Dans la perspective de l’emploi soutenable à venir des ressources en énergie, nous avons classé les sources d’énergie en deux catégories, énergie renouvelable et énergie non renouvelable. L’énergie renouvelable est celle qui est dérivée de sources qui se reconstituent plus vite que leur utilisation. La plupart des sources d’énergie renouvelables sont également propres, du fait qu’elles ne nécessitent pas de combustion dégageant des polluants et des gaz à effet de serre dans l’environnement. L’énergie non renouvelable dérive de sources que l’on emploie plus vite qu’elles se reconstituent (elles peuvent être finies ou non). La biomasse et les biocarburants sont un cas intéressant : si on les emploie plus vite que leur taux de croissance, ou de manière non soutenable, ces énergies deviennent non renouvelables.

Environ 90 % de la consommation mondiale d’énergie vient de sources non renouvelables. Ceci est extrêmement problématique, parce que les ressources non renouvelables seront bientôt épuisées, et que la plupart de ces sources sont des émetteurs majeurs de gaz à effet de serre. De l’autre côté, les sources d’énergie renouvelables, (incluant la biomasse, les biocarburants, l’énergie hydraulique, l’énergie géothermique, le soleil et le vent) ne comptaient que pour 11% de la consommation mondiale d’énergie en 2010, et, selon les projections (de l’administration américaine U.S. Energy Information Administration, International Energy Outlook 2013, ne devraient compter que pour 15 % en 2040. Parmi celles-ci, le solaire, l’éolien (énergie du vent), la géothermie et l’énergie hydraulique ne requièrent pas de combustion, et n’ont donc pas d’émission directe de gaz à effet de serre ou de polluants, alors que la combustion de la biomasse ou des biocarburants émettent des gaz à effet de serre et des particules qui polluent l’air et contribuent au changement climatique.

L’énergie nucléaire, comme les combustibles fossiles, est une source d’énergie non renouvelable, parce qu’il y a une quantité finie d’uranium disponible dans la croûte terrestre. Cependant, l’énergie nucléaire n’émet pas de gaz à effet de serre ni d’autres polluants atmosphériques. Examinons plus en profondeur les sources d’énergie non renouvelables et renouvelables.

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Documentez-vous sur les combustibles fossiles en cliquant à droite fossil fuels.

Sources d’énergie non renouvelables

Les combustibles fossiles constituent les principales sources d’énergie mondiale, et, selon les projections de l’administration américaine, devraient continuer à représenter 80 % de la consommation mondiale d’énergie en 2040 (US EIA International Energy Outlook 2013). Bien que la formation de combustibles fossiles soit un processus qui se poursuit sur la Terre, la formation de nouveaux combustibles fossiles prend des centaines de millions d’années. Le rythme d’extraction des combustibles fossiles excède de loin le rythme selon lequel ils se produisent : c’est pourquoi on les classe comme non renouvelables.

Figure 9 : La Centrale nucléaire de Susquehanna, située en Pennsylvanie, U.S.A. produit 63 millions de kilowattheures d’énergie électrique par jour. Notez les deux grandes tours de refroidissement et leurs émissions de vapeur. 1

L’pouvoir nucléaire provient des réactions qui modifient le noyau d’un atome. La fission nucléaire est une réaction atomique par laquelle le noyau d’un atome se divise en deux noyaux plus petits, en libérant de l’énergie. La fusion nucléaire est une réaction dans laquelle deux petits noyaux fusionnent pour former un noyau plus grand, en libérant aussi de l’énergie. L’énergie est habituellement libérée sous forme de rayonnements à haute énergie tels que les rayons gamma et les rayons x, qui peuvent être très dangereux pour les organismes quand l’exposition est forte.

L’énergie nucléaire constitue environ 8 % de l’énergie mondiale totale. L’énergie nucléaire est très efficiente, du fait qu’une quantité énorme d’énergie se dégage d’une toute petite quantité d’uranium 235 au point de départ de la réaction. Bien que l’énergie nucléaire soit intéressante, en raison de son rendement élevé, et de l’absence d’émission de gaz à effet de serre, la technologie nécessaire pour produire de l’énergie nucléaire en toute sécurité est complexe et controversée (figure 9).

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Les inconvénients de l’énergie nucléaire incluent les déchets de baryum et de krypton produits par la réaction de fission, qui sont hautement toxiques pour l’environnement du fait qu’ils continuent à émettre des radiations nocives. Bien entendu, beaucoup d’objets émettent des radiations, dont les roches, le sol, la nourriture, l’eau, mais tous les types de radiation auxquels nous sommes exposés ne sont pas nocifs.

On peut classifier les radiations selon le spectre électromagnétique (figure 10), qui définit les différents types de radiations selon leur longueur d’onde ou leur énergie. La longueur d’onde est définie comme la distance entre deux crêtes successives d’une onde. Plus grande est la longueur d’onde, plus faible est l’énergie contenue dans la radiation. Ainsi, les ondes radio transmettent très peu d’énergie, alors que les rayons gamma sont puissamment énergétiques.

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Les radiations visibles (ou lumière visible, les radiations solaires avec des longueurs d’ondes allant de 400 à 800 nm sur le spectre électromagnétique) sont les radiations solaires absorbées par les plantes pour activer la photosynthèse. Ces radiations ne sont normalement pas dangereuses pour les diverses formes de vie, incluant les hommes. Au contraire, les rayons X et rayons gamma sont les radiations les plus énergétiques, et peuvent être extrêmement dangereuses pour la santé des hommes, des plantes et des animaux. Ce type de radiations est dangereux parce qu’il peut modifier ou détruire les molécules d’ADN des cellules vivantes. De même, une exposition excessive au rayonnement ultraviolet du soleil peut causer des coups de soleil et le cancer de la peau.

electromagnetic spectrum
Figure 10 : Spectre électromagnétique. Les longueurs d’ondes dans le spectre variant entre les ondes radio, très longues, pouvant avoir la taille d’un bâtiment, et les rayons gamma, très courts, pouvant être plus courts que la taille d’un noyau atomique. 2

Des personnes inspirées

Amory Lovins

Amory Bloch Lovins est physicien et environnementaliste, cofondateur du “Rocky Mountain Institute”, une ONG dédiée à l’efficience énergétique et à la transition vers les énergies renouvelables. Il a reçu en 2007 le “Blue Planet Prize” pour ses efforts remarquables en vue de résoudre les problèmes environnementaux de la Planète. 3 

Comme les déchets radioactifs dégagent des rayons gamma et des rayons x, ils posent un problème pour aujourd’hui comme pour les civilisations futures. A l’heure actuelle, aux Etats Unis, la plupart des déchets nucléaires sont déposés dans de grandes enceintes cimentées dans les usines qui les ont produits. Il y a des risques à continuer à déposer ces déchets au-dessus du sol, tels que les dégâts des tremblements de terre, des tempêtes, ou de la malveillance. Il est également nécessaire que les sociétés du futur assurent la maintenance de ces installations de stockage. L’erreur humaine est aussi préoccupante quand elle peut concerner la gestion des déchets nucléaires. Une option alternative aux déchets nucléaires serait de réemployer les déchets comme source d’énergie. Cet emploi productif des déchets nucléaires est actuellement pratiqué avec des surgénérateurs dans des pays tels que la France, le Royaume Uni et l’Allemagne. Cependant, les surgénérateurs facilitent aussi la production d’armes nucléaires, accroissant le risque de prolifération nucléaire.

Un autre inconvénient des sources d’énergie non renouvelable est qu’elles causent de sévères problèmes environnementaux, incluant le changement climatique et la pollution de l’air, qui posent une menace sur les hommes, les plantes, les microorganismes et les animaux. Qui plus est, les énergies non renouvelables finiront par s’épuiser si on les utilise au rythme actuel (voir tableau 1). Par conséquent, pour la protection de l’environnement et pour assurer la sécurité énergétique et la santé des sociétés humaines, il nous faut rompre avec notre dépendance aux sources d’énergie non renouvelables pour accroître l’emploi des énergies renouvelables.

Tableau 1 : Comparaison de l’abondance des différentes sources d’énergie.

Energie renouvelable

Le potentiel des sources d’énergie renouvelables dans le monde dépasse de loin la demande mondiale d’énergie par plusieurs ordres de grandeur. Par exemple, on prévoit qu’en 2030, le monde aura besoin de 16,9 térawatts d’énergie, et l’énergie éolienne seule peut fournir 40 à 85 térawatts. Cependant, nous ne produisons que 0,02 térawatts d’énergie éolienne dans le monde aujourd’hui, seulement un infime pour cent de ce qui est disponible (voir le tableau 1).

Au cours des dernières décennies, les formes d’énergie renouvelables (en particulier le solaire et l’énergie éolienne) sont devenues plus largement utilisées en réponse à la nécessité de trouver des sources d’énergie qui peuvent se reconstituer sans produire de sous-produits nocifs contribuant au changement climatique.

L’énergie solaire

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Vous verrez plus loin dans la section Energie et action que beaucoup de gens dans le mone travaillent sur des solutions à la crise de l’énergie par des projets solaires.

L’emploi de l’énergie du soleil est l’une des méthodes les plus simples pour alimenter nos activités. En fait, chaque jour, la Terre reçoit assez d’énergie du soleil pour alimenter les besoins énergétiques actuels de la planète pendant un quart de siècle. L’énergie solaire peut être capturée « activement » ou « passivement ».

L’énergie solaire active utilise une technologie spéciale pour capter l’énergie dans les rayons du soleil (un peu comme l’appareil photosynthétique d’une plante) et la convertir en électricité. Les deux principaux types d’équipements utilisés dans ce processus sont les cellules photovoltaïques et les miroirs. Les cellules photovoltaïques (groupées en panneaux solaires) absorbent la lumière du soleil et la convertissent directement en électricité par l’effet photoélectrique et l’effet photovoltaïque (figure 11 ).

solar power station in Spain
Figure 11 : La centrale solaire d’Andasol, Andalousie, Espagne, est la première centrale thermique solaire à grands miroirs paraboliquse en Europe. La chaleur recueillie par les miroirs concaves actionne une turbine qui produit de l’électricité. Une partie de la chaleur produite pendant la journée est stockée dans du sel fondu (3 parts de nitrate de sodium pour 2 parts de nitrate de potassium), qui est utilisé pour produire de l’électricité la nuit et pendant les jours nuageux. 4

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Cliquez à gauche (Ctrl+clic) pour en savoir plus sur la façon dont les panneaux solaires capturent la lumière du soleil et la transforment en électricité.

On peut employer des miroirs pour concentrer de grandes quantités de lumière solaire sur un seul point. S‘il y a suffisamment de lumière concentrée en un point unique, on peut obtenir de grandes quantités d’énergie thermique. Par exemple, de grands miroirs en forme d’assiette peuvent concentrer la lumière solaire sur une bouilloire pour la cuisine, sur un chauffe-eau pour la douche, ou sur un moteur de Stirling. On emploie aussi des miroirs dans des usines thermoélectriques solaires à miroirs paraboliques ou à tour centrale : la chaleur produit de la vapeur, qui est convertie en électricité dans une turbine à vapeur. Les technologies d’énergie solaire active (panneaux solaires) peuvent produire directement à partir du soleil de l’énergie électrique qui peut alimenter des appareils électroniques. Voyez par exemples les bancs à énergie solaire ou essayez de fabriquer votre propre sac à dos solaire.

Figure 12 : Modèle simple de chauffe-eau solaire sur le toit, employé pour la grande majorité des maisons en Israël. L’eau du système domestique passe dans des circuits de chauffage logés dans un panneau. L’eau chauffée est stockée dans un réservoir pour être distribuée en bas dans le système domestique. 5

A la différence de l’énergie solaire active (panneaux solaires), l’énergie solaire passive n’a besoin d’aucun équipement de conversion. Elle maximise plutôt l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage et l’éclairage des bâtiments à travers une conception intelligente de leur structure. Par exemple, on peut construire une maison avec des fenêtres face au lever et au coucher du soleil ; ceci donne plus de lumière et de chaleur et réduit les besoins en chauffage et éclairage. Un autre exemple de technologie solaire passive est le chauffe-eau solaire sur le toit, qui absorbe la lumière solaire dans de grands réservoirs d’eau de couleur sombre, ce qui réduit les besoins en électricité ou gaz pour chauffer l’eau domestique ou à des fins commerciales (figure 12).

L’énergie solaire comporte des défis que les scientifiques et les ingénieurs s’emploient à relever. L’intensité du rayonnement solaire varie selon les diverses parties du monde en fonction de leur localisation géographique, selon la saison de l’année et selon l’heure du jour. Une source d’énergie de secours peur être nécessaire la nuit à certains endroits, mais on peut résoudre ce problème en chargeant un système de stockage (comme une batterie) qui stocke l’énergie le jour pour l’utiliser la nuit. Les scientifiques travaillent à l’amélioration des batteries et au développement du réseau d’énergie.

En basculant vers l’énergie solaire une seule maison alimentée en combustibles fossiles, on peut éviter l’émission dans l’atmosphère de plus de 3,5 tonnes de CO2 par an. Bien plus, au niveau mondial actuel de consommation d’énergie — 18 000 térawattheures par an — il nous faudrait couvrir de panneaux solaires seulement trois millièmes des régions désertiques de la Terre, soit environ 90 000 kilomètres carrés, pour satisfaire totalité la demande mondiale (voir figure 13). 

solar thermal farm
Figure 13 : La plus grande usine solaire thermique du monde. Le projet s’appuie sur une technologie connue comme technologie d’énergie solaire thermique. 350 000 miroirs concentrent la lumière vers des chaudières. Quand l’eau bout, la vapeur actionne une turbine produisant de l’électricité. Le projet, soutenu par la garantie sur un prêt du Département de l’Energie des U.S.A. procure une énergie propre et renouvelable à 140 000 habitations. 6

L’énergie du vent

Figure 14 : Un parc éolien aux U.S.A. produit de l’électricité à partir d’éoliennes fixées à 125 m de hauteur. 7

L’énergie du vent, ou énergie éolienne, dérivée du mouvement de l’air, est en réalité une forme indirecte d’énergie solaire. Etant donné la forme sphérique de la Terre, les radiations solaires chauffent différemment les différentes régions de l’atmosphère ; des rayons solaires plus concentrés frappent l’Equateur, tandis que des radiations solaires moins intenses atteignent les pôles. L’air tend à s’écouler des régions les plus chaudes vers les plus froides par le processus de convection, déterminant les vents dans les régions intermédiaires. Le régime des vents se définit alors par combinaison des variations de température et de la rotation de la Terre (on décrira plus complètement ce processus au chapitre sur l’eau, dans la discussion des cellules de Hadley). On peut employer des éoliennes (ou turbines à vent) pour recueillir cette énergie du vent.

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Vous apprendrez dans la section à venir “Energie et Action” comment des gens travaillent sur les moyens nécessaires pour protéger les populations d’oiseaux de la destruction par les éoliennes.

Comparable à un moulin à vent, l’éolienne est habituellement une grande roue équipée d’un jeu de trois pales légères montée en haut d’une grande tour (d’environ 39 à 105 m de haut). Les éoliennes produisent de l’électricité quand le passage du vent fait tourner les pales, ainsi qu’un engrenage fixé sur la roue (figure 14). L’engrenage entraine une bobine qui tourne à l’intérieur d’un aimant. Comme dans le cas d’un générateur nucléaire ou à charbon, les lois de la physique permettent de convertir le mouvement mécanique en mouvement des électrons dans un fil, produisant de l’électricité.

Des groupements de telles turbines sont appelés “parcs éoliens”, et se situent habituellement près des terres agricoles, des cols de montagne ouverts, et même dans l’océan. On peut créer des centrales éoliennes partout où il y a un paysage long et ininterrompu, où le vent peut prendre de la vitesse et rester laminaire (non turbulent).

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Cliquez à gauche pour en savoir davantage sur la désintégration radioactive.

Comme avec l’énergie solaire, il y a des inconvénients mineurs aux systèmes actuels d’énergie éolienne au stade actuel de leur développement. Par exemple, la vitesse du vent peut varier selon l’heure, les conditions atmosphériques, et l’emplacement géographique. Les bonnes ressources en vent sont souvent situées loin des centres de population, ce qui nécessite de développer un réseau de transport d’électricité pour acheminer l’énergie vers les centres de population. Pour explorer davantage quelques-uns des défis pratiques de fourniture d’énergie à des communautés entières par l’énergie éolienne, lisez encore ce qui concerne la communauté de l’île d’El Hierro dans l’étude de cas en introduction à ce chapitre.

Comme avec l’énergie solaire, le captage de l’énergie du vent et sa conversion en électricité ne produit pas d’émission de dioxyde de carbone. Toutefois, les centrales éoliennes doivent être localisées avec soin pour éviter les impacts négatifs sur les populations d’oiseaux et de chauves-souris.

Le captage et la conversion de l’énergie éolienne à l’électricité ont le potentiel d’empêcher la libération d’environ 1500 tonnes de dioxyde de carbone par an dans l’atmosphère (équivalent aux émissions émises par environ 6,5 millions de voitures par jour). Les parcs éoliens utilisent également moins d’eau que les centrales électriques conventionnelles, produisent une quantité importante d’énergie lorsqu’elles sont optimisées et créent des emplois et des revenus.

Energie géothermique

Figure 15 : L’éruption du geyser Castle dans le parc national de Yellowstone, aux États-Unis, est un exemple de la chaleur dans le noyau de la Terre s’échappant d’un évent à la surface. 8

L’énergie géothermique provient de la désintégration radioactive naturelle d’éléments soumis à des pressions extrêmement élevées qui sont situées profondément à l’intérieur de la Terre. À la suite de ce processus, la chaleur du noyau intérieur de la Terre s’élève à la surface de la Terre par des fissures et des failles. L’énergie géothermique est assez puissante pour faire fondre les roches souterraines en magma et provoquer l’écoulement de la lave des volcans. Elle crée également l’eau chaude qui est pulvérisée à partir d’un geyser ou d’évents hydrothermaux (figure 15).

On peut accéder à la chaleur géothermique souterraine si la source chaude est suffisamment près de la surface par des pompes à chaleur géothermiques (PCG). Dans ces systèmes, des tuyaux remplis d’eau forment une boucle entre une source de chaleur souterraine profonde et un réservoir hors sol pour être utilisés dans le chauffage des bâtiments et des maisons. Les zones de climats froids, comme l’Islande chauffent la plupart de leurs maisons en utilisant des systèmes PCG. À certains endroits, l’eau est pompée sous terre à travers des tuyaux placés près des sources de chaleur géothermiques. Dans ce cas, l’eau dans les tuyaux est transformée en vapeur qui peut ensuite être convertie en énergie électrique grâce à l’utilisation de moteurs thermiques. Le chauffage géothermique a de nombreux avantages. Par rapport aux éléments de chauffage électrique typiques, les PCG peuvent réduire les émissions de carbone jusqu’à 70 %. Cependant, un inconvénient du chauffage géothermique est qu’il n’y a que quelques endroits dans le monde où l’on peut accéder à des sites actifs pour la production de chaleur géothermique, et ces sites peuvent changer au fil du temps.

On peut accéder à la chaleur géothermique souterraine si la source chaude est suffisamment près de la surface par des pompes à chaleur géothermiques (PCG). Dans ces systèmes, des tuyaux remplis d’eau forment une boucle entre une source de chaleur souterraine profonde et un réservoir hors sol pour être utilisés dans le chauffage des bâtiments et des maisons. Les zones de climats froids, comme l’Islande chauffent la plupart de leurs maisons en utilisant des systèmes PCG. À certains endroits, l’eau est pompée sous terre à travers des tuyaux placés près des sources de chaleur géothermiques. Dans ce cas, l’eau dans les tuyaux est transformée en vapeur qui peut ensuite être convertie en énergie électrique grâce à l’utilisation de moteurs thermiques. Le chauffage géothermique a de nombreux avantages. Par rapport aux éléments de chauffage électrique typiques, les PCG peuvent réduire les émissions de carbone jusqu’à 70 %. Cependant, un inconvénient du chauffage géothermique est qu’il n’y a que quelques endroits dans le monde où l’on peut accéder à des sites actifs pour la production de chaleur géothermique, et ces sites peuvent changer au fil du temps.

Dans les zones tempérées du monde où il y a quatre saisons distinctes par an, avec des étés assez chauds pour nécessiter le refroidissement des bâtiments et des hivers qui nécessitent un chauffage, de simples systèmes géothermiques en boucle fermée peuvent fournir à la fois le refroidissement et le chauffage du sol. Contrairement aux systèmes PCG, ces systèmes géothermiques simples n’utilisent pas la chaleur de la désintégration radioactive des éléments. Au lieu de cela, ils utilisent la température constante de la terre allant de 4,5° à 10° C toute l’année à une profondeur relativement faible de 15 à 150m sous la surface. Les boucles de tuyaux sont placées verticalement ou horizontalement sous terre et l’eau mélangée à de l’antigel est pompée à travers le système de tuyauterie en boucle fermée, soit pour gagner de la chaleur pour le bâtiment en hiver, soit pour perdre de la chaleur du bâtiment en été. Il s’agit d’un mécanisme de faible coût énergétique pour fournir tout ou presque tout le chauffage et le refroidissement nécessaires pour les bâtiments dans ces climats.

Technologie de l’énergie hydroélectrique

Figure 16 : Usine hydroélectrique. 9

L’énergie hydroélectrique est produite en captant l’énergie de l’eau des cours d’eau et des rivières qui s’écoule vers le bas en raison de la gravité. C’est l’une des formes les plus anciennes et les plus utilisées d’énergie renouvelable. Elle fournit actuellement près d’un cinquième de l’électricité mondiale. La plupart des centrales hydroélectriques sont situées sur de grands barrages fabriqués par l’homme, qui contrôlent et bloquent le débit d’une rivière pour créer un lac artificiel, ou un réservoir. Une quantité contrôlée d’eau du réservoir s’écoule à travers les conduites du barrage par gravité. Comme l’eau coule à travers les conduites, elle fait tourner d’énormes turbines et génère de l’électricité (figure 16). Bien que l’hydroélectricité des grands barrages ne produise aucune pollution directe de l’air, sa construction peut nuire à l’écoulement de l’eau, à la vie aquatique dans les rivières, aux écosystèmes et à la faune terrestre voisine. En outre, dans certains cas, du méthane (un gaz à effet de serre très puissant) est également libéré par l’eau du barrage, en raison de la décomposition de la matière organique enfouie dans l’eau.

L’hydroélectricité au fil de l’eau ne dépend pas des barrages et, par conséquent, crée un impact environnemental beaucoup plus faible, bien qu’elle produise également moins d’électricité parce que l’énergie potentielle est plus faible.

L’énergie de la biomasse

La biomasse désigne les matières organiques dérivées d’organismes vivants ou ayant vécu récemment qui contiennent de l’énergie chimique, initialement tirée du soleil. L’énergie obtenue à partir des ressources de biomasse est appelée énergie de la biomasse. Les sources d’énergie de la biomasse comprennent : les matières végétales, le bois, la tourbe, les déjections animales comme le fumier, ou même les eaux usées. Dans les pays en développement, de nombreuses personnes utilisent le bois et la bouse animale comme principale source d’énergie pour la cuisson, le chauffage et l’éclairage (l’utilisation de la biomasse représente 35 à 90 % des sources d’énergie dans ces pays). La combustion de cette biomasse a également d’énormes répercussions sur la santé de ces populations, en particulier chez les femmes et les enfants.

Dans les pays industrialisés, de nouvelles sources d’énergie de la biomasse font l’objet d’innovations. Selon la façon dont la biomasse est utilisée, ces innovations sont appelées biocarburants ou bioénergie. Les biocarburants sont spécifiquement utilisés pour alimenter les véhicules. La bioénergie est utilisée pour produire de la chaleur et de l’électricité.

La bioénergie, ou énergie de biomasse, tire principalement parti des matières végétales inutilisées provenant des cultures (par exemple les tiges de maïs), des déchets de bois inutilisés provenant des exploitations forestières, et des déchets solides produits par le bétail, pour brûler le tout et produire de l’électricité. De nouvelles recherches ont mené au développement de cultures de bioénergie, où des graminées actuelles à croissance rapide comme le bambou, la fétuque et le millet vivace (switchgrass), ainsi que des arbres tels que les saules et le peuplier, sont cultivés pour produire de la biomasse pour la bioénergie et le biocarburant.

Ces sources d’énergie peuvent remplacer les combustibles fossiles dans les centrales au charbon. Dans les situations où le remplacement à 100 % par la biomasse n’est pas possible, on peut pratiquer la co-combustion, permettant à la biomasse de remplacer une partie du charbon (mais pas la totalité). Un autre avantage de la biénergie est le fait qu’elle utilise de la biomasse qui est actuellement considérée comme un déchet. En outre, la bioénergie réduit la quantité de dioxyde de soufre émise dans l’atmosphère (comme avec le charbon), et réduit les émissions de carbone en utilisant des puits de carbone actifs par opposition aux puits de carbone stockés. Cependant, l’extraction de la matière végétale dans le seul but de produire de l’énergie épuise le sol et peut déplacer les écosystèmes naturels et/ou les terres cultivées. De plus, ce type d’énergie peut ne pas être durable si nous récoltons de la biomasse plus rapidement qu’elle ne peut être reconstituée.

Une autre façon d’utiliser la biomasse des « déchets » est de produire du biogaz, qui est le produit gazeux de la digestion anaérobie de la matière organique (figure 17). Le biogaz est principalement du méthane (CH4), qui peut être utilisé pour la cuisson, le chauffage et la production d’électricité.

biodigester
Figure 17 : Différents types de bio-digesteurs utilisent des déchets végétaux et animaux pour nourrir les bactéries méthanogènes. Les bactéries décomposent les déchets en produisant du méthane (gaz naturel) qui peut être utilisé comme carburant, et une boue riche en nutriments qui peut être utilisée comme engrais. En haut, l’installation de traitement des déchets de Lübeck en Allemagne utilise la digestion anaérobie et la compression de l’air pour effectuer un traitement biologique mécanique. Les usines à l’échelle industrielle comme celle-ci traitent les déchets ménagers et commerciaux. En bas, un schéma simple d’un bio-digesteur fait à la main, utilisé dans l’agriculture. 10

Biocarburants

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Pour revoir les coûts environnementaux de la déforestation, revenez au Chapitre 2.

L’huile végétale extraite du palmier à huile, du colza, du soja et des algues peut être mélangée au méthanol et à la soude caustique pour produire du biodiesel, un combustible d’origine végétale qui peut être utilisé dans les moteurs diesel ordinaires. De même, les amidons de maïs et les sucres peuvent être fermentés pour produire de l’éthanol liquide, également utilisé pour alimenter les automobiles. Cependant, la culture du maïs dans le but premier de développer l’éthanol a augmenté le prix du maïs, ce qui a une incidence sur la capacité des pays moins développés à se payer de la nourriture. Il a également causé la destruction de terres cultivées précieuses qui auraient pu être utilisées pour cultiver de la nourriture. Par exemple, aux Philippines, la demande croissante de biodiesel a entraîné la déforestation des forêts tropicales humides afin de développer d’énormes monocultures de palmier pour son huile.

Loyala University Chicago biodiesel reactor
Figure 18. L’huile végétale extraite du palmier à huile, du colza, du soja et des algues peut être mélangée au méthanol et à la soude caustique pour produire du biodiesel, un combustible d’origine végétale qui peut être utilisé dans les moteurs diesel ordinaires. De même, les amidons de maïs et les sucres peuvent être fermentés pour produire de l’éthanol liquide, également utilisé pour alimenter les automobiles. Cependant, la culture du maïs dans le but premier de développer l’éthanol a augmenté le prix du maïs, ce qui a une incidence sur la capacité des pays moins développés à se payer de la nourriture. Il a également causé la destruction de terres cultivées précieuses qui auraient pu être utilisées pour cultiver de la nourriture. Par exemple, aux Philippines, la demande croissante de biodiesel a entraîné la déforestation des forêts tropicales humides afin de développer d’énormes monocultures de palmier pour son huile. 11

La production de biodiesel et d’éthanol nécessite également des quantités importantes d’énergie, d’eau, d’engrais et de pesticides pour les produire, ce qui rend les intrants plus coûteux que les avantages dérivés du produit. Pour ces raisons, les experts estiment que le biodiesel et l’éthanol ne constituent pas des options de carburant durables. Une exception consiste à produire du biodiesel à partir d’huile végétale usagée (p. ex., déchets d’huile de cuisson). Cela convertit un produit résiduel en combustible non pétrolier et ne dépend pas de la conversion des terres pour la croissance des cultures productrices d’huile (figure 18).

Efficacité énergétique et transition énergétique

Bien que les technologies d’énergie renouvelable soient essentielles pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, il faut aussi réduire la demande d’énergie, réduire les coûts énergétiques, et améliorer l’efficacité énergétique à l’échelle des ménages et de l’économie. L’efficacité énergétique signifie simplement utiliser moins d’énergie pour accomplir la même tâche ; c’est-à-dire éliminer le gaspillage d’énergie. L’efficacité énergétique est le moyen le moins cher, et souvent le plus immédiat, de réduire l’utilisation des combustibles fossiles. Alors que l’efficacité énergétique porte sur la consommation d’énergie avec une technologie énergétique ou une source de carburant donnée, la « transition énergétique » est une question de changement structurel à long terme de systèmes énergétiques entiers. De tels changements se sont produits dans le passé, comme dans le passage d’un système préindustriel dépendant de la biomasse traditionnelle et d’autres sources d’énergie renouvelables (vent, eau et puissance musculaire) à un système industriel caractérisé par une mécanisation généralisée (vapeur, utilisation du charbon). Aujourd’hui, le défi mondial est la transition de systèmes d’énergies non renouvelables vers des systèmes soutenables d’énergies renouvelables.

Figure 19. Scénario de transition énergétique de l’Allemagne 2005 – 2950. 12

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Dans la section “Energie et éthique”, vous allez explorer les questions morales concernant la disponibilité de l’énergie pour les pauvres et pour les générations futures.

Un exemple de transition vers l’énergie durable, est le passage de l’Allemagne vers les énergies renouvelables décentralisées. Bien que le changement immédiat ait porté sur le remplacement de l’énergie nucléaire, l’étape suivante consiste à abolir l’utilisation du charbon. L’objectif global pour l’Allemagne est un système énergétique complet basé sur 60% d’énergie renouvelable d’ici 2050 (Figure 19). 

L’état actuel du déclin de la santé de la planète et les connaissances que nous avons acquises concernant l’utilisation des combustibles fossiles ont révélé que l’impact négatif de l’extraction et de la combustion de combustibles fossiles sur l’environnement l’emporte énormément sur leur valeur en matière de commodité et de revenus. Les formes alternatives d’énergie propre et renouvelable offrent une nouvelle approche pour alimenter la planète, mais il est crucial que nous continuions à économiser consciencieusement l’énergie et à réduire la consommation tout en faisant des progrès sur les nouvelles technologies d’énergie renouvelable.

Questions à considerer

Revenez au tableau des sources d’énergie au début de cette section sur l’énergie et la science.

  • Parmi les sources d’énergie énumérées, combien en avez-vous réellement vues, senties, goûtées, ou touchées ?
  • Lesquelles de ces sources d’énergie fournissent-elles l’essentiel de l’énergie que vous utilisez chaque jour ?
  • Vous-même, ou quelqu’un parmi vos connaissances, avez-vous été physiquement frappé par l’une de ces sources d’énergie ? Expliquez.