Énergies : oser l’impensable

Rien ne se perd, tout se récupère ! Place aux énergies nouvelles, qui semblent tout droit sorties d’un scénario de science-fiction.

Photo : iStockphoto

L’idée qu’on puisse tirer de l’énergie du vent à grande échelle semblait, il y a 20 ans seulement, aussi burlesque que le délire de Don Quichotte prenant les moulins à vent pour des géants. Mais le 22 mars dernier, les éoliennes espagnoles ont battu un record en fournissant 40 % de l’électricité produite ce jour-là au pays de Cervantès !

Partout sur la planète, des ingénieurs, des scientifiques ou des designers traquent la moindre source d’énergie potentiellement exploitable, du fond des mers jusque dans le corps humain. Car des sources nouvelles, il va en falloir : d’ici 2030, la demande dans le monde augmentera de 55 %, selon l’Agence internationale de l’énergie.

Les énergies renouvelables sont en plein boom : en 2007 seulement, elles ont généré un investissement total de plus de 100 milliards de dollars sur la planète, d’après les Nations unies. Mais le soleil, le vent et la géothermie n’engendrent pour l’instant que 3,4 % de la puissance électrique mondiale. Alors que l’éthanol, qui devait aider à résoudre la crise énergétique, a déclenché une crise alimentaire.

Le défi est donc lancé pour trouver des solutions de remplacement aux carburants fossiles et diminuer la consommation. On mise sur l’imagination pour sortir l’humanité de ce guêpier !

Certaines inventions peuvent paraître loufoques, d’autres resteront trop coûteuses ou pas assez fiables. Mais il serait imprudent de les condamner d’office. Prenez les éoliennes espagnoles. Elles font vivre 500 entreprises et ont une puissance équivalente à celle d’Hydro-Québec à la Baie-James. Les doux rêveurs sont devenus des hommes d’affaires, et l’Espagne est aux avant-postes de la révolution énergétique. Alors, bon vent aux idées ingénieuses !

Rouler à l’air

Une voiture qui consomme 1,7 litre d’essence aux 100 km, n’émet presque aucun gaz à effet de serre et coûte 8 500 dollars : on en veut une ! La OneCATs, voiture à air comprimé à laquelle l’ingénieur français Guy Nègre travaille depuis 20 ans, pourrait débarquer sur le marché européen dès l’an prochain, grâce au géant indien Tata. Si l’auto obtient son homologation, qui implique notamment de rigoureux essais de choc.

Les pistons de cette petite voiture sont actionnés au moyen d’air comprimé stocké dans deux bonbonnes qui se trouvent dans le plancher. En version « hybride », le moteur à air comprimé est couplé à un moteur à essence qui permet de rouler plus vite jusqu’à 100 km/h et plus longtemps. Après 800 km, il faut remplir les bouteilles d’air comprimé dans un garage équipé pour le faire.

Tata, qui vient de racheter Jaguar et Land Rover, croit au potentiel de la OneCATs. Le constructeur a décidé l’an dernier de financer le développement de la technologie, en échange des droits pour le marché indien. Un gros coup de pouce financier à MDI, l’entreprise de Guy Nègre, installée en Provence.

Le représentant américain de MDI, la société ZPM, proposera en Amérique du Nord une version plus étoffée de l’engin d’ici 2010. La CityCATs pourra transporter six passagers et atteindre 160 km/h, pour une consommation de 2,2 litres aux 100 km. Prix: 18 000 dollars.

Un petit pas pour l’homme…

Un tapis qui récupère l’énergie de celui qui marche dessus pour en faire de l’électricité, voilà la drôle d’idée que testent actuellement de nombreux chercheurs dans le monde. Le concept le plus avancé est celui du professeur Yoshiyasu Takefuji, de l’Université Keio, à Tokyo, qui a entrepris ses recherches en 2003. Avec la multinationale Kyocera, qui fabrique notamment des céramiques et des composants électroniques, ce chercheur a mis au point un tapis fait de matériaux piézoélectriques, c’est-à-dire capables d’acquérir une polarité électrique sous l’action d’une contrainte mécanique. En clair : quand on les écrase, ils se compriment légèrement et génèrent un très faible courant électrique.

La piézoélectricité, découverte par les physiciens français Pierre et Jacques Curie en 1880, est utilisée depuis longtemps pour fabriquer divers dispositifs, depuis les systèmes d’allumage pour cuisinières à gaz jusqu’aux haut-parleurs en passant par des éléments de moteurs. Mais elle connaît un regain d’intérêt comme source d’énergie potentiellement exploitable, même si la puissance qu’elle peut générer est encore très limitée.

La société East Japan Railway, qui exploite un des réseaux de trains de banlieue de la mégalopole nippone, prend la chose au sérieux. Elle s’est associée au professeur Takefuji pour tester son tapis piézoélectrique en différents lieux très fréquentés. En 2006, un premier essai a eu lieu dans l’entrée de son siège social, puis un second sous les portillons automatiques d’une gare secondaire de Tokyo. Début 2008, quelque 90 m2 de tapis piézoélectrique ont été posés sur des marches d’escaliers, devant une boutique et sous des portillons de l’immense gare centrale de Tokyo. « Ce tapis est déjà 10 fois plus performant que celui de 2006. Sous les portillons, on obtient désormais assez d’électricité pour pouvoir les alimenter de manière autonome », explique Yoshiyasu Takefuji. Prochaine étape : alimenter les escaliers roulants…

Suer pour chauffer

À Stockholm, on s’apprête à chauffer un complexe commercial de 13 étages avec la chaleur dégagée par les usagers des transports en commun !

Les Montréalais qui utilisent le métro le savent : chaque voyageur est un véritable radiateur ambulant, surtout l’hiver, lorsqu’il sue à grosses gouttes dans son manteau. Chaque jour, 250 000 Suédois transitent par la gare centrale de Stockholm, galopant du train de banlieue au métro ou vice versa. Cette activité dégage une chaleur incroyable, transformant le lieu en fournaise. Et d’ici quelques mois, toute cette chaleur sera transférée au complexe commercial actuellement en construction à côté de la gare, par de simples échangeurs de chaleur installés dans le système de ventilation.

Les ingénieurs estiment qu’on comblera ainsi de 5 % à 15 % des besoins en chauffage de l’édifice. Confirmation en 2010, quand l’installation sera terminée.

Des éoliennes au fond des mers !

Installées dans les profondeurs d’une voie navigable du sud de la Corée, 300 énormes « hydroliennes » tournant grâce au courant devraient fournir d’ici 2015 quelque 300 mégawatts (MW) d’électricité soit trois fois plus que les 67 éoliennes de L’Anse-à-Valleau, au nord de Gaspé. C’est ce qu’espère la société KOMIPO, un des trois gros producteurs d’électricité coréens.

En mars 2009, une première turbine d’un mégawatt sera installée par l’entreprise britannique Lunar Energy dans le Wando Hoenggan, voie de navigation aux forts courants située au sud de la Corée, pour une évaluation des conséquences environnementales et une autorisation définitive. L’usine marémotrice sous-marine, disent les promoteurs, n’entravera ni le passage des navires ni celui des poissons migrateurs, comme le saumon ou l’anguille.

Les projets de champs d’hydroliennes et d’usines marémotrices (qui tirent de l’énergie des marées) se multiplient partout dans le monde. Selon certains spécialistes, cette nouvelle forme d’énergie pourrait connaître un développement semblable à celui de l’éolien, 20 ans plus tard. L’eau du Saint-Laurent, fleuve au potentiel très prometteur, concurrencera-t-elle un jour le vent de la Gaspésie ?

Le sel, bon pour la tension

Une société norvégienne spécialisée dans les énergies renouvelables entend tirer parti d’un phénomène bien connu des physiologistes l’osmose pour produire de l’électricité… dans les estuaires. Et ce, grâce à une membrane séparant un réservoir d’eau salée d’avec un autre d’eau douce.

Après 10 ans de recherche, Statkraft a commencé cet été la construction du premier prototype de centrale à pression osmotique au monde, à l’embouchure d’une rivière du sud-est de la Norvège. La membrane semi-perméable laisse passer les molécules d’eau, mais pas celles de sel, plus grosses. Par osmose, l’eau douce est naturellement aspirée par l’eau salée à travers la membrane comme cela se produit dans les cellules vivantes. Elle fait ainsi monter la pression dans le réservoir d’eau salée jusqu’à équilibrer la pression osmotique, une propriété qui dépend de la différence de concentration en sel entre les deux milieux. Dans cette centrale, la pression osmotique fera que 80 % à 90 % de l’eau douce traversera la membrane. L’eau salée ainsi pressurisée permettra de faire tourner une turbine pour produire de l’électricité.

Dans un premier temps, l’installation ne devrait produire que de deux à quatre kilowatts d’électricité. Mais ce n’est qu’un début, selon Statkraft, qui croit que des centrales osmotiques installées au bord des estuaires et sous terre, de préférence, pour minimiser l’impact visuel pourraient fournir 10 % de l’électricité en Norvège. « Le coût attendu est de 8 à 15 cents par kilowattheure », affirme Aslak Øverås, porte-parole de l’entreprise, qui, avec 2 000 employés, est déjà un des premiers producteurs d’énergies renouvelables en Europe.

La police de l’énergie

Depuis quelques mois, Yangzhou, ville de 4,5 millions d’habitants située dans l’est de la Chine, a mis sur pied une brigade de 100 « policiers de l’énergie », qui donnent des contraventions lorsque la climatisation est réglée à moins de 26 °C ou le chauffage à plus de 20 °C. Après un premier avertissement, c’est une amende qui guette les propriétaires d’immeubles de bureaux, hôtels, écoles ou centres commerciaux. Cette mesure fait peut-être froid dans le dos, mais elle pourrait se montrer plus efficace que bien des campagnes de sensibilisation aux économies d’énergie…

De l’eau dans l’ordinateur

Faire circuler de l’eau dans les ordinateurs et récupérer leur chaleur pour chauffer les bâtiments : voilà la drôle d’idée des chercheurs d’IBM. Mais personne n’a ri quand, en mars dernier, ils l’ont proposée au Cebit, le salon annuel le plus important des industries de l’information et des télécommunications. En circulant dans de minuscules tubulures logées entre les composants d’un serveur informatique, l’eau refroidit l’équipement puis est dirigée, brûlante, vers un échangeur de chaleur ou un système de chauffage des bâtiments, auquel elle cède sa chaleur avant d’être renvoyée dans le serveur. Futé, non ?

Les microprocesseurs consomment beaucoup d’énergie et dégagent énormément de chaleur lorsqu’ils traitent de l’information. Il suffit d’approcher sa main de l’unité centrale de son ordinateur pour s’en convaincre (prudence, on peut facilement se brûler !). On n’ose imaginer la chaleur dégagée par le dernier centre de traitement de l’information de Microsoft, en construction au Texas, qui aligne des serveurs sur l’équivalent de six terrains de soccer ! L’électricité consommée par ces parcs de serveurs générerait autant de GES que le trafic aérien mondial. Dans le monde, les serveurs consommeraient annuellement quelque 120 milliards de kWh, selon le Lawrence Berkeley National Laboratory… soit à peine moins que la consommation d’électricité totale du Québec ! Et près de la moitié de cette énergie sert à alimenter d’innombrables climatiseurs et ventilateurs pour refroidir les composants.

Le prototype conçu par IBM pourrait changer la donne. Selon ses concepteurs, ce système en circuit fermé pourrait diminuer de 40 % la consommation d’électricité des centres de traitement de données et leur permettre de générer autant d’énergie qu’ils en consomment. Tout un progrès… mais gare aux fuites !

Du pétrole solaire

Fabriquer du pétrole… à partir du gaz carbonique, et en utilisant l’énergie solaire. Oui, oui, ce fameux gaz carbonique qu’on exhale en respirant et que les voitures émettent en roulant ! L’idée vient de chercheurs des Sandia National Laboratories, puissant réseau de laboratoires publics américains.

En fait, il s’agit de réaliser, grâce à l’énergie du soleil, la réaction chimique inverse de la combustion qui transforme les hydrocarbures en gaz carbonique et en eau. Un premier pas, encore fort préliminaire, a été franchi grâce à un prototype de four solaire connu sous le nom de code CR5. En concentrant les rayons du soleil, ce four est parvenu à casser des molécules de CO2, le gaz carbonique, pour les transformer en CO, le monoxyde de carbone. Celui-ci pourra, dans un deuxième temps, être recombiné pour former de nouveau un hydrocarbure.

Les études théoriques montrent que la chose est faisable. Mais selon les chercheurs, il faudra encore au moins 15 ou 20 ans avant d’y arriver à grande échelle.

À quand le moteur-genou ?

Et si on récupérait l’énergie libérée en marchant pour, par exemple, alimenter son cellulaire, un GPS, voire une prothèse motorisée ou un implant de neurostimulation ?

Il est peut-être un peu tôt pour jeter son chargeur, mais l’invention de Max Donelan, chercheur en orthopédie à l’Université Simon Fraser, à Vancouver, fera peut-être bientôt courir les foules. Avec des collègues américains, il a conçu une genouillère d’un nouveau genre, capable de récupérer l’énergie de la marche pour la transformer en électricité.

Cette genouillère, sorte de bracelet en aluminium, fonctionne suivant le même principe que certaines voitures hybrides, où l’énergie cinétique dissipée lors du freinage est récupérée pour être transformée en électricité au lieu de se perdre. De la même façon, après avoir élancé la jambe en avant et déplié le genou, celui-ci s’immobilise en position tendue. Et c’est à ce moment que l’énergie du freinage de l’articulation alimente la genouillère. Il n’y a donc aucun effort à fournir… à part pour porter l’engin, qui pèse à peu près autant qu’une botte d’hiver.

L’invention, présentée dans le magazine Science ce printemps, a donné naissance à une entreprise, Bionic Power, qui se cherche déjà des clients, surtout parmi les militaires et les porteurs d’implants médicaux…

Une mine d’énergie

La géothermie devient drôlement plus rentable si l’on utilise… des trous déjà creusés. Or, au Québec comme dans d’autres régions du monde, on ne manque pas de trous : des centaines de mines désaffectées pourraient se transformer en autant de petites centrales géothermiques.

Cette idée, proposée par Jasmin Raymond, étudiant en géologie à l’Université Laval, a convaincu la municipalité de Murdochville, puis le gouvernement du Québec, qui a investi en janvier dernier 350 000 dollars dans l’installation d’une telle centrale dans une mine de cuivre abandonnée depuis 1999.

Chauffés par les entrailles de la Terre, les quatre millions de mètres cubes d’eau accumulés au fond de la mine gaspésienne se maintiennent à une température constante de 7 °C. L’énergie est récupérée par des échangeurs de chaleur.

La centrale devrait produire 735 kW d’électricité, soit assez pour chauffer 14 000 m2 de locaux dans le parc industriel de Murdochville. Pour trois fois moins cher que le chauffage au mazout !

La tour à énergie

Une centrale « aéroélectrique » verticale, sorte de tour à convection, pourrait produire de 200 à 600 MW d’électricité à un coût de 2,5 cents par kilowattheure, selon l’Israélien Dan Zaslavsky.

Ce chercheur du Technion (l’Institut de technologie d’Israël) planche depuis 25 ans déjà sur une tour d’un kilomètre de haut et de 400 m de diamètre, dressée dans un désert, pas trop loin d’une source d’eau. Le concept : générer de l’énergie en utilisant le principe de la convection l’air chaud s’élève, l’air froid descend. L’eau pompée à proximité servirait à refroidir l’air en haut de la tour. Sous l’effet de la convection, l’air froid descendrait, actionnant des turbines sur son passage.

Longtemps vu comme une utopie, le principe de la tour à énergie connaît un regain d’intérêt, mais manque encore de commanditaires…

La vague verte

Quiconque a déjà joué dans les vagues a une idée de la force incroyable qui s’y cache, capable de plaquer au fond de l’eau le plus costaud des nageurs. Un tel déferlement d’énergie n’est pas passé inaperçu dans la chasse aux kilowatts. Mais l’énergie houlomotrice, comme on l’a baptisée, n’est pas vraiment simple à capturer. Depuis quelques années, la société écossaise Pelamis teste son « serpent de mer », gros cylindre flottant de 120 m de long et de 750 tonnes, qui peut produire 750 kilowatts (kW) d’électricité. À chaque jointure, qui se plie et se déplie sous l’effet des vagues, des vérins sont activés par le mouvement. Ils font pression sur un fluide qui fait fonctionner un moteur hydraulique caché dans la structure.

La construction de la première installation à grande échelle du système, annoncée en grande pompe il y a deux ans, a commencé dans le nord du Portugal. Mais elle s’éternise en raison des difficultés techniques, et les trois seuls « Pelamis » déjà transportés au Portugal n’ont pas encore été mis en place. Même si d’autres projets-pilotes sont en démarrage dans le monde, l’expérience portugaise sera déterminante pour l’avenir de cette technologie.

Vachement puissant !

Au Vermont, de l’électricité est produite dans des fermes laitières à partir du biogaz issu de la fermentation, dans des bioréacteurs souterrains, de bouse de vache. Dans cet État, 4 500 foyers et entreprises ont accepté de payer leur électricité quatre cents de plus par kilowattheure pour soutenir à la fois les agriculteurs du coin et une énergie renouvelable.

Lancée en 2005 par le Central Vermont Public Service (CVPS), l’initiative Cow Power (énergie bovine) connaît un franc succès. Les cinq fermes qui y sont associées sont reliées au réseau du CVPS, qui assure la distribution de l’électricité produite, facture les clients et remet 95 % du montant perçu aux agriculteurs.

Le processus ne dégage aucune odeur et diminue nettement la quantité de GES émise par les fermes. Même les cendres sont réutilisées pour servir de litière aux animaux !

En juillet dernier, des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont estimé le potentiel de cette technologie à l’échelle des États-Unis : les déjections du cheptel américain pourraient générer 100 milliards de kilowattheures de quoi alimenter plusieurs millions de foyers en électricité , ce qui ferait diminuer de pas moins de 4 % les émissions de GES totales du pays.

La révolution solaire

Capter l’énergie du soleil 24 heures sur 24 ? C’est ce que s’apprête à réaliser l’étrange centrale solaire Gemasolar, en construction dans le sud de l’Espagne, grâce à une technologie inventée dans les années 1970 aux États-Unis et largement perfectionnée depuis.

Oubliez les panneaux solaires, faits de matériaux photovoltaïques qui génèrent des électrons quand on les expose à la lumière. Les nouvelles centrales solaires thermiques, qui se multiplient dans les régions ensoleillées du globe depuis 2005, utilisent directement la chaleur du soleil pour chauffer de l’eau et faire tourner des turbines à vapeur.

Gemasolar est conçue pour produire 17 MW d’électricité l’équivalent d’une petite centrale hydroélectrique au fil de l’eau, comme celle de Drummondville.

Au centre de l’installation, située près de Séville, se dressera une tour de 130 m de haut, avec en son sommet un réservoir rempli de sels sous forme liquide. Autour, serrés les uns contre les autres sur 186 hectares (c’est plus de deux fois la taille du Jardin botanique de Montréal), 2 500 miroirs inclinés de 120 m2 chacun, disposés au sol, concentreront l’énergie des rayons solaires vers le réservoir. Ils feront ainsi s’élever la température des sels à près de 600 °C. La vapeur d’eau produite servira à faire tourner les turbines. On pourra en stocker suffisamment pour produire de l’électricité en l’absence de soleil, pendant une durée maximale de 15 heures.

« La centrale devrait entrer en service fin 2010 », précise Oihana Casas, porte-parole de la société Torresol, créée afin de piloter l’initiative par une entreprise d’ingénierie basque et un spécialiste des énergies renouvelables d’Abu Dhabi. L’électricité produite est pour l’instant un peu chère : 30 cents par kilowattheure (kWh), soit environ cinq fois le prix facturé par Hydro-Québec à ses clients résidentiels.

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