Énergies renouvelables : 8 innovations qui vont révolutionner 2023

Par Valentin Haro

Jeudi 30 mars, les États membres de l’Union européenne ont convenu d’un objectif de 42,5 % d’énergies renouvelables dans le mix énergétique européen d’ici 2030, soit pratiquement le double de la part actuelle. Ce développement du secteur des renouvelables s’accompagne de nombreuses innovations visant à optimiser ou réinventer la production d’énergie renouvelable. Retour sur huit procédés innovants qui pourraient bien révolutionner la production d’énergie en 2023.

Réutiliser les eaux usées comme source de chauffage

Ressources en eau et production de chaleur : deux enjeux centraux dans la consommation domestique d’énergie, que la société francilienne Biofluides Environnement a voulu concilier à travers sa technologie ERS (pour Energy Recovery System). Ce système de pompe à chaleur spécifique permet de récupérer la chaleur des eaux usées afin de préchauffer l’eau des logements.

D’après l’entreprise, les eaux usées ménagères provenant des salles de bains et cuisines (eaux grises) s’écoulent à une température entre 28 et 32°C et représentent “le double du volume de l’eau chaude sanitaire consommée”. Cette source de chaleur conséquente est pourtant habituellement perdue. L’ERS, composé d’une cuve d’échange thermique qui permet de transférer la chaleur des eaux grises à 28/32°C vers une pompe à chaleur eau/eau, récupère ces eaux et les réchauffe ensuite jusqu’à la température requise, soit 55/58°C.

Cette solution permettrait de préchauffer l’eau chaude sanitaire pour couvrir 100 % des besoins d’un logement, se traduisant par une baisse d’environ 40 % des factures. De plus, le dispositif est éligible au fond chaleur de l’Ademe ainsi qu’aux certificats d’économie d’énergie (CEE).

Une remorque solaire pour emmener votre électricité partout avec vous

L’alimentation en électricité des lieux isolés du réseau électrique, en particulier les installations temporaires (festivals, chantiers…) est un domaine dans lequel les énergies renouvelables peinent à s’implanter. Dans de telles situations, on emploie généralement des groupes électrogènes fonctionnant au diesel, coûteux et générant une empreinte carbone importante. La société française Ecosun a tenté de répondre à cette problématique avec sa remorque solaire Trailer-Watt.

Le modèle standard se présente comme une longue remorque munie de 15 modules solaires, d’une capacité totale de 5,6 kWc (kilowatts-crête, soit la capacité de production dans des conditions idéales d’ensoleillement et d’inclinaison du panneau). Une fois posée, la remorque peut être déployée en une dizaine de minutes. Un groupe électrogène de secours est également intégré dans la structure pour prendre le relais en cas de besoins exceptionnels ou d’absence d’ensoleillement. La solution est employée par des particuliers et professionnels un peu partout dans le monde, ainsi que par de grandes organisations humanitaires telles que Médecins sans frontières, l’OTAN ou encore certains camps de réfugiés de l’Agence des Nations Unies pour les réfugiés.

L’énergie osmotique, quand l’eau douce rencontre l’eau de mer

Générer de l’électricité à partir de la différence de salinité entre l’eau douce et l’eau de mer, c’est la promesse de la technologie INOD développée par l’entreprise rennaise Sweetch energy. À l’échelle mondiale, les deltas et estuaires représentent chaque année près de 30 000 TWh d’énergie osmotique potentielle. Un potentiel qui, une fois exploité, permettrait selon l’entreprise d’atteindre 65 % d’énergies renouvelables dans le mix énergétique mondial d’ici 2050.

La technologie INOD fonctionne à partir de nano-membranes semi-perméables, qui laissent passer l’eau mais pas les autres éléments tels que le sel. Celles-ci exploitent la réaction appelée osmose qui se produit lorsque l’eau salée rejoint l’eau de mer, permettant de générer de l’électricité à partir du mouvement chimique des molécules. Cette solution présente deux avantages principaux :

• La disponibilité de cette source d’énergie, en raison de l’abondance des estuaires dans le monde ;
• Sa production constante, puisque la réaction d’osmose ne dépend pas de conditions météorologiques spécifiques comme c’est le cas pour d’autres énergies renouvelables ;
• Son impact environnemental très faible : les centrales osmotiques ne produisent pas de substances polluantes ni de nuisances sonores.

Un premier site pilote de centrale osmotique devrait être mis en place en France fin 2023 dans le delta du Rhône. D’après le directeur général de Sweetch energy, le potentiel d’énergie osmotique exploitable de ce delta serait de 500 mégawatts.

Faire appel à l’IA pour protéger les oiseaux près des éoliennes

Une des problématiques centrales concernant l’énergie éolienne est l’impact des turbines sur l’avifaune (oiseaux et chauve-souris). Une étude de suivi menée de 1997 à 2015 par la Ligue pour la Protection des Oiseaux montre qu’en France, une éolienne terrestre tue en moyenne 7 oiseaux par an, ce qui représente plus de 60 000 oiseaux tués chaque année*. L’éolien en mer présente sans doute des chiffres similaires, mais ils sont plus difficilement mesurables puisqu’il est pratiquement impossible de retrouver les cadavres d’oiseaux en mer.

Pour faire face à cette problématique, l’entreprise Biodiv-Wind a développé un prototype de système de détection de la faune volante exploitant l’intelligence artificielle. Cette solution, baptisée SafeWind, permet de construire des algorithmes de prévision du passage des oiseaux près des pales des éoliennes. En fonction de ces données, les opérateurs du parc éolien ont alors deux possibilités :

• Réduire la vitesse de la turbine pour éviter un choc à une vitesse trop élevée ;
• Diffuser des sons désagréables pour éloigner l’oiseau.

*Nombre d’éoliennes en France en 2021 d’après France Énergie Éolienne : environ 9 000

Nombre d’oiseaux tués = 9 000 * 7 = 63 000

Après l’éolien, le solaire prend le large

L’énergie solaire est une source d’énergie renouvelable qui se développe rapidement en Europe. D’après le baromètre des énergies renouvelables 2022 de l’institut Observ’ER, la France a ainsi produit 15,1 GWh d’électricité photovoltaïque en 2021. Cependant, cette source d’énergie nécessite de larges espaces pour pouvoir déployer les panneaux. L’installation de centrales photovoltaïques en mer flottantes est ainsi envisagée depuis quelques années, mais se heurte à de nombreux défis techniques, principalement liés aux conditions maritimes souvent rudes et imprévisibles (fortes vagues, courants marins, corrosion dûe à l’eau salée…).

Une solution pourrait bien exister : Seavolt, le fruit de la collaboration entre Tractabel, DEME et Jan De Nul, trois entreprises belges. Ce système de panneaux solaires installés sur une structure flottante devrait résister aux conditions maritimes les plus extrêmes. La clé de cette technologie ? Une structure métallique renforcée et traitée pour résister à l’eau de mer, et surtout suffisamment haute pour permettre à des panneaux standards d’y être installés. Par ailleurs, la structure est modulaire et peut s’adapter à des sites spécifiques. Un prototype devrait être installé au large des côtes belges cet été.

Combiner éolien et solaire dans un générateur domestique

Alimenter un bâtiment à 100 % ? C’est la promesse que fait la société américaine Hover Energy avec sa technologie Microgrid, un générateur domestique hybride qui combine des panneaux solaires et des turbines éoliennes. À en croire l’entreprise, cette combinaison permettrait de pallier l’intermittence de ces deux énergies et d’atteindre 80 à 100 % d’autonomie électrique contre 20 à 30 % avec de simples panneaux solaires.

L’installation consiste en des turbines éoliennes installées sur les bords du toit d’un bâtiment exposé au vent. Les panneaux solaires sont quant à eux posés au centre de l’équipement, et le tout est relié à des batteries permettant de stocker l’énergie pour alimenter ensuite les besoins du bâtiment. Le principal avantage de cette technologie est sa facilité d’intégration en zone urbaine. Le dispositif est en effet personnalisable et relativement compact, il peut ainsi se glisser aisément sur de nombreux toits.

Des papillons inspirent une peinture économique en énergie

La recherche sur les énergies renouvelables ne s’intéresse pas uniquement aux moyens innovants de produire de l’énergie, mais se penche également du côté des consommations. Des chercheurs de l’Université de Floride centrale pourraient bien avoir découvert une solution innovante en s’inspirant de papillons : la peinture plasmonique.

Cette peinture n’a pas été créée à partir de pigments comme les peintures traditionnelles, mais à partir de nanoparticules imitant les ailes des papillons. À l’inverse des pigments artificiels qui nécessitent l’ajout de nouvelles molécules pour créer une nouvelle couleur, ces nanoparticules se “réarrangent” pour faire varier la manière dont la lumière est réfléchie, ce qui modifie également la couleur.

Cette peinture présente de nombreux avantages théoriques sur les peintures traditionnelles :

• Seuls des métaux et oxydes sont utilisés pour produire cette peinture. Aucune trace d’éléments synthétiques potentiellement nocifs que l’on retrouve habituellement dans la peinture traditionnelle.
• La durabilité de la couleur est largement améliorée. Là où une couleur normale “s’estompe parce que le pigment perd sa capacité à absorber les photons”, les nanoparticules peuvent conserver le spectre de couleurs pendant des siècles.
• La peinture est extrêmement légère, il en faut donc beaucoup moins pour couvrir la même surface.
• La surface peinte reste plus froide qu’avec une peinture commerciale standard, car la peinture plasmonique reflète tout le spectre infrarouge et absorbe donc moins de chaleur.

Les économies d’énergie réalisables concernent principalement le logement, notamment les dépenses de climatisation qui représentaient 4,9 TWh dans le secteur résidentiel en 2020 d’après l’Ademe. Les gains de chaleur réalisés grâce à la différence de température avec une peinture standard permettraient d’après les chercheurs de réduire l’usage des climatiseurs et réaliser ainsi d’importantes économies.

Les applications industrielles sont également prometteuses, notamment dans l’aéronautique ou l’automobile. En effet, à peine 1,3 kg de cette peinture suffiraient pour recouvrir un Boeing 747, contre 500 kg avec des peintures standards. Cette innovation pourrait donc permettre à terme de réduire les coûts mais surtout l’impact environnemental de la production de ces peintures.

Valoriser le biogaz en le liquéfiant

Le gaz vert ou biogaz est un gaz renouvelable produit à partir de la fermentation de déchets organiques issus des activités humaines, notamment agricoles, sous l’effet de bactéries. Le biogaz a les mêmes fonctionnalités que le gaz naturel : il permet de chauffer, cuisiner et même faire fonctionner certains véhicules lorsqu’il est valorisé sous forme de biocarburant. Le principal problème du gaz vert est cependant son transport, très coûteux, qui limite actuellement sa valorisation aux gros méthaniseurs installés à proximité des réseaux gaziers.

La solution innovante proposée par la firme française Sublime Énergie est de liquéfier le biogaz pour réduire son volume. Des méthaniseurs de plus petite taille peuvent donc se lancer dans la valorisation de biogaz, et ce même s’ils sont installés loin du réseau.

En temps normal, la liquéfaction du gaz vert est impossible car au moment de refroidir le gaz, le CO2 qu’il contient se transforme en neige carbonique, rendant le mélange difficile à transvaser. En ajoutant un élément appelé “agent de portage” au mélange, Sublime Énergie a rendu possible la liquéfaction. D’après l’entreprise, ce procédé permettrait de réduire près de 600 fois le volume occupé, et donc diminuer drastiquement les coûts de transport associés à la valorisation du biogaz.