À partir de quelles sources d’énergie l’électricité est-elle fabriquée ?

Utiliser l'eau pour produire de l'électricité est notamment possible grâce aux barrages. © Pixabay

D’où vient l’électricité que vous consommez ? Et à partir de quoi est-elle produite ? Elle peut en fait être originaire de trois grandes sources d’énergie différentes. Sans elles, impossible d’éclairer votre maison et d’alimenter vos appareils électriques ! Découvrez sans tarder desquelles il s’agit !

L’énergie nucléaire

L’énergie nucléaire produit de l’électricité à partir d’un combustible fissile : l’uranium. Son minerai est présent dans le sous-sol de la Terre et est radioactif.

En Belgique, l’énergie nucléaire joue un rôle prépondérant. Notre pays possède deux centrales nucléaires qui comptabilisent sept réacteurs exploités par le producteur d’énergie Electrabel : quatre à Doel, en Région flamande, et trois à Tihange, en Région wallonne. Elles dégagent une puissance totale d’environ 6 000 MW et produisent assez pour couvrir 55 % de notre consommation d’électricité. Le fournisseur EDF Luminus détient également quelques participations dans le nucléaire.

Le nucléaire est donc l’une des sources d’énergie principales en Belgique. D’ailleurs, nous sommes le deuxième pays au monde qui l’utilise le plus, la France occupant la première place du classement et la Slovaquie la troisième.

C’est dans des centrales thermiques nucléaires qu’est produite l’électricité grâce au phénomène de la fission. Cette réaction nucléaire a lieu lorsque les atomes se séparent afin d’en former des plus petits. Ils libèrent ainsi de l’énergie et la chaleur émise permet de produire de l’électricité.

Les centrales nucléaires sont divisées en quatre grandes parties :

  1. Le bâtiment où est situé le réacteur dans lequel a lieu la fission ;
  2. La salle des machines, endroit où est produite l’électricité ;
  3. Les départs de lignes électriques qui acheminent l’électricité ;
  4. Des tours de refroidissement basées près d’une rivière.

Les énergies fossiles

Charbon
© Pixabay

Les énergies fossiles sont présentes naturellement dans le sous-sol de la Terre. Elles se sont constituées à partir de matières organiques qui se sont décomposées durant des millions d’années. Elles existent sous trois formes : le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Elles servent de carburants, de combustibles mais sont également utilisées pour produire de l’électricité.

Elles sont actuellement la source d’énergie la plus utilisée dans le monde (80 %). Elles sont souvent pointées du doigt à cause de leur caractère polluant mais l’exploitation internationale du pétrole, et du charbon dans une moindre mesure, ne cesse pas pour autant.

Les gisements de gaz et de pétrole se situent surtout sous les mers et les océans. Pour les récupérer, il faut pratiquer le forage. Quant au charbon, il se trouve en sous-sol et nécessite de creuser des mines pour l’extraire.

Ces substances sont des hydrocarbures : elles sont composées d’hydrogène et de carbone ce qui font d’elles des substances à haut pouvoir énergétique. C’est leur combustion qui va permettre la production d’électricité dans des centrales thermiques.

Comment ça se passe ? Le combustible est brûlé :

  • Soit dans une chaudière : c’est là qu’a lieu la combustion et la chaleur dégagée à ce moment-là va transformer l’eau contenue dans des tubes en vapeur. Mise sous pression, cette vapeur est acheminée vers des turbines accouplées à un alternateur. C’est ce dernier qui produira un courant électrique alternatif ;
  • Soit dans une turbine à combustion, ou turbine à gaz, qui entraîne un alternateur.

Les énergies renouvelables

L’électricité est ici fournie par des sources d’énergie procurées par la nature : le soleil, le vent, la chaleur du sous-sol, l’eau (les chutes d’eau, les marées…), les matières organiques, la croissance des végétaux…

Nombreuses sont les sources naturelles et leur avantage est de ne pas émettre, ou très peu, de matières polluantes.

Cinq grandes familles d’énergies renouvelables existent : la biomasse, l’éolien, la géothermie, l’hydroélectricité et le solaire (solaire photovoltaïque, solaire thermique).

La biomasse

Forêt avec lac
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À quoi correspond la biomasse ? Elle rassemble en fait des matières organiques ou végétales qui peuvent être transformées en énergie. Elles peuvent provenir de forêts, milieux aquatiques, haies, parcs et jardins, entreprises rejetant des déchets organiques ou des effluents d’élevage (fumiers et lisiers).

L’utilisation des ordures ménagères et agricoles font de la biomasse une énergie moins verte que celle constituée par le vent ou le soleil. Elle peut même devenir polluante lorsque la matière organique dégage du CO2 ou des fumées lors de sa combustion.

La biomasse est considérée comme une source d’énergie renouvelable tant qu’il n’y a pas de surexploitation des ressources. La fertilité du sol ainsi que la biodiversité doivent dans ce cas être préservées.

En Belgique, la biomasse est surtout utilisée en Wallonie mais elle est la première source mondiale d’énergie renouvelable, se plaçant devant l’éolien et le solaire.

Trois technologies existent pour convertir la biomasse en énergie. Il est alors question de « modes de valorisation », établis selon les caractéristiques des matières utilisées : la combustion, la méthanisation (biogaz) et la transformation chimique (agrocarburants).

  1. La combustion : la biomasse génère de la chaleur lorsqu’elle est brûlée par combustion dans une chaudière, un générateur d’air chaud ou un four à bois spécialisé. Elle génère alors de nombreuses formes d’énergie comme de l’air chaud, de l’eau chaude, de la vapeur et de l’électricité. Les biocombustibles exploités sont principalement issus de matières agricoles ou forestières comme l’écorce, les branches, la paille, la sciure et les copeaux de bois ;
  2. La méthanisation : ce procédé correspond à la décomposition de matières putrescibles, ou « pourrissables », qui va générer du biogaz. Celui-ci va être capté et ensuite transformé en chaleur, en électricité et en carburant pour véhicules. Pour y parvenir, les déchets organiques sont stockés dans une cuve cylindrique, appelée « digesteur » ou « méthaniseur ». Ils vont alors être dégradés par des bactéries en l’absence d’oxygène. La transformation de la matière organique en biogaz a naturellement lieu dans les marais, les lacs, les intestins des animaux et de l’Homme mais aussi dans les stations d’épuration et les décharges ;
  3. La transformation chimique : certaines matières végétales peuvent servir à la production de biocarburants, divisés en deux familles :
    • le biodiesel, obtenu à partir d’huile végétale (colza, huiles usagées, etc.) ;
    • l’éthanol, produit à partir de blé et de betterave, qui est incorporé dans le super sans plomb.

L’éolien

Cette énergie renouvelable est obtenue grâce au vent dont la force est convertie en électricité au moyen des éoliennes. L’utilisation de l’énergie éolienne est loin d’être récente : les moulins à vent, qui datent de plusieurs siècles, fonctionnaient déjà grâce à elle.

Il existe deux types d’éoliennes, dont le rendement énergétique et la puissance fournie dépendent de la vitesse du vent : les horizontales et les verticales.

Les éoliennes horizontales

Ce sont les éoliennes classiques et les plus connues. Leur système capte la force du vent grâce à des pales assemblées en hélice. La rotation de l’hélice va actionner un générateur électrique, placé en haut de l’éolienne.

Les éoliennes horizontales permettent de meilleurs rendements et sont utilisées par tous : des entreprises pour subvenir à leurs propres besoins, des producteurs d’électricité qui souhaitent produire de l’énergie verte mais aussi par quelques particuliers.

Leur installation nécessite un grand espace et elles forment d’ailleurs des parcs éoliens lorsqu’elles sont regroupées. En Belgique, il y a trois parcs éoliens : un en Région wallone (Estinnes) et 2 offshore, c’est-à-dire des éoliennes implantées au large des côtes (Belwind et Thorntonbank en mer du Nord).

Les éoliennes verticales

Elles sont capables d’emmagasiner la force générée par des vents plus faibles. Elles peuvent donc être plus souvent utilisées. Elles sont généralement présentes en milieu urbain car elles occupent moins de place que les éoliennes horizontales. Cependant, elles produisent moins d’électricité qu’elles.

La géothermie

Geyser
© Pixabay

Dans le cas de la géothermie, l’énergie produite provient de la chaleur contenue dans les sous-sols de la Terre. Ceux-ci contiennent de l’eau à une température très élevée et plus elle est située en profondeur, plus elle sera chaude. La raison ? Elle se rapproche du centre de la Terre dont le noyau contient une énergie considérable.

La température varie donc en fonction de l’emplacement de l’eau. Par conséquence, celle-ci peut être utilisée à des fins différentes.

Dans les zones peu profondes, dites « à basse température », la géothermie permettra surtout de chauffer les habitations. Par contre, les zones « à haute température », situées dans les régions volcaniques, sont idéales pour obtenir de l’électricité.

Celle-ci peut être produite selon deux méthodes : par la géothermie naturelle à haute énergie et par le système géothermique stimulé.

  1. Géothermie naturelle à haute énergie : dans les endroits volcaniques, la chaleur du centre de la Terre remonte et réchauffe d’immenses cavités d’eau stockées dans le sous-sol. L’eau y est alors disponible sous forme liquide ou sous forme de vapeur. Cette vapeur va actionner une turbine qui enclenchera un alternateur. Celui-ci produira alors de l’électricité ;
  2. Système géothermique stimulé : cette technologie n’est pas encore aboutie mais son but est de produire de l’électricité à partir de roches sèches. Elle est appelée « système géothermique stimulé » car l’eau chaude n’est pas immédiatement extraite du sous-sol, mais y est introduite pour y être réchauffée.

L’énergie hydraulique

L’énergie hydraulique est une énergie cinétique. Cela signifie qu’elle est fournie par le mouvement de l’eau, quelle que soit sa forme : chute d’eau, cours d’eau, courant marin, marée, vague…

Cette énergie hydraulique est utilisée depuis longtemps. Grâce à la force de l’eau, elle permettait par exemple de faire fonctionner les moulins à eau qui produisaient de l’énergie mécanique pour entre autres moudre le grain et fabriquer du papier.

Elle est la principale source d’énergie renouvelable pour produire de l’électricité. Celle-ci peut être obtenue de différentes façons :

  • En exploitant l’énergie des vagues : il s’agit ici de l’énergie houlomotrice. Différents procédés permettent d’utiliser cette énergie mais ils sont toujours en développement en raison de problèmes techniques rencontrés. L’un d’eux consiste par exemple à immerger de grosses bouées de plusieurs mètres de diamètre dans le fond marin. Elles vont alors osciller au gré des vagues et les mouvements engendrés vont actionner les pompes et un générateur d’électricité ;
  • Grâce à une centrale hydroélectrique : elle utilise l’énergie de la hauteur de chute d’un cours d’eau ainsi que de son débit. C’est le principe des barrages : une importante quantité d’eau est stockée dans un « lac de retenue ». Pour alors obtenir de l’énergie, il faut transformer cette énergie stockée en énergie cinétique, c’est-à-dire en la mettant en mouvement. L’eau traverse des conduites contenues dans le barrage et placées à la verticale. La centrale est située en contrebas et utilise la force de l’eau créee afin d’entraîner une turbine. C’est cette dernière qui va enclencher l’alternateur pour qu’il puisse émettre un courant électrique. Plus les chutes d’eau sont hautes, plus l’énergie que la centrale pourra en tirer sera puissante ;
  • En installant une hydrolienne : elle exploite l’énergie des courants marins. Une hydrolienne ressemble à une éolienne mais ne se situe pas sur la terre mais bien dans l’eau. Elle est également plus petite qu’une éolienne pour une même puissance, la masse volumique de l’eau étant supérieure à celle de l’air ;
  • En créant une centrale marémotrice : elle est basée sur l’énergie des marées. C’est grâce à la différence de hauteur de la mer que l’électricité va pouvoir être produite. Le système mis en place ressemble à celui d’un barrage : un bassin est isolé de la mer et la marée haute va l’approvisionner en eau tandis que la marée basse le videra. Ces différentes actions sont exécutées avec des vannes qui vont activer les turbines et les alternateurs. L’électricité est alors produite.

L’énergie solaire

Soleil qui brille sur un panneau solaire
© Pixabay

Le soleil est une source formidable d’énergie. Il est gratuit, ne pollue pas, est naturel et illimité. Même si en Belgique il ne brille pas tous les jours, il devrait occuper une place de plus en plus importante dans la production d’électricité.

Son rayonnement peut être exploité de deux manières : dans des centrales solaires photovoltaïques et dans des centrales solaires thermodynamiques.

      1. Les centrales solaires photovoltaïques : elles sont composées de panneaux solaires photovoltaïques dont le fonctionnement est le même que ceux installés sur les bâtiments. Ce type de centrales sont situées dans des pays ensoleillés car leur système a besoin de rayonnements importants pour être efficace. Elles occupent de vastes terrains, leur installation nécessitant de grandes surfaces. À titre d’exemple, la centrale d’Amareleja au Portugal compte plus de 262 000 panneaux photovoltaïques répartis sur 250 hectares. Cette centrale peut produire jusqu’à 93 GWh d’électricité par an, ce qui suffit pour approvisionner 30 000 foyers ;
      2. Les centrales solaires thermodynamiques : surtout utilisé aux États-Unis, ce système concentre les rayons du soleil grâce à des miroirs et des paraboles. Des températures très élevées (de 400°C jusqu’à 1 000°C) sont alors obtenues et cette chaleur va transformer l’eau de la chaudière en vapeur. Sous pression, celle-ci va activer les turbines qui vont elles-mêmes actionner l’alternateur afin de produire le courant électrique alternatif.

Les objectifs de production européens

En Belgique, la production d’électricité renouvelable a fortement augmenté en 10 ans pour atteindre 12,8 TWh en 2013. Cette hausse était due au développement de l’éolien, au nombre grandissant d’installations solaires photovoltaïques et à la croissance de la bioélectricité (centrales thermiques et cogénération).

Dans le cadre du paquet-climat énergie, l’Union européenne avait fixé à notre pays l’objectif de produire 21 % de sa consommation d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelables.

Par contre, selon les perspectives économiques 2015-2020 émises par le Bureau fédéral du Plan, la Belgique doit fournir des efforts si elle souhaite respecter les exigences européennes. L’Union lui avait également demandé d’atteindre une part de 13 % d’énergie renouvelable dans la consommation totale d’énergie en 2020. Et pour le moment, c’est mal parti. En effet, si la politique interne reste inchangée, le Bureau fédéral du Plan considère que le renouvelable avoisinera les 10 % de la consommation finale brute d’énergie. Cet organisme indépendant d’intérêt public présume donc que notre pays devra financer des investissements supplémentaires s’il désire satisfaire l’objectif européen.

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