Les sources d'énergie  

3 - Les énergies fossiles 

Les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) sont utilisés massivement depuis le début de l'ère industrielle. Cette utilisation d'abord concentrée sur le charbon puis le pétrole, a précédé la montée en puissance actuelle du gaz. Les combustibles fossiles couvrent actuellement plus de 85% des besoins en énergie primaire. L'équivalence énergétique des combustibles fossiles est exprimée en tonne d'équivalent pétrole (tep). Il faut 1.5 tonne de charbon pour obtenir autant d'énergie qu'une tonne de pétrole.

Les inventaires (rapport entre les réserves prouvées à ce jour et la production actuelle) sont estimées à environ 40 ans pour le pétrole, 65 ans pour le gaz et 220 ans pour le charbon. Ces durées de vie peuvent probablement être rallongées mais au prix d'une extraction plus coûteuse et à l'accès à des gisement situés dans les terres glacées du grand Nord. Les ressources sont mal réparties sur la surface du globe. On estime par exemple que le Moyen-Orient disposera de 75% des ressources pétrolières en 2020. A la même époque, 70% de réserves de gaz seront concentrées en Russie et Moyen-Orient.

L'utilisation de combustibles fossiles entraîne le rejet dans l'atmosphère d'une grande quantité de gaz carbonique (CO2), gaz qui contribue à l'augmentation de l'effet de serre. Une meilleure gestion des techniques de combustion et l'utilisation du gaz peuvent diminuer ces émissions mais ne réduiront jamais complètement ces rejets (contrairement aux énergies renouvelables ou au nucléaire).

4 - Les énergies renouvelables

Les énergies renouvelables sont utilisées par l'homme  depuis des millénaires : bois de chauffage, traction animale, chute d'eau ou vent pour des actions mécaniques. Elles ont été supplantées depuis près de 200 ans par l'utilisation des combustibles fossiles plus appropriés aux développements industriels. Elles sont caractérisées par une densité énergétique faible et une disponibilité variable.

L'énergie hydraulique est la plus utilisée des énergies renouvelables. Elle fournit 3% de la consommation d'énergie primaire mondiale et environ 18% de de la consommation électrique. On estime qu'à ce jour 15% (2300 TWh/an) du potentiel techniquement exploitable (environ 15 000 TWh/an) sont utilisés mais la situation est très contrastée d'un pays à l'autre. Par exemple, la France et la Suisse ont exploité 90% des sites possibles alors qu'à l'opposé, l'Asie et l'Amérique du Sud exploitent moins de 20% de leur potentiel hydraulique.

L'énergie des océans existe sous diverses formes : énergie marémotrice due à l'attraction de la lune, énergie des vagues, l'énergie thermique due à la différence de température entre la surface et les eaux profondes. Les deux dernières formes sont difficilement exploitables à des coûts économiquement raisonnables. Le potentiel technique réel d'énergie marémotrice est estimé à 500 000 GWh/an (en  prenant en compte la disponibilité des installations due au cycle des marées). La faisabilité technique est démontrée, notamment grâce à la centrale marémotrice de la Rance (240 MW installés, 500 GWe.h sur un an).

L'énergie solaire reçue en dehors de l'atmosphère est d'environ 5.5 10²⁴ J (flux moyen de l'ordre de 1.4 kW/m2). Environ 30% est réfléchie dans l'espace, 25% est utilisée pour le cycle évaporation/précipitation de l'eau, la photosynthèse... et environ 45% est absorbée puis transformée en chaleur par l'air, les continents et les océans. Ceci représente environ 6000 fois la consommation mondiale d'énergie primaire. Les principales difficultés d'exploitations de l'énergie solaire reposent d'une part sur sa grande variabilité dans le temps (cycle journalier et annuel) qui implique la nécessité d'un stockage et d'autre part sur sa faible densité énergétique.
La conversion directe de l'énergie solaire en énergie électrique est possible via la conversion photovoltaïque. La fabrication des cellules reste coûteuse et très consommatrice d'énergie. Le rendement typique d'une cellule photovoltaïque actuelle est de 12-13%. La production électrique annuelle est d'environ 260 kW.h/m² dans un endroit particulièrement favorable (source World Energy Council).
La fabrication d'électricité peut s'envisager via des concepts concentrant les rayons du soleil sur une chaudière. Des centrales pilotes ont été construites (ex : Thémis en Pyrénées-Orientales, 2.5 MW) pour valider les options techniques principales mais n'ont pas débouché sur la construction de centrales de plus forte puissance à cause d'un coût du kWh élevé.
Enfin, l'utilisation de l'énergie solaire peut être envisagée pour des systèmes complétant le chauffage de maison individuelle (capteur solaire à corps noir).

L'énergie éolienne est utilisée depuis l'Antiquité (moulins, marine à voile...). La très grande variabilité (direction, vitesse, jour/nuit, saison) de cette énergie est son principal handicap. Le marché mondial de l'électricité éolienne connaît actuellement une période de développement important. Les prévisions indiquent une multiplication par 5 de la puissance installée dans le monde très rapidement (7200 MW installés à ce jour). Les éoliennes se regroupent en deux grandes familles :  les éoliennes à axe vertical, ne nécessitent pas de dispositif d'orientation mais sont complexes et assez peu répandues et les éoliennes à axe horizontal, fonctionnant face au vent et nécessitant donc un système de guidage. Ces dernières sont les plus développées. Une éolienne typique de 600 kW dispose d'un rotor d'environ 45 m. Elles commencent à produire de l'électricité à partir d'un vent de 13 km/h et doivent être découplées à partir d'un vent de 90 km/h afin d'éviter des endommagements. Un site possédant une vitesse moyenne supérieure à 27 km/h peut être considéré comme adéquat (essentiellement les régions côtières). Les surfaces mobilisées sont importantes (20 kWh/m²/an) même si les surfaces réellement utilisées représentent moins de 1% de la superficie totale. L'éolien "offshore" offre des potentialités plus importantes mais les coûts d'installation et d'exploitation sont supérieurs à ceux des sites terrestres. Au niveau français, le programme EOLE 2005 prévoit l'installation d'un potentiel éolien de 250 à 500 MW à l'horizon 2005.

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