Ce mémoire traite des énergies renouvelables, notamment l'énergie solaire, éolienne, hydraulique et géothermique, et leurs différents modes d'exploitation. Il souligne l'importance croissante de ces sources d'énergie face aux conséquences environnementales des combustibles fossiles et présente des statistiques illustrant leur potentiel. Le rapport conclut sur la nécessité de développer et d'optimiser ces alternatives pour répondre aux besoins énergétiques futurs de l'humanité.

1. Faculté des Sciences et Techniques
Département de Physique
Mémoire de fin d’étude en :
Réalisé par les étudiants :
- Ahmed Sidi Mohamed El Ghadhi C12339
- Mohamed Habiboullah Ahmedou C12253
-Ahmedou Saleck Issmail C12277
Encadrés Par :
Professeur : Khatri Ould Cheikh
Ce mémoire est représenté à la Faculté de Sciences et Techniques en vue
de l’obtention de Licence en Sciences Physiques
Année Universitaire : 2016_2017

2. 1- Introduction
2- Energie Solaire
• 2-1 Solaire Photovoltaïque
• 2-2 Solaire Thermique
• 2-3 Solaire Thermodynamique
3- Energie Eolienne
• 3-1 L’éolienne et ses composants
• 3-2 Production de L’électricité
• 3-3 Statistiques Mondiales
4- Energie Hydrolytique
• 4-1 Energie Marine
• 4-2 Energie Hydraulique provenant des cours d’eau
5- Energie Géothermique
• 5-1 Production de la Chaleur
• 5-2 Production de L’électricité
6- Conclusion
7- Bibliographie

3. Depuis la préhistoire, les hommes ont toujours eu des besoins croissants en énergie. De la
maitrise du feu à celle de l’électricité… A tel point qu’aujourd’hui, notre société ne saurait
plus se passer de la seconde, devenue un élément indispensable à notre confort personnel,
et surtout au développement de l’humanité. Dans un passé proche, la demande
énergétique, constamment croissante, a poussé les hommes à développer de nouveaux
moyens de « production » d’énergie, toujours plus efficaces, sans s’inquiéter outre mesure
de leur impact environnemental et sanitaire. Actuellement, à l’échelle mondiale, l’énergie
que nous utilisons quotidiennement provient majoritairement des combustibles fossiles
(pétrole, gaz, charbon), qui présentent l’avantage d’être facilement utilisables et restés
longtemps bon marché. Mais leur emploi systématique et massif fait apparaître plusieurs
problèmes majeurs. Tout d’abord, dans un futur très proche, l’Homme sera
vraisemblablement confronté à leur épuisement. Et il est d’ores et déjà confronté aux
perturbations climatiques engendrées par le rejet massif de gaz à effet de serre produits lors
de leur combustion.
Face aux problèmes posés par les énergies fossiles la meilleure solution possible serait d’économiser
l’énergie et de l’utiliser avec parcimonie, en évitant De la gaspiller. Mais l’homme ne pourra pas se
passer d’elle. C’est pourquoi, il doit obligatoirement développer les moyens de substitution déjà
existants et en chercher de nouveaux. Ces moyens de substitution dont on parle, ce sont bien sûr les «
énergies renouvelables ». Il s’agit d’énergies a priori peu polluantes et dont les sources présentent,
en théorie, l’avantage d’être abondantes et inépuisables dans les millénaires à venir : par
exemple, l’énergie lumineuse reçue du Soleil par la Terre pendant un an, est des milliers de
fois plus importante que l’énergie consommée par l’Humanité au cours de cette même
période, près de 10 000 fois selon certaines sources…

4. ❖ Qu'est ce que l’énergie renouvelable ?
C’est une source d’énergie primaire inépuisable à très long terme, car c’est une source d’énergie
issue directement, ou non, de l’énergie du Soleil, de la Terre ou de la gravitation
. Les énergies sont dites “renouvelables“ tant qu’elles dépendent du système écologique de la Terre, de
l’insolation et de l’énergie géothermique de la Terre.
En effet, ce sont les énergies dont les sources sont presque inépuisables. Certaines, comme le vent et
l’eau, sont utilisées depuis des milliers d’années. D’autres doivent être exploitées de façon rationnelle si
on ne veut pas qu’elles s’épuisent.
❖ Dans ce rapport nous traitons les énergies renouvelables :
Energie Solaire;
Energie éolienne;
Energie hydrolytique;
Energie géothermique;
En décrivant les différents aspects de chaque énergies et ses modes d’exploitation dans la vie courante
;ainsi nous allons introduire des images des figures et des statistiques illustrant les informations
données .
En fin, nous terminons ce rapport par une conclusion générale qui englobe notre recherche.

5. • L’énergie solaire est la fraction de l’énergie électromagnétique provenant du soleil et parvenant à la
surface de la terre après filtrage par l’atmosphère terrestre .
Cette énergie est une énergie renouvelable apportée par le rayonnement solaire, et exploitée pour
produire de l’électricité ou de la chaleur.
Par extension, l'expression « énergie solaire » est souvent employée pour désigner l'électricité ou
l'énergie thermique obtenue à partir de la source énergétique primaire qu’est le rayonnement solaire.
Actuellement, il existe deux voies principales d’exploitation de l’énergie solaire :
- le solaire photovoltaïque qui transforme directement le rayonnement en électricité ;
- le solaire thermique qui transforme directement le rayonnement en chaleur ;
-Le solaire dit « thermodynamique » est une variante du solaire thermique. Cette technique se
différencie en cela qu’elle utilise l’énergie thermique du soleil afin de la transformer dans un second
temps en électricité.

6. 2-1 Solaire Photovoltaïque :
Phénomène photovoltaïque :
Le phénomène photovoltaïque est la transformation directe de la lumière en électricité à l’échelle atomique. Certains
matériaux se caractérisent par une propriété connue sous le nom d’effet photoélectrique qui leur fait absorber les
photons de la lumière et libérer des électrons. Lorsque ces électrons libres sont capturés, il en résulte un courant
électrique qui peut être utilisé comme de l’électricité.
Mode de fonctionnement :
La production de l’élelctricité à partir du rayonnement solaire se fait par le phénomène photovoltaïque grâce aux
cellules solaires .
Les cellules solaires sont fabriquées à partir de matériaux semi‐conducteurs, comme le silicium. Pour les cellules
solaires, une fine plaquette semi‐conductrice est spécialement traitée pour former un champ électrique, positif sur une
face et négatif sur l’autre. Lorsqu’une énergie lumineuse frappe la cellule solaire, les électrons se détachent des atomes
du matériau semi‐conducteur. Si des conducteurs électriques sont fixés sur les faces positive et négative, pour former
un circuit électrique, les électrons peuvent être capturés sous forme de courant électrique, c’est‐à‐dire de l’électricité.
Cette électricité peut ensuite être utilisée pour alimenter une charge, telle qu’une lampe ou un outil.

7. Image d’une cellule solaire reliée
à une lampe .
2-2 Solaire Thermique
Le solaire thermique fait partie des utilisations les plus anciennes d’énergie. Le Soleil émet des rayonnements
et en rentrant en contact avec un corps, le rayonnement solaire augmente la température de ce corps. Le
solaire thermique capte dans un premier temps le rayonnement solaire grâce à ses capteurs solaires, puis le
transforme en chaleur (énergie thermique). Dans un deuxième temps, le système thermique transfère cette
chaleur par l’intermédiaire d’un dispositif de transport de chaleur jusqu’à l’endroit désiré : un réservoir d’eau,
un tube ou d’autres.
Mode de fonctionnement :
L’énergie solaire thermique est récupérée par des capteurs solaire installes le plus souvent sur le toit . Les
capteurs absorbent le rayonnement solaire et les transforment à un ballon de stockage destiné à pallier le
caractère discontinu de l’ensoleillement .Cette eau préchauffée est envoyée vers le système de production
d’eau chaude .Cette technique d’utilisation de l’énergie solaire thermique permet la production de chaleur
pour le chauffage domestique ,pour l’eau chaude sanitaire(ECS),le chauffage de piscine et le Séchage de
produits agricoles .

8. 2-3 Solaire Thermodynamique:
• On désigne par « solaire thermodynamique » l'ensemble des techniques qui visent à transformer l'énergie
rayonnée par le soleil en chaleur à température élevée, puis celle-ci en énergie mécanique (et électrique) à
travers un cycle thermodynamique
• L’énergie solaire thermodynamique est l’un des modes de valorisation du rayonnement solaire direct . Elle
consiste à concentrer le rayonnement solaire à l’aide de collecteurs pour chauffer un fluide à haute
température et produire ainsi de l’électricité ou alimenter en énergie des procédés industriels .
Les aspects techniques
Toute installation thermodynamique solaire doit remplir les mêmes fonctions pour transformer l’énergie du
rayonnement incident en énergie électrique avec la meilleure efficacité possible. Il dans l’ordre suivant :
✓ La concentration du rayonnement sur l’entrée du récepteur,
✓ Son absorption sur les parois du récepteur et la transformation de son énergie en chaleur,
✓ Le transport et, éventuellement, le stockage de cette chaleur,
✓ Sa délivrance à un cycle thermodynamique associé à un alternateur pour la production d’électricité.

10. L’énergie éolienne est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie tirée du vent au moyen d’un
dispositif aérogénérateur comme une éolienne ou un moulin à vent.
3-1 L’éolienne et ses composants
Une éolienne est un dispositif composé d'une roue métallique à hélices située au sommet d'un pylône.
Elle est employée pour capter l'énergie motrice du vent et l'utiliser de différentes manières. Elle peut
servir par exemple à faire tourner un moulin ou à pomper de l'eau. Aujourd'hui, elle est surtout
importante pour produire de l'électricité, grâce à un générateur électrique qui transforme l'énergie du
vent en une énergie électrique.
3-2 Production de L’électricité
Le mouvement du vent permet La production de l’élecrtricite grâce à un aèrogénérateur ,plus
communément appelé « éolienne ».
Son fonctionnement est simple et s’inspire de la technologie des moulins à vent.
La machine se compose de 3 pales (en général) portées par un rotor et installées au sommet d’un mât
vertical. Cet ensemble est fixé par une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet
d’orienter la partie supérieure afin qu’elle soit toujours face au vent.
Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique du vent (énergie que possède un corps du fait
de son mouvement) en énergie mécanique (mouvement mécanique des pales). Le vent fait tourner les
pales entre 10 et 25 tours par minute. La vitesse de rotation des pales est fonction de la taille de celles-
ci. Plus les pales seront grandes, moins elles tourneront rapidement.
Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique du vent (énergie que possède un corps du fait
de son mouvement) en énergie mécanique (mouvement mécanique des pales). Le vent fait tourner les
pales entre 10 et 25 tours par minute . La vitesse de rotation des pales est fonction de la taille de celles-
ci. Plus les pales seront grandes, moins elles tourneront rapidement.

11. Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des générateurs
ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de
l’électricité. Il faut donc d’abord que l’énergie mécanique des pales passe par un multiplicateur qui
a pour rôle d’accélérer le mouvement lent des pales.
L’électricité produite par le générateur a une tension d’environ 690 volts. Ne pouvant pas être
utilisée directement, elle est traitée grâce à un convertisseur, et sa tension est augmentée à 20
000 volts. Elle est alors injectée dans le réseau électrique et peut être distribuée aux
consommateurs.

12. 3-3 Statistiques Mondiales
L’énergie éolienne joue un rôle essentiel pour éviter les émissions de gaz à effet de serre et combattre
le changement climatique. La capacité installée totale dans le monde atteint aujourd’hui 94 000 MW et
permet d’éviter le rejet d’environ 122 millions de tonnes de CO2 dans l’atmosphère, équivalent au
fonctionnement de 20 centrales à charbon.

13. L'énergie produite par l’eau est déjà utilisée depuis de nombreuses années. L’eau est en effet 800 fois
plus dense que l'air, ce qui implique que même un ruisseau qui coule lentement peut produire une
quantité considérable d'énergie.
L’énergie hydraulique est l’énergie que l’on obtient à partir du mouvement de l’eau, que ce soit par les
marées, les cours d’eau ou les chutes d’eau.
De nos jours, cette forme d’énergie renouvelable sert essentiellement à la production d’électricité dans
les centrales hydroélectriques afin d’alimenter les villes et les villages en électricité. Il faut savoir que
l’énergie hydraulique, également appelée hydroélectricité, est la source d’énergie renouvelable la plus
exploitée car elle représente 19% de la production mondiale d’électricité.
Types d’énergie hydraulique
Il existe deux grands types d’énergie hydraulique : les énergies marines (énergie des vagues, des
courants marins, des marées..) et l’énergie hydraulique provenant du débit d’un cours d’eau (les
barrages) ou de la hauteur d’une chute d’eau.
3-1 Les énergies marines
Ce type d’énergie hydraulique se base sur l’énergie marémotrice qui peut être captée par les
hydroliennes. Les hydroliennes sont des turbines sous-marines qui, pour produire de l’électricité,
utilisent l’énergie cinétique des courants marins. L’énergie hydraulique est alors convertie en énergie
mécanique et ensuite en énergie électrique grâce à un alternateur.

15. 3-2 L’énergie hydraulique provenant des cours d’eau :
Des turbines sont tournés par l’eau issue des cours d’eau ou des chutes d’eau afin
qu’un générateur électrique puissent injecter de l’électricité sur le réseau électrique.
Ensuite, cette énergie est transformée en énergie électrique au sein d’une centrale
électrique.
Comment cela se passe?
❖ La retenu de l’eau :
Le barrage retient l'écoulement naturel de l'eau. De grandes quantités d'eau s'accumulent et forment
un lac de retenue.
❖ La conduite forcée de l’eau :
Une fois l'eau stockée, des vannes sont ouvertes pour que l'eau s'engouffre dans de longs tuyaux
métalliques appelés conduites forcées. Ces tuyaux conduisent l'eau vers la centrale hydraulique, située
en contrebas.. Chaque centrale se met en marche selon un programme prédéfini en fonction des
besoins d'électricité.
❖ La production d'électricité :
À la sortie de la conduite, dans la centrale, la force de l'eau fait tourner une turbine qui fait à son tour
fonctionner un alternateur. Grâce à l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant
électrique alternatif. La puissance de la centrale dépend de la hauteur de la chute et du débit de l'eau.
Plus ils seront importants, plus cette puissance sera élevée.
❖ L'adaptation de la tension :
Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être
plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension. L'eau turbinée qui a perdu de sa
puissance rejoint la rivière par un canal spécial appelé canal de fuite.

17. La géothermie est l’exploitation de la chaleur stockée dans le sous-sol .
En effet, cette chaleur représente une formidable source d’énergie. Plus l’on creuse profondément plus on
atteint des températures élevées .
La géothermie utilise cette chaleur pour le chauffage et la production de l’élecrticité .
Types de géothermies :
On distingue habituellement trois types de géothermie :
➢ la géothermie peu profonde (moins de 1 500 m) à basse température ;
➢ la géothermie profonde à haute température (plus de 150 °C) ;
➢ la géothermie très profonde à très haute température.
Ces trois types ont en commun de prélever la chaleur contenue dans le sol, issue de la pression, et, dans certains cas,
d'une plus ou moins grande proximité du magma .
5-1 Production de chaleur :
La géothermie à très basse température se place à 100 m maximum de profondeur et elle est utilisée pour la
production de chaleur grâce à la pompe à chaleur géothermique .
Pompe à chaleur géothermique
la pompe à chaleur géothermique est un appareil qui utilise un dispositif thermodynamique qui permet de
transférer de la chaleur provenant du sous sol vers un lieu à chauffer .
une pompe à chaleur géothermique fonctionne avec un principe connu depuis longtemps. La pompe comporte
un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène, qui a la propriété de passer de l'état liquide à l'état
gazeux
(ou inversement) selon les parties du circuit qu'il traverse. Grâce à cette propriété, la pompe peut récupérer de
la chaleur à l'extérieur pour réchauffer l'intérieur.

18. A partir de la nappe aquifère(eau chaude) qui se trouve soit en grande profondeur(1000 à 2000m), soit
à moins de 100 m (géothermie très basse énergie), on pompe de l'eau chaude, un échangeur thermique
récupère la chaleur de l'eau et la transfère à un réseau de chauffage urbain. L'eau refroidie est
réinjectée dans le sous-sol.
Les pompes à chaleur sur sol permettent aussi de récupérer la chaleur dans le sol à partir d'un circuit de
tubes enterré. Dans ces tubes, un liquide ou un gaz circule et se réchauffe de quelques degrés au
contact du sol (lui-même réchauffé par le soleil). Une pompe à chaleur récupère cette chaleur et la
transfère à un liquide ou un gaz qui circule dans des tubes d'un plancher chauffant basse température.

19. 5-2 Production de l’électricité :
la géothermie profonde permet d’atteindre des températures supérieures à 150 C et elle est utilisée pour la
production de l’électricité dans le centrale géothermique .
Centrale géothermique
Une centrale géothermique produit de l'électricité grâce à la chaleur de la Terre qui transforme l'eau contenue
dans les nappes souterraines en vapeur et permet de faire tourner une turbine et un alternateur.
• 1. L'infiltration d'eau
De l'eau de pluie ou de mer s'infiltre dans les fractures de la croûte terrestre pour constituer un réservoir dans
le sous-sol, appelé nappe aquifère, à haute température, de 150 à 350 °C.
2. Le pompage de l'eau
Grâce à un forage dans le sous-sol, l'eau chaude est pompée jusqu'à la surface. Pendant sa remontée, elle perd
de sa pression et se transforme en vapeur.
3. La production d'électricité
La pression de cette vapeur fait tourner une turbine qui fait à son tour fonctionner un alternateur. Grâce à
l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant électrique alternatif.
4. L'adaptation de la tension
Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus
facilement transporté dans les lignes à haute tension.

20. Pour conclure, on va faire un petit résumé du thème principal du dossier, les énergies renouvelables.
❑ On sait qu’une énergie renouvelable est générée naturellement, à partir des éléments de la nature, des astres,
et qui est inépuisable à l’échelle temporelle de notre civilisation. Elles sont apparues au XXe siècle, et son déjà
mises en marche dans plusieurs pays, dont beaucoup appartiennent à l’Union européenne.
Il existe des différents types d’énergies renouvelables, dont la solaire, générée à partir de la chaleur et de la
lumière du soleil, l’éolienne qui exploite la force du vent pour créer de l’énergie. On a aussi, l’énergie
hydraulique, produite à partir des courants d’eau, la géothermique qui se trouve surtout en profondeur à
l’intérieur des roches et qui sert au chauffage urbain.
❑ La création de ces énergies, est due au changement climatique, due à la pollution de l’homme depuis 150 ans,
ainsi à la pollution et aux gaz délivrés par les industries et usines. Ceci a provoqué un réchauffement de la
planète, donc l’effet de serre, qui se caractérise par la modification des températures. Comme ça les déserts
vont progresser, les glaciers vont fondre, et tout ceci va provoquer une grande menace pour les habitants et
une dégradation pour l’environnement. Et l’activité humaine entraîne des taux élevés de diminution de
biodiversité, donc diminution des espèces animales et végétales, et des ressources naturelles.
❑ Chacune des énergies renouvelables présente des qualités et avantages énormes . Les plusieurs avantages
présents sont que les énergies sont pratiques, et à la fois propres. Il y a une source d’énergie constante et
puissante, le cout de fonctionnement est plus faible que d’habitude. La plus importante pour l’environnement
est que toutes ces énergies ne présentent aucune menace à l’environnement car elles ne rejettent aucun
déchet, la plupart d’entre-elles.
❑ Pour finir ,C’est avec les énergies renouvelables, que nous pensons, qu’il va y avoir moins de pollution, moins
d’effet de serre, moins de maladies qui se propagent et donc moins de menace pour les habitants. Plus
finalement il ya aura l’apparition de nouvelles ressources naturelles.

21. ➢ http://science.nasa.gov/science‐news/science‐at‐nasa/2011/solarcells/18.11.2011
➢ http://energies‐renouvelables.org/energie_solaire.html
➢ http://www.solarserver.com/knowledge/basic‐knowledge/photovoltaics.html, 19.11.2013
➢ http://www.earth‐policy.org/index.php?/plan_b updates/ 2012/update74#table3
➢ http://en.wikipedia.org/wiki/Feed‐in_tariffkipedia.org/wiki/Solar_power_satellite, 19.11.20
➢ http://www.earth‐policy.org/index.php?/plan_b_updates/2008/update74#table3
➢ http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89878energie_thermique
➢ Laboratoires de Systèmes Energétiques, www.fifel.ch/includes/asp, (2001).
➢ A. PAGES, L’utilisation des énergies renouvelables pour l’eélectrification rurale décentralisée des
pays en développement, Octobre (2000).
➢ S-H. Wei,S.Chen and X.G .Gong,Phys. Rev B 75,205209(2007).
➢ P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. B 136 (1964) 864.
➢ http://www.munichre.com/de/ts/climate_change_and insurance/default.aspx
➢ http://ats.energie.free.fr/spip.php?article28