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Les énergies renouvelables

Introduction

La meilleure énergie est celle que l’on ne consomme pas...

De manière générale, les énergies renouvelables ne doivent pas être un prétexte pour consommer plus ou s'octroyer plus de luxe ! Pour caricaturer, l’utilisation de panneaux solaires pour chauffer une nouvelle piscine ne va pas diminuer votre empreinte écologique, au contraire !

La fabrication, l’installation, l’utilisation et la maintenance de quelque système que ce soit engendre toujours une consommation. Dans notre exemple, mieux vaut donc profiter des infrastructures publiques et faire preuve de sobriété. C’est aussi pour cette raison qu’il est essentiel d’améliorer l’enveloppe de son logement avant toute chose. La combinaison des techniques (isolation ET énergies renouvelables) n’est incontournable que dans certains cas, comme à la Station Princesse Elisabeth !

Station Polaire Princesse Elisabeth

Retrouvez ici quelques vidéos humoristiques et didactiques à propos des énergies renouvelables.

Dans le but d’atteindre les engagements intergouvernementaux en termes de réduction des émissions de CO2 et de production d’énergie verte, un marché des certificats vert a été mis en place par les régulateurs. Tout petit producteur d’énergie verte (photovoltaïque, éolien) perçoit des certificats verts qu’il peut ensuite revendre soit au régulateur soit à un autre acheteur. D’autre part, les grands producteurs d’électricité qui n’auraient pas atteint leur quota d’énergie verte sont tenus de se procurer des certificats verts sur le marché, et à défaut de s’acquitter de lourdes amendes. Les certificats agissent donc à la fois comme carotte et bâton.

Les énergies renouvelables ne présentent pas que des avantages. La production d’énergie est intermittente et indépendante de la demande des utilisateurs. D’autres centrales doivent alors prendre le relais pour assurer un équilibre parfait entre la production et l’utilisation d’énergie. Pour assurer cet équilibre les différents acteurs se coordonnent en permanence.

D’ici quelques années, les consommateurs finaux auront un rôle à jouer dans la régulation du réseau : Les tarifs deviendront dynamiques afin que le consommateur, aidé par des systèmes intelligents, adapte (= anticipe, retarde ou limite) sa consommation en fonction de la disponibilité de l’énergie sur le réseau (particulièrement l’énergie renouvelable). Des systèmes de stockage décentralisé (c'est à dire dans nos maisons) de l'énergie (électrique mais aussi sous forme de chaleur) sont aussi à l'étude, afin d'aider à lisser les irregularités de production et de consommation d'énergie.

Schémas organisationnel de la production et distribution d'électricité en Belgique

Pour en savoir plus sur le sujet :

  • Organes Fédéraux
    • http://www.plan.be
    • http://www.creg.be
  • Portails des Régions
    • http://energie.wallonie.be/fr/les-energies-renouvelables.html?IDC=6169
    • http://energie.wallonie.be/fr/qualite.html?IDC=8072
    • http://www.bruxellesenvironnement.be/Templates/documentation/
    • http://www.energiesparen.be/groene-energie-en-wkk
  • Régulateurs des Régions pour l’Energie
    • http://www.cwape.be/
    • http://www.vreg.be/
    • http://www.brugel.be/
  • Entre idéalisme, potentiel et carte des énergies renouvelables en Wallonie
    • http://www.icedd.be/atlasenergie/pages/atlas.asp?article=fenrtx01
    • http://www.icedd.be/atlasenergie/pages/menrfr01.htm

Atlas énergétique de la Belgique


Panneaux solaires thermiques

Les panneaux solaire thermiques utilisent l’énergie la mieux répartie sur la planète (1.000 kWh/m²/an). Combinés à un ballon de stockage suffisamment volumineux, c’est probablement la manière la plus rentable de récolter l’énergie solaire. Le rendement des panneaux thermiques est indéniablement plus élevé que celui des panneaux photovoltaïques, au stade actuel de la technologie et probablement pour longtemps encore, y compris dans nos contrées du Nord. Ce rendement (de conversion moyen annuel) avoisine les 40 % au niveau du captage de l’énergie et un peu moins au niveau de l’utilisation en eau chaude, du fait de la dimension limitée du stockage et de l’utilisation non-continue en eau chaude.

En Belgique, plus de 400.000 m² de panneaux solaires sont déjà en fonctionnement (dont près de 3/4 en Flandre). On peut donc considérer qu’ils contribuent à produire de l’ordre de 160 GWh/an.

En plus de produire l’eau chaude sanitaire, l’utilisation des panneaux solaires thermiques peut parfois servir d’appoint au système de chauffage à la mi-saison.

Graphique présentant le rendement des capteurs solaires thermiques

La meilleure orientation est au sud, sur un pan de toit bien incliné de sorte à obtenir une production optimale en hiver, quand le soleil est plus bas dans le ciel. Cela permet parallèlement d’éviter une surchauffe du système pendant l’été, qui pourrait contribuer à son vieillissement si le système est sous pression.

Une installation solaire reste très intéressante pour des orientations comprises entre les directions Sud-Est et Sud-Ouest, pourvu que l’inclinaison des panneaux soit suffisante. Les capteurs plans représentent la grande majorité des installations solaires en fonctionnement, mais il existe aujourd’hui des capteurs à tubes qui deviennent surtout intéressants pour des toitures moins bien orientées ou pour permettre un appoint en chauffage.

Ce graph permet d'évaluer la diminution du rendement annuel des capteurs en fonction de l'orientation et de l'inclinaison par rapport à l'horizontale. Le rendement maximal (100%) correspond à une orientation sud et à une pente d'environ 38°.

Pour en savoir plus sur le sujet :


Panneaux solaires photovoltaïques

L’exploitation de l’énergie solaire par les panneaux solaires photovoltaïques est plus difficile qu’avec des panneaux thermiques à cause des faibles rendements de conversion de l’énergie photométrique en énergie électrique (moyenne annuelle de l’ordre de 10 %).

A l’heure actuelle, la Belgique est néanmoins déjà équipée de plus de 3.000 MWc de panneaux solaires photovoltaïques (20 millons de m² dont 3/4 en Flandre), soit l’équivalent de 3 réacteurs nucléaires. La production n’atteint jamais ce niveau du fait que les conditions de ciel ne sont jamais optimales simultanément pour toutes les installations ! Elle est de l’ordre de 2.500 GWh/an. Cette production n’intervient malheureusement pas aux moments où la demande en électricité est la plus forte. Cette technologie ne permet donc pas de se passer de centrales électriques existantes et n’est donc pas à notre sens une priorité en termes de performance énergétique des bâtiments. En l’absence de système de stockage efficace, elle est même une des causes de la déstabilisation des réseaux électriques.

Comme pour les panneaux solaires thermiques, la meilleure orientation est au Sud, mais le captage d’énergie dépend en grande partie de l’inclinaison des panneaux.

Tableau des rendements pour les capteurs solaires photovoltaïques

Pour en savoir plus sur le sujet :


Energie éolienne

L’énergie éolienne résidentielle reste encore assez confidentielle quand on la compare au développement fulgurant des parcs éoliens sur le territoire belge.

Au niveau Wallon, on compte +/- 281 grandes éoliennes pour une puissance installée de 641 MW. Le parc actuel permet de produire près de 1.500 GWh/an et l’ambition est de doubler la production à l’horizon 2020 pour ainsi contribuer à près de la moitié de la production d’énergie renouvelable.

En Flandre, on compte un peu plus de 250 turbines qui totalisent un peu moins de 250 MW.

C’est en mer du Nord, sur le territoire maritime fédéral que l’offshore éolien a récemment fait grimper les statistiques belges, avec 150 éoliennes d’une puissance moyenne de 4 MW, ce qui porte à près de 1.800 MW la capacité totale en Belgique.

Capacité éolienne installée en Belgique

Contrairement aux panneaux solaires qui ne nécessitent habituellement pas de permis d’urbanisme quand ils sont posés en toiture, les éoliennes domestiques s’intègrent plus difficilement au paysage urbanisé. Par ailleurs, le petit éolien domestique ne bénéficie pas d’incitants financiers comme ceux octroyés pour les panneaux solaires. La rentabilité d’une petite installation (de l’ordre de 3 kW) est intéressante sur le long terme mais moins bonne qu’avec le grand éolien. Les coopératives telles que RESCOOP ont donc un bel avenir devant elles.

A l’image des panneaux photovoltaïques, une installation éolienne nécessite un onduleur qui permet à tout producteur d’électricité de raccorder son installation verte au réseau électrique. Tout comme pour les panneaux photovoltaïques, la production électrique est dépendante des conditions climatiques et les éoliennes pourraient donc difficilement se substituer complètement aux centrales électriques à moins de pouvoir temporairement stocker l’énergie produite.

Pour en savoir plus sur le sujet :


Energie hydraulique

L’énergie hydraulique a été utilisée par le passé au même titre que l’énergie éolienne : Les moulins à vent et à eau ont été remplacés par des éoliennes et des turbines, dont les installations sont moins nombreuses et plus puissantes que par le passé.

Cartographie de la production hydroélectrique en Région Wallonne

La Wallonie comptait pas moins de 3.000 moulins hydrauliques utilisés pour moudre, scier, polir. Elle compte encore aujourd’hui une centaine d’installations hydro-électriques (dont les fameuses Coo et L'eau-d'heure) qui comptabilisent ensemble plus de 100 MW, ce qui permet de produire de l’ordre de 360 GWh/an. Cette puissance pourrait être portée à 400 GWh/an en réactivant les moulins à eau historiques.

Pour en savoir plus sur le sujet :

  • Cartographie Hydro : http://energie.wallonie.be/fr/l-hydraulique.html?IDC=6175

Puits canadien

Le puits canadien, appelé aussi puits provençal, est un système de climatisation naturel. Il est basé sur le simple constat que la température du sol à plus de 1 mètre de profondeur est plus élevée que la température de l’air extérieur en hiver, et inversemment plus basse en été. Il est donc possible de pré-conditionner l’air extérieur avant de le faire entrer dans le système de ventilation du bâtiment grâce à un échange naturel de chaleur effectué via un tuyau enfoui dans le sol du jardin et relié au groupe de ventilation (prise d’air).

Pour en savoir plus sur le sujet :


Géothermie

La géothermie fonctionne globalement d’après le même principe que la pompe à chaleur bien que le cycle thermodynamique soit remplacé par un échangeur de chaleur. En effet, le forage vertical (de l’ordre de 100 m) permet de rentrer en contact avec une source chaude à des températures plus élevées. Plus le forage est profond, plus la température sera élevée. Ces techniques sont néanmoins réservées à des projets d’envergure et doivent être encadrées à cause des contraintes techniques et environnementales. En Belgique, on estime à 50 GWh la quantité d’énergie géothermique extraite du sol chaque année.

Source : Portail Région Wallonne : Géothermie

Pour en savoir plus sur le sujet :

  • http://energie.wallonie.be/fr/la-geothermie-profonde.html?IDC=6173

Biométhanisation

La méthanisation est un processus naturel biologique de dégradation de la matière organique en absence d'oxygène, qui la transforme en biogaz. En Belgique, on estime à plus de 500 GWh la quantité d’énergie extraite de la biomasse chaque année.

Pour en savoir plus sur le sujet :


Smart Grids for Smart Poeple! et aussi un peu plus de résilience?

Avec l'avènement des énergies renouvelables, la gestion de la production et de la distribution d'électricité devient de plus complexe, pour ne pas dire fragile. Vous avez tous entendu parlé du black-out. On s'est également demandé quel fut le niveau de l'impact de l'éclipse solaire (20 mars 2014) sur le réseau électrique (du fait de la baisse soudaine - bien que prévisible - de la production photovoltaïque): officiellement, il n'y a pas eu d'impact. Mais qu'en sera-t-il quand la part du renouvelable sera bien plus élevée qu'aujourd'hui?

Produire de l'énergie (électrique) c'est bien, mais encore faut-il parvenir à la transporter instantanément là où on en a besoin, et à parfaitement équilibrer en permanence la production et la demande totale d'électricité, sous peine de sur/sous-charge puis de black-out.

Si l'on n'aime pas trop la génération d'électricité de source fissile (énergire atomique) à cause des dangers qu'elle fait porter sur les populations, on peut également lui attribuer un autre désavantage significatif dans le nouveau contexte énergétique : les centrales atomiques doivent tourner à un régime très stable, et ne peuvent donc pas s'adapter rapidement aux variations de la demande électrique. Typiquement, ce sont les turbines/centrales électrique fonctionnant au gaz qui permettent de "réguler" la production pour l'adapter à la consommation d'électricité. C'est ce qu'on appelle le "supply side management". Aujourd'hui, notamment en raison de l'installation massive de panneaux solaires photovoltaïques, cette "gestion de la production" ne suffit plus et représente un coût conséquent qui est reporté au final sur tous les consommateurs.

On réfléchit dès lors à une gestion complémentaire, le "demand side management" ou "gestion de la consommation", qui doit donc s'effectuer du côté de l'utilisateur final, technologies à l'appui. Conrètement, on souhaite que le consommateur "lisse" les perturbations qu'il induit lui-même à cause de "son comportement erratique": démarrage synchronisé dans tous les foyers du four électrique à la cuisine, de la machine à laver, production solaire photovoltaïque, chauffage soudain par pompe à chaleur, etc. Le réseau n'a qu'à absorber les remous pour notre plus grand confort! Et bien non, ça ne va plus durer.

Quels sont les changements auxquels se préparer? En gros, la tarficiation de l'électricité va se faire de manière dynamique, c'est à dire qu'elle variera d'heure en heure et qu'elle sera plus chère aux heures de pointe ou bien lorsqu'il n'y a aucune production d'énergie renouvelable, et moins chère par exemple en cas de forte production d'énergie renouvelable (le vent dans les éoliennes, le soleil sur les toits, etc.). Si le client ne veut pas "subir" cette tarification dynamique, ou mieux, s'il souhaite en profiter, et en faire profiter le climat, plusieurs solutions s'offrent à lui:

1/ gérer manuellement sa consommation en fonction du prix courant: par exemple en évitant de démarrer le four, la machine à laver, la pompe à chaleur en plein pendant les heures de pointe. Il "suffit" de manger plus tôt ou plus tard que les autres, etc, ou bien de programmer son four avant de partir au travail le matin. Bref, tout de même un peu contraignant! et d'aucune utilité au niveau des panneaux solaires photovoltaïques qui produiront aussi une électricité "peu rentable" en cas de faible utilisation électrique pendant les heures les plus ensoleillées!

2/ installer un système de domotique qui gèrera tout seul (optimisation économique et implicitement aussi écologique), non seulement les appareils ménagers, mais aussi le chauffage du bâtiment, tout en garantissant un confort grâce à l'accumulation anticipée de chaleur puis à son relâchement ultérieur lors d'une forte demande. Bref c'est un peu comme ces vieux radiateurs électriques à accumulation (de chaleur!) qui ont eu leur (courte) heure de gloire au début des années '80.

3/ l'accumulation d'électricité. C'est une bonne idée mais trop chère à l'heure actuelle et probablement pour longtemps encore! Ce n'est selon nous pas une solution "globale" réaliste (où trouver les composants de batteries en quantités suffisantes, sans polluer des milliers d'hectares de terrains et sans faire travailler des enfants africains?), malgré le marketing poussif d'un fabricant de voiture électriques américain.

Les sytèmes domotique dont on parle au point 2/ ne sont pas encore vraiment disponibles sur le marché belge, mais on les retrouve dans certains Etats avant-gardistes d'Amérique du Nord (Californie p.ex.) et d'Europe (Danemark). Il faut donc rester attentif à l'évolution de la technologie à ce niveau, et penser à installer un système de domotique qui sera "compatible" si un tel système est installé. Sachez aussi que les nouveau compteurs électriques installés par les gestionnaires des réseaux de distribution sont de plus en plus équipés de la fonctionalité "tarification dynamique".

La machine est en route et le "progrès" est irréversible... à moins de se passer totalement d'un raccord au réseau électrique! Ce qui pourrait être une forme de progrès encore plus intéressante et surtout "résiliente".

A titre d'information, voici une figure qui présente la diversité des métiers dans le domaine des Smart Grids, domaine qui va par ailleurs évoluer (et donc se restructurer?) dans les années à venir.

métiers SmartGrids


Autres

D’autres technologies, systèmes et principes de récolte de l’énergie renouvelable existent mais sont encore moins connus et moins généralisés dans nos régions. On peut citer des installations de grande taille comme les tours solaires et l’énergie marine ou d’autres de taille plus humaine comme les murs trombe par exemple mais de nombreuses autres applications sont possibles au sein des 5 catégories suivantes : le soleil, le vent, l’eau, le vivant et la terre.

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