L’électricité fait si intiment partie de notre quotidien, que l’on n’en remarque généralement l’importance qu’en cas de coupure de courant : plus d’énergie pour charger ses appareils, pour s’éclairer, préparer son repas, conserver ses aliments, prendre une douche chaude, ouvrir ses volets ou son portail…
On remarque d’ailleurs que la production d’électricité a quadruplé en France entre 1970 et 2010, en raison de l’augmentation de la population, mais principalement pour suivre nos nouvelles habitudes de vie ! Cette production est toutefois stable depuis quelques années : 531 TWh en 2016, 529 TWh en 2017 et 548 TWh en 2018. De leur côté, de plus en plus de particuliers cherchent à produire leur propre énergie électrique renouvelable, notamment grâce à l’installation d’éoliennes ou de panneaux solaires.
Greenwatt fait le point pour vous sur la production électrique française, à l’échelle nationale, mais aussi chez les particuliers !
La production d’énergie électrique en France
Près de ¾ de l’énergie électrique en France est produite grâce à des centrales nucléaires, mais les énergies renouvelables parviennent à gagner un peu plus de terrain chaque année ! La baisse progressive du recours à l’énergie thermique permet de son côté de faire diminuer chaque année un peu plus les émissions de CO2.
Source : RTE
Nucléaire
Les centrales nucléaires exploitent de l’uranium, une énergie fossile. Au sein des réacteurs des centrales, une fission des atomes d’uranium est réalisée : des neutrons sont projetés sur les noyaux de ces atomes, qui se scindent alors en deux. Cette fission s’accompagne d’un fort dégagement d’énergie thermique.
Circuit primaire
Grâce à la chaleur produite, l’eau qui entoure les réacteurs monte jusqu’à une température de 320 °C. Elle est cependant maintenue sous pression, afin de ne pas bouillir. Tout ceci constitue ce que l’on nomme le « circuit primaire ».
Circuit secondaire
Vient ensuite le « circuit secondaire », qui contient lui aussi de l’eau : celle-ci va être chauffée grâce à l’eau chaude du circuit primaire et produire ainsi de la vapeur.
À noter : l’eau du circuit secondaire n’est jamais en contact avec celle du circuit primaire, elle n’est donc pas contaminée.
La pression de la vapeur créée permet faire fonctionner un turbo-alternateur : ce système combine à la fois l’usage d’une turbine et d’un alternateur, afin de convertir la puissance d’un fluide en mouvement (ici de la vapeur) en électricité.
La vapeur fait tourner les pales de la turbine, qui met alors en mouvement la partie mobile de l’alternateur, le rotor. Celui-ci est recouvert d’électro-aimants, tandis que la partie fixe de l’alternateur, le stator, comporte des bobines de cuivre. En tournant, le rotor permet de faire varier le champ magnétique, ce qui crée un courant électrique alternatif dans le stator. Dans l’alternateur, on transforme donc de l’énergie cinétique en énergie électrique.
Celle-ci est ensuite transmise à un transformateur, qui élève la tension du courant électrique afin de faciliter son transport dans les lignes à haute tension.
Source : EDF
Circuit de refroidissement
Toutefois le fonctionnement d’une centrale nucléaire ne se limite pas au circuit primaire et au circuit secondaire, puisqu’il en existe un troisième : le « circuit de refroidissement ». Lorsqu’elle sort de la turbine, la vapeur du circuit secondaire est retransformée en eau, au moyen d’un condensateur. Celui-ci contient de l’eau froide prélevée dans une source d’eau à proximité, la mer ou une rivière par exemple.
Le circuit de refroidissement aussi est parfaitement étanche : l’eau qu’il contient n’entre pas en contact avec la vapeur du circuit secondaire.
Aéroréfrigérants
Enfin, pour refroidir l’eau de ce dernier circuit avant de la rejeter là où elle a été prélevée, afin d’éviter d’augmenter la température d’une rivière par exemple, on peut utiliser de grandes tours appelée aéroréfrigérants.
Celles-ci mettent en contact l’eau avec l’air ambiant : les courants d’air qui remontent le long de la tour permettent de refroidir l’eau située à sa base. L’eau refroidie repart majoritairement dans le condensateur, mais une petite partie va en revanche s’évaporer : ce qui explique les panaches de « fumée » blanche qui s’échappent des centrales nucléaires… il ne s’agit en réalité que de vapeur d’eau !
Hydraulique
Il s’agit de la plus importante source d’énergie renouvelable. Mais comment peut-on utiliser l’eau pour produire de l’énergie électrique ? En réalité, c’est de la force de l’eau dont on se sert pour créer de l’énergie électrique, grâce à la hauteur des chutes d’eau (pour les centrales de hautes et moyennes chutes) et au débit de l’eau des rivières ou des fleuves (centrales au fil de l’eau).
Il existe en effet trois types de centrales hydrauliques :
- De lac ou de haute chute, présentes en haute montagne, avec lac de retenue alimenté par l’eau des torrents et de la fonte des neiges ou des glaciers ;
- D’écluse ou de moyenne chute, plutôt situées en moyenne montagne, avec retenue d’eau et débit moyen ;
- Au fil de l’eau, avec des centrales placées le long de grandes rivières ou de fleuves, et qui ne comportent pas de retenue d’eau.
Lorsque l’eau est stockée dans les lacs de retenue, elle peut être « délivrée » grâce à l’activation de vannes spécifiques. L’eau s’écoule alors le long de grands tuyaux appelées « conduites forcées », qui conduisent l’eau vers la centrale hydraulique construite en contrebas.
Lorsqu’elle arrive dans la centrale et sort des conduites, l’eau, qui a gagné en énergie cinétique durant sa chute, active une turbine, qui fait fonctionner un alternateur. De la même manière que dans une centrale nucléaire, l’alternateur produit un courant électrique alternatif, qui passe ensuite dans un transformateur, avant de rejoindre les lignes à haute tension. Une fois utilisée, l’eau est rejetée dans son cours d’eau via ce que l’on nomme « canal de fuite ».
Dans les centrales au fil de l’eau, le fonctionnement est le même, excepté que puisque l’eau ne peut pas être stockée, elle ne peut être délivrée sur demande : la production électrique varie donc constamment au fil de l’année.
Source : Akuocoop
Thermique à combustible fossile
Il existe trois types de centrales thermiques :
- Les centrales à flamme, qui utilisent des combustibles fossiles (charbon, fioul ou gaz) pour alimenter des chaudières à vapeur ;
- Les centrales avec TAC (Turbine À Combustion) et turbine vapeur, qui sont alimentées avec du fioul ou du gaz ;
- Et les centrales LFC (à Lit Fluidisé Circulant), qui présentent une température de combustion plus basse que les centrales à flamme et où du calcaire est ajouté dans la chaudière, afin de réduire les émissions d’azote et de soufre. Ces centrales marchent principalement avec du charbon.
Pour faire fonctionner une centrale thermique à flamme, un combustible doit être brûlé dans les brûleurs d’une chaudière, qui contient plusieurs tubes d’eau froide.
À savoir : les brûleurs sont conçus pour des combustibles bien spécifiques, on ne peut pas effectuer de mélange. Avant d’être utilisé, le charbon doit être réduit en poudre, tandis que le fioul est chauffé, pour devenir liquide, puis vaporisé. Le gaz ne nécessite pas de traitement particulier.
La chaleur produite va permettre de chauffer l’eau, qui va se transformer en vapeur. Celle-ci permet alors de faire tourner une turbine, qui fait fonctionner un alternateur. Le courant alternatif produit est alors envoyé dans un transformateur, puis dans les lignes à haute tension.
Une fois qu’elle ressort de la turbine, la vapeur est de nouveau transformée en eau liquide grâce à un condensateur, qui utilise de l’eau froide provenant d’un cours d’eau ou de la mer. La vapeur refroidie est renvoyée dans la chaudière pour un nouveau cycle, tandis que l’eau du refroidissement retourne dans son milieu.
La fumée émise lors de la combustion du gaz, du charbon ou du fioul est nettoyée au moyen de filtres, puis évacuée par des cheminées.
Source : LENCB
Éolien
Le fonctionnement d’une éolienne est très simple : la force du vent permet d’actionner les pales du rotor, qui permet de son côté de faire bouger un axe situé dans la nacelle, que l’on appelle « arbre ». Celui-ci est relié à un alternateur, qui produit alors un courant électrique alternatif, ensuite envoyé dans un transformateur et dans le réseau.
Pour fonctionner, une éolienne a besoin d’un vent soufflant à au moins 15 km/h. À plus de 90 km/h, elle est toutefois stoppée, par mesure de sécurité.
Source : Collège Lutterbach
Solaire
Il existe deux types de centrales utilisant l’énergie solaire :
- Les centrales photovoltaïques, qui utilisent des panneaux solaires ;
- Les centrales solaires thermiques, qui utilisent des miroirs afin de capter les rayons du soleil pour faire chauffer de l’eau et utiliser sa vapeur dans une chaudière, avec turbine, alternateur et transformateur.
Toutefois, la France compte presque exclusivement des centrales photovoltaïques. Celles-ci sont constituées de champs de panneaux solaires : le silicium qui les compose, sous l’action de la lumière du soleil, libère des électrons, qui créent un courant continu.
À savoir : On appelle effet photovoltaïque la production d’une tension électrique générée par le choc de photons sur un matériau semi-conducteur (tel que le silicium). Cet effet a été découvert en 1839 par Edmond Becquerel… le père d’Henri Becquerel, qui a de son côté découvert le phénomène de la radioactivité en 1896 !
Ce courant est transformé en courant alternatif grâce à un ondulateur. L’énergie peut alors être stockée dans des batteries ou injectée dans le réseau.
Source : Engie
Bioénergies
On retrouve deux types de bioénergies : la biomasse et le biogaz.
En ce qui concerne la biomasse, le fonctionnement des centrales est globalement le même que celui des centrales thermiques : toutefois, au lieu de faire chauffer du fioul ou du charbon, on utilise de la matière végétale (bois, déchets agricoles…) ou animale (déchets organiques). Il s’agit donc d’une forme d’énergie renouvelable.
Source : Tudigo Energie
Quant au biogaz, dont nous parlons dans ce dossier, il est produit par la fermentation d’effluents et de déchets verts dans un milieu anaérobie. Ce processus permet la création d’un digestat, une sorte d’engrais, et d’un gaz constitué essentiellement de méthane. Celui-ci peut alors servir de combustible afin de créer de l’électricité !
Pour en apprendre plus sur cette énergie, nous vous conseillons notre article sur les chiffres du biométhane en France.
Source : actu.fr
Comment produire de l’énergie électrique chez soi ?
Aujourd’hui, l’autoconsommation électrique fait rêver de nombreuses personnes. Ne dépendre d’aucun fournisseur et produire sa propre électricité, il y en en effet de quoi donner envie ! Il est cependant assez difficile de devenir autonome à 100 % et de se déconnecter du réseau… mais l’on peut toutefois produire une grande part de son électricité, et diminuer ainsi drastiquement sa facture énergétique.
Produire sa propre énergie électrique donne également la possibilité de revendre cette dernière : en effet, la production est rarement continue, et l’on ne possède pas toujours des batteries pour stocker l’énergie en trop. Dans ce cas, si à un instant T on produit plus d’énergie que nécessaire, il suffit de revendre cette dernière à son fournisseur : de quoi s’assurer un revenu non négligeable !
Pour produire votre propre électricité, plusieurs solutions s’offrent à vous : l’installation de panneaux solaires, la mise en place d’une éolienne domestique, d’une petite unité de méthanisation, d’un écogénérateur ou même d’une mini centrale hydraulique ! Greenwatt liste pour vous tous ces moyens de produire sa propre électricité.
Solaire
Il s’agit de la solution la plus couramment adoptée par les particuliers désireux de produire leur propre énergie électrique. Il faut dire que les panneaux solaires, malgré leur important coût de départ, présentent des avantages non négligeables : leur installation est rapide et facile, et peut se faire sur la plupart des toits.
Fonctionnement
Nous vous expliquons dans un dossier spécial combien de panneaux solaires sont nécessaires pour alimenter une maison. Il y est aussi question du rendement des panneaux : celui-ci dépend en effet d’une foule de paramètres, tels que la puissance crète et le nombre de panneaux installés, le niveau d’ensoleillement de la région, l’orientation du toit…
On estime qu’un panneau solaire a en moyenne une puissance de 250 ou 300 Wc.
À savoir : 1 kWc = 1 000 Wc
Avec 4 panneaux solaires, on peut donc avoir une installation d’une puissance d’au moins 1 kWc, qui peut produire environ 1 000 kWh en un an. Cette donnée est bien entendue à adapter à votre situation personnelle, et ne fait pas figure de norme !
On estime cependant qu’une famille de 4 personnes aura besoin d’environ 12 000-15 000 kWh par an pour ses besoins énergétiques. À moins d’entièrement recouvrir son toit de panneaux solaires, il est donc difficile de parvenir à l’autonomie complète !
D’autant plus que l’on consomme généralement le plus d’énergie électrique en soirée, lorsqu’il fait déjà nuit (pour s’éclairer et faire fonctionner nos appareils électroménagers, la télévision ou des ordinateurs par exemple). Voilà pourquoi réussir à produire 12 000 kWh ne signifie pas que l’on va parvenir à utiliser tous ces kWh pour son usage personnel. L’énergie produite peut donc être stockée dans des batteries afin d’être utilisée plus tard, ou directement revendue et réinjectée dans le réseau.
Coût
Comptez en moyenne entre 9 000 et 12 000 € pour une installation de 3 kWc, auxquels il faut ajouter environ 3 000 € de coût d’installation et de raccordement au réseau, et environ 1 000 € de changement d’ondulateur (une fois tous les 10 ans environ).
Il faut également savoir que le tarif de rachat de l’énergie photovoltaïque est assez avantageux. Ce tarif est réévalué tous les trimestres par la CRE (Commission De Régulation de l’Énergie), et était par exemple de 0,10 € le kWh au deuxième trimestre 2019, pour le surplus d’électricité d’une installation de moins de 9 kWc.
Si en revanche vous choisissez de vendre la totalité de votre production (ce que l’on nomme la vente totale), vous bénéficierez d’un tarif encore plus avantageux : 0.1873 € le kWh pour une installation de moins de 3 kWc et 0.1592 € pour une installation de moins de 9 kWc par exemple, au deuxième trimestre 2019.
Si vous vous demandiez comment produire et stocker de l’énergie électrique, vous avez désormais la réponse : le solaire est la méthode la plus pratique ! Les panneaux photovoltaïques prennent peu de place et sont rentables : ceci explique leur succès grandissant auprès des particuliers. Toutefois, il faut garder à l’esprit que l’autoconsommation totale est assez difficile à atteindre !
Éolienne domestique
On parle également de « petit éolien » : ce terme désigne les installations d’une puissance comprise entre 1 kW et 36 kW, sachant que l’ADEME indique que « selon la qualité du site et la technologie choisie, un petit aérogénérateur peut produire annuellement entre 1 000 et 3 000 kWh par kW installé ».
Il faut toutefois noter qu’une telle installation n’est pas adaptée à tous les terrains et est bien plus onéreuse que des panneaux solaires. Il faut en effet compter entre 10 000 et 40 000 € pour l’achat d’une éolienne domestique, auxquels s’ajoutent les tarifs d’installation et de raccordement au réseau.
Sachez également qu’il n’existe pas d’obligation de rachat de l’énergie éolienne, mieux vaut donc se renseigner avant d’en installer une ! Si vous parvenez à obtenir un contrat de rachat, comptez 0,082 € le kWh revendu pour les 10 premières années de fonctionnement de votre éolienne domestique, et 0,028 € le kWh pour les 5 années suivantes (un contrat de rachat durant généralement 15 ans).
Il est donc impératif de recourir aux conseils d’un expert avant d’investir, afin d’estimer le niveau de rentabilité d’une telle installation !
Méthanisation domestique
Comme nous vous l’expliquions dans ce dossier, l’installation d’unités de méthanisation domestique commence peu à peu à se développer en France, mais ne permet de produire qu’une quantité limité de gaz et donc d’énergie électrique, lorsque le méthaniseur est équipé d’un groupe électrogène.
On trouve en effet de petits méthaniseurs fonctionnant simplement avec une gazinière : le gaz produit sert à cuire des aliments, il n’est pas transformé en énergie électrique !
Écogénérateur
Il s’agit là d’un système permettant à la fois de produire de l’énergie thermique, pour le chauffage et l’eau chaude, mais aussi de l’électricité !
On parle parfois de chaudière à cogénération : un moteur Stirling est intégré à une chaudière à condensation (pouvant fonctionner au gaz naturel, au bois ou au fioul), afin de produire une énergie mécanique, qui fait fonctionner un alternateur produisant de l’électricité. Lors de cette phase, de l’énergie thermique est également dégagée et directement réinjectée dans le circuit de chauffage, afin de limiter les pertes.
Ce type d’installation peut subvenir en moyenne à 30% des besoins en électricité du foyer. Toutefois, un tel système a un coût : comptez entre 10 000 et 20 000 € d’investissement pour une chaudière à cogénération.
Mini centrale hydraulique
On parle parfois de micro ou pico centrale hydraulique, pour qualifier les installations dont la puissance est inférieure à 10 MW (10 000 kW).
Bien entendu, ce genre de système implique qu’un cours d’eau passe par une portion de votre terrain, il n’est donc pas accessible à tous les particuliers ! Il faut d’ailleurs compter un budget compris « entre 400 et 2 100 €/kW » pour une installation d’une puissance supérieure à 100 kW, et « 6000 €/kW pour des installations inférieures à 30 kW ».
Source : Lenergeek
Une telle installation nécessite donc une sérieuse étude de cas au préalable.
Les innovations à venir
À la question « comment produire de l’électricité chez soi ? », la réponse vient s’étoffer un peu plus chaque année ! De nombreuses innovations ont ainsi dernièrement vu le jour, telles que :
- Les briques photovoltaïques
Des chercheurs de l’université d’Exeter ont mis au point des briques de verre capables d’utiliser l’énergie solaire. Une société a donc été créée, Build Solar, afin de développer ce concept, nommé Solar Squared. Grâce à un système optique intégré, la lumière du soleil est captée et redirigée vers des cellules photovoltaïques, alors même que les briques se trouvent en position verticale.
- Les vitres solaires
La maison de demain sera assurément autosuffisante, notamment grâce à ce genre de système, que l’on peut déjà trouver sur le marché. À l’œil nu, on ne peut distinguer les cellules photovoltaïques intégrées au verre, mais pourtant, celles-ci sont bien présentes et produisent de l’électricité !
- La peinture solaire
Ce sont des chercheurs du Royal Melbourne Institute of Technologie (RMIT), en Australie, qui ont conçu cette technologie. Les composés contenus dans la peinture permettent d’absorber l’humidité de l’air et, grâce à l’énergie solaire, d’enclencher un processus de décomposition des molécules d’eau en hydrogène et en oxygène.
Or, d’après QuelleÉnergie, « le professeur Kourosh Kalantar-zadeh explique que l’hydrogène étant une énergie propre, il pourrait servir à alimenter un moteur à combustion ou une pile à combustible» : nous pourrions ainsi peut-être créer, d’ici quelques années, de l’électricité à partir de ce système ! Toutefois cette peinture est encore en plein développement et est loin de pouvoir être commercialisée.
- Le Solar Roof
Cette innovation de l’entreprise Tesla a fait beaucoup parler d’elle en 2017, lors de sa présentation. Le concept est simple : il ne s’agit plus de poser des panneaux solaires sur un toit, mais de faire un toit en panneaux solaires ! Bien qu’elles semblent classiques, les tuiles du Solar Roof sont élaborées de sorte à convertir elles-mêmes l’énergie solaire en énergie électrique.
L’entreprise avait annoncé une durée de vie de 30 ans, des tuiles plus légères et résistantes, ainsi que des coûts de revient étonnamment bas… De quoi plaire au grand public ! Cependant, le déploiement de cette technologie semble avoir pris un peu de retard d’après cet article de l’Usine Nouvelle.
Infographie récapitulative : produire de l’électricité
En somme, l’énergie en France est encore majoritairement produite par des centrales nucléaires, mais la part des énergies renouvelables gagne progressivement du terrain au fil des ans.
De leur côté, les particuliers s’intéressent de plus en plus aux énergies vertes et aux méthodes permettant de produire sa propre électricité : les systèmes et innovations ne manquent pas, mais la solution la plus accessible et pratique reste toutefois le solaire !
Sources informations : EDF et RTE
Sources images : Unsplash et Pixabay
