Énergies renouvelables : fonctionnement, avantages, limites, tout ce qu’il faut savoir

Quelles sont ces énergies renouvelables dont on parle tant ? Comment favoriser leur déploiement à grande échelle ? Quelles sont leurs limites ? On vous dit tout dans cet article.

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Qu’est-ce qu’une énergie renouvelable ?

Une énergie renouvelable est issue de sources naturelles que la Terre régénère en permanence. Contrairement aux énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole), elles ne s’épuisent pas à l’échelle humaine et génèrent peu ou pas de gaz à effet de serre. Parmi les plus connues, on retrouve l’énergie solaire, éolienne, hydraulique, la biomasse ou encore la géothermie. Ces ressources sont propres, durables et compatibles avec les objectifs de neutralité carbone.

Zoom sur les 5 principales énergies renouvelables

L’énergie solaire

Comme son nom l’indique, l’énergie solaire provient des rayons du soleil. Ce sont les panneaux placés sur les sols, les façades et les toits des maisons qui les captent, puis les transforment. La puissance solaire se décline en 2 grandes catégories, à savoir photovoltaïque et thermique.

L’énergie solaire photovoltaïque

L’énergie solaire est dite photovoltaïque quand le rayonnement du soleil est changé en électricité verte. Ce phénomène se produit au moyen de panneaux recouverts de matériaux semi-conducteurs, constitués de cellules photovoltaïques. Une fois exposés à la lumière, ces éléments absorbent l’énergie des photons lumineux. Une partie de ces derniers met en mouvement des électrons qui sont saisis par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface des cellules photovoltaïques produisent ensuite un courant électrique continu.

L’énergie solaire thermique

L’énergie solaire thermique repose sur les techniques suivantes :

• Des miroirs retiennent le rayonnement solaire en un point de manière à générer des températures très élevées (de 400 à 1 000 oC)

• Dans une chaudière, la chaleur obtenue change l’eau en vapeur

• La vapeur d’eau sous pression actionne une turbine qui entraîne un alternateur

• L’alternateur crée un courant électrique alternatif : l'électricité est donc produite grâce au soleil

Les panneaux solaires thermiques ont un fort potentiel de développement, car leur coût d’achat et d’installation se révèle moins onéreux que celui des photovoltaïques.

L’énergie hydraulique

L’eau désigne l’élément de vie par excellence. Elle assure une fonction vitale pour les êtres humains et elle dispose d’un fort potentiel d’extraction d’énergie. À l’échelle mondiale, la 

filière hydraulique arrive à la 2e place des sources de production électrique, derrière les énergies thermiques (gaz, charbon, pétrole). Cependant, en France, elle monte à la première position. L’hydroélectricité consiste à convertir la force cinétique des déplacements de l’eau sous toutes ses formes (chutes d’eau, courants des rivières et autres cours d’eau) en électricité. Toutefois, elle reste réservée à la production d’envergure.

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La filière hydraulique concerne également les énergies marines qui rassemblent les énergies renouvelables du milieu marin. Vous pouvez distinguer :

• L’énergie marémotrice : issue de l’exploitation des mouvements des marées

• L’énergie hydrolienne : résulte des courants marins

• L’énergie houlomotrice : repose sur l’agitation des vagues

• L’énergie thermique des mers : s’appuie sur les différences de température entre les eaux de surface et celles profondes

• L’énergie osmotique : utilise le contraste de salinité entre les eaux douces et salées

L’extraction des puissances marines relève des techniques ou des technologies expérimentales, comme le système à colonnes d’eau. L’énergie renouvelable que représente l’océan a la capacité de produire une quantité astronomique d’électricité. Elle est donc indispensable à la transition, dite énergétique, de la France et des pays du monde. Néanmoins, elle demeure très peu exploitée.

Pour aller + loin : 

Hydroélectricité : historique des 4 grands barrages de France

L’énergie éolienne

Les moulins à vent sont les ancêtres des éoliennes. L’énergie produite par un système éolien repose sur la force cinétique du vent. En principe, l’air fait tourner les pales qui font, elles-mêmes, tourbillonner le générateur de l’éolienne. À son tour, cet appareil transformera la force mécanique du vent en puissance électrique. Le courant est ensuite conduit vers le réseau électrique ou vers des batteries de stockage.Selon le GIEC, cette filière derrière l’hydraulique a le bilan environnemental le plus bas. La raison réside dans le fait que son fonctionnement ne nécessite ni eau douce ni pesticide, et ne présente aucune trace de gaz à effet de serre. Cette source de puissance présente quand même un principal inconvénient, car elle est intermittente comme le soleil. Il faut donc trouver une autre source d’énergie en l’absence de vent.

En France, l'énergie éolienne est la deuxième source d'électricité renouvelable, et représente 7,9% de toute l'électricité produite dans l'hexagone en 2020.

Pour aller + loin : 

Énergie éolienne : top des pays avant-gardistes

La biomasse

Parmi les 5 types d’énergies renouvelables figure la biomasse, également appelée bioénergie. Elle est l’ensemble des matières organiques d’origine végétale et animale pouvant devenir source d’énergie, et se décline en 3 grandes catégories.

Bois-énergie : par combustion

L’appellation bois-énergie signifie l’utilisation du bois à des fins énergétiques. Concrètement, les déchets des industries de transformation de bois et les déchets végétaux agricoles (paille, canne à sucre, arachide…) sont brûlés pour produire de la chaleur et de l’électricité.

Biogaz : par méthanisation

Outre le recours aux énergies fossiles (principalement le charbon et le pétrole), l’homme peut se tourner vers le biogaz. Ce gaz naturel renouvelable résulte d’un procédé chimique nommé méthanisation. Cette réaction a lieu quand les bactéries présentent sur des matières organiques (déchets domestiques, agricoles, boues, animaux, etc.) se trouvent privées d’oxygène.

La fermentation donne un mélange de méthane et de gaz carbonique qui sert ensuite à la production de chaleur, d’électricité ou de biocarburants. Avant d’être proposé à la consommation au grand public, le biogaz doit subir une nouvelle transformation qui élimine le dioxyde de carbone et le sulfure d’hydrogène. Ainsi, il en ressort du biométhane ayant les mêmes caractéristiques que le gaz naturel.

Biocarburant : après une nouvelle transformation chimique

De manière à faire face à l’épuisement des ressources fossiles, la filière du biocarburant est en plein essor. Le carburant de substitution aux produits pétroliers est d’origine végétale (éthanol, ester de colza ou de tournesol) ou provient de l’exploitation de l’alcool.

La géothermie

La  géothermie désigne une source d’énergie renouvelable provenant de l’extraction de la puissance contenue sous terre. Elle provient essentiellement de la désintégration radioactive des atomes fissiles contenus dans les roches. Elle est une énergie qui ne dépend pas des conditions atmosphériques, mais plutôt de la profondeur à laquelle l’homme la puise. Il existe donc la géothermie :

• profonde (plus de 150 oC),

• moyenne (entre 90 et 150 oC),

• peu profonde (entre 30 et 90 oC).

L’exploitation de la géothermie se passe dans une central géothermique au sein duquel se trouvent des puits. Ces derniers permettent la remontée de la chaleur du sol vers les transformateurs afin de chauffer les bâtiments de manière écologique.

Bon à savoir : Il existe également deux autres énergies renouvelables (l'énergie des marées et l'énergie solaire thermique) mais étant donné qu’elles sont plus à la marge, elles sont moins souvent évoquées. Elles restent cependant des pistes intéressantes à creuser dans une logique d’aller vers la transition écologique.

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Quel est le mix énergétique de la France ?

Avant de rentrer dans le détail des différents types d'énergie renouvelable, intéressons-nous au mix énergétique de la France. Le Ministère de la Transition énergétique détaille le mix énergétique français et les émissions engendrées pour l'année 2022 afin de mettre le doigt sur l'importance de créer des sources d'énergie décarbonées :

En 2022, les énergies renouvelables représentent donc seulement 14% de la consommation énergétique des Français.Elles produisent de l’électricité, du gaz et d’autres nécessités à la vie de l’homme. Comme caractéristique commune, elles ne génèrent pas des émissions polluantes (ou très peu) durant leur phase d’exploitation. En effet, les énergies renouvelables constituent de parfaits outils pour lutter contre le réchauffement climatique. Les scientifiques en distinguent 5 grands types.

Pourquoi favoriser les énergies renouvelables ?

L’essor des énergies renouvelables répond à plusieurs enjeux majeurs

• Réduction des émissions de CO₂ : Elles émettent très peu de gaz à effet de serre, ce qui les rend essentielles pour limiter le réchauffement climatique.

• Sécurité énergétique : En diversifiant les sources d’énergie locales, elles permettent de réduire la dépendance aux importations de pétrole ou de gaz.

• Création d’emplois : Le secteur des énergies renouvelables est en pleine expansion et génère de nombreux emplois locaux et non délocalisables.

• Valorisation des territoires : Installées en milieu rural ou côtier, ces énergies peuvent redynamiser les territoires en favorisant les projets participatifs et citoyens.

Quelles sont les limites des énergies renouvelables ?

Même si elles ont de nombreux atouts, les énergies renouvelables ne sont pas exemptes de contraintes. Voici les trois principales

• Intermittence : Le soleil ne brille pas toujours et le vent ne souffle pas en continu. Il faut donc développer le stockage ou des sources d’appoint (cela va nécessiter pas mal de recherches pour optimiser ces sujets).

• Enjeux d’intégration au réseau : Adapter les infrastructures électriques (réseau de transport, distribution) est indispensable pour accueillir ces nouvelles sources.

• Impact sur les paysages : Certaines installations, comme les éoliennes ou les grands barrages, peuvent modifier les paysages ou affecter la biodiversité. Cela implique des enjeux environnementaux mais aussi sociétaux.

Quel avenir pour les énergies renouvelables ?

L’avenir des énergies renouvelables passe par

• L’innovation technologique (meilleur rendement, stockage, hydrogène vert)

• Le soutien politique et financier (subventions, tarifs d’achat, appels d’offres)

• La sobriété énergétique, en complément de la production décarbonée

• L’acceptation locale : les projets doivent s’ancrer dans les territoires et impliquer les citoyens

À retenir : c’est la combinaison de ces leviers qui permettra aux énergies renouvelables de jouer un rôle clé dans un modèle énergétique plus durable et plus résilient.

FAQ : tout savoir sur les énergies renouvelables

Les énergies renouvelables sont-elles vraiment 100 % propres ?

Elles émettent peu de CO₂ à l’usage, mais leur fabrication (panneaux, éoliennes) peut générer des émissions. Sur l’ensemble du cycle de vie, elles restent cependant très avantageuses par rapport aux énergies fossiles.

Quelle est l’énergie renouvelable la plus utilisée en France ?

L’énergie hydraulique reste la source la plus exploitée, suivie par l’éolien et le solaire.

Peut-on chauffer sa maison uniquement avec des énergies renouvelables ?

Oui, via la géothermie, les pompes à chaleur, ou le bois énergie. Des aides existent pour accompagner cette transition. Cela nécessite en revanche d’adopter un mode de vie plus minimaliste et de limiter certains éléments (nombre d’appareils, quantité de lumière utilisée, chauffage, etc…).

Les énergies renouvelables sont-elles rentables ?

Comme pour toute innovation, au début elles étaient très coûteuses. Aujourd’hui, elles le sont de moins en moins. L’autoconsommation et certaines installations collectives peuvent même permettre de faire des économies à long terme.

Les énergies renouvelables, levier de la transition écologique

Les énergies renouvelables sont plus que jamais au cœur de la transformation écologique. Bien qu’elles présentent encore des défis techniques et économiques, leur développement est essentiel pour construire un futur durable. Que vous soyez citoyen, entrepreneur ou décideur, vous avez un rôle à jouer pour accélérer cette transition. Souhaitez-vous que je décline ce contenu en version plus courte (newsletter, fiche mémo) ou que je rédige un article complémentaire sur un type d’énergie en particulier ?