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Les énergies renouvelables, d'autres formes d'énergies solaires

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​Introduction :

Le Soleil est à l’origine des énergies fossiles comme le charbon et le pétrole. Ces énergies ne sont pas renouvelables et les stocks s’épuisent à mesure que notre consommation augmente. Il est donc urgent de trouver de nouveaux moyens de produire de l’énergie. On parle d’énergies renouvelables car leur renouvellement est assez rapide pour qu’elles soient considérés comme inépuisables à l’échelle de l’Homme.

Dans une première partie, nous allons nous intéresser à deux sources d’énergies renouvelables : le vent et l’eau. Dans une seconde partie, nous chercherons à comprendre pourquoi le soleil est responsable de ces énergies.

Eau et vent, deux sources d’énergie

Le vent

L’énergie de l’air est utilisée depuis longtemps. Les moulins à vent, équipés d’ailes en bois recouvertes de toiles, ont été utilisés en France jusque dans les années 1950. Ils permettaient de faire tourner une meule afin de moudre du grain et d’en faire de la farine. On les trouve dans les régions ventées, où les reliefs ne sont pas prononcés.

Aujourd’hui, on observe un peu partout dans le paysage de grandes éoliennes.

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Définition

Éolienne :

Le mot éolienne vient du dieu Grec Éole, dieu du vent. Une éolienne est constituée d’un mât, qui peut mesurer entre 50 et 100 mètres de haut.
Au sommet se trouve une nacelle, et de cette nacelle partent les pales qui forment l’hélice. Les pales sont généralement au nombre de trois. Elles représentent ce que l’on appelle un rotor, c’est-à-dire un élément qui tourne.

Le vent fait tourner les pales à raison de 10 à 25 tours par minutes : c’est l’énergie cinétique. Il permet donc la production d’une énergie mécanique par rotation. Pour transformer cette énergie mécanique en énergie électrique, la nacelle dispose d’une génératrice.

Alt texte Schéma d'une éolienne

L’eau

Comme l’énergie du vent, l’énergie de l’eau, appelée énergie hydraulique est connue et employée depuis longtemps, notamment grâce à des moulins. Les roues des moulins sont actionnées par l’eau qui chemine dans des aqueducs. Les moulins permettaient à l’époque de fabriquer de la farine.

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Définition

Aqueduc :

Un aqueduc est un canal construit pour conduire l’eau dans une direction bien précise.

Aujourd’hui, peu de moulins à eau sont encore en fonctionnement mais l’énergie hydraulique est largement employée en France. Il existe différents systèmes de production d’hydroélectricité comme les centrales hydroélectriques et les usines marémotrices.

Les centrales hydroélectriques sont situées à proximité d’un barrage qui permet de retenir l’eau d’une rivière et crée ainsi un lac. Une conduite forcée est creusée sous le barrage afin de conduire une partie de l’eau qui chute vers la centrale en aval. L’énergie produite par la chute de l’eau fait tourner des turbines qui font fonctionner un alternateur. L’alternateur produit alors un courant alternatif qui est transformé en électricité, transportée par des lignes à haute tension.

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À retenir

La puissance de la centrale dépend du débit de l’eau et de la hauteur de la chute d’eau. En France il existe de nombreuses centrales hydroélectriques situées en zones montagneuses riches en cours d’eau et dont le relief naturel permet une hauteur de chute importante de l’eau.

Alt texte Fonctionnement d'une centrale hydroélectrique

D’autres procédés permettent d’utiliser l’énergie hydraulique, comme les usines marémotrices. En France, il n’en existe qu’une : l’usine marémotrice de la Rance, qui est la principale source d’électricité en Bretagne.

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Définition

Usine marémotrice :

Une usine marémotrice utilise la force des marées pour produire de l’énergie : à la marée montante, le courant entraîne la turbine dans un sens, puis dans l’autre sens à la marée descendante.

Alt texte Fonctionnement d'une usine marémotrice

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À retenir

Les énergies éoliennes et hydrauliques sont des énergies cinétiques.

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Définition

Énergie cinétique :

L’énergie cinétique est l’énergie d’un corps en mouvement, elle dépend de la masse du corps et de sa vitesse de déplacement.

L’origine des mouvements d’eau et d’air : le soleil

Le cycle de l’eau

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Définition

Cycle de l’eau :

Le cycle de l’eau correspond aux flux qui existent entre les grands réservoirs d’eau sur Terre. L’eau peut être sous forme gazeuse, liquide ou solide.

L’eau liquide est transformée en vapeur d’eau par évaporation, rendue possible grâce à l’énergie solaire. L’eau se retrouve alors sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce phénomène se passe surtout au-dessus des océans.

Une fois sous forme de vapeur, l’eau circule dans l’atmosphère avec le vent, puis elle condense et retourne sur terre sous forme liquide par les précipitations.
Elle va alors ruisseler, s’écouler, s’infiltrer pour rejoindre les océans.

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À retenir

Le cycle de l’eau est dépendant du Soleil.

Alt texte Le cycle de l'eau

Les vents

Pour comprendre la circulation des flux d’air et les vents, il faut s’intéresser aux cellules de convection atmosphérique.

Les différentes régions à la surface de la Terre ne connaissent pas les mêmes conditions. Certaines zones ont des températures élevées, comme au niveau de l’équateur, alors que d’autres connaissent des températures basses, comme aux pôles. Cela entraine une différence de pression.

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À retenir

L’air chaud est moins dense que l’air froid.

Ces différences de pression sont à l’origine de déplacements d’air, car l’air se déplace des zones de pressions les plus hautes vers les zones de pressions les plus basses.

Au niveau de l’équateur, il y a une ascension d’air chaud et humide. Cet air chaud se dirige vers des zones de plus haute pression. En se déplaçant, il refroidit et devient plus dense. Il descend donc vers le sol. Au niveau du sol se crée une zone de haute pression. L’air se dirige alors vers une zone de basse pression pour chercher l’équilibre.

Alt texte Cellule de convection atmosphérique

L’air se déplace donc du haut vers le bas en fonction de sa température, mais également de manière horizontale. Ces mouvements correspondent aux vents.
Une zone où la pression atmosphérique est haute est appelée anticyclone et une zone où la pression atmosphérique est basse est appelée dépression.

Conclusion :

Le Soleil, qui est à l’origine des combustibles fossiles, est également le moteur des énergies renouvelables comme l’énergie éolienne ou l’énergie hydraulique. En effet, il est le moteur du cycle de l’eau et du déplacement des flux d’air.

Aujourd’hui, les énergies renouvelables ne représentent que 12 % de la production totale d’énergie. Il est aujourd’hui primordial de préférer ce type d’énergie à l’utilisation d’énergies fossiles, dont le stock diminue en raison d’une consommation croissante.