Énergies renouvelables

Énergies renouvelables

Définition

Une énergie renouvelable (ENR) est produite à partir d'une source dont le renouvellement naturel est plus rapide que la consommation humaine : soleil, vent, hydraulique, biomasse, géothermie, océans. En 2024, les ENR représentent 22 % de la production mondiale d'électricité et 30 % de la production française.

Solaire photovoltaïque

Principe : effet photovoltaïque dans un semi-conducteur (silicium cristallin dominant). Un photon d'énergie $E_\gamma = h\nu \geq 1{,}12\,\text{eV}$ arrache un électron.

Puissance récupérée : $P = \eta \cdot G \cdot S$

• $\eta$ ≈ 18-22 % (silicium mono), 24 % en hétérojonction, jusqu'à 47 % en multi-jonction spatial.
• $G$ irradiation en W/m² (STC = 1 000 W/m²).
• $S$ surface en m².

Ordre de grandeur : 1 m² PV produit environ 200 kWh/an en France, soit 1 kWc = 5 m². Une installation domestique 3 kWc coûte ~7 000 €, retour sur investissement ~12 ans.

Éolien

Loi de Betz : $P = C_p \cdot \tfrac{1}{2}\rho S v^3$ avec $C_p \leq 16/27 \approx 0{,}59$.

• Éolien terrestre : puissance 2-4 MW/unité, facteur de charge 25 %.
• Éolien offshore : puissance 6-15 MW/unité, facteur de charge 45 %.
• Doubler la vitesse du vent multiplie la puissance par 8.

Hydraulique

Puissance d'une centrale : $P = \eta \rho g Q H$

• $\rho$ = 1 000 kg/m³, $g$ = 9,81 m/s², $Q$ débit (m³/s), $H$ chute (m).
• Rendement global $\eta \approx 0{,}85$ (turbine + alternateur).

Exemple : Barrage de Grand'Maison (Isère), $Q = 200\,\text{m}^3/\text{s}$, $H = 900\,\text{m}$ → $P \approx 1\,500\,\text{MW}$ (station de pompage-turbinage).

Biomasse et biogaz

Combustion ou méthanisation de matière organique. Neutre carbone à condition de replanter (biosphère → atmosphère → biosphère). PCI du bois sec ≈ 4 kWh/kg.

Géothermie

Extraction de la chaleur du sous-sol :

• Très basse énergie : PAC géothermique, 10-15 °C, COP 4-5.
• Haute énergie : centrales géothermales (Soultz-sous-Forêts, Alsace), 200 °C, quelques MW.

Comparatif ACV (g CO₂eq/kWh, sur 30 ans)

Filière	Émissions
Éolien terrestre	12
Éolien offshore	10
Hydraulique	6
PV toiture (Fr)	44
Géothermie	40
Nucléaire	6
Gaz cycle combiné	400
Charbon	900

Cadre européen et français

• Directive RED III (2023) : 42,5 % d'ENR dans la conso finale UE en 2030.
• Loi APER (2023) : accélération des ENR en France.
• PPE (Programmation Pluriannuelle de l'Énergie).

À retenir

• ENR = soleil, vent, eau, biomasse, géothermie, océans.
• $P_{\text{PV}} = \eta G S$ ; $P_{\text{éol}} = \tfrac{1}{2}\rho S v^3 C_p$ ; $P_{\text{hydro}} = \eta \rho g Q H$.
• ACV très favorable (10-50 g CO₂eq/kWh) vs 400-900 pour fossiles.