé, indépendant des besoins du réseau. Mais le coût de production des grandes éoliennes devient presque compétitif dans les sites favorables.

En revanche, on n’obligera pas le vent à souffler à la demande. Sur un territoire donné la production d’électricité éolienne peut varier considérablement d’un jour sur l’autre ! Ceci provoque de fortes contraintes sur le réseau électrique et limite la place maximale que peut occuper l’électricité éolienne.

Une éolienne fonctionne d'autant mieux que les vents sont réguliers et fréquents. En effet, les éoliennes commencent à produire quand la vitesse du vent est supérieure à une valeur comprise entre 10 et 20 km/h, mais on doit les arrêter par sécurité quand le vent dépasse 90 km/h. De même, l'axe de rotation de l'éolienne doit rester la majeure partie du temps parallèle à la direction du vent. Il est donc préférable d'avoir une direction de vent la plus stable possible.

Souvent, les promoteurs de l’éolien donnent des statistiques en puissance installée (en MW), mais l’important, c’est la quantité d’électricité (en MWh) produite en une année, c'est-à-dire le nombre équivalent d’heures de marche à pleine puissance. Dans un bon site terrestre, on peut espérer 2500 heures, mais cela peut dépasser 3500 heures en mer. Dans un site moins favorable, ce nombre s’effondre. La moyenne sur l’Allemagne dépasse à peine les 1600 heures par an alors que la moyenne française est de 2320 heures. En conséquence, et dans les conditions de la France métropolitaine, un parc éolien de 30 GW peut remplacer entre 4 et 6 GW de centrales thermiques.

En résumé, une source d’énergie renouvelable en forte expansion, très soutenue par les états européens, mais sujette à de fortes oppositions locales (dégradation de paysages, bruit, interférences électromagnétiques, etc...).

 

La géothermie provient de la radioactivité naturelle de notre planète qui maintient le magma à haute température. Dans quelques sites privilégiés où le magma, proche de la surface, surchauffe naturellement les eaux souterraines, on peut pratiquer des forages pour soutirer directement de la vapeur et la détendre dans une turbine pour fabriquer de l’électricité. On exploite notamment cette "géothermie à haute température" en Islande, en Californie (Les Geysers), en Italie (Lardarello) et en Guadeloupe (Bouillante). La chaleur est gratuite, mais les eaux thermales sont souvent corrosives pour les tuyauteries des centrales.

Si le magma n’affleure pas, il suffit de forer assez profond pour trouver des roches chaudes et sèches. A 5000 mètres de profondeur, on rencontre souvent des températures supérieures à 200°C. Si l’on fore un "doublet", on peut injecter de l’eau froide d’un côté et récupérer de la vapeur de l’autre, à condition que la roche soit assez fracturée pour permettre l’écoulement de l’eau injectée. Cette forme de géothermie HT est onéreuse et n’est pas vraiment renouvelable mais les quantités d’énergie récupérable sont importantes.

 

Il y a de nombreux aquifères d’où l’on peut extraire de l’eau tiède pour le chauffage des locaux, directement ou avec une pompe à chaleur. L’eau doit être réinjectée dans la nappe d’eau chaude, assez loin pour ne pas la refroidir (à environ 1 km). Il y a sous le bassin parisien, entre 800 et 1500 m de profondeur, une telle nappe d’eau à 80°C qui s’appelle le Dogger. Elle est utilisée pour le chauffage urbain de plusieurs ensembles immobiliers des environs de Paris.

 

L’usine marémotrice de la Rance est le seul exemple significatif d’utilisation des marées pour produire de l’électricité. Elle a permis la mise au point des "groupes-bulbes" qui équipent la plupart des barrages au fil de l’eau. Seuls quelques sites dans le monde seraient prometteurs (Baie de Fundy, estuaire de la Severn, baie du Mont St Michel) mais avec un impact environnemental dissuasif. Le projet d’équipement du Mont St Michel, envisagé dans les années 70, aurait nécessité la construction d’une digue de 40 km de long mais avec un grand risque d’ensablement et de défiguration d’un site naturel et architectural unique, classé au patrimoine de l’humanité.

On peut produire de l’énergie en exploitant les différences de température entre les eaux de surface et les eaux profondes des mers chaudes. Georges Claude en avait fait une tentative remarquée avant-guerre, mais sans succès. La quantité d’énergie est considérable, mais le rendement, très faible : il faut donc des installations très grandes et dimensionnées pour résister aux agressions du milieu marin. Souvent essayé, ce procédé n’a jamais été rentable.

 

De même que l’énergie éolienne est un concentré d’énergie solaire, on peut dire que l’énergie de la houle est un concentré d’énergie éolienne. De nombreux dispositifs ont été testés, notamment en Grande Bretagne et au Portugal, pour récupérer cette énergie de la houle, en lui faisant d’une façon ou d’une autre actionner des pistons dont l’énergie mécanique est transformée en électricité. Le principe est prometteur, mais il faut que les dispositifs puissent résister aux tempêtes, ou en être mis à l’abri, ce qui n’est pas évident.

 

Il y a beaucoup d’idées de variantes pour tirer parti des énergies solaire, éolienne et hydraulique, dont plusieurs sont intéressantes mais dont aucune n’a encore atteint le stade de prototype industriel :

Les "hydroliennes" ancrées au fond tourneraient sous la surface dans le courant des rivières ou dans les courants de marée sans nécessiter la construction de barrage. Les courants de marée peuvent localement être très puissants et très réguliers.

Des ballons captifs pourraient porter des turbines éoliennes à haute altitude, où les vents sont plus forts et plus réguliers.

Des réflecteurs paraboliques peuvent chauffer en leur foyer un moteur thermique utilisant le "cycle de Stirling" pour une production locale d’électricité.

Enfin, carrément futuristes, des stations solaires en orbite pourraient rayonner leur énergie vers la terre par microondes.