Ressources · 5ᵉ · Physique
Énergie : sources renouvelables et non renouvelables
Rappels de 6e (ressources renouvelables ou non, combustibles fossiles, uranium) ; sources primaires et énergies secondaires ; atouts et limites des fossiles, du nucléaire et des renouvelables ; produire l’électricité avec une turbine et un alternateur ; mix énergétique et mix électrique ; effet de serre, sobriété, efficacité et transition énergétique.
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Sources primaires et ressources : renouvelables ou non
Le courant d’une prise, l’essence d’une voiture, le gaz d’une cuisinière : l’énergie que nous utilisons vient toujours, au départ, d’une ressource prise dans la nature. Encore faut-il savoir laquelle, et si elle s’épuise.
• Une source primaire d’énergie est prélevée directement dans la nature, sans transformation : charbon, pétrole, gaz naturel, uranium, rayonnement du Soleil, vent, eau des rivières, bois, chaleur du sous-sol, marées.
• Une énergie secondaire est obtenue en transformant une source primaire : l’électricité (produite dans les centrales), le dihydrogène, l’essence, le gazole ou le fioul (tirés du pétrole dans une raffinerie).
• Rappel de 6ᵉ : une source est renouvelable si elle se reconstitue à l’échelle d’une vie humaine ; elle est non renouvelable si c’est un stock formé en millions d’années, qui diminue quand on l’utilise.
• Le charbon, le pétrole et le gaz naturel sont des combustibles fossiles : ils proviennent de restes d’êtres vivants enfouis et transformés pendant des millions d’années. L’uranium est un minerai présent dans les roches depuis la formation de la Terre.
Les sources primaires
| Source primaire | Renouvelable ? | D’où vient-elle ? |
|---|---|---|
| pétrole | non | surtout du plancton marin enfoui au fond des mers : fossile |
| gaz naturel (surtout du méthane) | non | même origine que le pétrole : fossile |
| charbon | non | des végétaux de marécages enfouis : fossile |
| uranium | non | un minerai, présent dans les roches depuis la formation de la Terre |
| rayonnement du Soleil | oui | les réactions nucléaires au cœur du Soleil |
| vent | oui | l’air chauffé de façon inégale par le Soleil |
| eau des rivières | oui | la pluie : c’est le cycle de l’eau |
| biomasse : bois, déchets végétaux, biogaz | oui, si l’on replante | la matière des êtres vivants |
| chaleur du sous-sol (géothermie) | oui | surtout la radioactivité des roches |
| marées, houle, courants marins | oui | l’attraction de la Lune et du Soleil pour les marées, le vent pour la houle |
L’électricité, une énergie secondaire
L’électricité n’existe pas toute prête dans la nature : il faut toujours une source primaire pour la produire. C’est un moyen très pratique de transporter l’énergie d’une centrale jusqu’à une prise ; on dit que c’est un vecteur d’énergie. Elle n’est donc ni renouvelable ni non renouvelable en elle-même : tout dépend de la source primaire utilisée pour la produire.
Le gaz naturel extrait d’un gisement sous la mer. Pris tel quel dans la nature : source primaire. Fossile, formé en millions d’années : non renouvelable.
Le courant qui recharge une tondeuse à batterie. Fabriqué dans une centrale : énergie secondaire. Il est d’origine renouvelable ou non selon la centrale qui l’a produit.
Des noyaux d’olive brûlés dans une chaudière. Un déchet végétal : biomasse, source primaire renouvelable, puisque les oliviers donnent des olives chaque année.
Réflexe — pour classer une énergie, deux questions dans l’ordre. La trouve-t-on telle quelle dans la nature ? Oui : source primaire ; non : énergie secondaire. Si elle est primaire, se reconstitue-t-elle pendant une vie humaine ? Oui : renouvelable ; non, c’est un stock : non renouvelable.
Attention — « renouvelable » ne veut pas dire « disponible à tout instant » ni « illimité » : il n’y a pas de soleil la nuit, et le bois n’est renouvelable que si l’on replante au rythme où l’on coupe. Et le pétrole se forme encore aujourd’hui, mais bien trop lentement : il est non renouvelable.
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Les énergies fossiles et l’énergie nucléaire
Charbon, pétrole, gaz naturel et uranium fournissent encore l’essentiel de l’énergie du monde. Ils ont de gros atouts, mais aussi de lourds inconvénients pour l’environnement.
• Dans une centrale nucléaire, il n’y a pas de combustion : des noyaux d’uranium se cassent, c’est la fission. L’énergie nucléaire libérée est convertie en énergie thermique, qui vaporise de l’eau ; la vapeur fait tourner une turbine reliée à un alternateur.
• Atouts communs : beaucoup d’énergie dans une petite masse de combustible, faciles à stocker, et une production pilotable : on la règle au moment voulu, de jour comme de nuit.
• Inconvénients : ce sont des ressources non renouvelables ; les fossiles rejettent du CO₂ et des fumées polluantes ; le nucléaire produit des déchets radioactifs et présente un risque d’accident.
Avantages et inconvénients
| Combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) | Uranium (nucléaire) | |
|---|---|---|
| Avantages | beaucoup d’énergie pour une petite masse ; faciles à transporter et à stocker ; techniques bien maîtrisées ; production pilotable | énormément d’énergie pour très peu de combustible ; pas de CO₂ rejeté pendant la production ; production stable et pilotable |
| Inconvénients | stocks limités ; la combustion rejette du dioxyde de carbone et des polluants (fumées, particules) | stock limité ; déchets radioactifs, dangereux pendant des centaines de milliers d’années pour les plus actifs ; risque d’accident ; démontage coûteux des centrales |
La France n’a plus de mine d’uranium depuis 2001 : elle importe tout le combustible de ses centrales, notamment du Kazakhstan, d’Australie, du Niger et d’Ouzbékistan. Pour les déchets les plus radioactifs, un stockage à environ 500 m sous terre, le projet Cigéo, est prévu dans l’est de la France.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « une bougie en paraffine, tirée du pétrole, rejette du dioxyde de carbone en brûlant ». Je teste : je retourne un bocal sec sur la bougie allumée ; quand elle s’éteint, je retire le bocal en le bouchant, j’y verse un peu d’eau de chaux et j’agite. J’observe : l’eau de chaux, limpide au départ, se trouble. Je conclus : la combustion a produit du dioxyde de carbone, car l’eau de chaux se trouble en sa présence.
Un bus au gazole. Le gazole, tiré du pétrole, brûle dans le moteur : son énergie chimique est libérée par combustion, avec un rejet de dioxyde de carbone par le pot d’échappement.
Le réacteur d’un brise-glace nucléaire. La fission de l’uranium chauffe de l’eau ; la vapeur fait tourner une turbine. Aucun CO₂ n’est rejeté par le réacteur, mais il faudra gérer des déchets radioactifs.
Pourquoi garder des centrales pilotables ? Le soir d’hiver, quand tout le monde rentre et chauffe, on peut augmenter la production d’une centrale nucléaire ou au gaz ; on ne peut pas commander au vent de souffler.
Réflexe — fossile → combustion → dioxyde de carbone ; uranium → fission → déchets radioactifs, mais pas de CO₂ pendant la production. Pour juger une source, je cite toujours un avantage ET un inconvénient.
Attention — l’uranium ne brûle pas : une centrale nucléaire ne fait aucune combustion. Et « pas de CO₂ pendant la production » ne veut pas dire « sans impact » : il reste les déchets, le risque d’accident et un minerai qui s’épuise.
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Les sources renouvelables et leurs limites
Le Soleil, le vent, l’eau, la chaleur de la Terre et la matière végétale se renouvellent : ce sont les sources d’avenir. Chacune a pourtant ses limites.
• Elles ne brûlent pas de combustible fossile. La biomasse, elle, brûle : le CO₂ rejeté est repris par les plantes qui repoussent, à condition de replanter.
• Le solaire et l’éolien sont intermittents : leur production dépend de la météo et de l’heure (rien la nuit pour le solaire, rien sans vent pour l’éolien). On ne peut pas la régler au moment voulu.
• « Renouvelable » ne veut pas dire « sans impact » : un barrage noie une vallée, les éoliennes et les panneaux demandent du béton, des métaux et de la place.
Les filières renouvelables
| Filière | Ce qui est utilisé | Limite principale |
|---|---|---|
| hydraulique | l’eau retenue par un barrage ou le courant d’une rivière | peu de sites adaptés ; une vallée noyée |
| éolien | le vent qui fait tourner les pales | production irrégulière, nulle sans vent |
| solaire photovoltaïque | la lumière, convertie en électricité | rien la nuit, moins par temps couvert |
| solaire thermique | le rayonnement, qui chauffe de l’eau | sur un toit, de l’eau chaude seulement, pas d’électricité |
| biomasse | bois, déchets végétaux, biogaz | renouvelable seulement si l’on replante ; fumées |
| géothermie | la chaleur du sous-sol | forages profonds, sites limités |
| énergies marines | la marée qui monte et descend, les courants | peu de sites, installations coûteuses |
En France, le premier parc éolien en mer, au large de Saint-Nazaire, compte 80 éoliennes et fonctionne entièrement depuis fin 2022. À Bouillante, en Guadeloupe, une centrale produit de l’électricité grâce à la chaleur d’un sous-sol volcanique.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « plus une cellule photovoltaïque reçoit de lumière, plus elle fournit d’énergie électrique ». Je teste : je relie une petite cellule à un moteur muni d’une hélice, puis j’éclaire la cellule avec la même lampe placée à 20 cm, puis à 60 cm. J’observe : l’hélice tourne vite à 20 cm, lentement à 60 cm. Je conclus : la production dépend de la lumière reçue ; c’est pourquoi un panneau produit moins par temps couvert et rien la nuit.
Des capteurs solaires sur le toit d’un gymnase. Ils chauffent l’eau des douches : solaire thermique. Ils ne produisent pas d’électricité.
Une ferme qui transforme le fumier de ses vaches en biogaz. Le fumier fermente et donne un gaz qui brûle : biomasse, renouvelable, car les vaches en produisent chaque jour.
Le parc éolien en mer de Saint-Nazaire. Éolien, renouvelable. Limite : la production varie avec le vent, même si, en mer, il souffle souvent plus fort et plus régulièrement qu’à terre.
Réflexe — devant une installation, je me demande : quelle ressource utilise-t-elle ? que fournit-elle (électricité ou chaleur) ? quelle est sa limite (la nuit, le vent, les sites, la replantation) ?
Attention — deux panneaux se ressemblent sur un toit : le photovoltaïque produit de l’électricité, le thermique chauffe de l’eau. (Il existe aussi de grandes centrales solaires à miroirs, comme celle de Ouarzazate au Maroc, qui concentrent la lumière pour faire de la vapeur et produire de l’électricité.)
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Produire l’électricité : turbine et alternateur
Charbon, uranium, barrage ou éolienne : derrière des sources très différentes, la production d’électricité suit presque toujours le même schéma.
• Seule change la façon de faire tourner la turbine : la vapeur d’eau (centrales thermiques au charbon, au gaz, au fioul, à la biomasse, nucléaires, géothermiques), l’eau qui descend d’un barrage, le vent, le courant des marées.
• Dans une centrale thermique, la vapeur qui sort de la turbine est refroidie par l’eau d’un fleuve, de la mer ou d’une tour de refroidissement.
• Le photovoltaïque est l’exception : ni turbine ni alternateur. La lumière est convertie directement en énergie électrique dans les cellules.
• Rappel : dans une chaîne énergétique, le réservoir et ce qui reçoit l’énergie sont dans des ovales, chaque convertisseur dans un rectangle, et la forme d’énergie est écrite sur chaque flèche.
Ce qui fait tourner la turbine
| Centrale | Forme d’énergie de la source | Ce qui fait tourner la turbine |
|---|---|---|
| au charbon, au gaz, au fioul, à la biomasse | chimique | la vapeur produite par la combustion |
| nucléaire | nucléaire | la vapeur produite grâce à la fission |
| géothermique | thermique | la vapeur ou l’eau très chaude du sous-sol |
| hydroélectrique | de position (eau retenue en hauteur) | l’eau qui descend dans une conduite |
| éolienne | cinétique (vent) | le vent qui pousse les pales |
| marémotrice | cinétique (marée) | la mer qui monte et qui descend |
| photovoltaïque | lumineuse | pas de turbine : conversion directe |
Deux chaînes énergétiques
Dans la centrale au charbon, l’énergie chimique du charbon est convertie en énergie thermique dans la chaudière ; la vapeur fait tourner la turbine (énergie cinétique) ; l’alternateur convertit cette énergie cinétique en énergie électrique. Comme tout convertisseur, chacun dissipe aussi une partie de l’énergie sous forme thermique.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « si je souffle plus fort sur l’hélice d’une petite éolienne jouet reliée à une DEL, la DEL brillera davantage ». Je teste en soufflant d’abord doucement, puis fort. J’observe : la DEL brille plus quand l’hélice tourne plus vite, et s’éteint quand elle s’arrête. Je conclus : c’est le mouvement de rotation que l’alternateur convertit en énergie électrique.
Une hydrolienne. Une turbine posée au fond de la mer, que les courants de marée font tourner : énergie cinétique de l’eau → turbine → alternateur → énergie électrique.
Le toit photovoltaïque d’un supermarché. Soleil → énergie lumineuse → panneaux → énergie électrique : un seul convertisseur, sans turbine ni alternateur.
Phrase rigoureuse. « Dans l’alternateur, l’énergie cinétique de la turbine est convertie en énergie électrique. »
Réflexe — pour une centrale : quelle est la forme d’énergie de la source ? qu’est-ce qui fait tourner la turbine ? puis turbine → alternateur → énergie électrique. Seul le photovoltaïque fait exception.
Attention — c’est l’alternateur qui fournit l’électricité, pas la turbine ; et il ne la crée pas à partir de rien : il convertit l’énergie cinétique qu’il reçoit.
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Mix énergétique et mix électrique
Chaque pays puise dans plusieurs sources à la fois. La part de chacune se lit dans son mix énergétique, et les calculs se font avec des pourcentages.
• Le mix électrique est la répartition des sources utilisées pour produire seulement l’électricité.
• Il varie fortement d’un pays à l’autre, selon les ressources disponibles (fleuves, vent, charbon…) et les choix politiques. La somme des parts vaut 100 %.
• L’énergie électrique se compte souvent en kilowattheures (kWh, l’unité des factures) : 1 MWh = 1 000 kWh ; 1 GWh = 1 000 MWh ; 1 TWh = 1 000 GWh, soit un milliard de kWh.
• Calculs : énergie d’une filière = total × pourcentage ÷ 100 ; part d’une filière = énergie de la filière ÷ total × 100.
La France : une électricité bas carbone, une énergie encore fossile
En 2025, selon RTE, 95,2 % de l’électricité produite en France venait de sources dites « bas carbone » : le nucléaire (environ deux tiers de la production) et les renouvelables. Mais l’électricité ne représente qu’environ un quart de l’énergie consommée en France (27 % en 2024, selon le ministère, SDES) : les transports roulent presque entièrement grâce au pétrole, et beaucoup de logements sont chauffés au gaz ou au fioul. Plus de la moitié de l’énergie utilisée en France reste d’origine fossile.
Calculer avec un mix
| Filière d’un petit pays | Part du mix électrique | Énergie produite (total : 800 GWh) |
|---|---|---|
| hydraulique | 30 % | 800 × 30 ÷ 100 = 240 GWh |
| éolien | 15 % | 800 × 15 ÷ 100 = 120 GWh |
| solaire | 10 % | 800 × 10 ÷ 100 = 80 GWh |
| centrale au fioul | 45 % | 800 × 45 ÷ 100 = 360 GWh |
| total | 100 % | 800 GWh |
Part renouvelable de ce pays. 30 + 15 + 10 = 55 % ; part fossile : 100 − 55 = 45 %, c’est bien la centrale au fioul.
Retrouver une part. Une filière produit 90 GWh sur un total de 600 GWh : 90 ÷ 600 × 100 = 15 %.
Changer d’unité. 2,4 TWh = 2 400 GWh = 2 400 000 MWh : on multiplie par 1 000 à chaque fois que l’on passe à l’unité plus petite.
Réflexe — je lis d’abord s’il s’agit du mix électrique ou énergétique ; je vérifie que les parts font 100 % ; je mets les énergies dans la même unité avant de les comparer.
Attention — une électricité presque sans CO₂ ne rend pas un pays bas carbone : en France, la première source de CO₂ est le pétrole des transports, pas les centrales. Et un pourcentage n’est pas une énergie : 15 % d’un petit total peut valoir moins que 5 % d’un grand.
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Climat et transition énergétique
Brûler des combustibles fossiles réchauffe le climat. Pour l’éviter, il faut changer notre façon de consommer et de produire l’énergie : c’est la transition énergétique.
• En brûlant des fossiles, les activités humaines rejettent du CO₂ qui renforce l’effet de serre : c’est la principale cause du réchauffement climatique. L’air contenait environ 280 molécules de CO₂ sur un million (280 ppm) avant l’ère industrielle, et plus de 425 en 2025.
• L’accord de Paris (2015) vise à limiter le réchauffement nettement en dessous de 2 °C. La France vise la neutralité carbone en 2050 : ne pas rejeter plus de gaz à effet de serre que ce que les forêts et les sols absorbent.
• La transition énergétique a trois leviers : la sobriété (réduire nos besoins, changer nos usages), l’efficacité (obtenir le même service avec moins d’énergie) et les sources bas carbone (renouvelables, nucléaire) à la place des fossiles.
• L’intermittence du solaire et de l’éolien oblige à stocker l’électricité ou à garder des centrales pilotables.
Les trois leviers
| Levier | Principe | Exemples |
|---|---|---|
| sobriété | moins de besoin : on change ses habitudes | chauffer moins fort, marcher ou pédaler, éteindre ce qui ne sert pas |
| efficacité | même service avec moins d’énergie | isoler un bâtiment, choisir des lampes à DEL, un appareil économe |
| bas carbone | produire sans combustible fossile | éolien, solaire, hydraulique, nucléaire ; bus et trains électriques |
Stocker l’électricité
Une station de transfert d’énergie par pompage (STEP) relie deux bassins placés à des altitudes différentes. Quand l’électricité est abondante, on pompe l’eau du bassin du bas vers celui du haut ; quand on en manque, on la laisse redescendre dans les turbines. La plus puissante de France est celle de Grand’Maison, en Isère (1 800 MW). Les batteries stockent aussi l’énergie, sous forme chimique.
L’effet rebond
Un appareil plus efficace est souvent utilisé davantage : une partie de l’économie disparaît. C’est l’effet rebond. D’où la règle : la première énergie « propre » est celle que l’on ne consomme pas ; vient ensuite le choix d’une source bas carbone.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « avec un couvercle, la même quantité d’eau bout plus vite ». Je teste : je chauffe 1 L d’eau sur la même plaque, une fois sans couvercle, une fois avec, et je mesure la durée jusqu’à l’ébullition. J’observe : la durée est plus courte avec le couvercle. Je conclus : même service (de l’eau bouillante) avec moins d’énergie, c’est de l’efficacité ; ne faire bouillir que l’eau nécessaire, ce serait de la sobriété.
Sécher le linge sur un étendoir plutôt qu’au sèche-linge. On change d’habitude et on se passe d’un appareil : sobriété.
Remplacer des fenêtres à simple vitrage par du double vitrage. La maison reste aussi chaude en perdant moins de chaleur : efficacité.
Remplacer une centrale au charbon par un parc solaire et une STEP. On produit sans fossile et on stocke pour la nuit : bas carbone.
Réflexe — moins de besoin → sobriété ; même service avec moins d’énergie → efficacité ; autre source, sans fossile → bas carbone.
Attention — ne pas confondre : isoler, c’est de l’efficacité ; baisser le thermostat, c’est de la sobriété. Et l’effet de serre n’est pas un trou dans la couche d’ozone : ce sont deux phénomènes différents.
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Pour aller plus loin
Kilowattheure et joule, puissance. Le kilowattheure se relie au joule (1 kWh = 3 600 000 J) et l’énergie consommée par un appareil se calcule avec sa puissance et sa durée de fonctionnement (E = P × t) : voir en 3ᵉ « Énergie électrique : E = P × t et kilowattheure ».
Du réseau à la prise. Transformateurs, lignes à haute tension et chaîne complète d’une centrale : voir en 3ᵉ « Électricité : produire dans une centrale ».
Énergie dissipée et rendement. Ce qu’un convertisseur perd sous forme thermique et le calcul du rendement d’une centrale : voir « Énergie : formes, conversions et chaînes énergétiques ». Pourquoi isoler un mur limite les pertes de chaleur : « Énergie : transferts thermiques, chaleur et température ».
Calculer des émissions de CO₂. Les émissions d’une centrale ou d’un pays, en grammes de CO₂ par kilowattheure, se calculent au lycée : voir « Sources d’énergie utilisables par l’humanité » (1ʳᵉ).
Revoir la 6ᵉ. Les formes d’énergie, les premières chaînes énergétiques et les ressources : « Énergie : formes, conversions et ressources ».
- Source primaire : prise telle quelle dans la nature ; énergie secondaire : fabriquée à partir d’une source primaire (électricité, dihydrogène, carburants).
- Renouvelable : se reconstitue à l’échelle d’une vie humaine (Soleil, vent, eau, biomasse replantée, géothermie, marées) ; non renouvelable : charbon, pétrole, gaz naturel, uranium.
- Fossiles → combustion → dioxyde de carbone ; uranium → fission → déchets radioactifs ; les deux sont pilotables. Solaire et éolien sont intermittents.
- Presque toutes les centrales : turbine → alternateur → énergie électrique ; le photovoltaïque convertit directement la lumière.
- Mix énergétique (toute l’énergie) ≠ mix électrique (l’électricité seule) ; énergie d’une filière = total × pourcentage ÷ 100.
- Le CO₂ renforce l’effet de serre ; transition énergétique = sobriété, efficacité, sources bas carbone, et stockage.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre une source primaire et une énergie secondaire ?
Une source primaire est prélevée telle quelle dans la nature (charbon, pétrole, gaz naturel, uranium, Soleil, vent, eau, bois, chaleur du sous-sol). Une énergie secondaire est fabriquée à partir d’une source primaire : l’électricité, le dihydrogène, l’essence ou le fioul tirés du pétrole.
Pourquoi le pétrole et l’uranium ne sont-ils pas renouvelables ?
Ce sont des stocks : le pétrole s’est formé en millions d’années à partir de plancton enfoui, l’uranium est un minerai présent depuis la formation de la Terre. On les consomme bien plus vite qu’ils ne se reforment. Le pétrole rejette du CO₂ en brûlant, l’uranium laisse des déchets radioactifs.
Quelles sont les limites des énergies renouvelables ?
Le solaire et l’éolien sont intermittents (rien la nuit, rien sans vent) ; les barrages et la géothermie demandent des sites adaptés ; la biomasse n’est renouvelable que si l’on replante. Et renouvelable ne veut pas dire sans impact : béton, métaux, vallées noyées.
Comment produit-on l’électricité dans une centrale ?
Presque toujours, une turbine fait tourner un alternateur, qui convertit l’énergie cinétique en énergie électrique. La turbine est poussée par de la vapeur (centrales au charbon, au gaz, nucléaires, géothermiques), par l’eau d’un barrage ou par le vent. Seul le panneau photovoltaïque convertit directement la lumière.
Qu’est-ce qu’un mix énergétique ?
C’est la répartition, en pourcentages, des sources d’énergie utilisées par un pays pour toute son énergie. Le mix électrique ne concerne que la production d’électricité : en France, il est surtout nucléaire et renouvelable, alors que l’énergie consommée reste en majorité fossile.
Que veulent dire sobriété et efficacité énergétique ?
La sobriété, c’est réduire ses besoins en changeant ses habitudes (chauffer moins fort, marcher). L’efficacité, c’est obtenir le même service avec moins d’énergie (isoler, lampes à DEL). Avec les sources bas carbone, ce sont les leviers de la transition énergétique contre le réchauffement climatique.
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