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République du Cameroun Paix – Travail – Patrie Ministère de l’Enseign

République du Cameroun **** Paix – Travail – Patrie **** Ministère de l’Enseignement Supérieur **** Université de Maroua **** École Nationale Supérieure Polytechnique **** Département Des Énergies RenouvelablesDepartment Of Renewable Energy B.P./P.O. Box : 46 Maroua http://www.enspm.univ-maroua.cm Department Of Renewable Energy Republic of Cameroon **** Peace – Work – Fatherland **** Ministry of Higher Education **** The University of Maroua **** The National Advanced School of Engineering **** Department Of Renewable EnergyDepartment Of Renewable Energy Support du cours Vecteurs énergétiques et Développement durable. Niveau 3 (Biomasse, Eolien, Hydroélectricité, Solaire) PARCOURS : ENERGIES RENOUVELABLES Par Dr ASSOUALAYE Gustave E-mail:assgustave@gmail.com Année académique 2022-2023 1 Contexte énergétique mondiale Le besoin d’énergie est ancré au plus profond de la préhistoire. L’humanité a d’abord utilisé le feu de bois ou d’huile pour se chauffer, cuire, s’éclairer, puis obtenir du travail mécanique; elle a eu aussi recours à la force animale (bœufs, chevaux, dromadaires…) et humaine, à celle de l’eau des rivières ou des marées, ainsi qu’à celle du vent avec les moulins. Elle a donc exploité durant la plus grande partie de son histoire des ressources renouvelables. Puis, elle a appris à extraire les combustibles fossiles, dans un premier temps modestement, puis massivement à partir du XIXe siècle. Une croissance des besoins d’énergie, fléchissable par le progrès technique : Croissance démographique, répartition de la croissance mondiale, contenu des croissances nationales, habitudes de consommation et technologies sont les cinq facteurs déterminants du niveau des besoins. L’accès facile aux énergies fossiles, puis fissiles, a procuré à l’humanité une incroyable abondance énergétique qui a fortement accéléré son développement : 1 à 7 milliards en 200 ans (figure 1). Certes, depuis 1973, les évolutions ont joué dans un sens plutôt favorable à la préservation des ressources car la croissance démographique se réduit plus rapidement que prévu et la population mondiale devrait se stabiliser à partir de 2030 aux alentours de 8 à 9 milliards d’individus. On a observé également un certain découplage entre croissance économique et consommation énergétique, phénomène qui est dû à la dématérialisation des économies riches (tertiarisation, allègement des procédés et des produits) et à une certaine amélioration des efficacités énergétiques. Mais le défi énergétique du futur est loin d’être gagné. Il existe un facteur fort jouant en sens inverse, qui résulte du fait que la croissance des pays en voie de développement se traduira par une augmentation plus que proportionnelle des besoins de transport et de confort d’une population qui aspire au mode de vie des pays riches. Le prélèvement d’énergie primaire par l’humanité a crû très rapidement ces trois derniers siècles (figure 2). De plus, du côté des pays riches, leur capacité et leur volonté de modifier radicalement leurs modes de consommation tout en maintenant leur niveau de richesse et leur croissance demeure une inconnue. La demande énergétique mondiale, soit 9,8 Gtep (1 tonne équivalent pétrole ~ 12 MWh) en 2000, pourrait doubler d’ici 2050 vers un niveau de 20 Gtep si le rythme de croissance économique se 2 maintient au rythme des 30 dernières années, sans découplage entre croissance et énergie. Pour aller vers des niveaux de 12 à 15 Gtep qu’il serait nécessaire d’atteindre pour au moins stabiliser les émissions de GES, il faudra agir radicalement sur la demande par la poursuite de la dématérialisation et la mise sur le marché d’équipements de plus en plus efficaces, et par un infléchissement marqué des modes de consommation.  Les contraintes sur le potentiel des ressources fossiles Les ressources fossiles représentent environ 85 % de la consommation énergétique mondiale. En termes de ressources, la situation est très différente pour les trois grands types d’énergie fossile. Pour le pétrole, les pessimistes prédisent un maximum de production imminent, vers 2010, suivi d’un lent déclin, avec une hausse importante du prix. Au contraire, les optimistes repoussent le pic de production du pétrole conventionnel au-delà de 2030, sans effet sur les prix. Les modérés considèrent que, compte tenu des progrès technologiques en exploration pétrolière et des taux de récupération dans les gisements existants, l’offre en pétrole conventionnel permettra de satisfaire une demande même croissante au rythme actuel jusque vers 2020. De plus, les ressources en pétroles lourds et extra-lourds, au moins équivalentes à celles en pétrole conventionnel, seront d’un apport considérable grâce aux progrès à attendre sur toute la chaîne allant de leur production à leur transformation. Les évaluations sont plus convergentes pour le gaz, dont la croissance de la production se poursuivra pour ne culminer qu’au-delà de 2040, malgré des progrès technologiques plus faibles à 3 Figure 1 : Evolution de la population humaine Figure 2 : Evolution du prélèvement annuel d’énergie primaire attendre en production et l’apport controversé de ressources supplémentaires récupérables des gisements d’hydrates de méthane. Les débouchés du gaz seront complétés par sa conversion en pétrole synthétique de haute qualité ou directement en carburant par la technologie Fischer- Tropsch. Enfin, pour le charbon, les réserves actuellement reconnues – dans le cadre d’une exploration très peu active – sont suffisantes pour satisfaire les besoins très au-delà de 2100, même avec une demande largement accrue, notamment dans les grands pays en développement. Là encore les technologies industrielles en progression permettent de transformer une large gamme de charbons en pétrole synthétique par liquéfaction directe ou indirecte via la gazéification. Croissance des besoins, contraintes probables sur l’exploitation des ressources épuisables et concurrence entre impacts environnementaux des différentes filières énergétiques conditionnent les réponses scientifiques, techniques et économiques. Celles-ci nécessitent de nouvelles connaissances en vue de développer l’innovation et les technologies adaptées. 4 Partie 1: Vecteurs énergétiques 5 Chapitre 1: Définition de la notion d’énergie 1.1- Notion d’énergie L’histoire de l’homme a été substantiellement marquée par l’évolution des sources d’énergie libre qu’il a su ou pu utiliser. En maîtrisant le feu pour chauffer, cuire, éclairer ou travailler les métaux, il a franchi la première marche de son apprentissage énergétique. Sont venues ensuite l’utilisation de l’énergie animale domestiquée, éolienne, hydraulique, thermique à cycles, chimique, électrique, nucléaire, solaire, etc. Chacune de ces étapes a été l’occasion d’une évolution le plus souvent majeure des structures des sociétés humaines (figure 1.1). • L'énergie est un concept relié à ceux d'action, de force et de durée : la mise en œuvre d'une action nécessite de maintenir une certaine force pendant une durée suffisante, pour vaincre les inerties et résistances qui s'opposent à ce changement. • L'énergie est une mesure de la capacité d'un système à modifier un état, à produire un travail entraînant un mouvement, un rayonnement électromagnétique ou de la chaleur. 6 Figure 1.1: l’énergie • l’énergie désigne une capacité à agir quels qu’en soient les modes: mettre en mouvement, chauffer, comprimer, éclairer, sonoriser, transmettre une information, etc. 1.2- Formes d'énergies libres L'énergie libre est un concept dérivé des théories scientifiques sur l'énergie et notamment de la thermodynamique. L'idée de l'énergie libre, c'est qu'il existerait des formes d'énergie faciles d'accès, abondantes, gratuites et simples à exploiter. Aujourd’hui l’énergie utilisable par l’homme se présente en de multiples formes. L’énergie de gravitation Elle naît de l’attraction directe et réciproque entre deux corps massifs. Elle est négligeable pour de petits objets entre eux mais devient majeure à une plus grande échelle. C’est elle qui met en mouvement vers le sol un objet rendu libre ou qui génère le mouvement des planètes autour du soleil. Elle est utilisée par exemple dans des barrages hydrauliques où, en faisant s’écouler de l’eau dans des canalisations, elle permet de mettre en mouvement des turbines. L’énergie cinétique dont l’énergie éolienne Elle naît du mouvement d’un corps massif. C’est elle qui caractérise l’énergie d’une voiture lancée sur la route ou celle du vent. Elle est omniprésente dans ses effets microscopiques car ce sont les énergies cinétiques des molécules et atomes d’un corps qui déterminent son niveau de température. La température est ainsi une mesure indirecte du degré d’agitation des particules. 7 Figure 1.2: énergie de gravitation Figure 1.3: l’énergie cinétique du vent L’énergie cinétique permet de mettre en mouvement les pales des éoliennes qui elles-mêmes actionnent des générateurs d’électricité. L’énergie thermique ou calorique Elle naît de la température d’un corps qui selon les cas peut diffuser de la chaleur pour des cuissons, pour accélérer des réactions chimiques mais aussi pour générer des mouvements. Cette génération de mouvement n’est possible que si la température d’un corps peut être confrontée à la température d’un corps plus froid. Cette loi physique a été précisée dans le deuxième principe de la thermodynamique. L’énergie thermique a eu un rôle essentiel dans la révolution industrielle permettant notamment la production d’acier et la mise en mouvement les locomotives à vapeur. Elle actionne aujourd’hui les turbines et alternateurs générant de l’électricité. La géothermie, chaleur provenant du globe terrestre, est un cas particulier de l‘énergie thermique. L’énergie radiative dont l’énergie solaire Elle naît des rayonnements reçus. Ceux-ci sont, suivant leur longueur d’onde, de natures différentes (ondes radio, lumière visible, rayons Ultra-Violets, rayons X, etc.) mais ont en commun de pouvoir se déplacer même dans le vide et ceci à la vitesse de la lumière. C’est l’énergie radiative qui permet à une ampoule électrique uploads/Litterature/ vecteurs-energetiques-et-developpement-durable.pdf