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Idées nouvelles ?

Les Energies Renouvelables

samedi 16 mai 2009 par JMT

Des chercheurs de la NASA qui ont développé une nouvelle manière de faire marcher des véhicules sous-marins, pensent qu’une technologie dérivée de cette dernière pourrait faciliter la conversion de l’énergie de l’océan en énergie électrique sur une plus grande échelle.

Les énergies dites renouvelables (ER) utilisent des flux inépuisables d’énergies d’origine naturelle (soleil, vent, eau, croissance végétale...). Ces énergies de l’avenir ne couvrent encore que 20% de la consommation mondiale d’électricité en notant que l’hydroélectricité représente 92,5% de l’électricité issue des ER (biomasse 5,5%, géothermie 1,5%, éolien 0,5% et le solaire 0,05 %).

Le recours à l’hydrogène comme vecteur énergétique propre est l’une des solutions pour répondre aux actuels défis énergétiques. En effet, plus énergétique que le pétrole ou le gaz naturel, non polluant et non toxique, l’hydrogène pourrait progressivement suppléer les énergies fossiles et répondre à l’essentiel de nos besoins énergétiques.

Transformer la marée en énergie : un nouveau concept pour exploiter la puissance des océans

13/05/2009, 15:38

Des chercheurs de la NASA qui ont développé une nouvelle manière de faire marcher des véhicules sous-marins, pensent qu’une technologie dérivée de cette dernière pourrait faciliter la conversion de l’énergie de l’océan en énergie électrique sur une plus grande échelle.

Crédit : NASA : Le flux d’eau naturel fait tourner les turbines. La vitesse de rotation des rotors est augmentée via une boîte de vitesse qui entraîne une pompe de fluide à haute pression. Ce fluide est ensuite transporté à travers des tubes flexibles vers une centrale hydroélectrique terrestre.

Les chercheurs espèrent que cette énergie renouvelable propre produite à partir du mouvement de l’océan et des rivières pourrait répondre à une part importante de la demande mondiale en électricité.

De nombreuses méthodes utilisant le mouvement de l’eau pour créer de l’énergie existent déjà. Les centrales hydroélectriques, par exemple, sont parmi les sources d’électricité les plus courantes et les moins chères.

Elles profitent de la grande différence de pression hydrostatique entre la surface de l’eau derrière le barrage et les turbines, qui peut être utilisée pour produire de l’énergie. Mais l’énergie qui peut être produite de cette manière est limitée, car la plupart des rivières adaptées possèdent déjà des barrages hydroélectriques.

D’autres technologies ont été élaborées – et sont en cours d’élaboration – pour transformer l’énergie des courants marins, des marées et du flux des rivières en un autre type d’énergie, appelée énergie hydrocinétique. La plupart de ces systèmes d’énergie hydrocinétique utilisent des turbines sous-marines, qui produisent de l’électricité que l’on peut transférer par cable jusqu’au rivage.

Jack Jones, un ingénieur du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et Yi Chao, un scientifique du JPL ont mis au point un nouveau système d’énergie hydrocinétique sous-marine.

Il utilise le mouvement de l’eau pour générer un liquide à haute-pression plutôt que de l’électricité. Ce liquide est ensuite transporté jusqu’au rivage et utilisé pour produire de l’électricité sur la terre ferme . Caltech qui gère le JPL pour la NASA, détient le brevet de cette technologie énergétique innovante.

Le système d’énergie hydrocinétique du JPL/Caltech est un sous produit issu d’un projet de recherche visant à trouver une nouvelle voie pour les véhicules robotisés sous-marins. La plupart de ces engins fonctionnent avec des batteries et doivent être accompagnés de bateaux pour recharger ou remplacer leurs batteries.

Dans ce projet, à l’initiative de Pat Beauchamp du centre du JPL pour les Explorations In Situ et le Retour des Echantillons, on a demandé à Jones de trouver une manière d’utiliser les différences de températures de l’océan pour faire fonctionner les sous-marins.

Il avait précédemment mis au point des ballons à contrôle thermique pour Vénus, Mars et Titan. Jones était associé à Chao, qui utilise des planeurs dans ses recherches océanographiques. « J’ai vu que nous pouvions rallonger de manière significative la durée de vie de ces véhicules en exploitant l’énergie fournie par l’océan », a déclaré Chao.

Jones et Chao ont mis au point un système qui utilise les changements de températures de l’océan pour créer un fluide à haute pression qui peut générer de l’énergie.

« L’astuce a été de trouver une substance spéciale connue pour son étape de changement de matière de l’état solide à l’état liquide quand la température de l’environnement passe du frais au doux », a déclaré Chao. « Quand le matériau fond, il se dilate, en compressant un tube central contenant un autre liquide. Ce liquide, maintenant sous haute pression, est utilisé pour générer l’électricité et charger les batteries sous l’eau. »

Pendant qu’ils travaillaient sur ce projet, les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient utiliser le même concept – utiliser une pompe environnementale pour générer un liquide à haute pression – pour produire de l’électricité à partir des océans.

Utiliser le flux

Avec le système de transfert d’énergie hydrocinétique à grande échelle de JPL / Caletech, Jones et Chao proposent que la marée des océans, les courants, les vagues aussi bien que le flux des rivières puissent fournir la source d’énergie pour créer le liquide à haute-pression.

Comme l’eau fait tourner les aubes de turbines sous-marines, la vitesse de rotation du rotor pourrait être augmentée grâce à une boîte de vitesses, qui entraîne une pompe à fluide haute-pression. Le fluide à haute-pression pourrait être transporté grâce à des tuyaux flexibles jusqu’à un tuyau plus gros et ensuite jusqu’à une usine hydroélectrique efficace sur le rivage.

« Si nous utilisons de l’eau fraîche dans un cycle fermé et que nous la recylons, il n’y aura pas d’impact sur l’écosystème des rivières ou de l’océan », a ajouté Chao.

« Le principal avantage du système, selon Jones, est qu’il élimine tous les composants électriques submergés, qui sont sujets à la corrosion ». De plus, d’autres systèmes de turbines produisant de l’énergie grâce à la marée, comme le nouveau qui fonctionne sur la rivière Est de Manatthan, transfère l’énergie générée par les turbines jusqu’à la surface à travers des cables électriques enterrés.

Ces derniers sont chers, difficiles à entretenir, et peuvent être dangereux, d’après Jones. Des problèmes similaires existent avec deux autres types de systèmes hydrocinétiques en service au Royaume Uni et en projet en Corée du Sud.

« Le système de transfert d’énergie hydrocinétique du JPL/Caltech associe un agencement de sous-surfaces résistant à la corrosion simple et le système de production d’énergie électrique sur le rivage le moins coûteux » a déclaré Jones.

« Le système que nous envisageons a un autre avantage, a-t-il dit, l’énergie hydraulique pressurisée peut être stockée dans un réservoir surélevé sur le rivage et peut être utilisée pour produire de l’électricité quand on en a besoin pour répondre à la demande en énergie. La plupart des systèmes produisant de l’énergie sans nuire à l’environnement produisent une puissance de manière intermitente. »

« Ce genre de système de transfert d’énergie hydraulique est potentiellement applicable à de nombreux types d’énergies hydrocinétiques provenant des rivières, des vagues de l’océan, des marées et des courants » a déclaré Chao.

Les scientifiques peuvent utiliser des modèles informatiques ultramodernes du vent, du flux des rivières, des courants océaniques et des marées pour déterminer chaque endroit potentiel pour la production d’énergie, ajoute-t-il. Ils peuvent également prédire la quantité d’énergie qu’on pourra produire dans le futur pour aider à plannifier l’utilisation et le stockage d’énergie.

« Comme avec toutes ces technologies, l’arbitre ultime est le résultat final des études d’ingénierie, l’efficacité d’ensemble et les coûts en terme de dollars par capacité de production de watt produit », a déclaré Paul Dimotakis, ingénieur en chef du JPL.

« De telles études et des efforts de développement préliminaires nécessitent aussi d’être accomplis pour le système d’énergie hydrocinétiques du JPL/Caltech, et s’ils sont prometteurs, alors la phase suivante de développement pourra être mise en œuvre. »

Jones et Chao effectueront une présentation du système d’énergie hydrocinétiques du JPL/Caltech lors de la conférence sur l’Océan, l’ingénierie en mer et en Antarctic de la Société Américaine d’Ingénieurs Mécaniques cet été à Honolulu, Hawaï.

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Les énergies renouvelables en quelques mots

Les énergies dites renouvelables (ER) utilisent des flux inépuisables d’énergies d’origine naturelle (soleil, vent, eau, croissance végétale...). Ces énergies de l’avenir ne couvrent encore que 20% de la consommation mondiale d’électricité en notant que l’hydroélectricité représente 92,5% de l’électricité issue des ER (biomasse 5,5%, géothermie 1,5%, éolien 0,5% et le solaire 0,05 %).

Photo : Centrale solaire de La Réunion crédit : www.regionreunion.com

Ainsi, la capacité totale de production d’électricité issue d’énergies renouvelables (hors grande hydraulique) s’élève à 168 gigawatts (GW), soit 4% de la capacité mondiale du secteur énergétique. Les pays en développement produisent 44% de cette capacité, soit 70 GW (REN21, 11/2005).

Au niveau des investissements, ce sont quelque 30 milliards de dollars qui ont profité aux énergies renouvelables à travers le monde en 2004 (hors large hydraulique), un chiffre qui soutient la comparaison avec l’investissement réalisé dans le secteur des énergies classiques atteignant approximativement 150 milliards de dollars. Notons que l’engagement financier destiné à la grande hydraulique correspond à 20-25 milliards de dollars supplémentaires, principalement dans les pays en développement (REN21, 11/2005).

La technologie énergétique affichant la croissance la plus rapide au monde est l’énergie solaire photovoltaïque connectée au réseau (PV), laquelle a augmenté sa capacité actuelle de 68% par an entre 2000 et 2004 pour couvrir plus de 400 000 toits au Japon, en Allemagne et aux Etats-Unis. La deuxième place revient à la capacité de l’énergie éolienne avec une augmentation de 28% par an, l’Allemagne totalisant à elle seule près de 17 GW installés depuis 2004 (REN21, 11/2005).

Notons enfin que les emplois directs issus de la production d’énergies renouvelables, des interventions et de la maintenance ont dépassé la barre des 1,7 million en 2004, dont 0,9 million rien que pour la production de biocarburants (REN21, 11/2005).

Les énergies renouvelables et tout particulièrement la petite hydraulique, la biomasse et le PV solaire, fournissent de l’énergie électrique, de la chaleur, de la force motrice et un approvisionnement en eau à des dizaines de millions de personnes dans les zones rurales de pays en développement. Elles desservent ainsi l’agriculture, des petites industries, des foyers, des écoles et comblent d’autres besoins communautaires.

L’utilisation de ces énergies n’est pas récente (moulins, feu de bois, thermes...) et nous présenterons ici uniquement les "énergies nouvelles" (ENR) celles qui sont virtuellement inépuisables, très peu polluantes et qui bénéficient d’avancées technologiques et de processsus de développement depuis les années 70.

Dossiers sur les énergies renouvelables

La géothermie ou l’énergie de la Terre

L’essentiel de la chaleur dégagée par la Terre provient de la radioactivité. C’est l’énergie nucléaire produite par la désintégration de l’uranium, du thorium et du potassium ...

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L’énergie solaire

Le soleil, bien que distant de plus de 150 millions de kilomètres de nous, demeure notre plus grande source d’énergie même si elle est intermittente avec l’alternance jour / nuit ...

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L’énergie des océans et des mers

L’énergie des océans est potentiellement considérable, mais elle est très dispersée et donc difficile à collecter et loin des lieux de consommation ...

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L’énergie issue de la biomasse

On appelle également "houille verte" l’énergie en provenance des végétaux. Celle-ci est renouvelable puisque les plantes repoussent pratiquement sans cesse ...

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L’énergie éolienne ou l’énergie du vent

Les éoliennes ou aérogénérateurs sont destinés à exploiter la force du vent pour produire de l’énergie. A ce titre, le vent pousse une hélice qui est montée sur un arbre ...

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L’hydrogène en quelques mots

Le recours à l’hydrogène comme vecteur énergétique propre est l’une des solutions pour répondre aux actuels défis énergétiques. En effet, plus énergétique que le pétrole ou le gaz naturel, non polluant et non toxique, l’hydrogène pourrait progressivement suppléer les énergies fossiles et répondre à l’essentiel de nos besoins énergétiques.

Photo : Pompe à hydrogène © Bob n Renee

Problème : si l’atome d’hydrogène, lié à l’oxygène, est très abondant sous forme d’eau, les molécules d’hydrogène, elles, ne se trouvent pas à l’état pur.

Le défi auquel s’attèlent les chercheurs est donc de produire de l’hydrogène, sans dégagement de dioxyde de carbone. Pour cela, l’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire sa décomposition en hydrogène (H) et oxygène (O), est l’une des solutions envisagées.

Aujourd’hui maîtrisée, cette technique présente toutefois des inconvénients majeurs : son rendement ne dépasse pas 80 %, son coût de production est trop élevé et certains matériaux utilisés polluants ou même dangereux.

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