Les énergies renouvelables : le soleil, le vent et l’eau au travail

L'idée

Une énergie est renouvelable quand sa source se renouvelle naturellement, à l'échelle d'une vie humaine, et ne s'épuise pas quand on l'utilise. C'est le contraire du pétrole, du charbon et du gaz, formés en millions d'années et qu'on brûle en quelques secondes.

Les principales énergies renouvelables sont :

• le soleil : des panneaux solaires transforment directement sa lumière en électricité, ou chauffent de l'eau ;
• le vent : il fait tourner les pales des éoliennes, reliées à un alternateur ;
• l'eau : un barrage ou le courant d'une rivière fait tourner des turbines, c'est l'hydroélectricité ;
• la chaleur de la Terre : la géothermie utilise l'eau chaude ou la vapeur venues des profondeurs, surtout dans les régions volcaniques ;
• la biomasse : le bois, les déchets agricoles ou le biogaz, renouvelables à condition de replanter ce qu'on coupe.

Leur grand avantage : elles ne rejettent presque pas de gaz à effet de serre quand elles produisent de l'électricité. Elles sont donc au cœur de la lutte contre le réchauffement climatique.

Une expérience à faire

Fabrique un moulin à vent. Découpe un carré de papier épais d'environ 15 centimètres de côté. Trace les deux diagonales, puis coupe chaque diagonale depuis le coin jusqu'aux deux tiers du chemin vers le centre. Rabats un coin sur deux vers le centre et fixe-les avec une punaise plantée dans une gomme au bout d'un crayon ou d'une baguette.

Souffle dessus, ou mets-le devant un ventilateur : il tourne. Ton souffle a transmis son énergie de mouvement aux pales. Une éolienne fait la même chose, en bien plus grand, et son axe entraîne un alternateur qui fabrique du courant. Essaie de souffler plus fort ou plus doucement : plus le vent est fort, plus le moulin tourne vite.

L'histoire de la découverte

Des moulins depuis des siècles. Bien avant l'électricité, les humains utilisaient déjà le vent pour pousser les bateaux à voile, moudre le grain ou pomper l'eau, et la force des rivières pour faire tourner des moulins.

La lumière qui crée du courant. En 1839, à Paris, le jeune physicien Edmond Becquerel, le père d'Henri Becquerel, remarque qu'un petit courant électrique apparaît quand il éclaire des plaques de métal plongées dans un liquide. C'est l'effet photovoltaïque. Mais pendant plus d'un siècle, les meilleures cellules fabriquées ne transforment qu'environ 1 % de la lumière en électricité.

La cellule de silicium. En 1953, aux États-Unis, l'ingénieur Daryl Chapin, des laboratoires Bell, cherche à alimenter des téléphones dans des endroits isolés et humides, où les piles s'abîment trop vite. Avec les chimistes Calvin Fuller et Gerald Pearson, il met au point une cellule en silicium, présentée en avril 1954 : la première cellule solaire vraiment utilisable. Elle coûte d'abord très cher, mais en quelques années, elle alimente les satellites dans l'espace.

Le prix qui s'effondre. Pendant des décennies, l'électricité solaire reste un luxe. Puis, grâce à la production en masse, le prix des panneaux chute de façon spectaculaire. Selon les Nations unies, l'électricité solaire est aujourd'hui souvent la forme d'électricité la moins chère.

Ce que cela change pour nous

Selon le centre d'études Ember, en 2024, plus de 40 % de l'électricité mondiale venait de sources qui émettent peu de gaz à effet de serre : les énergies renouvelables, surtout l'eau, le vent et le soleil, plus le nucléaire. La production solaire a augmenté de 29 % en une seule année.

Pour les régions loin des grands réseaux électriques, en Afrique, en Asie ou en Amérique latine, un panneau solaire et une batterie permettent d'éclairer une maison, de recharger un téléphone, de pomper l'eau d'un puits ou de garder les vaccins au froid dans un dispensaire. Des mini-réseaux solaires alimentent des villages entiers.

Il reste des défis :

• le soleil se couche et le vent tombe : il faut stocker l'énergie dans des batteries ou combiner plusieurs sources ;
• les grands barrages déplacent parfois des populations et modifient les rivières ;
• les panneaux et les batteries demandent des métaux, comme le cuivre, le lithium ou le cobalt, dont l'extraction doit respecter les travailleurs et l'environnement.

Pour aller plus loin

• Comment de l'eau devient de la lumière : un barrage.
• Pourquoi il faut moins brûler de pétrole et de charbon : le réchauffement climatique.
• L'énergie ne se crée pas, elle se transforme : l'énergie et ses formes.
• La physique de la lumière qui crée du courant : la mécanique quantique.