Une équipe de chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute dirigée par le physicien Shawn Yu Lin a découvert et démontré l’efficacité d’un nouveau revêtement de cellules solaires qui améliore grandement l’absorption de l’énergie lumineuse. Ce revêtement antiréflexion presque parfait absorbe tout le spectre lumineux, des rayons ultra-violets aux infra-rouges, et ceci quel que soit l’angle d’incidence.
Une cellule photovoltaïque classique en silicium peut absorber 67,4 % de la lumière du soleil qui l’atteint, ce qui signifie que quasiment un tiers de cette lumière est réfléchie et donc irrécupérable. D’un point de vue économique, le potentiel ainsi perdu représente une barrière à la prolifération solaire. Pour récupérer tous les photons du spectre solaire, il faut faire en sorte que la réflexion des rayons incidents (réflexion Fresnel) à la surface d’une cellule solaire soit éliminée. Le revêtement nanostructuré multicouches conçu par l’équipe du Rensselaer Polytechnic Institute permet l’absorption quasi totale (96,21 %) de l’énergie lumineuse qui atteint sa surface, et ceci pour toutes les longueurs d’ondes du spectre : l’équipe de chercheurs a mesuré une réflexion Fresnel allant de seulement 1 % à 6 %, sur le spectre 400nm à 1600nm.
En plus d’une meilleure absorption des rayons lumineux, le revêtement antiréflexion conçu par l’équipe de Shawn Lin permet de résoudre le problème des angles d’exposition. La plupart des revêtements de cellules solaires sont conçus pour avoir un fonctionnement optimal sous une exposition normale à leur surface, c’est pourquoi dans les centrales photovoltaïques, les panneaux solaires sont mécaniquement automatisés pour suivre la course du soleil, comme les héliotropes, pour optimiser le rendement. Le prix à payer pour cette optimisation est la consommation du système automatisé, le prix de maintien, sans compter les erreurs d’alignement. Le revêtement de Lin absorbe plus de 95 % de la lumière sous une plage angulaire (par rapport à la normale au revêtement) de 0 à 60°, soit un cône de 120°.
Les deux couches supérieures sont faites de nano-bâtons obliques de SiO2, accrochés au substrat par dépôt chimique en phase vapeur. En effet, l’équipe démontre que le gradient d’indice et les bâtons obliques de la dernière couche permettent de minimiser drastiquement la réflexion Fresnel pour toutes les longueurs d’ondes et angles d’incidences, ce qui diffère totalement des traditionnels revêtements antiréflexion quart d’ondes.
D’après Shawn Lin, ce nouveau revêtement peut être appliqué à presque tous les matériaux photovoltaïques, y compris les multijonctions III-V et Cadmium Telluride même s’il reste à en améliorer la robustesse. Néanmoins, les résultats obtenus sont prometteurs : l’efficacité de conversion a été améliorée de 22,2 % entre un revêtement classique quart d’onde et le revêtement sept couches avec gradient d’indice.
Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/56662.htm
mardi 30 décembre 2008
Une batterie géante d’énergie éolienne testée aux Etats-Unis
La révolution énergétique passe par le stockage
Xcel Energy, le plus gros producteur d’énergie éolienne aux Etats-Unis, va tester une première dans le pays : une batterie géante pour stocker l’énergie éolienne. D’une taille de deux semi-remorques empilés l’un sur l’autre, cet appareil a été fabriqué au Japon par le groupe de céramiques industrielles NGK Insulators. Composée d’une série de 20 modules de 50 kW, cette batterie géante au sodium-soufre, - un type de batteries pourvues d’électrodes liquides, utilisées dans les installations à grande échelle - pèse environ 80 tonnes et a une capacité de 1 MW. Complètement chargée, elle pourra stocker 7,2 MW-heures d’électricité, de quoi alimenter 500 foyers pendant 7 heures environ.
Il en coûtera plus de 5,4 millions de dollars à Xcel pour l’acheter, l’installer, et analyser ses performances. Cette batterie, vise à résoudre le plus gros handicap de l’éolien : sa dépendance au vent. L’idée est de stocker une partie de l’électricité produite quand il y a du vent, et de la diffuser dans le réseau quand le vent tombe.
Source : http://www.usinenouvelle.com/article/une-batterie-geante-d-energie-eolienne-testee-aux-etats-unis.152219
vendredi 28 novembre 2008
Inauguration de la plus grande station solaire du monde en Espagne
La station solaire SPEX (Solar Park Extremadura) 30MW a été inaugurée le 3 octobre dernier
C’est la plus grande station photovoltaïque du monde en son genre, avec un dispositif de suiveurs de trajectoire solaire. Celle-ci occupe une surface équivalente à 192 terrains de football. Les deux terminaux de la station solaire SPEX de 30MW sont situés dans les municipalités de Mérida et Don Alvaro. Ils ont dû mobiliser un investissement de près de 250 millions d’euros et une surface de 195 hectares.
L’entreprise promotrice du projet, Solar Parks Extremadura, dont le siège social est à Badajoz, est formée à 50% par l’entreprise de la région Eco Energías del Guardiana et la banque allemande Deusche Bank AG. Le parc solaire possède près de 170.000 modules photovoltaïques de première qualité, importés d’Allemagne, des Etats- Unis et du Japon. Ces modules ont été installés sur 1875 suiveurs solaires, dont chacun supporte une superficie de 130 mètres carrés de modules photovoltaïques . Près de 500 personnes de nationalités différentes ont participé à la construction et la mise en service de la station.
Selon les estimations, la station produira 63.000 MWh (63GWh) par an ; énergie suffisante pour l’approvisionnement de près de 30.000 familles, ce qui rendrait auto-suffisante une population supérieure à celle de Merida, c’est à dire 120.000 personnes. De plus, celle-ci évitera l’émission de plus de 17.600 tonnes de CO2 que rejetterait le pétrole pour produire la même quantité d’énergie. Sur la durée de vie de la centrale solaire, il s’agit donc d’éviter l’émission de 606.000 tonnes de CO2 et autres gaz toxiques dans l’atmosphère.
La réalisation du projet a mobilisé la participation et la collaboration de Sevillana- Endesa, Endesa Ingeniería, SACYR, ARRAM Consutants, Mediprex et Atex Energies, ainsi que de nombreuses autres entreprises régionales et locales de services. La région d’Estrémadure a été choisie pour ce projet car elle figure parmi les régions d’Europe ayant un indice d’ensoleillement des plus élevés, dépassant les 3200 heures par an. Cette communauté autonome produit 20% de toute l’énergie solaire produite en Espagne.
Source : http://www.clean-auto.com/Inauguration-de-la-plus-grande-station-solaire-du-monde-dans-la-region-d-Estremadure?4931.html
Le Danemark mise sur l’énergie des océans
Aujourd’hui, le pays se lance un nouveau défi, celui de l’énergie houlomotrice, dont il parie qu’elle connaîtra une évolution similaire au cours des vingt prochaines années
Le gouvernement vient ainsi d’allouer 20 millions de couronnes (3 millions d’euros) à la construction d’un prototype à l’échelle 1/2 de la "machine à récupérer l’énergie des vagues". Les mers et les océans renferment la plus dense et la plus continue des énergies renouvelables. Exploiter 0,2 % de l’énergie renfermée dans les vagues suffirait à alimenter la planète entière en électricité. De nombreux projets sont actuellement en développement à travers le monde, et la première centrale commerciale a été inaugurée en septembre 2008 au large du Portugal. Wave Star est un concept qui se démarque des autres projets par sa conception originale. Plutôt que de couper les vagues dans le but de récupérer le maximum d’énergie disponible, il épouse leur trajectoire permettant ainsi une production d’électricité continue.
De part et d’autre de la longue machine disposée dans le sens de la houle, une vingtaine de flotteurs hémisphériques sont partiellement immergés. Au passage d’une vague, le premier flotteur se soulève puis se rabaisse alors que le second se soulève, et le mécanisme se poursuit ainsi jusqu’à l’extrémité de la centrale. Les flotteurs sont reliés à des cylindres hydrauliques qui alimentent, via un système de transmission classique, un moteur hydraulique relié à un générateur qui produit l’électricité.
Le premier prototype à l’échelle 1/10ème a été connecté au réseau électrique en avril 2006 à Nissum Bredning dans le Nord-Ouest du Danemark. Son fonctionnement a pu être observé avec satisfaction pendant 4.000 heures durant lesquelles la machine a dû faire face à sept tempêtes majeures. Selon Per Resen Steenstrup, l’un des directeurs du projet, la résistance aux intempéries est l’un des facteurs déterminants pour la viabilité économique d’une centrale houlomotrice. La stratégie adoptée par Wave Star consiste à remonter les flotteurs en cas de tempête afin de les protéger. Sur le modèle "grandeur nature", les flotteurs pourront être remontés jusqu’à une hauteur de 20m.
Le prochain prototype devrait voir le jour au cours de l’année 2009. D’une longueur de 120 m, il fournira une puissance de 500 kW, permettant ainsi d’alimenter 200 maisons. Le modèle final, qui devrait être commercialisé en 2011, sera long de 240 m et produira 6 MW. Afin de réduire les coûts d’exploitation, l’entretien de la machine sera effectué en moyenne tous les dix ans.
Source : http://www.ddmagazine.com/20081023754/Actus/Le-Danemark-capte-l-energie-des-oceans.html
samedi 25 octobre 2008
Les hydroliennes : prometteuses !
Après 133 jours d’immersion à l’embouchure de l’Odet (sud Finistère), la Française Sabella DO3 réalisée dans les ateliers du groupe public de construction navale militaire DCNS (ex-DCN) de Brest, n’a subi aucun dommage
Un des concepteurs de ce modèle réduit au tiers, Jacques Suer, a fait le choix de la simplicité pour son hydrolienne qui a très bien fonctionné "à marée montante comme descendante" sans nuire à l’environnement, se félicite le chercheur. Le pari semble gagné pour cette machine entièrement sous-marine à un détail près : l’hydrolienne n’a pas été raccordée au réseau électrique. "Trop compliqué", a regretté l’ingénieur qui s’est résolu pour cet essai à disperser la production électrique (4 kW) dans le flot.
Outre-Manche, les concepteurs ont une longueur d’avance. Le branchement au réseau, pourtant délicat, n’a pas été un problème pour l’entreprise irlandaise OpenHydro lors de ses essais d’une hydrolienne d’une puissance de 25O kW, la première du genre dans le nord de l’Ecosse. En revanche, trouver sur le marché les moyens de levage adapté, en dehors de ceux dédiés aux plateformes pétrolières, a été le principal obstacle. "L’implantation offshore dans l’environnement réel est un défi", reconnaît James Ives PDG de OpenHydro qui a préféré créer de toute pièce le matériel dont elle avait besoin.
OpenHydro qui prévoit la mise en production en 2009 d’une hydrolienne de 20 mètres de diamètre capable de délivrer 1 mW a aussi besoin d’étoffer ses équipes d’ingénieurs hydrauliciens. "Nous recrutons beaucoup ! ", a ainsi déclaré M. Ives profitant de la conférence pour lancer un appel à candidatures. Dans le tableau des concepteurs d’hydroliennes, Marine Current Turbines fait figure de doyen tant ses premiers essais en mer (1994) sont anciens. Depuis, l’entreprise a mis sur le marché SeaGen, la "première hydrolienne de dimension commerciale", selon Peter Frenkel, le directeur technique qui souligne la difficulté de construction dans des courants forts.
Seagen ressemble à une éolienne terrestre mais équipée de chaque côté de son mat de deux grandes hélices de 16 m de diamètre délivrant quelque 600 kW. Cette société qui envisage de vendre des turbines de 3 jusqu’à 20 m de diamètre sera un concurrent sérieux dans l’équipement de la ferme hydrolienne qu’EDF va implanter à partir de 2011 entre Paimpol et l’île de Bréhat (Côtes d’Armor). Quatre à dix hydroliennes d’une capacité de 4 à 6 MW, soit l’équivalent de la consommation de 5.000 foyers, seront immergées et progressivement raccordées au réseau d’électricité entre fin 2011 et fin 2012 dans un secteur où l’intensité des courants atteint des niveaux parmi les plus élevés d’Europe.
Source : http://www.liberennes.fr/libe/2008/10/les-hydrolienne.html
Coproduire l’eau et l’électricité grâce aux énergies renouvelables : un défi mondial
Le volume d’eau sur terre est d’environ 1.4 Milliards de km³. Mais il s’agit essentiellement d’eau salée : les mers représentent 97 % de l’eau disponible sur terre (360 millions de km2, soit 71 % de la surface du globe), au total : 1320 millions de km3 d’eau de mer + 24 millions de km3 de glace.
Les ressources en eau douce ne sont que de 35 millions de km³, soit 2.5 % du total. De plus, 68.9 % de cette eau douce, soit 24 millions de km³ sont stockées sous forme de glace et de neiges éternelles, dans les montagnes et aux deux pôles - ce qui les rend difficilement exploitable pour des usages humains. La majeure partie des ressources restantes, soit 8 millions de km³ (30.8 % des ressources en eau douce) se trouve emprisonnée dans les sols (sous forme de nappes phréatiques, de marais, de permafrost...).
Au total le stock d’eau disponible pour les humains, mais aussi pour le reste de l’écosystème, n’est donc que d’environ 200 000 km³, ce qui représente moins de 1 % du volume total d’eau douce sur terre. Et la quantité effectivement utilisable se situe entre 12500km³ et 14000km³ si l’on ne veut pas compromettre le renouvellement des ressources. Le monde arabe, de l’Afrique du Nord au Moyen-Orient, ne dispose que de 0.67 % des ressources en eau douce renouvelable de la planète. La disponibilité moyenne y frise les 1000 m³ par personne à peine.
L’eau est une ressource renouvelable, disponible en permanence grâce à l’énergie solaire. Sous l’effet du soleil, l’eau s’évapore des océans et de la terre et se retrouve dispersée de nouveau tout autour de la Terre. Cette eau s’écoule dans les rivières, pénètre dans la terre et alimente les nappes souterraines. Sur les continents, les précipitations sont annuellement supérieures de 44 000 km3 à l’évaporation. Les continents vont donc renvoyer ce volume d’eau aux océans, à mesure que l’eau des rivières et des nappes souterraines s’écoule. C’est ce qu’on appelle le cycle de l’eau.
La ressource en eau renouvelable et potentiellement disponible est estimée à 12 000 km3 par an. Sur cette quantité, les prélèvements d’eau représentent 35 %, soit environ 4 500 km3, et la part d’eau consommée 20 %, autrement dit 2 500 km3. A l’échelle planétaire la situation de l’eau n’est pas alarmante, mais certains pays souffrent de pénurie d’eau en raison de l’inégale répartition des ressources. Si le ruissellement mondial de l’eau était réparti de manière régulière dans l’espace et dans le temps, les ressources en eau douce seraient largement suffisantes pour approvisionner l’ensemble de la planète. Un rapide calcul montre que l’eau disponible pour la consommation humaine représente 15 000 litres par personne et par jour. Ce chiffre ne reflète cependant pas la réalité, étant donné que les ressources en eau douce sont inégalement réparties.
Les usages de l’eau sont multiples. L’eau est essentielle à la survie de l’homme mais sa consommation domestique (pour la boisson, la cuisine et l’hygiène personnelle) ne représente que 8 à 10 % de la consommation totale sur la planète. L’industrie est responsable d’environ 20 % de la consommation mondiale d’eau douce, et cette consommation industrielle augmente beaucoup depuis les années 1950. L’eau est en effet essentielle pour beaucoup de processus industriels.
Mais c’est l’agriculture qui est la plus gourmande en eau, occasionnant environ 70 % de toute la consommation d’eau douce sur la planète. Cette consommation est essentiellement le fait de l’agriculture irriguée, qui n’occupe qu’environ 17 % des terres cultivées, mais qui assure 40 % de la production agricole mondiale (le reste étant assuré par l’agriculture dite pluviale). Les surfaces irriguées ont environ doublé dans le monde depuis 1960.
Depuis le début du XXème siècle, la consommation d’eau douce a été à peu près multipliée par sept sur la planète. Or d’ici à 2025, les besoins en eau de l’agriculture devraient augmenter encore de 20 %. 4 millions de personnes meurent de maladies liées au manque d’eau, ou à la qualité de l’eau. Plus de 25 pays sont dans une situation de stress hydrique important, et subissent de grave pénuries. 1.5 Milliard de personnes n’ont pas accès à l’eau potable et d’ici 2050 2,3 milliards de personnes -4 terriens sur 10- devraient souffrir de stress hydrique et 1,7 milliard se retrouveront dans un contexte de pénurie hydrique.
La pénurie d’eau touche déjà tous les continents et plus de 40 pour cent de la population de la planète. D’ici 2025, 1,8 milliard de personnes, sur les 8 milliards de terriens (22 %) vivront dans des pays ou des régions victimes de pénuries d’eau absolues, soit environ 450 millions de foyers. Si l’on considère que le niveau de confort domestique correspond à une consommation moyenne d’eau par foyer de 150 m³ par an, cela veut dire que les besoins domestiques de cette population en situation de stress hydrique seront de l’ordre de 68 km³ en 2025.
Face à cette situation, le dessalement de l’eau de mer à grande échelle est devenu une nécessité au niveau mondial. Près de 50 millions de m3 d’eau douce sont produits chaque jour par 12 000 installations, à partir des mers et des océans, soit 0,5 % de l’eau consommée sur la planète. Au rythme actuel, qui enregistre un doublement de la production tous les 10 ans, les spécialistes estiment que cette production grimpera à 60 millions de m3 par jour en 2010. Et pourrait à nouveau doubler d’ici à 2025 pour atteindre 120 de m3 par jour, soit 44 km3 par an (contre 18 km3 par an en 2008), ce qui correspond aux deux tiers des besoins domestiques en eau des 450 millions de foyers qui seront sous le seuil minimum d’accès à l’eau en 2025.
Ce prélèvement de 44 millions de km3 par an d’eau de mer peut sembler important mais il ne représente que 2 % de la totalité de l’eau consommée sur terre (environ 2500 km3 par an). Ramené à la surface totale des océans (360 millions de km2), il ferait baisser le niveau global des océans d’à peine plus d’un 10eme de mm, une valeur très faible comparée à l’élévation moyenne annuelle du niveau des mers provoquée par le réchauffement climatique et la dilatation thermique, qui est de 2 à 3 mm par an, selon les méthodes de mesures.
Si l’on voulait fournir à ces 450 millions de foyers l’eau domestique nécessaire à l’aide d’usines de dessalement au monde utilisant la technologie membranaire d’osmose inverse, il faudrait environ 620 usines, sachant que la plus grande usine de dessalement au monde utilisant la technologie membranaire d’osmose inverse produit 110 millions de m3 par an. Sachant que la consommation d’énergie de cette technologie est de l’ordre de 4 kWh/m³, une telle production d’eau potable représenterait une consommation totale d’énergie de l’ordre de 272 milliards de kWh (272 TWh), soit environ la moitié de la consommation électrique totale prévue en France en 2025.
Cette quantité d’énergie représente la production annuelle de 49 réacteurs nucléaires de 900 MW ou encore la production annuelle de 11 000 éoliennes géantes maritimes ou encore la production annuelle de 210 Km2 de panneaux photovoltaïques (deux fois la surface de Paris). Cette consommation mondiale d’énergie serait tout à fait modeste par rapport à la consommation mondiale d’énergie prévue en 2025 (de l’ordre de 16 GTEP par an) et ne représenterait qu’environ 1 % des 25 000 TWh d’électricité que consommera la planète en 2025.
Sur le plan financier, sachant que le coût actuel de dessalinisation par osmose inverse est de l’ordre de 0,50 € le m3, il faudrait investir 34 milliards d’euros au niveau mondial pour permettre à l’humanité de ne plus connaître le manque absolu d’eau, soit seulement 0,1 % du produit mondial brut. On voit donc ce défi de l’eau pour tous n’est nullement hors de notre portée à condition que nous en ayons la volonté politique.
Dans cette perspective il faut évoquer le remarquable concept « DESERTEC » qui pourrait permettre aux pays d’Afrique et du Moyen Orient de coproduire énergie et eau douce grâce à l’énergie solaire. Selon le Centre Aéronautique et Spatial Allemand (DLR), des centrales thermiques solaires installées dans le désert du Sahara pourraient générer autant d’électricité qu’il en est consommé respectivement par la région Moyen-Orient et Afrique du Nord (MENA) et par l’Europe (UE-25) aujourd’hui.
A partir d’études satellites réalisées par le Centre Aéronautique et Spatial Allemand (DLR), il a été démontré qu’en occupant moins de 0.3 % de la surface entière désertique de la région Moyen-Orient et de l’Afrique du Nord (MENA) par des centrales thermiques solaires, il serait possible de produire assez d’électricité pour satisfaire aux demandes actuelles en énergie de l’Europe (UE des 25) et de la région MENA. L’électricité d’origine solaire et éolienne issue de Desertec serait acheminée vers l’Europe au moyen de lignes CCHT (Courant Continu à Haute Tension ou HVDC pour High Voltage Direct Current) avec des pertes n’excédant pas 10 à 15 %.
Les centrales thermiques solaires (appelées aussi Concentrating Solar Power - CSP) constituent la meilleure technologie pour assurer un rendement énergétique sûr et important. Elles utilisent des miroirs pour concentrer la lumière du soleil créant ainsi suffisamment de chaleur pour générer de la vapeur et actionner les turbines produisant l’électricité. L’excès de chaleur produit le jour peut être stocké, sous forme de gaz ou d’air comprimé et servir à actionner les turbines pendant la nuit ou bien lors de pics de consommation.
Afin de garantir une production électrique ininterrompue en cas de longues périodes de mauvais temps, on peut coupler aisément les turbines avec des chaudières classiques utilisant le pétrole, le gaz ou la biomasse (cela rend ainsi inutile le maintien en état de coûteuses centrales électriques de substitution). La chaleur résiduelle ayant servi à générer l’électricité peut permettre (par cogénération) de dessaler l’eau de mer et de produire du froid, ceci au profit de la population locale.
D’ici 2050, entre 10 et 25 % des besoins en électricité de l’Europe pourraient être importés des déserts. Une dépendance trop large vis à vis d’un pays ou d’un petit nombre de centrales électriques pourra être évitée grâce à l’installation et la mise en réseau d’une multitude de centrales thermiques solaires (puissance moyenne 200 MW) et de fermes éoliennes dans de nombreux pays. De plus, l’utilisation de plusieurs lignes de transport CCHT à destination de l’Europe et d’installations appartenant à un grand nombre de propriétaires (publics et privés) permettra d’accroître la sécurité de l’approvisionnement de l’Europe.
La construction de nouvelles centrales thermiques solaires a déjà commencé en Espagne et aux Etats-Unis (Andasol 1 et 2, Solar Tres, PS 10, Nevada Solar One). Il y a de plus des projets en cours en Algérie, en Egypte, au Maroc et d’autres sont planifiés en Jordanie et en Libye. Dans les pays de l’Europe du Sud tels que l’Espagne et l’Italie, l’énergie solaire venant d’Afrique du Nord sera moins chère dès 2020 que celle produite par les nouvelles centrales utilisant les combustibles fossiles ou nucléaires.
La construction d’un réseau EU-MENA exigera certes un investissement de 45 milliards d’Euros d’ici à 2050, mais elle permettra des économies annuelles de 10 milliards d’euros sur le coût de l’électricité. L’énergie propre des déserts deviendra alors l’option la moins chère et la connexion EU-MENA apparaîtra comme une nécessité pour les économies européennes.
Vers le milieu du 21ème siècle, les pays du MENA pourraient, grâce au projet DESERTEC, avoir valorisé leurs déserts comme sources d’énergie propre et inépuisable, faisant d’une pierre quatre coups : ils produiraient de manière propre leur énergie et une bonne partie de celle de l’Europe, ils pourraient, grâce à cette énergie propre et abondante, dessaler l’eau de mer et résoudre leur problème d’accès à l’eau potable, ils trouveraient les moyens de développer sur le plan économique et agricole des régions arides ou désertiques et ils contribueraient ainsi à réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre au niveau européen et mondial. Il est donc dans l’intérêt de l’Europe à long terme de nouer un nouveau et ambitieux partenariat énergétique avec l’Afrique et le Moyen Orient et d’aider massivement ces régions à pouvoir exploiter leur immense potentiel énergétique.
Source : René Trégouët - Sénateur honoraire - Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
http://www.tregouet.org/article.php3?id_article=552
Les ressources en eau douce ne sont que de 35 millions de km³, soit 2.5 % du total. De plus, 68.9 % de cette eau douce, soit 24 millions de km³ sont stockées sous forme de glace et de neiges éternelles, dans les montagnes et aux deux pôles - ce qui les rend difficilement exploitable pour des usages humains. La majeure partie des ressources restantes, soit 8 millions de km³ (30.8 % des ressources en eau douce) se trouve emprisonnée dans les sols (sous forme de nappes phréatiques, de marais, de permafrost...).
Au total le stock d’eau disponible pour les humains, mais aussi pour le reste de l’écosystème, n’est donc que d’environ 200 000 km³, ce qui représente moins de 1 % du volume total d’eau douce sur terre. Et la quantité effectivement utilisable se situe entre 12500km³ et 14000km³ si l’on ne veut pas compromettre le renouvellement des ressources. Le monde arabe, de l’Afrique du Nord au Moyen-Orient, ne dispose que de 0.67 % des ressources en eau douce renouvelable de la planète. La disponibilité moyenne y frise les 1000 m³ par personne à peine.
L’eau est une ressource renouvelable, disponible en permanence grâce à l’énergie solaire. Sous l’effet du soleil, l’eau s’évapore des océans et de la terre et se retrouve dispersée de nouveau tout autour de la Terre. Cette eau s’écoule dans les rivières, pénètre dans la terre et alimente les nappes souterraines. Sur les continents, les précipitations sont annuellement supérieures de 44 000 km3 à l’évaporation. Les continents vont donc renvoyer ce volume d’eau aux océans, à mesure que l’eau des rivières et des nappes souterraines s’écoule. C’est ce qu’on appelle le cycle de l’eau.
La ressource en eau renouvelable et potentiellement disponible est estimée à 12 000 km3 par an. Sur cette quantité, les prélèvements d’eau représentent 35 %, soit environ 4 500 km3, et la part d’eau consommée 20 %, autrement dit 2 500 km3. A l’échelle planétaire la situation de l’eau n’est pas alarmante, mais certains pays souffrent de pénurie d’eau en raison de l’inégale répartition des ressources. Si le ruissellement mondial de l’eau était réparti de manière régulière dans l’espace et dans le temps, les ressources en eau douce seraient largement suffisantes pour approvisionner l’ensemble de la planète. Un rapide calcul montre que l’eau disponible pour la consommation humaine représente 15 000 litres par personne et par jour. Ce chiffre ne reflète cependant pas la réalité, étant donné que les ressources en eau douce sont inégalement réparties.
Les usages de l’eau sont multiples. L’eau est essentielle à la survie de l’homme mais sa consommation domestique (pour la boisson, la cuisine et l’hygiène personnelle) ne représente que 8 à 10 % de la consommation totale sur la planète. L’industrie est responsable d’environ 20 % de la consommation mondiale d’eau douce, et cette consommation industrielle augmente beaucoup depuis les années 1950. L’eau est en effet essentielle pour beaucoup de processus industriels.
Mais c’est l’agriculture qui est la plus gourmande en eau, occasionnant environ 70 % de toute la consommation d’eau douce sur la planète. Cette consommation est essentiellement le fait de l’agriculture irriguée, qui n’occupe qu’environ 17 % des terres cultivées, mais qui assure 40 % de la production agricole mondiale (le reste étant assuré par l’agriculture dite pluviale). Les surfaces irriguées ont environ doublé dans le monde depuis 1960.
Depuis le début du XXème siècle, la consommation d’eau douce a été à peu près multipliée par sept sur la planète. Or d’ici à 2025, les besoins en eau de l’agriculture devraient augmenter encore de 20 %. 4 millions de personnes meurent de maladies liées au manque d’eau, ou à la qualité de l’eau. Plus de 25 pays sont dans une situation de stress hydrique important, et subissent de grave pénuries. 1.5 Milliard de personnes n’ont pas accès à l’eau potable et d’ici 2050 2,3 milliards de personnes -4 terriens sur 10- devraient souffrir de stress hydrique et 1,7 milliard se retrouveront dans un contexte de pénurie hydrique.
La pénurie d’eau touche déjà tous les continents et plus de 40 pour cent de la population de la planète. D’ici 2025, 1,8 milliard de personnes, sur les 8 milliards de terriens (22 %) vivront dans des pays ou des régions victimes de pénuries d’eau absolues, soit environ 450 millions de foyers. Si l’on considère que le niveau de confort domestique correspond à une consommation moyenne d’eau par foyer de 150 m³ par an, cela veut dire que les besoins domestiques de cette population en situation de stress hydrique seront de l’ordre de 68 km³ en 2025.
Face à cette situation, le dessalement de l’eau de mer à grande échelle est devenu une nécessité au niveau mondial. Près de 50 millions de m3 d’eau douce sont produits chaque jour par 12 000 installations, à partir des mers et des océans, soit 0,5 % de l’eau consommée sur la planète. Au rythme actuel, qui enregistre un doublement de la production tous les 10 ans, les spécialistes estiment que cette production grimpera à 60 millions de m3 par jour en 2010. Et pourrait à nouveau doubler d’ici à 2025 pour atteindre 120 de m3 par jour, soit 44 km3 par an (contre 18 km3 par an en 2008), ce qui correspond aux deux tiers des besoins domestiques en eau des 450 millions de foyers qui seront sous le seuil minimum d’accès à l’eau en 2025.
Ce prélèvement de 44 millions de km3 par an d’eau de mer peut sembler important mais il ne représente que 2 % de la totalité de l’eau consommée sur terre (environ 2500 km3 par an). Ramené à la surface totale des océans (360 millions de km2), il ferait baisser le niveau global des océans d’à peine plus d’un 10eme de mm, une valeur très faible comparée à l’élévation moyenne annuelle du niveau des mers provoquée par le réchauffement climatique et la dilatation thermique, qui est de 2 à 3 mm par an, selon les méthodes de mesures.
Si l’on voulait fournir à ces 450 millions de foyers l’eau domestique nécessaire à l’aide d’usines de dessalement au monde utilisant la technologie membranaire d’osmose inverse, il faudrait environ 620 usines, sachant que la plus grande usine de dessalement au monde utilisant la technologie membranaire d’osmose inverse produit 110 millions de m3 par an. Sachant que la consommation d’énergie de cette technologie est de l’ordre de 4 kWh/m³, une telle production d’eau potable représenterait une consommation totale d’énergie de l’ordre de 272 milliards de kWh (272 TWh), soit environ la moitié de la consommation électrique totale prévue en France en 2025.
Cette quantité d’énergie représente la production annuelle de 49 réacteurs nucléaires de 900 MW ou encore la production annuelle de 11 000 éoliennes géantes maritimes ou encore la production annuelle de 210 Km2 de panneaux photovoltaïques (deux fois la surface de Paris). Cette consommation mondiale d’énergie serait tout à fait modeste par rapport à la consommation mondiale d’énergie prévue en 2025 (de l’ordre de 16 GTEP par an) et ne représenterait qu’environ 1 % des 25 000 TWh d’électricité que consommera la planète en 2025.
Sur le plan financier, sachant que le coût actuel de dessalinisation par osmose inverse est de l’ordre de 0,50 € le m3, il faudrait investir 34 milliards d’euros au niveau mondial pour permettre à l’humanité de ne plus connaître le manque absolu d’eau, soit seulement 0,1 % du produit mondial brut. On voit donc ce défi de l’eau pour tous n’est nullement hors de notre portée à condition que nous en ayons la volonté politique.
Dans cette perspective il faut évoquer le remarquable concept « DESERTEC » qui pourrait permettre aux pays d’Afrique et du Moyen Orient de coproduire énergie et eau douce grâce à l’énergie solaire. Selon le Centre Aéronautique et Spatial Allemand (DLR), des centrales thermiques solaires installées dans le désert du Sahara pourraient générer autant d’électricité qu’il en est consommé respectivement par la région Moyen-Orient et Afrique du Nord (MENA) et par l’Europe (UE-25) aujourd’hui.
A partir d’études satellites réalisées par le Centre Aéronautique et Spatial Allemand (DLR), il a été démontré qu’en occupant moins de 0.3 % de la surface entière désertique de la région Moyen-Orient et de l’Afrique du Nord (MENA) par des centrales thermiques solaires, il serait possible de produire assez d’électricité pour satisfaire aux demandes actuelles en énergie de l’Europe (UE des 25) et de la région MENA. L’électricité d’origine solaire et éolienne issue de Desertec serait acheminée vers l’Europe au moyen de lignes CCHT (Courant Continu à Haute Tension ou HVDC pour High Voltage Direct Current) avec des pertes n’excédant pas 10 à 15 %.
Les centrales thermiques solaires (appelées aussi Concentrating Solar Power - CSP) constituent la meilleure technologie pour assurer un rendement énergétique sûr et important. Elles utilisent des miroirs pour concentrer la lumière du soleil créant ainsi suffisamment de chaleur pour générer de la vapeur et actionner les turbines produisant l’électricité. L’excès de chaleur produit le jour peut être stocké, sous forme de gaz ou d’air comprimé et servir à actionner les turbines pendant la nuit ou bien lors de pics de consommation.
Afin de garantir une production électrique ininterrompue en cas de longues périodes de mauvais temps, on peut coupler aisément les turbines avec des chaudières classiques utilisant le pétrole, le gaz ou la biomasse (cela rend ainsi inutile le maintien en état de coûteuses centrales électriques de substitution). La chaleur résiduelle ayant servi à générer l’électricité peut permettre (par cogénération) de dessaler l’eau de mer et de produire du froid, ceci au profit de la population locale.
D’ici 2050, entre 10 et 25 % des besoins en électricité de l’Europe pourraient être importés des déserts. Une dépendance trop large vis à vis d’un pays ou d’un petit nombre de centrales électriques pourra être évitée grâce à l’installation et la mise en réseau d’une multitude de centrales thermiques solaires (puissance moyenne 200 MW) et de fermes éoliennes dans de nombreux pays. De plus, l’utilisation de plusieurs lignes de transport CCHT à destination de l’Europe et d’installations appartenant à un grand nombre de propriétaires (publics et privés) permettra d’accroître la sécurité de l’approvisionnement de l’Europe.
La construction de nouvelles centrales thermiques solaires a déjà commencé en Espagne et aux Etats-Unis (Andasol 1 et 2, Solar Tres, PS 10, Nevada Solar One). Il y a de plus des projets en cours en Algérie, en Egypte, au Maroc et d’autres sont planifiés en Jordanie et en Libye. Dans les pays de l’Europe du Sud tels que l’Espagne et l’Italie, l’énergie solaire venant d’Afrique du Nord sera moins chère dès 2020 que celle produite par les nouvelles centrales utilisant les combustibles fossiles ou nucléaires.
La construction d’un réseau EU-MENA exigera certes un investissement de 45 milliards d’Euros d’ici à 2050, mais elle permettra des économies annuelles de 10 milliards d’euros sur le coût de l’électricité. L’énergie propre des déserts deviendra alors l’option la moins chère et la connexion EU-MENA apparaîtra comme une nécessité pour les économies européennes.
Vers le milieu du 21ème siècle, les pays du MENA pourraient, grâce au projet DESERTEC, avoir valorisé leurs déserts comme sources d’énergie propre et inépuisable, faisant d’une pierre quatre coups : ils produiraient de manière propre leur énergie et une bonne partie de celle de l’Europe, ils pourraient, grâce à cette énergie propre et abondante, dessaler l’eau de mer et résoudre leur problème d’accès à l’eau potable, ils trouveraient les moyens de développer sur le plan économique et agricole des régions arides ou désertiques et ils contribueraient ainsi à réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre au niveau européen et mondial. Il est donc dans l’intérêt de l’Europe à long terme de nouer un nouveau et ambitieux partenariat énergétique avec l’Afrique et le Moyen Orient et d’aider massivement ces régions à pouvoir exploiter leur immense potentiel énergétique.
Source : René Trégouët - Sénateur honoraire - Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
http://www.tregouet.org/article.php3?id_article=552
dimanche 19 octobre 2008
Ouverture de la première centrale à "suiveurs solaires"
Une centrale solaire inédite, dont les panneaux photovoltaïques suivent la course du soleil, vient d’ouvrir à Martillac, près de Bordeaux
Elle permet un gain de 30 % en moyenne de la capacité de production d’énergie. Conçue pour EDF Energies nouvelles par Exosun, jeune société née dans la pépinière d’entreprises de la Technopole Bordeaux-Montesquieu à Martillac, la centrale pilote compte 126 suiveurs solaires ou "trackers". Ils sont implantés sur un terrain de 3.500 m2 de telle manière qu’à aucun moment ils ne puissent se faire de l’ombre entre eux. Ces "trackers", qui portent chacun un module photovoltaïque de 6 m2, ont pour fonction de suivre le soleil de l’aube à la tombée de la nuit afin d’optimiser le rendement. "Cela permet d’augmenter les performances de 20 à 40 % par rapport aux panneaux fixes", a déclaré à Reuters Daphné de Baritault, chef de produit marketing d’Exosun.
Connectée au réseau EDF, la centrale a une capacité de production de 100kW, soit l’équivalent de la consommation d’une trentaine de foyers mais sans émettre de CO2. Un autre projet de centrale de ce type est en cours d’élaboration avec la Communauté de communes de Gabardan, dans les Landes. Exosun se tourne également vers le marché mondial de l’énergie solaire qui connaît une croissance de 40 % par an depuis trois ans.
Source : http://fr.news.yahoo.com/4/20081002/tts-france-environnement-solaire-ca02f96.html
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