Physique

 

Centrale solaire thermodynamique

 

Définition: Une centrale solaire thermodynamique à concentration (ou centrale solaire thermique à concentration ou encore hélio thermodynamique), en anglais CSP (pour concentrâtes Solar power) est un site industriel qui concentre les rayons du Soleil à l'aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur, lequel permet en général de produire de l'électricité.

Description du phénomène :

    Le solaire thermodynamique est un terme regroupant toutes les techniques de transformation des rayons du soleil en chaleur. Grâce à un dispositif optique de concentration du rayonnement solaire, il est possible de chauffer des fluides à très hautes températures. Une fois produite, cette chaleur peut être utilisée pour générer de l’hydrogène ou produire de l’électricité.

    Une centrale solaire thermodynamique permet en effet de transformer les rayons du soleil en électricité. Schématiquement, elle capte le flux solaire qu’un système transforme en chaleur : la chaleur est ensuite convertie en électricité. Il est possible de stocker la chaleur produite grâce à un espace de stockage thermique. Ainsi, la production d’électricité n’est pas interrompue en cas de mauvais temps.

 

La centrale photovoltaïque

Définition: La centrale photovoltaïque solaire est un dispositif technique pour la production d'énergie électrique par un capteur photovoltaïque solaire.

Phénomène physique:

    Les charges de base qui provoquent un courant électrique à partir de l’éclairage sont des électrons.

    L’énergie des photons est cédée aux électrons, ce qui leur permet de se libérer de l’attraction du noyau. Cela permet aux électrons de former du courant électrique.

    Parmi les plus solides, cinq centrales photovoltaïques sont implantées dans les déserts du sud-ouest des États-Unis. Fin de 2014, la filière solaire faisait vivre 173 000 salariés. La plus grande centrale solaire thermodynamique, le Solar Energy Generating Systems, qui opère dans le désert de Mojave, en Californie, depuis 1985, développe une capacité de pointe de 350 MWc, quand un réacteur nucléaire  a une capacité moyenne de 1000 MWc.

Hydroélectricité

    L'énergie hydroélectrique, ou hydroélectricité, est une énergie électrique renouvelable qui est issue de la conversion de l'énergie hydraulique en électricité. L'énergie cinétique du courant d'eau, naturel ou généré par la différence de niveau, est transformée en énergie mécanique par une turbine hydraulique, puis en énergie électrique par une génératrice électrique synchrone.

    L'énergie électrique est produite par la transformation de l'énergie cinétique de l'eau en énergie électrique par l'intermédiaire d'une turbine hydraulique couplée à un générateur électrique. Pour les barrages par accumulation la quantité d'énergie disponible, sur une période donnée, dans la réserve d'eau d'un barrage dépend de son volume, des apports et pertes naturels sur la période et de la hauteur de chute. Pour les barrages au fil de l'eau la quantité d'énergie produite est directement liée au débit (m3/s, m3/h, m3/j, m3/an).

  

La centrale éolienne

    La production d'électricité y est assurée par la conversion en énergie électrique d'une énergie primaire qui peut être soit mécanique (force du vent, force de l'eau des rivières, des marées...), soit chimique (réactions d'oxydoréduction avec des combustibles, fossiles ou non, tels que la biomasse), soit nucléaire, soit solaire. L'énergie éolienne est l'énergie du vent, une forme d'énergie renouvelable.

Principe de fonctionnement

    Une installation éolienne comprend dans sa composante une génératric, le mécanisme actionné, le dispositif de transmission mécanique et plusieurs systèmes d'orientation, de stabilisation, de réglage et de protection, autres éléments constructifs.

    L'éolienne à vitesse variable, représentant la méthode moderne, utilise généralement des générateurs à induction à double puissance (DFIG), présentant l'avantage d'une utilisation efficace de l'énergie éolienne, d'une réduction de la partie mécanique (plate-forme légère, boîte de vitesses tour réduite ou absente et élancée), mais avec une partie électrique et électronique complexe, nécessitant des algorithmes de pilotage prétentieux.

    La conversion de l'énergie éolienne en énergie mécanique puis en énergie électrique peut être réalisée à l'aide d'éoliennes. De manière simplifiée, on peut dire que le principe de fonctionnement des éoliennes est celle d'un ventilateur inversé. Au lieu de produire du vent à l'aide d’énergie. Comme dans le ventilateur, l'éolienne utilise le vent pour produire de l'énergie électrique. Ainsi, le vent entraîne en rotation les aubes fixées sur l'arbre de la turbine. Puissance obtenue en faisant tourner l'arbre, est convertie en électricité par un générateur courant électrique.

    

La centrale marémotrice

    L'énergie marémotrice est l'énergie qui peut être captée en     exploitant l'énergie potentielle résultant du mouvement vertical de la masse d'eau à différents niveaux ou l'énergie cinétique à cause des courants de marée.

    Le fonctionnement de l’usine marémotrice dépend de la différence entre la hauteur d’eau de chaque côté du barrage et du débit de l’eau. De ce fait, l’usine marémotrice de la Rance fonctionne au rythme des marées en utilisant la variation du niveau de la mer qui chaque jour monte et descend deux fois.

La centrale géothermique

    La centrale électrique est un site industriel destine à la production d’électricité y est assurée par la conversion en énergie électrique d’une énergie primaire qui peut être soit mécanique (force du vent, force de l’eau des rivières, des marées…), soit chimique (réaction d’oxydoréduction avec des combustibles, fossiles ou non, tels que la biomasse), soit nucléaire, soit solaire.    L’énergie transformée en énergie électrique est l’énergie géothermique qui est une forme d’énergie renouvelable obtenue par l’exploitation des phénomènes thermiques internes du globe terrestre. Les technologies utilisées comprennent les turbines à vapeur sèche, les centrales à condensation et les centrales à cycle combiné.

    

Centrale biomase

    Définition : La biomasse est la fraction biodégradable de les déchets et résidus de l'agriculture, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction biodégradable des déchets municipaux, et industriel.

    Cette masse organique peut être prélevée dans l'environnement (bois, déchets verts des jardins, compost, etc.) ou être cultivée. Les déchets des industries utilisatrices ou génératrices de matière organique (agroalimentaire, stations d'épuration, papeteries, etc.) peuvent également être recyclés pour produire de l'énergie à partir de la biomasse.

Ressources de biomasse :

La principale source de biomasse est le bois. Outre le bois, il existe une variété de ressources telles que :

1. Cultures énergétiques :

    - Arbres à fort taux de croissance : peuplier, saule, eucalyptus ;

    - Cultures agricoles : canne à sucre, colza, betterave à sucre ;

    - Plantes herbacées hautes : Switchers ou Panicum viraux (plante vivace qui pousse en Amérique du Nord), Miscanthus ou herbe à éléphant (herbe d'Ouganda).

2. Résidus :

    -Bois d'entretien et de construction d’arbres ;

    -Paille et tiges actuelles ;

    -Autres résidus de transformation alimentaire (canne à sucre, thé, café, noix, olives).

3. Déchets et sous-produits :

    -Déchets de transformation du bois : copeaux de bois, sciure de bois ;

    -Déchets de papier ;

    -Fraction organique des déchets municipaux ;

    -Huiles végétales et graisses animales usagées.

Utilisations de la biomasse :

1. Il peut être utilisé aussi bien pour la production d'électricité et de chaleur que pour la production d'une large gamme de produits : combustibles liquides pour les transports, combustibles solides et gras et autres produits.

2. Ces dernières années, des technologies avancées ont été développées pour convertir la biomasse en carburant ou pour brûler efficacement la biomasse.

3. La culture de la biomasse est une activité rurale intense qui peut conduire à la création d'emplois dans les zones rurales et peut arrêter la migration des villages vers les villes tout en offrant la possibilité de développer d'autres industries rurales.

Quels sont les avantages de l'énergie de la biomasse?

1. Une source d'énergie renouvelable

    L'énergie de la biomasse est une solution intéressante, remplaçant les énergies fossiles, pétrole et charbon, dont les réserves diminuent. Utilisée depuis la préhistoire, cette matière première renouvelable est disponible dans le monde entier. De plus, elle se régénère très vite : les forêts se reconstituent, les espèces vivantes émettent en permanence des déchets organiques... Cette énergie est donc inépuisable, à condition d'être utilisée de manière durable et raisonnable.

2. Une réduction globale des gaz à effet de serre

    L'énergie de la biomasse semble être la réponse aux défis climatiques. Le dioxyde de carbone (CO2) dégagé lors de la combustion est ensuite absorbé par les végétaux et les végétaux. Chaque jour, de grandes quantités de déchets sont générées par les ménages et les entreprises. En réutilisant une partie des déchets biodégradables, cette énergie verte contribue également à réduire la pollution.

3. Ressources bon marché

    Pour les entreprises comme pour les particuliers, l'utilisation de l'énergie biomasse est une solution à la fois écologique et économique. Le bois, le fumier, les déchets organiques, les matières premières utilisées pour produire de l'énergie sont bon marché.

Quels sont les inconvénients de l'énergie biomasse ?

1. Risques de surexploitation

    Face à cet engouement pour la biomasse, de nouvelles filières ont émergé ces dernières décennies. L'un des risques est que l'utilisation des terres arables pour produire de l'énergie à partir de la biomasse se fasse au détriment d'autres types de cultures. Le piège de la surexploitation est d'autant plus important que le rendement de cette énergie verte est assez faible. On pourrait donc assister à une déforestation majeure, qui nuirait autant à l'environnement qu'à la biodiversité.

2. Risques de pollution

    Mal utilisée, l'énergie de la biomasse peut être une source de pollution. Les produits de la biomasse ne sont pas toxiques, sauf si la matière organique elle-même a été polluée par des métaux lourds, des radionucléides, etc. Afin de réduire les émissions polluantes, il est donc primordial que les matières premières utilisées, comme le bois ou les palettes, soient de bonne qualité.

3. Frais annexes en hausse

    Les ressources utilisées pour produire l'énergie de la biomasse sont bon marché, mais les surcoûts liés à sa production et à son transport doivent également être pris en compte. Les dépenses de transport du bois et des ressources dépendent du prix du carburant.