A priori, quand on parle d’habitat écologique, la mise en place de solutions pour produire des énergies renouvelables nous vient immédiatement à l’esprit. C’est vrai !
Tout d’abord : qu’appelle-t-on “énergie renouvelable”?
« Toute énergie de production spontanée et libre, qui nous est proposée naturellement et, quasi à l’infini, est renouvelable. »
De même, toute énergie dont le temps de production et dont le cycle de vie n’impacte pas l’équilibre de la planète, est dite recyclable. Exemple le bois : moins de 100 ans pour la production de bois de chauffage, dégagement de carbone au moment de sa combustion, lequel est reconsommé par les nouveaux arbres lors de la repousse.
(source wikipédia – Par Jpjanuel )
Et en la matière, les solutions ne manquent pas, grâce au soleil (panneaux photovoltaïques ou solaires), au vent (éoliennes), au sol (géothermie, puits canadien) et sa biodiversité (biomasse) ou même aux calories de l’air (pompe à chaleur) … voir, pour les plus chanceux, : l’hydraulique. Et chaque année, les fabricants historiques comme de nouvelles start-ups redoublent d’imagination, d’innovations pour nous proposer des solutions ou des produits toujours plus performants.
Si la part de production mondiale des énergies renouvelables progresse chaque année, la France reste toutefois à la traîne avec seulement 15% en 2015 pour un objectif à 23% en 2020, 30% en 2030. En suivant les tendances actuelles, on devrait être à environ 18 % seulement en 2020 ! Il nous faut donc accélérer la cadence.
Les solutions actuelles d’énergies renouvelables
La réglementation thermique 2012 impose le recours à une source d’énergie renouvelable (EnR) ou à une solution alternative dans la construction. Dès lors, qu’en est-il des solutions sur le marché ?
Le solaire thermique
chauffage solaire
Cette solution très répandue se retrouve essentiellement pour le chauffe-eau solaire individuel (CESI). Les panneaux captent la chaleur thermique du soleil pour chauffer un réseau de fluide qui va, lui-même, porter et maintenir l’eau d’un ballon de stockage à température élevée.
Plus récemment, une technologie va plus loin et permet de produire à la fois de l’eau chaude sanitaire (ECS) et de l’eau chaude pour un système de chauffage en combinant l’eau chaude sanitaire et le chauffage par le plancher ou les parois : le Système Solaire Combiné (SSC).
Inconvénient : il faut du soleil ou de la chaleur.
Le solaire photovoltaïque
panneaux solaire photovoltaïque
Ce système permet de produire de l’électricité à partir du rayonnement solaire. Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu qui, après passage par un onduleur, est transformé en courant alternatif. L’électricité ainsi produite peut être redistribuée sur le réseau électrique national, ce qui représente une source de revenus dont le montant dépendra à la fois de la taille de l’installation et du niveau d’ensoleillement
Vous pouvez également consommer tout ou partie de l’électricité produite. (voir “autoconsommation”)
Inconvénient : le soleil est indispensable pour produire l’énergie
L’éolien
Bien que de plus en plus répandue sur notre territoire avec 3,9% de la production nationale en 2015, les éoliennes domestiques restent encore marginales.
éolienne domestique
En Europe, on désigne par éolien individuel toutes les éoliennes d’une puissance nominale inférieure ou égale à 30 kilowatts. Cette solution vise à répondre à de petits besoins pour alimenter des appareils électriques non indispensables ou stocker l’énergie.
Une éolienne est composée de 2 ou 3 pales qui captent l’énergie du vent et entraînent un alternateur, la génératrice, qui transforme le mouvement des pales en énergie électrique.
De nombreuses innovations, souvent verticales, voir artistique (vertéole) sont dans les cartons de géo-trouvetout du monde entier, pour résoudre notamment l’impact sonore en milieu urbain.
Et si vous vous sentez l’âme d’un bricoleur, vous pouvez également auto-construire votre propre éolienne : l‘éolienne Piggott
Inconvénients : sans vent pas d’énergie, système coûteux et très difficilement amortissable.
La biomasse
Part biomasse dans la production de électricité en France – 2014
La biomasse énergie comprend la production d’énergie à partir de biomasse solide, de biomasse gazeuse ou de biomasse liquide/biocarburants (exemples : déchets ménagers compostables, tontes des pelouses, déjections animales, déchets de taillage des haies, …). Selon le ministère de l’écologie, ce serait la première source d’énergie renouvelable en France.
Le bois
La France dispose d’une ressource importante en bois, avec sa forêt qui couvre 30% du territoire métropolitain. Le bois est avant tout une source d’énergie qui se renouvelle naturellement et beaucoup plus rapidement que les énergies fossiles.
Le bois est utilisé en solution individuelle ou collective, essentiellement pour chauffer via :
une cheminée à foyer fermé
un poêle à bois
un poêle à granules (ou pellets)
une chaudière à bois
Inconvénient : ses émissions de particules fines source de pollution intérieure et extérieure si utilisation d’appareils peu performants.
Notre conseil : préférez un système labellisé Flamme verte qui réduira les émissions de particules et du bois certifié NF Bois de Chauffage ou des granulés NF Granulés biocombustibles.
Les biogaz
Les biogaz sont issus des effluents gazeux, méthane essentiellement ou de la fermentation de matières organiques émis par les décharges de déchets, les stations d’épuration des eaux, etc…
Pour un usage résidentiel, de petites unités de méthanisation de moins 75 kWé voient progressivement le jour, grâce notamment au soutien de l’Etat. Ceci reste toutefois, actuellement, le plus souvent réservé à des projets agricoles ou industriels.
Une technologie toutefois à suivre …
Inconvénient : son alimentation en biomasse ne produit que du gaz (raccord à une chaudière)
La géothermie
La géothermie est l’exploitation de la chaleur stockée dans le sous-sol. C’est donc une source d’énergie considérée comme inépuisable. L’utilisation des ressources géothermiques se décompose en deux grandes familles : la production d’électricité et la production de chaleur.
La géothermie profonde
centrale géothermique
Il s’agit de récupérer l’énergie stockée dans les couches profondes sous la surface de la Terre et de s’en servir pour chauffer les bâtiments ou produire de l’électricité. Cette technologie est utilisée dans des solutions à échelle territoriale ou industrielle pour produire de la chaleur grâce aux eaux captées en profondeur (température de la ressource comprise entre 30 et 90°C).
La géothermie résidentielle
Il s’agit principalement d’extraire la chaleur contenue dans de faible profondeur (moins de 100 mètres) afin de l’utiliser pour les besoins en chauffage en refroidissant la terre. Les transferts thermiques peuvent aussi dans certains cas être inversés pour les besoins d’une climatisation.
Cette solution se décline en plusieurs techniques d’installation :
- La géothermie “très basse énergie” ou horizontale : la chaleur du sol est récupérée via un réseau de tuyaux installés à moins d’un mètre et couplés avec une pompe à chaleur. On l’appelle également la pac géothermique ou eau/eau ;
- La géothermie verticale : avec une sonde géothermique allant jusqu’à 100 mètres de profondeur pour capter la chaleur du sol (température de la ressource inférieure à 30°C) ;
- La géothermie de surface comme le puits canadien ou provençal, qui fait circuler de l’air capté au niveau du sol dans des tuyaux enterrés pour la faire monter ou baisser (selon la saison) de quelques degrés.
Dans tous les cas, ces systèmes nécessitent un raccordement soit à une pompe à chaleur, une chaudière ou une ventilation double flux,.
Inconvénient : investissement lourd financièrement et techniquement
Ces solutions qui réduisent votre consommation d’énergie
Quand on parle d’énergies renouvelables, on y classe souvent beaucoup de technologies qui n’en produisent pas véritablement directement (électricité ou chaleur) mais favorisent largement la diminution de consommation d’énergie que ce soit pour la production d’eau chaude ou le chauffage.
Voici quelques solutions assimilées aux énergies renouvelables :
La pompe à chaleur
Les pompes à chaleur permettent de chauffer et même de refroidir (pac réversible) un logement grâce aux calories contenues dans l’air. Les plus courantes sont les PAC aérothermiques. Elles sont dites soit air/air ou air/eau en fonction du mode d’installation pour le chauffage.
Le fonctionnement de la pompe à chaleur (source)
Ce système, utilisant 4 fois moins d’électricité qu’une installation de chauffage électrique « classique », fonctionne sur le même principe que le réfrigérateur. Le captage de l’énergie se fait par le module extérieur, l’évaporateur dans lequel circule un liquide frigorigène qui va alors s’évaporer au contact des calories car la chaleur apportée est supérieure à la température d’évaporation du liquide. La vapeur (ou gaz) ainsi obtenue, est aspirée puis pressurisée par le compresseur. Lorsque le gaz est comprimé, sa température augmente, c’est le premier principe de la thermodynamique. Le gaz chauffé va ensuite passer dans le condenseur qui va extraire la chaleur du liquide frigorigène pour la transférer au circuit de chauffage. Le gaz, qui est redescendu en température passe enfin dans le détendeur qui va faire diminuer la pression pour que le fluide repasse à l’état liquide afin de recommencer son cycle. La chaleur qui a été extraite au niveau du condenseur sera, quant à elle, transmise à un circuit secondaire qui sert à alimenter, dans la plupart des cas, un plancher chauffant ou des radiateurs basse température pour les circuits à eau, ou des ventilo-convecteur pour les systèmes aérothermiques de type air-air. (source)
Le rendement est appelé “Coefficient de Performance”, abréviation COP. Par exemple, pour un COP de 4, la consommation d’1 Kwh d’électricité par le compresseur permettra la restitution de 4 Kwh thermiques au niveau du condenseur.
Il existe d’autres types de pompes à chaleur appelées “hybrides” qui vont combiner d’autres énergies comme le solaire, le photovoltaïque, une ventilation double flux ou une chaudière à gaz à condensation. Le système choisit automatiquement le mode de chauffage le plus avantageux en fonction de la température extérieure et du prix des énergies disponibles.
Enfin pour le cas des pompes à chaleur géothermique (appelée aussi géothermie “très basse température” ou pac aquathermique), contrairement à celle de l’aérothermie, ici c’est l’unité extérieure qui est composée de capteurs (horizontaux ou verticaux). Les calories qui sont prélevées dans le sol seront transportées par le fluide caloporteur jusqu’à la PAC qui diffusera ensuite la chaleur soit par des radiateurs ou des planchers chauffants si l’habitat dispose déjà d’un chauffage central.
Inconvénient/avantage : coût de l’investissement qui peut être subventionné par l’état ou un prêt à taux zéro et donc rapidement amorti.
chauffe-eau thermodynamique
Le chauffe eau thermodynamique
Solution très utilisée en construction comme rénovation, le chauffe-eau thermodynamique produit de l’eau chaude à moindre coût pour une installation simple et légère.
C’est un ballon d’eau chaude équipé d’une petite pompe à chaleur air / eau autonome et d’une cuve disposant d’une isolation thermique. La pompe est associée à une résistance électrique d’appoint qui utilise comme source d’énergie principale les calories présentes dans l’air ambiant et perdues par des appareils alentours tels que le lave-linge ou le congélateur.
Inconvénient : son investissement, qui peut toutefois être subventionné par des aides de l’état.
La chaudière de micro-cogénération
Le principe de la cogénération consiste à produire en même temps et dans la même installation, à partir de la même énergie combustible, de la chaleur et de l’énergie électrique.
On parle de micro-cogénération pour des puissances électriques inférieures à 36 kVA (application résidentielle et petit tertiaire)., Très souvent, la chaudière à micro-cogénération est le résultat de l’intégration d’une micro-cogénération dans une chaudière performante. Cette chaudière à condensation intègre un moteur pour produire de l’électricité. L’énergie mécanique produite par ce moteur fabrique de l’électricité principalement utilisée pour l’autoconsommation du logement.
De nouvelles machines, chauffées à la granule de bois et intégrant un moteur Sterling semblent prometteuses, la micro-cogénération bois avec la Sunmachine.
Inconvénient : la source d’énergie reste du gaz, donc énergie fossile sauf si biogaz., possiblement, si l’installation est mal réglée ou mal entretenue, des rejets polluants pour l’environnement.
Les points faibles de toutes ces solutions
Toutes ces solutions sont intéressantes pour produire de l’énergie ou réduire votre consommation. Pourtant, elles présentent 4 handicaps majeurs :
- Leur fabrication qui demande l’utilisation de matériaux et de la consommation d’énergie
- Leur transport : les français n’étant pas forcément à la pointe de la technologie sur tous ces domaines, il faut souvent importer ces produits de l’Europe ou d’Asie
- Leur recyclage : bien que certains fassent des efforts (photovoltaïque) d’autres doivent encore progresser à ce niveau
- Le stockage de l’énergie : reste un problème majeur car la fabrication des batteries est très impactante pour l’environnement.
Il convient donc de bien analyser l’impact global de ces technologies sur l’environnement. Face aux énergies fossiles et au nucléaire, nul doute qu’elles présentent de nombreux avantages !
Les bénéfices côté santé :
- Réelle possibilité d’économie d’énergie fossile, donc diminution du relâchement dans l’atmosphère, entre autres, de Co2 et ainsi, limitation du dérèglement climatique,
- Disposer d’électricité localement produite pour gérer son renouvellement d’air.
Le Stockage de l’énergie
Si vous souhaitez produire de l’énergie, il reste un problème majeur : le stockage de l’énergie ! Car l’électricité est une énergie qui se stocke encore mal.
batterie Tesla Powerwall
Le stockage de l’énergie consiste à placer une quantité d’énergie en un lieu donné pour une utilisation ultérieure. 4 technologies existent pour stocker l’énergie :
- Mécanique (potentielle ou cinétique) : stockage gravitaire par pompage (STEP), stockage par air comprimé (CAES), volants d’inertie ;
- Electrochimique et électrostatique : batteries, condensateurs, superconducteurs ;
- Thermique et thermochimique : chaleur sensible ou chaleur latente, énergie par sorption ;
- Chimique : hydrogène, méthanisation, etc.
Dans le cas des particuliers, on fait appel surtout à du stockage par batterie comme réserve massive d’énergie pour délivrer une puissance pendant quelques heures ou sur plusieurs jours. Elles ne résistent toutefois qu’à un certain nombre de cycles de charge/décharge (de quelques centaines pour les batteries au plomb à plus de 10.000 pour les batteries à flux). Ce sont d’ailleurs, à ce jour, ces batteries à flux qui font le plus l’objet d’études pour le stockage massif.
Inconvénient : leur coût élevé et leur recyclage qui n’est pas encore au point
Pour aller plus loin : https://fr.wikipedia.org/wiki/Stockage_de_l’%C3%A9nergie
http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/Espace-Decouverte/Les-cles-pour-comprendre/Le-stockage-massif-de-l-energie/Les-technologies-actuelles-de-stockage-et-leur-etat-de-maturite
L’auto-consommation
L’autoconsommation peut se définir comme le fait de consommer sa propre production d’électricité ou de chaleur. (Pour plus d’infos, lire notre dossier Consomaction)
Malheureusement, une situation d’autoconsommation/autoproduction ne signifie pas être en autonomie énergétique et donc en autarcie. Les sites de consommation ont encore besoin, à quelques exceptions près, de recourir pendant certaines périodes au réseau électrique traditionnel soit pour se fournir en électricité, soit pour injecter l’électricité produite en excédent.
L’autonomie totale implique une consommation d’électricité très faible et des besoins en chauffage et eau chaude sanitaire réduits. Certains ont déjà fait ce pas, prouvant ainsi que c’est possible, mais il faut être prêt à vivre très différemment du standard actuel.
La mise en place de la loi de transition énergétique se poursuit avec quelques mesures destinées à faciliter le développement de l’autoconsommation. Ainsi en décembre 2016, le gouvernement a décidé de baisser le tarif de rachat par EDF pour “faciliter les opérations d’autoconsommation”. Et toutes les technologies renouvelables sont éligibles (solaire, petite-hydro, moulins, …).
Par ailleurs, le gouvernement se veut incitatif en soutenant la mise en place de réseau chaleur ou la production d’énergie électrique soit au niveau territorial (collectivités) soit à titre privé à l’échelle de quartier par exemple.
Pour aller plus loin : le rapport sur l’autoconsommation et l’autoproduction de l’électricité renouvelable http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Rapport_autoconsommation.pdf
Chez Build Green, nous pensons que l’auto-consommation est un concept qui doit aller plus loin vers l’autonomie avec la récupération de l’eau, la production de ses propres aliments et la gestion de ses déchets. (Voir notre dossier sur Recyclage et la gestion des déchets)
Voir également notre dossier sur la Récupération d’eau
Les perspectives
Les études sont unanimes, l’avenir est aux énergies renouvelables. Et comme vous savez désormais que les énergies fossiles (gaz, pétrole, charbon ,…) ne sont pas inépuisables, nous allons donc tous, à un moment ou un autre, avoir recours à ce type de solutions.
Parc photovoltaïque raccordé aux réseaux par région – juin 2016
La baisse attendue du coût de production des énergies renouvelables décentralisées conjuguée à la hausse prévisible des prix de vente TTC de l’électricité et des énergies fossiles ainsi que l’aspiration de certains consommateurs de pouvoir répondre à leurs besoins électriques par des moyens de production locaux « verts » vont ouvrir la voie au développement de l’autoconsommation / autoproduction.
L’IRENA (l’Agence internationale pour les énergies renouvelables) a mené en 2012 une étude de grande ampleur qui a permis de déterminer que le prix moyen du photovoltaïque avait baissé de 60 % entre 2011 et 2012. Nous sommes sur une courbe d’apprentissage de 22 %, ce qui signifie qu’à chaque fois que la capacité des marchés doublera, les prix baisseront de 22 %.
L’humanité a même franchi un cap historique en 2016 : le taux de retour énergétique (EROI – Energy Return on energy invest) du solaire photovoltaïque est à présent meilleur que celui du pétrole !
De l’auto-consommation au participatif
Les initiatives de participation financière de citoyens aux projets de production d’énergies renouvelables (EnR) participent à orienter l’épargne des ménages vers le financement des EnR. Les réseaux associatifs spécialisés dans les EnR participatives constituent un élément clef de cet appui et permettent le développement à grande vitesse. Les mesures gouvernementales abondent dans ce sens.
Les smart grids, ces réseaux de distribution d’électricité dits « intelligents », avec le développement de l’Internet et l’apparition de compteurs d’eau et de gaz « intelligents » vont aussi révolutionner l’usage de l’énergie et peut être permettre l’émergence proche d’un Internet de l’énergie … (Voir notre dossier sur habitats groupés et Eco-quartiers)
Le challenge du stockage
D’après Guillaume Retour du Cabinet Xerfi, en 2016, les capacités totales de stockage par batterie ont ainsi atteint 1,85 GW dans le monde, soit une hausse de 50 % sur un an. L’adoption des dernières innovations est donc en marche.
Plusieurs solutions font actuellement l’objet d’efforts de recherche, et notamment les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), qui constituent à l’heure actuelle le modèle de stockage le plus prometteur et le plus rentable pour la France : leur potentiel, d’ici 2030, est estimé entre 1 et 1,5 GW, tandis que la capacité de stockage globale escomptée s’élève à 6,5 GW.
Associé aux énergies renouvelables, le stockage à un coût économiquement intéressant permettrait de parachever la transition énergétique et l’usage généralisé des énergies renouvelables.
Enfin, une autre révolution en cours, celle du BIM, la modélisation des données du bâtiment, va influencer toute la chaîne de production du bâtiment : de sa conception à sa maintenance. Des économies d’échelle et une meilleure maîtrise des données environnementales en perspective …
Associations
Observ’ER : Observatoire des énergies renouvelables
Le CLER : Réseau pour la transition énergétique
GERES : Groupe Energies Renouvelables, Environnement et Solidarités
Negawat : https://negawatt.org/
APPER Solaire : Regroupement d’auto-constructeurs, auto-installateurs pour le solaire thermique
ADERA : Association pour le Développement des Energies Renouvelables et Alternative
ALTA : L’Agence Locale de la Transition Energétique
Association Ecodom : http://www.ecodomisons.fr/
Association arts-Lauris-Luberon
Groupement d’achat de granulés Haute Normandie
Syndicats :
Syndicat des ENR : http://www.enr.fr/
Groupement français des professionnels du solaire photovoltaïque : http://www.enr.fr/solaire-photovoltaique
Le solaire thermique :
http://www.enr.fr/editorial/67/182/Le-solaire-thermique
http://www.enerplan.asso.fr/
Le thermodynamique :
http://www.enr.fr/energie-solaire-thermodynamique
SYNASAV : Syndicat National de la Maintenance et des Services en Efficacité Energétique
Eolien :
SER : http://www.enr.fr/eolien-terrestre
France Energie Eolien : http://fee.asso.fr/
Géothermie :
SER : Syndicat des Energies Renouvelables
SFEG : Syndicat des entrepreneurs de puits de forage pour l’eau et la géothermie
Pompe à chaleur :
AFPAC : Association française pour les pompes à chaleur
SER : http://www.enr.fr/pompes-a-chaleurs
L’Union de la Coopération Forestière Française
Méthanisation : http://www.snide.fr/
Flamme Verte : http://www.flammeverte.org/
Syndicat National du Bois de Chauffage : http://www.sn-bois-de-chauffage.com/
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