Energies renouvelables

La transition énergétique - Clip

PY,Xavier

Présentation de la première semaine de cours, qui porte sur la transition énergétique de nos sociétés. L'objectif est de bien comprendre le contexte international et historique dans lequel cette transition se met en place, mais aussi d'en observer les modalités de mise en œuvre, que ce soit au niveau local, national ou international. Les questions de politiques publiques, de faisabilité économique et d'acceptabilité sociale sont notamment abordées.

Les énergies renouvelables : remise en contexte historique

OLIVES,Régis

Régis Olivès vous propose un voyage dans le temps en présentant les principales sources d'énergie, renouvelables ou non, utilisées par les sociétés humaines depuis plusieurs millénaires.

Les énergies renouvelables : enjeux et défis sociétaux

GIBAND,David

David Giband revient sur la situation mondiale actuelle en matière de production et de consommation d'énergie et, sur cette base, présente les grands enjeux liés aux énergies renouvelables.

L'économie des sources renouvelables d'énergies dans les stratégies d'atténuation du changement

RICCI,Francesco

Francesco Ricci revient sur le contexte de transition énergétique en lien avec le changement climatique et pose la question du coût de développement des énergies renouvelables, ainsi que de la crédibilité des modèles de soutien à ce type d'énergies.

Villes et énergies renouvelables

RODE,Sylvain

Sylvain Rode se focalise sur l'enjeu et le développement des énergies renouvelables dans les villes. A l'aide de nombreux exemples, il présente différentes stratégies (smart grids, réseaux de chaleur, écoquartier, etc.) visant à accroître l'autonomie énergétique des villes.

Énergies renouvelables et aménagements du territoire : des enjeux renouvelés

GIBAND,David

David Giband apporte plusieurs éléments de cadrage relatifs à la question des énergies renouvelables dans l'aménagement du territoire. Il présente notamment la diversité et l'articulation entre les dispositifs réglementaires aux différents échelons de planification territoriale. Il montre bien que le développement des énergies renouvelables peut être un outil de développement et de promotion des territoires.

Géopolitique des énergies renouvelables

LEFEVRE,Marie-Anne

Marie-Anne Lefèvre revient sur les risques de conflits et de rivalités liés au développement des énergies renouvelables, du local au global.

Les énergies renouvelables, sources de conflits

GRIJOL,Karine

Karine Grijol décrypte l'origine et les modes d'expression des conflits observés dans le cadre du développement de projets d'énergies renouvelables à l'échelle locale. Son propos se focalise tout particulièrement sur les projets d'implantation d'éoliennes.

L'énergie solaire - Clip

PY,Xavier

Présentation de la deuxième semaine de cours, qui porte sur l'énergie solaire. Après une présentation de la ressource solaire sur Terre, de sa répartition, et de ses moyens de caractérisation, plusieurs voies d'utilisation de cette énergie sont évoquées. En complément de la production de chaleur et d'autres procédés comme le traitement des eaux usées, la production d'électricité fait l'objet d'une attention toute particulière, à travers l'étude de la conversion photovoltaïque, de la performance de ces systèmes, mais aussi de technologies comme l'exploitation de l'énergie solaire sous concentration.

La ressource solaire : importance et moyens de caractérisation

BLANC,Philippe

Philippe Blanc présente la ressource solaire, son origine, sa disponibilité, les moyens de la caractériser, et les grands moyens qui permettent de l'exploiter.

La conversion photovoltaïque de l'énergie solaire

LINCOT,Daniel

Daniel Lincot vous présente les moyens de transformer l'énergie lumineuse en énergie électrique. Il présente les différents types de cellules photovoltaïques ainsi que les approches émergentes comme les cellules organiques ou hybrides. Enfin, il revient sur les moyens qui permettraient d'accroître les rendements de ces procédés, dans un contexte de foisonnement de recherches et de projets sur le solaire.

Photovoltaïque : performance du système

MAYER,Didier

Didier Mayer évoque la performance des systèmes photovoltaïques. Il la met en relation avec des facteurs comme l'ensoleillement et la température, et introduit plusieurs caractéristiques essentielles comme le facteur de charge, le coefficient de performance ou encore la productivité des systèmes.

Conversion thermodynamique de l'énergie solaire sous concentration

FALCOZ,Quentin

Quentin Falcoz présente ce que sont les centrales solaires à concentration. Il évoque le principe de fonctionnement puis les différents types de centrales qui peuvent être développées. Il termine par un aperçu du développement à l'international de ce type de projets.

Chauffe-eaux solaires individuels et collectifs

MANCAUX,Jean-Marie

Jean-Marie Mancaux présentes les différents types de chauffe-eaux solaires qui permettent donc de produire de la chaleur à partir d'énergie lumineuse. Il explique le fonctionnement de ces différents types ainsi que leur utilisation en fonction des caractéristiques du milieu.

Comment traiter nos eaux par voie solaire ?

PLANTARD,Gaël

Gaël Plantard présente la photocatalyse solaire, qui permet de traiter les eaux usées et notamment les bio-récalcitrants. Il en présente les procédés, les contraintes et les perspectives.

L'énergie éolienne - Clip

PY,Xavier

Après une présentation de la ressource éolienne sur terre, de sa répartition et de ses moyens de caractérisation, plusieurs systèmes d'exploitation de cette énergie sont évoqués, comme les éoliennes à axe horizontal et à axe vertical. Un effort tout particulier est fait pour bien comprendre les notions d'aérodynamique qui permettent d'appréhender la structure et le fonctionnement de ces différents types d'éolienne. En complément, les notions de performance, de technologie, de conversion en énergie électrique et d'impacts environnementaux sont abordées.

Le potentiel éolien

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson présente la ressource éolienne, son origine, sa disponibilité, ainsi que les moyens de la caractériser.

Notions d'aérodynamique

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson présente les principales notions d'aérodynamique qui permettent de comprendre la structure et le fonctionnement d'une éolienne : théorie de Betz et loi de Bernouilli.

Les éoliennes à axe horizontal

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson présente le principe de fonctionnement des éoliennes à axe horizontal et, sur la base de notions d'aérodynamique, explique les raisons pour lesquelles les pales d'une éolienne ont une forme bien particulière.

Essais en soufflerie : vrillage d'une pale d'éolienne

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson et Didier Duclos proposent un essai en soufflerie permettant de voir l'intérêt du vrillage d'une pale d'éolienne.

Les éoliennes à axe vertical

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson présente la diversité et le principe de fonctionnement des éoliennes à axe vertical, et notamment les éoliennes lentes à traînée différentielle et les éoliennes rapides de type Darrieus.

Puissance d'une éolienne

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson évoque la performance des éoliennes à travers l'introduction de plusieurs caractéristiques essentielles comme le facteur de charge ou le coefficient de puissance. Il évoque également les moyens de régulation de la puissance de ces systèmes.

Technologie des éoliennes

BRESSON,Jacky

Jacky Bresson présente les éléments constitutifs d'une éolienne, notamment ceux qui permettent de produire de l'électrcité. Il revient également sur les questions de dimensionnement de ces infrastructures et sur leurs impacts sonores.

L'énergie hydraulique - Clip

PY,Xavier

Cette semaine de cours portera sur l'énergie hydraulique. Après une présentation de l'histoire de son exploitation, des éléments sont apportés pour quantifier la quantité d'énergie qui peut être extraite des cours d'eau. Plusieurs types d'aménagements hydrauliques vous sont montrés ; vous découvrirez où ils sont installés, ce que sont leurs éléments constitutifs, comment ils sont exploités, et la place de l'hydraulique dans le mix énergétique. Ils sont enfin appréhendés au travers des risques qu'ils présentent pour les personnes et l'environnement, et des moyens mis en oeuvre pour les réduire.

Energie hydraulique : historique et ressources

COLLOMBAT,François

François Collombat propose un historique de l'usage de l'énergie hydraulique par les sociétés humaines et montre la diversité des architectures associées. Il insiste sur le développement de la filière hydroélectrique en France au cours du dernier siècle.

Energie hydraulique : caractéristiques fondamentales

COLLOMBAT,François

François Collombat expose les différentes propriétés des cours d'eau à prendre en compte lors de la création d'un aménagement hydraulique comme le débit ou encore la hauteur de chute. Sur cette base, il présente les principaux types d'ouvrages qui peuvent être rencontrés.

Eléments constitutifs d'un aménagement hydraulique

COLLOMBAT,François

François Collombat présente les différentes composantes d'un aménagement hydraulique, du barrage jusqu'à la sortie d'usine. Pour chacune d'entre elles, il présente la diversité des dispositifs à ce jour déployés.

Energie hydraulique : exploitation des aménagements

COLLOMBAT,François

François Collombat discute de l'exploitation des aménagements hydrauliques, et notamment de la maintenance : des ouvrages, du matériel les protégeant, du matériel de production, et du matériel électrique.

La turbine VLH : un nouveau concept

FONKENELL,Jacques

Jacques Fonkenell présente la turbine très basse chute, dite "VLH". Il évoque le fonctionnement de cette technologie, les conditions de son utilisation, son impact sur la faune aquatique et enfin son potentiel de développement en Europe et dans le monde.

Hydroélectricité : ressources et "mix énergétique"

COLLOMBAT,François

François Collombat discute de la contribution de l'hydroélectricité au mix énergétique. Il met notamment en évidence l'intérêt de ce type d'énergie pour la gestion des effets de pointe et d'ultra-pointe.

La sûreté hydraulique

COLLOMBAT,François

François Collombat souligne l'importance de la sûreté hydraulique lors de l'exploitation d'ouvrages de production d'hydroélectricité. Il met en évidence les types d'accidents qui peuvent se produire, les conséquences potentielles sur les personnes, et les mesures de sécurité associées.

Energie hydraulique : prise en compte de l'environnement

COLLOMBAT,François

François Collombat présente les dispositifs qui permettent de limiter les impacts environnementaux liés à la présence et à l'exploitation d'ouvrages hydroélectriques. Il se focalise sur la préservation de la faune piscicole.

Les énergies marines - Clip

PY,Xavier

Dans un contexte national et international de transition énergétique, les intérêts de cette ressource sur les énergies marines sont mis en avant surtout au regard de son importante disponibilité. Les différents types d'énergies marines, marées, houle, vent, température, etc., sont caractérisés puis mis en relation avec les aménagements qui permettent de les exploiter au mieux. Les contraintes techniques liées à ces aménagements et les questions d'exploitation sont ensuite abordées,, tout comme les risques qu'ils font peser sur l'environnement.

Contexte national et international des énergies marines renouvelables

DE ROECK,Yann-Hervé

Yann-Hervé De Roeck présente le contexte national et international dans lequel s'inscrivent les réflexions et les avancées technologiques dans le champ de l'utilisation des énergies marines renouvelables.

Caractéristiques et dynamique des énergies disponibles en milieu marin

FILIPOT,Jean-François

Jean-François Filipot présente les ressources énergétiques associées au milieu marin, les moyens de les caractériser, leur disponibilité, et les grands types de dispositifs qui permettent de les exploiter.

Contexte technologique des énergies marines renouvelables

PRADILLON,Jean-Yves

Jean-Yves Pradillon propose un aperçu global des différents types de technologies associés à l'exploitation des énergies marines renouvelables et évoque leur potentiel et leur maturité.

Eoliennes marines et énergie thermique des mers

PRADILLON,Jean-Yves

Jean-Yves Pradillon présente deux dispositifs d'exploitation des énergies marines renouvelables : les éoliennes marines, posées ou flottantes, et l'énergie thermique des mers.

L'énergie marémotrice

CHARPENTIER,Jean-Frédéric

Jean-Frédéric Charpentier présente les dispositifs d'exploitation de l'énergie marémotrice.

L'énergie houlomotrice

CHARPENTIER,Jean-Frédéric

Jean-Frédéric Charpentier présente les dispositifs d'exploitation de l'énergie houlomotrice.

Installation des éoliennes offshore : généralités

RUER,Jacques

Jacques Ruer présente les moyens qui doivent être mobilisés pour installer des éoliennes offshore, posées ou flottantes.

Eolien flottant et hydroliennes : câblage électrique et maintenance

RUER,Jacques

Jacques Ruer montre quels sont les dispositifs qui permettent de relier les systèmes d'exploitation des énergies marines à la côte, et quels sont les moyens qui doivent être mis en œuvre pour les maintenir.

Impacts environnementaux des dispositifs d'exploitation des énergies marines

VERON,Gérard

Gérard Véron discute des études d'impact qui sont nécessaires lors de l'installation de dispositifs d'exploitation d'énergies marines renouvelables.

Géothermies - Clip

PY,Xavier

La caractérisation de cette ressource en fonction de la température permet d'identifier plusieurs types de géothermies, chacune étant associée à des usages, à des technologies, à des risques et à des niveaux de maturité variables. Après une présentation des géothermies très basse température et basse/moyenne température, une attention importante est portée à la géothermie haute température, notamment à la non-conventionnelle, à ses expérimentations actuelles et à ses enjeux en matière de développement.

L'origine de la chaleur exploitée en géothermie

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl présente la ressource géothermique. Il en explique les origines, la quantifie par rapport à d'autres sources d'énergie sur terre, et montre quelles sont sa répartition et sa variabilité à la surface du globe, à l'échelle de l'Europe et en France.

Généralités sur la géothermie

PINCEMIN,Sandrine

Sandrine Pincemin définit et contextualise la géothermie. Elle évoque successivement son origine, sa variabilité, sa place dans le mix énergétique, l'historique de ses usages, et enfin introduit les principaux usages liés à la géothermie très basse température.

Les différents types de géothermie et leur maturité

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl présente la classification des géothermies en fonction des températures exploitées. Pour chacune de ces catégories, il explique quels sont les usages, les intérêts, les risques, et les niveaux de maturité des technologies d'exploitation associées.

La géothermie très basse température

PINCEMIN,Sandrine

Sandrine Pincemin présente le principe d'exploitation de la géothermie très basse température. Après avoir montré le potentiel et les variations de cette ressource, elle montre les grands types de capteurs qui peuvent être utilisés pour récupérer cette chaleur.

Les pompes à chaleur géothermique

PINCEMIN,Sandrine

Sandrine Pincemin présente le fonctionnement, la performance et les différents types de pompes à chaleur, systèmes thermodynamiques permettant de prélever de l'énergie d'une source froide afin de la porter vers une source chaude.

La géothermie basse / moyenne énergie

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl présente le principe et le potentiel d'exploitation de la géothermie basse et moyenne température, c'est-à-dire inférieure à 150°C, et l'illustre largement par l'exemple du bassin parisien.

La géothermie haute température conventionnelle

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl présente le principe et le potentiel d'exploitation de la géothermie haute température conventionnelle, c'est-à-dire avec une température supérieurs à 150°C. Il illustre ce procédé par les exemples de la centrale de Bouillante, en France, et du champ de Larderello, en Italie.

Les principes de la géothermie haute température non conventionnelle

Jean Schmittbuhl présente les deux grands principes d'exploitation de la géothermie haute température non conventionnelle. Il revient largement sur l'exemple de Soultz-Sous-Forêts (France).

La géothermie haute température non conventionnelle aujourd'hui : le projet ECOGI

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl présente le projet ECOGI, dont l'objectif est d'exploiter de manière non conventionnelle la géothermie haute température, pour les besoins d'une entreprise située à 15 km de la zone d'exploitation. Il met en évidence le contexte et les enjeux de ce projet.

Doit-on avoir peur de la géothermie haute température non conventionnelle ?

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl discute des risques associés à l'exploitation non conventionnelle de la géothermie haute température et de leur perception sociale. Il prend l'exemple de l'Alsace et analyse plusieurs aspects : sismicité induite/naturelle, radioactivité, ou encore pollution des nappes.

Comment aller vers la maturité de la géothermie haute température non conventionnelle ?

SCHMITTBUHL,Jean

Jean Schmittbuhl discute des axes de travail et de recherche pour tendre vers la maturité technologique de l'exploitation non conventionnelle de la géothermie haute température. Il évoque la gestion des risques géologiques et hydrauliques en lien avec les contraintes de la rentabilité de l'exploitation et conclut par la question de la résistance de l'ouvrage au temps.

La biomasse - Clip

PY,Xavier

Cette semaine porte la biomasse. Après une caractérisation de cette ressource, deux grandes voies d'utilisation sont présentées. D'une part la voie thermodynamique pour laquelle les mécanismes fondamentaux sont présentés, une attention toute particulière étant donnée à la pyrolyse et à la gazéification. D'autre part la voie biologique, qui réunit une grande diversité de procédés d'exploitation, comme les piles microbiennes, la méthanisation ou encore la production d'hydrogène. En complément, un focus est proposé sur les carburants de la biomasse, leur historique, leur utilisation actuelle et aussi sur l'intérêt de la cogénération pour une meilleure exploitation de cette ressource.

Définition, caractérisation et propriétés de la biomasse ligno-cellulosique

VAITILINGOM,Gilles

Gilles Vaïtilingom propose un cours développé par Jean-Michel Commandré (CIRAD). L'objectif est de mieux comprendre ce qu'est la ressource ligno-cellulosique, sa place dans l'écosystème, sa structure et sa composition.

Mécanismes fondamentaux en thermochimie de la biomasse

VAITILINGOM,Gilles

Gilles Vaïtilingom propose un cours développé par Laurent Van de Steene (CIRAD). L'objectif est d'expliquer les grands mécanismes de valorisation énergétique de la biomasse par voie thermochimique : pyrolyse, torréfaction, combustion et gazéification.

Procédés de pyrolyse et gazéification

VAITILINGOM ,Gilles

Gilles Vaïtilingom propose un cours développé par Laurent Van de Steene (CIRAD). L'objectif est d'expliquer le fonctionnement des procédés de pyrolyse et de gazéification, ainsi que la diversité des solutions technologiques associées.

Gisements et filières de production de vecteurs énergétiques par voie biologique

DELGENES,Jean-Philippe

Jean-Philippe Delgenès propose un aperçu très complet de la diversité des gisements et des filières qui permettent de produire par voie biologique des vecteurs énergétiques.

Production d'hydrogène par voie biologique

CHATELLARD,Lucile

Lucile Chatellard explique les moyens qui permettent de produire de l'hydrogène par voie biologique, par l'intermédiaire de différents microorganismes et de différentes réactions comme la fermentation sombre, la photo-fermentation, et la biophotolyse.

Systèmes bio-électrochimiques microbiens pour la production d'énergie

KRONENBERG,Maria

Maria Kronenberg explique la structure et le fonctionnement de systèmes bio-électrochimiques qui permettent de produire de l'énergie. L'exemple proposé porte sur la pile microbienne.

Digestion anaérobie et biogaz : une histoire ancienne pour aujourd'hui et pour demain

STEYER,Jean-Philippe

Jean-Philippe Steyer discute de la production de biogaz. Il présente tout d'abord ce qu'est le méthane, d'où il vient, et de quelle manière il est utilisé depuis plusieurs siècles par les humains. Puis il explique le procédé de méthanisation, et enfin évoque le développement et le potentiel de cette voie de valorisation en France.

Carburants de la biomasse : historique et utilisation actuelle

VAITILINGOM,Gilles

Gilles Vaïtilingom discute de l'intérêt de la biomasse pour satisfaire les besoins énergétiques liés au transport. Il retrace tout d'abord un historique de l'usage des huiles végétales, puis analyse le potentiel de substitution des carburants conventionnels par les biocarburants de première et de seconde génération.

Carburants de la biomasse : cogénération et hybridation

VAITILINGOM,Gilles

Gilles Vaïtilingom explique ce qu'est la cogénération, qui consiste à produire à la fois de l'énergie mécanique et de la chaleur à partir d'une même source d'énergie primaire. Sur la base d'exemples, il discute de l'intérêt énergétique et économique de tels développements.

Evaluation environnementale de la production d'énergie à partir de biomasse

ESNOUF,Antoine

Antoine Esnouf présente la méthode d'analyse du cycle de vie, qui permet d'évaluer les impacts potentiels d'un système sur l'environnement, et applique cela aux systèmes de production d'énergie par voie biologique.

Le mix énergétique - Clip

PY,Xavier

Cette semaine du cours porte sur la question du mix énergétique à partir d'énergies d'origine renouvelable. Deux axes tout à fait complémentaires sont explorés : d'une part l'hybridation et la cogénération, et d'autre part le stockage de l'énergie. C'est sur ce second point, dont l'intérêt est rappelé, que porte l'essentiel du propos, à travers l'étude des différentes voies de stockage : chaleur latente, chaleur sensible, stockage chimique, stockage mécanique, stockage électrochimique. Un état des connaissances et des développements en cours est proposé pour chacune d'entre elles.

Généralités sur le stockage de l'énergie

PY,Xavier

Xavier Py apporte des éléments de cadrage par rapport au stockage de l'énergie. Il explique pourquoi ce stockage est nécessaire, quels sont les différents types et les différentes méthodes de stockage.

La chaleur latente

PY,Xavier

Xavier Py explique ce qu'est le stockage thermique sous forme de chaleur latente, qui consiste à stocker de la chaleur en lien avec un changement d'état de la matière utilisée. Il apporte plusieurs exemples d'applications et discute des potentialités et limites de cette méthode.

La chaleur sensible

PY,Xavier

Xavier Py explique ce qu'est le stockage thermique sous forme de chaleur sensible, technique utilisée depuis des milliers d'années par les sociétés humaines. Il apporte plusieurs exemples d'applications et discute des potentialités et des limites de cette méthode.

L'énergie mécanique

PY,Xavier

Xavier Py explique ce qu'est le stockage mécanique de l'énergie, qui consiste surtout à utiliser la force gravitationnelle, et qui est par exemple employée dans le cadre de l'hydraulique. Il présente également les CAES, systèmes de stockage par compression d'air dans les cavités.

Le stockage chimique de l'énergie

PY,Xavier

Xavier Py explique ce qu'est le stockage chimique de l'énergie. Il montre que la photosynthèse repose sur ce principe et propose plusieurs axes de recherche et développement, de la photocatalyse à l'usage de réactions réversibles pour produire de la chaleur, du froid, ou encore de l'hydrogène.

Le stockage électrochimique de l'énergie

PY,Xavier

Xavier Py explique ce qu'est le stockage électrochimique, procédé utilisé depuis plus de 2000 ans pour stocker l'énergie. Il montre de nombreux usages de ces batteries, et discute des enjeux associés à leur développement.

Hybridation et cogénération

PY,Xavier

Xavier Py explique ce que sont les procédés d'hybridation et de cogénération et, sur la base d'exemples, montre bien quels rôles ils peuvent jouer dans la gestion de l'intermittence de certaines énergies et dans la hausse des rendements des systèmes de production d'énergie.

Eau et énergie

PY,Xavier

Xavier Py présente les nombreuses relations qui existent entre l'eau et l'énergie, que ce soit en matière de production ou de stockage d'énergie, ou encore d'assainissement ou de dessalement d'eau.