Soleil, principale source d’énergie

Vers l’émergence des centrales solaires

Les énergies renouvelables sont des formes d’énergies dont la consommation ne diminue pas la ressource à l’échelle humaine. L’énergie étant une grandeur physique, on parle de «sources d’énergie renouvelable» ou d’»énergies d’origine renouvelable».

Le soleil donc est la principale source des différentes formes d’énergies renouvelables : son rayonnement est le vecteur de transport de l’énergie utilisable (directement ou indirectement) lors de la photosynthèse, ou lors du cycle de l’eau qui permet l’hydroélectricité, le vent (énergie éolienne), l’énergie des vagues (énergie houlomotrice) et des courants sous-marins (énergie hydrolienne), la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans (énergie thermique des mers) ou encore la diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’eau douce dans l’eau salée de la mer (énergie osmotique).
La chaleur interne de la Terre (géothermie) est assimilée à une forme d’énergie renouvelable, et le système Terre-Lune engendre des mouvements d’eau à la surface des mers et océans qui permettent la génération d’énergie marémotrice.
Les combustibles fossiles ou minéraux (matériaux fissiles) ne sont pas des sources d’énergie renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien supérieure à la vitesse à laquelle celles-ci sont naturellement créées ou disponibles.
Une agence internationale de l’énergie renouvelable (IRENA) a été créée en 2009 et compte 148 états signataires (dont 70 ayant déjà ratifié ses statuts Energie solaire L’énergie solaire a directement pour origine l’activité du soleil. Le soleil émet un rayonnement électromagnétique dans lequel on trouve notamment les rayons cosmiques, gamma, X, la lumière visible, l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces types de rayonnement électromagnétique émettent de l’énergie . Le niveau d’irradiance (le flux énergétique) arrivant à la surface de la terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire.
Deux grandes familles d’énergie solaire à cycle court se distinguent :
• l’énergie solaire thermique qui utilise la chaleur transmise par rayonnement,
• l’énergie photovoltaïque qui utilise le rayonnement lui-même.
Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 et 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi, un corps émettant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique diminuer et un corps recevant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique augmenter. Le soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètres. Ainsi, en rentrant en contact avec un corps le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. On parle ici d’énergie solaire thermique. Cette source d’énergie est connue depuis très longtemps, notamment par le fait de se positionner à un endroit ensoleillé afin de se réchauffer.
L’énergie thermique peut être utilisée directement ou indirectement :
• directement pour chauffer des locaux ou de l’eau sanitaire (panneaux solaires chauffants) ou des aliments (fours solaires),
• indirectement pour la production de vapeur d’un fluide caloporteur pour entraîner des turbines et ainsi obtenir une énergie électrique (énergie solaire thermodynamique (ou helio-thermodynamique)).
L’énergie solaire thermique peut également être utilisée pour la cuisine. Apparue dans les années 70, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l’aide d’un cuiseur ou d’un four solaire.
Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l’ordre des 150°C, les paraboles solaires permettent de faire les mêmes plats qu’une cuisinière classique à gaz ou électrique.
A grande échelle, la Fondation Desertec construit dans le Sahara des centrales solaires thermiques à concentration.
D’après ses ingénieurs, «Les déserts de la planète reçoivent toutes les 6 heures du soleil l’équivalent de ce que consomme l’humanité chaque année.» et quelques centaines de km² d’étendue désertique pourrait satisfaire l’ensemble des besoins énergétiques de la planète.
L’énergie photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou-bien artificielle (une ampoule).
L’énergie éolienne a aussi été vite exploitée à l’aide de moulins à vent équipés de pales en forme de voile. Ces moulins utilisent l’énergie mécanique pour actionner différents équipements. Les meuniers utilisent des moulins pour faire tourner une meule à grains. Aujourd’hui, ce sont les éoliennes qui prennent la place des moulins à vent.
Les énergies hydrauliques (à l’exception de l’énergie marémotrice) ont leur origine dans les phénomènes météorologiques et donc du soleil. Ces phénomènes prélèvent de l’eau principalement dans les océans et en libèrent une partie sur les continents à des altitudes variables. On parle du cycle de l’eau pour décrire ces mouvements. De l’eau en altitude possède une énergie potentielle de pesanteur. Cette énergie est peut être alors captée et transformée, lors des mouvements de l’eau qui retourne vers les océans.
(…) Indirectement, il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse. Elle est exploitée par combustion ou métabolisation. Cette énergie est renouvelable à condition que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites; cette condition n’est pas toujours remplie. On peut citer notamment le bois et les biocarburants.