Énergies renouvelables : 12 innovations qui vont révolutionner 2022
Alors que le monde est exposé à une importante crise énergétique, les énergies renouvelables font plus que jamais l’objet de toutes les attentions. La transition vers des énergies vertes est une priorité pour diversifier les sources d’énergie et surtout, assurer l’indépendance énergétique de l’Europe. En la matière, chaque année dévoile son lot d’inventions toutes plus intrigantes les unes que les autres. Tour d’horizon des innovations 2022 en matière d’énergies renouvelables…
Tour d’horizon des innovations EnR
En France, le gouvernement a mis un coup d’accélérateur dans la législation, afin de favoriser les innovations en matière d'énergies vertes et leur mise en place concrète. Mais indépendamment de la crise énergétique actuelle, les énergies renouvelables inspirent chaque année de nombreux experts et chercheurs.
Décarboner l’industrie française est un objectif primordial à l’horizon 2030. Dans le cadre du plan d’investissement France 2030, 610 millions d’euros sont dédiés à l’innovation et au déploiement de technologies pour une industrie bas carbone. La France n’est toutefois pas la seule à miser sur de nouveaux moyens de produire des énergies renouvelables.
Bon nombre de pays investissent massivement dans les différentes évolutions techniques et scientifiques en matière d’EnR. D’après l’Index d’attractivité des Energies Renouvelables établi par EY, l’Espagne est le pays le plus attractif en termes d’investissement dans les énergies renouvelables. Puis viennent les Etats-Unis, l’Allemagne, le Royaume-Uni et l’Australie, avant la France qui se place seulement en sixième position.
Pour mieux comprendre de quelle façon avance la recherche autour des énergies renouvelables dans le monde, voici au moins 12 exemples d’innovations qui pourraient changer le destin de la production énergétique.
1. Des panneaux solaires transparents pour les voitures, les serres et les fenêtres
Les panneaux solaires transparents sont une technologie qui pourrait bouleverser la transformation de l’énergie solaire. La technologie séduit plusieurs pays qui tentent de développer leurs propres panneaux solaires transparents. Ce n’est pas une question de design, mais plutôt de puissance et d’optimisation des surfaces d’accueil des panneaux photovoltaïques. Grâce à la transparence, il serait par ailleurs possible d’installer des modules solaires directement sur les fenêtres d’un édifice ou d’une maison par exemple. La grande difficulté réside toutefois dans le niveau de transparence du support.
La première grande avancée sur le sujet date de 2014. Au sein de la Michigan State University (MSU), des chercheurs ont élaboré un concentrateur solaire totalement transparent, permettant de convertir n’importe quel type de verre en cellule photovoltaïque.
Désormais plusieurs centres de recherches aux Etats-Unis, mais aussi en Europe, explorent la possibilité de développer d’autres formes de panneaux solaires transparents. Des chercheurs de l’Université du Tohoku au Japon sont à ce titre parvenus à créer des cellules photovoltaïques à partir d’oxyde d’indium et d’étain. Leur niveau de transparence est seulement de 79%, mais ces cellules s'adaptent aussi bien à une fenêtre qu’à un pare-brise de voiture et peut-être même à la peau humaine.
En Grèce, une jeune entreprise a quant à elle développé des panneaux solaires transparents qui pourraient être utilisés dans des serres. Ils permettent de produire à la fois de l’électricité et de prodiguer la lumière nécessaire à la croissance des plantes.
2. Les tuiles photovoltaïques, intégrables à n’importe quel bâtiment
Cette fois, le photovoltaïque se présente sous forme de tuile. La technologie est actuellement étudiée par la start-up estonienne Solarstone. Pourquoi des tuiles solaires ? Tout simplement parce qu’elles pourraient être directement intégrées aux bâtiments.
Solarstone travaille sur l’élaboration de deux sortes de tuiles intégrant une technologie photovoltaïque. Les chercheurs ont expliqué à PV magazine qu’ils utilisent “une technologie d’aluminium exclusive et brevetée, appelée cadre Click-On, qui transforme un panneau solaire classique en matériau de couverture résistant aux intempéries”.
Les tuiles solaires ont un très bon rendement, avec un taux de conversion d’énergie d’environ 19 %. Esthétiquement, elles s’avèrent tout aussi intéressantes, dans la mesure où elles pourraient s’intégrer aisément au paysage urbain. Surtout, leur installation serait plus simple que celle de panneaux photovoltaïques classiques.
3. Une éolienne aux pales solaires photovoltaïques bifaces
La Suisse tente de son côté une nouvelle expérience, qui fusionne l’éolien et le photovoltaïque. L’idée devrait être testée par Armasuisse Immobilier, le groupe qui gère le parc immobilier de l’Office fédéral suisse de l’armement. Cette technologie compile une turbine classique que l’on utilise dans l’éolien. Elle est composée de trois pales d’éoliennes et en plus d’une “fleur des vents” fixée sur la base de l’éolienne et dont les pales solaires sont photovoltaïques et bifaces.
Le groupe immobilier souhaite tester cette technologie en milieu alpin, afin de produire de l’énergie par le vent et le soleil. L’objectif attendu est de produire au moins 27 MWh/an pour la partie éolienne et environ 35 MWh/an pour la partie photovoltaïque.
Les premiers tests seront entamés dès cet automne et se poursuivront jusqu’en 2024.
4. Une éolienne recyclable
L’éolienne inspire encore. Les parcs éoliens sont en constante croissance dans le monde. Le parc éolien mondial a par ailleurs produit pas moins de 7% de la consommation mondiale d’électricité en 2021.
Seul problème, la production d’éoliennes génère quantité de déchets. Notamment les pales, qui ne sont pas recyclables en fin de cycle. L’entreprise Siemens Gamesa semble avoir trouvé une solution en proposant des pales en résine epoxy, qui pourront être recyclées. Ce matériau peut-être aisément transformé en d’autres produits de la vie courante. La résine epoxy permet entre autres d’être réinjectée dans des valises ou des boîtiers d'écran.
Un premier test de ces pales totalement “vertes” a été lancé en mer du Nord. Les pales recyclables produisent autant d’électricité que celles fabriquées avec les matériaux non recyclables. La technologie intéresserait déjà les groupes français EDF et WPD Offshore, qui disposent d'importants parcs éoliens.
5. Le cerf-volant sous-marin
Le cerf-volant sous-marin consiste en une turbine qui permet de générer de l’électricité dans différents environnements maritimes, même ceux avec peu de courant. C’est la start-up néerlandaise SeaQurrent qui est derrière ce projet qu’elle a baptisé TidalKite.
Cet outil agit comme une sorte de cerf-volant qui s’élance sous l’eau à travers le courant. Cette action génère une traction, qui entraîne un hydromoteur, lui-même relié à un alternateur. Le dispositif, qui contient plusieurs rangées d’ailes, convertit ainsi l’énergie mécanique dégagée en électricité. En un seul mouvement le cerf-volant génère une quantité d’énergie étonnante.
Outre la production d’électricité, le TidalKite a l’avantage de ne représenter aucun danger pour la vie sous-marine.
6. L’Hydrolienne flottante qui transforme les vagues en électricité
Dans le même registre que le cerf-volant néerlandais, on trouve la plateforme marine UniWave 200, de l’entreprise australienne Wave Swell Energy (WSE).
Le dispositif australien repose sur le principe de la Colonne d’eau oscillante, déjà utilisée dans les fonds marins et en surface. Cette technologie mobilise les changements de pression d’air qui se créent lorsque les vagues traversent la chambre ouverte intégrée au dispositif, placée sur la ligne de flottaison. Ces changements de pression sont alors récupérés dans un compartiment en béton, ce qui entraîne une turbine et génère de l’énergie. La plateforme est immergée à environ six mètres de profondeur. Le taux de conversion de l’énergie produite par la vague en électricité est de 48%.
Cette plateforme est actuellement en état de marche. Elle a été installée en 2021 dans le détroit de Bass, au large de l’île King Island qui se situe entre la Tasmanie et l’Australie. Son objectif est d’alimenter continuellement en énergie cette petite île.
7. La digue qui produit de l’électricité
En matière d'innovations, l'Hexagone n'est pas en reste. Brest a accueilli une digue qui pourrait changer l’avenir du port. Baptisée Dikwe, celle-ci produit de l’énergie grâce à la force des vagues. En phase de test depuis l'été 2022, cette digue dite “à énergie positive” est une innovation 100% bretonne. C’est le groupe de construction rennais Legendre qui l’a imaginée. Le prototype a été confectionné par la société guérandaise Geps techno et l’'Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (Ifremer).
Les digues traditionnelles ont pour but de freiner les vagues. Les chercheurs bretons ont eu l'idée de convertir leur force en énergie, afin de produire de l’électricité. Dikwe est composée d’un système houlomoteur, assorti d’un volet métallique oscillant, qui freine les vagues. Elles sont ensuite arrêtées par la partie arrière fixe d’un caisson mesurant 4,5 m de haut et 6 m de profondeur ayant la possibilité d’être immergé dans l’eau. Les allers et venus des vagues produisent une énergie mécanique qui est donc convertie en électricité.
Dikwe pourrait offrir à des ports ou même des zones côtières, l’électricité nécessaire pour leurs besoins quotidiens. Aussi, la construction de digues pourrait devenir plus importante autour des côtes avec la montée des eaux, afin de protéger les littoraux. Ce type de digue aurait une double utilité : protéger et garantir un apport énergétique.
8. Une tour solaire pour produire du carburant
Le carburant est également la grande problématique de la crise énergétique. Entre pollution et coût financier, la consommation de carburant est constamment repensée. Dans l’aviation, il s’agit d’un problème majeur. En effet, les avions sont pointés du doigt pour leur importante consommation de kérosène et leur rejet de CO2. Mais une équipe de chercheurs a peut-être une solution pour diminuer leur empreinte carbone.
Des scientifiques de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich ont mis au point une tour solaire qui produit du carburant pour avions à partir d'eau et de CO2. Cette tour solaire - équipée de 169 panneaux qui captent le soleil - le rayonnement est ensuite concentré dans un réacteur situé au sommet. Cette énergie, couplée à un procédé physique, permet de transformer l'eau et le CO2 injectés dans le réacteur solaire, en un gaz de synthèse qui sera transformé en kérosène. Etant donné que la tour consomme autant de CO2 que la quantité rejetée par les avions durant leurs vols, cela annule l’empreinte carbone. L’objectif est de capter directement dans l’air ce CO2 émis par les appareils.
Pour l’heure le dispositif est seulement en phase test. Son rendement énergétique doit également être amélioré, puisqu’il n’est que de 4%.
9. La batterie au sable, pour stocker de l’électricité
Nous connaissions l’électricité produite par le vent, le soleil et les vagues. Mais saviez-vous que le sable aussi peut devenir une source d’énergie intéressante ? Du moins, il offrirait une option de stockage de l’électricité attrayante.
Le stockage d’électricité est un processus difficile : pour la conserver, il est nécessaire de la transformer en une autre forme d’énergie ou éventuellement recourir au stockage mécanique que fournissent, par exemple, les barrages hydroélectriques. Les entreprises finlandaises Polar Night Energy et Vatajankoski semblent avoir trouvé un moyen alternatif de garantir ce stockage sous forme de chaleur grâce au sable.
Le dispositif proposé repose sur un stockage de chaleur au cœur d’un réservoir en acier, de 4 mètres de large et d’une hauteur de 7 mètres. Ce réservoir peut recevoir jusqu’à 100 tonnes de sable. Parfaitement isolé, il peut conserver la chaleur du sable durant des mois et dispose d’un système de transfert de chaleur automatisé. Celle-ci peut ensuite être utilisée afin de chauffer de l’eau ou encore produire de la vapeur et de l’air chaud. D’après la société Polar Night Energy, la mise en place de cette batterie au sable est peu onéreuse. Les coûts de construction et d’installation par rapport au rendement sont estimés à 10 € par kWh.
10. La voile solaire organique
L’entreprise Heole souhaite révolutionner le monde de la voile, notamment en intégrant des cellules photovoltaïques organiques souples à la voile d’un bateau. Ces cellules produisent de l'énergie permettant de fournir quotidiennement de l’électricité à un voilier de course.
L’entreprise bretonne développe essentiellement des voiles et tissus solaires très légers, organiques et souples. Heole peut même produire des tissus translucides captant l’énergie solaire. Elle utilise la technologie dite OPV pour Organic PhotoVoltaic, tout en développant son intégration sur différents supports et l’extraction de l’énergie cumulée.
La voile solaire sera testée pour la première fois par le skipper Marc Guillemot lors de l’édition annuelle de la route du Rhum, en octobre 2022. Le bateau du navigateur intégrera 12m2 de cellules photovoltaïques, ce qui lui offrira assez d’électricité pour être alimenté quotidiennement et permettra d’assurer son éclairage, l’utilisation d’un ordinateur ou le fonctionnement constant d’un réfrigérateur.
Ce test permettra d’évaluer les possibilités de cette innovation. La technologie utilisée pourra ensuite être déclinée sur d’autres supports comme des stores d’immeubles ou des toiles de tente.
11. Produire de l’énergie solaire depuis l’espace
L'agence spatiale européenne (ESA) souhaite collecter de l’énergie solaire directement depuis l’espace. Cette ambition s’exprime à travers le projet Solaris.
Selon celui-ci, l’énergie solaire pourrait être récupérée par des satellites, placés en orbite au-dessus de l'atmosphère terrestre. Cette énergie transformée en courant serait ensuite renvoyée vers la Terre par des micro-ondes, où des cellules photovoltaïques et/ou des antennes pourraient la réceptionner. Il ne resterait donc plus qu’à la convertir en électricité. L’énergie solaire est plus constante et conséquente dans l’espace, d’où l’intérêt d’un tel dispositif.
Selon les estimations de l’ESA, ce procédé pourrait répondre à 30% de la consommation électrique européenne. L’Agence spatiale européenne doit présenter ce projet au Conseil de l'ESA en novembre 2022. Le projet est une ambition à très long terme, puisqu’outre son coût conséquent, il faudrait une dizaine d’années pour assembler et installer les satellites en orbite.
12. Des cafards cyborgs à l’énergie solaire
Ces cafards cyborgs nouvelle génération pourraient bien faire jouer l’opinion en faveur des fameux insectes, souvent méprisés. L’innovation a été pensée par des scientifiques japonais de l’Institut Riken. Ces petites bêtes télécommandables d’un nouveau genre fonctionneraient grâce à des cellules solaires fixées à leur abdomen.
En réalité, le cafard cyborg n’est pas une invention en soi. Celui-ci est en effet dores et déjà sollicité au sein de différents secteurs - au même titre que d’autres insectes - pour ses capacités de résistance et sa facilité à se faufiler dans tous les espaces. Ainsi il peut être envoyé - équipé d’une caméra embarquée - afin de procéder à un repérage au cœur de zones sinistrées par exemple ou encore détecter des espaces dangereux où se trouveraient des explosifs. On parle ainsi de cafard cyborg, car il est composé d’une partie "organique", c’est l’insecte en lui-même, et d’une autre mécanique.
Jusqu’à présent, ces cafards "guides" étaient télécommandés grâce à une batterie rechargeable, ce qui limitait la durée de leurs missions. Désormais, la technologie japonaise qui se compose d’un module extra-fin à base de cellules solaires organiques fixé à l’abdomen du cafard, offre une meilleure autonomie. Les cellules solaires offrent en effet une puissance de 17,2 mW. Ainsi, seulement 30 minutes de charge au soleil permettent deux heures d’autonomie au cafard.
