Si on pouvait recouvrir la terre entière de panneaux solaire, il nous suffirait d’une heure seulement pour que l’humanité ait assez d’énergie pour plus d’un an. Mais est-ce qu’on peut considérer le solaire comme l’énergie de demain et est-ce une bonne idée de migrer vers cette énergie au dépend de l’énergie fossile ? Décryptage.
L’énergie solaire a plus de 100 ans de vie :
En effet, le procédé de conversion d’énergie solaire en énergie mécanique ou en électricité est ancien, c’est-à-dire que le procédé est ancien, il a été utilisé pour la première fois en 1878.
Ainsi le journal le « Rappel », présente-t-il les travaux d’Augustin Mouchot, en 1878, le qualifiant de « Prométhée moderne ». L’utilisation de l’énergie solaire n’est donc pas nouvelle, des miroirs ardents étaient déjà utilisés dans l’Antiquité, Archimède, dit-on, aurait utilisé un miroir pour mettre le feu à la flotte ennemie devant Syracuse. Buffon construisit un miroir « constitué de 360 glaces mobiles » qui enflamma des matières combustibles. Les prémices de cette technologie ont bel et bien été découverts il y a fort longtemps.
Au 19ème siècle, « Horace Benedict de Saussure » (1740-1799), « John Herschell » (1792-1871) ou le suédois « John Ericsson » (1803-1889) s’intéressent aussi à l’utilisation de l’énergie solaire.
En France, « Augustin Bernard Mouchot » (Semur-en Auxois 1825 – Paris, 1911), licencié en physique et en mathématiques, professeur au lycée d’Alençon, de Rennes puis de Tours réalise une « Heliopompe », « appareil destiné à élever les eaux », dont il dépose le brevet le 4 mars 1861. Il poursuit ensuite ses travaux sur les réflecteurs solaires.
Autorisé à poursuivre ses expériences dans l’atelier impérial de Meudon, « Augustin Mouchot » peut présenter à NapoléonIII, en 1865, une chaudière alimentée par le soleil, une première fois à Saint-Cloud, sans succès en raison du mauvais temps, puis avec les résultats espérés, une seconde fois à Biarritz. Les résultats de ses expériences sont publiés en 1869 dans « La chaleur solaire et ses applications industrielles ». L’objectif est l’utilisation des rayons solaires pour l’agriculture et l’industrie, particulièrement dans les régions les plus ensoleillées.
La presse témoigne alors d’un vif intérêt pour ce qu’elle nomme les « machines soleil », à l’instar de « La Presse » qui lui consacre un grand article dans sa rubrique Science le 2 janvier 1869
Et pourtant depuis tout ce temps cette technologie, censée être révolutionnaire, n’a pas été massivement adoptée. Et ce n’est pas QUE par paresse politique !
Les panneaux solaires ont un rendement faible :
Techniquement les panneaux solaires ne convertissent pas 100% de l’énergie reçue et ce pour plusieurs raisons. Déjà pour commencer, la qualité des panneaux. Il existe des panneaux de bonne qualité et d’autre de mauvaise qualité ou « Entrée de gamme ». Le taux de conversion de l’énergie solaire est, respectivement, de 20% à 23% pour les panneaux solaires de haute qualité et aux environs de 12% à 16% pour les panneaux d’entrée de gamme.
Cependant, si la conversion de 100% de l’énergie n’est pas atteinte ce n’est pas seulement à cause de la qualité des panneaux mais aussi des composants même de ces derniers ainsi que leurs processus de fonctionnement. Pour mieux comprendre, zoomant sur un panneau et ces millions de cellules photovoltaïques. Technologiquement, rien de vraiment complexe. Dans un panneau photovoltaïque on a juste à se servir des propriétés du « Silicium ». Une matière un peu particulière qui constitue le cœur même du panneau, puisque quand un « photon » de lumière touche le silicium, ce dernier sera excité et libèrera un électron… C’est-à-dire de l’électricité.
Si le rendement des panneaux solaires n’est pas de 100%, c’est à cause de l’effet « électron-trou ». Pour simplifier, l’électron libéré par le « silicium », libre, va plutôt chercher à se reconnecter à un autre atome plutôt que de se laisser aspirer dans les fils électriques. Ce phénomène est davantage amplifié par la chaleur, au-dessus de 25° par exemple les rendements chutent. En vibrant plus fort les atomes rencontrent plus facilement des électrons libres, c’est-à-dire toujours ce problème de « trou » (ou électron-trou). D’ailleurs c’est pour cette raison qu’installer des panneaux solaires en plein désert n’est pas forcément la solution idéale. Ajouter à cela la poussière qui bloque la lumière (en réduisant le taux de pénétration), les verres protecteurs qui réfléchissent une partie de la lumière et la « déperdition » électrique dans les fils conducteurs.
Toutes ces raisons font que le rendement « maximal » que la science et la technologie actuelle peuvent offrir sera toujours limité à 33,7%, c’est-à-dire des packages photovoltaïques très haute technologie et extrêmement cher.
Malheureusement la question du « rendement » n’est pas le seul problème, il y a aussi la durée de vie minimal d’un panneau solaire.
L’argument actuellement utilisé par les commerces de panneaux solaires aux particuliers est celui de l’économie d’argent. En gros, l’utilisation de l’énergie solaire permet de cumuler des factures d’énergie moins salées à la fin du mois et d’économiser beaucoup d’argent. Or que non, la vérité est tout autre. Une expérience remarquable a été effectuée par un Youtubeuraméricain qui a installé des « Solar Roof » pour 30.000$, des panneaux solaires proposés par le célèbre « Elon Musk », l’ex PDG de Tesla et l’actuel patron de « Space X » et de l’entreprise « Solar Roof ». La facture annuelle en énergie du Youtubeur a été réduite de 2,088$ soit 93%. Mais en prenant en compte « l’usure », il lui faudra à ce Youtubeur 20 ans quand même pour rentabiliser son investissement, sans compter la batterie à 12,000$ qu’il faut changer tous les 10 ans, un coup dur sur la facture globale de cet investissement. C’est-à-dire qu’en somme, techniquement on économise de l’énergie mais concrètement on investit cet argent économisé ailleurs dans des obligations telles que des batteries de stockages, des panneaux qui s’usent avec le temps, leurs entretiens ou encore des installations et des mises à jour des systèmes …
L’exemple de ce Youtubeur américain est peut-être mal choisi car aux États-Unis c’est moins avantageux qu’en France par exemple ou il existe des subventions pour la transition de l’énergie « classique » à l’énergie renouvelable et notamment celle du solaire ou de l’éolien. La France propose plusieurs offres aux particuliers pour financer leurs installations. Mais encore faut-il amortir ces subventions publiques qui de surcroit vont prodigieusement augmenter et cela coûtera cher au gouvernement.
Est-ce qu’il existe des pays qui ont réussi leur transition au solaire ?
Après l’incident de Fukushima, l’Allemagne décide d’accélérer sa sortie du nucléaire, le pays va donc investir en masse dans l’énergie solaire. 460.000 panneaux solaires installés dans le pays, l’équivalent d’un cinquième de Paris recouvert de panneaux solaires. Sauf que l’Allemagne n’est pas un pays réputé pour être un pays ensoleillé, c’est beaucoup plus une atmosphère froide ou la grisaille et la pluie grondent presque à longueur d’année dans la majeure partie des régions. Même si, contrairement à beaucoup d’idées reçues, les panneaux solaires fonctionnent même par mauvais temps, c’est leur capacité qui diminue. Le véritable problème est autre que météorologique, il s’agit d’un problème technico-organisationnel. Il faut savoir que les nuits d’hiver en Allemagne sont rudes, tous les fours, les chauffages, les micro-ondes, les chaudières et autres appareils qui nécessitent de l’énergie consomment au même moment et consomment énormément. Donc le pic de consommation est au plus haut niveau … Mais dehors, les panneaux ne fonctionnent plus, il fait nuit et le soleil est absent. C’est ce qu’on appelle le problème de « l’intermittence », c’est-à-dire que c’est quand la population a le plus besoin d’électricité que les panneaux en produisent le moins. Résultat, des coupures d’électricité se produisent régulièrement (Plus de 162.000 coupures enregistrées dans tout le pays rien qu’en 2020). Pour relever le défi de l’« intermittence »l’Allemagne a eu besoin d’une énergie pilotable, plus stable, elle s’est donc retournée vers le charbon et le gaz, ce dernier étant massivement importé. En d’autres termes, on ne peut pas parler de réussite puisque l’Allemagne se voile la face en adoptant le photovoltaïque qui lui de par l’importation de tous ses composants est finalement aussi polluant (Depuis la Chine). Et pour faire face au problème de « l’intermittence » le pays s’est orienté vers le gaz et le charbon, les deux cumulant un très mauvais bilan carbone.
Un autre point à relever est le suivant : Ou l’Allemagne fabrique-t-elle ses panneaux ?
Actuellement c’est la Chine qui domine totalement le marché. Sur les 10 principaux fabricants, les 3 premiers sont chinois comme en témoigne ce tableau de classement des 10 premiers fabricants de cellules photovoltaïques au monde.
Alors oui, le fait que ça soit les chinois qui dominent massivement le marché a eu l’énorme avantage de faire chuter le prix des panneaux solaires depuis 10 ans mais de l’autre côté, ça oblige les pays, comme l’Allemagne, à les importer dans des conditions très peu écologique (pollution causée par les bateaux de transport, fuite de carburant et risque d’accident …)
En somme, l’Allemagne n’a pas réellement relevé le défi d’un pays « vert » mais le fait d’être les pionniers et les premiers à le faire (ou vouloir continuer à le faire) a permis de corriger énormément de défauts technique observés.
Les seules expériences solaires qui ont marché, c’est celles qui sont faites à l’échelle de petites communautés sans grosses usines et loin du rythme effréné des grandes villes.
La ville de Fujisawa par exemple elle, en partenariat avec le géant « Panasonic » prévoit de construire d’immenses lotissements totalement dépendants de l’énergie solaire.
Une autre solution qui peut s’avérer efficace est d’importer l’énergie solaire depuis l’étranger. Singapour par exemple afin d’atteindre son objectif de neutralité carbone, va faire construire l’un des plus grands parcs photovoltaïques au monde en… Australie à plus de 3750 km, vu que chez eux il n’y plus vraiment d’espace libre pour un projet de cette envergure.
Ça oblige de tirer un immense câble entre les deux pays, sans rappeler qu’il y aura beaucoup de « déperdition » en cours de route, donc, bonne ou mauvaise idée, c’est relativement compliqué d’y répondre.
Autre exemple de pays en voie de transition énergétique est celui de l’Algérie. Rappelons que dés 2011 un ambitieux programme de 22.000 MW en énergie renouvelable a été lancé pour être réalisé à l’horizon 2030. A ce jour, moins de 500 MW seulement ont été réalisés. Un nouveau projet d’envergure de 15.000 MW à de nouveau été décidé en 2020. Sa première tranche de 1000 MWc(Projet « Solar 1000 ») a fait l’objet d’un appel d’offre national et international en décembre 2021. Ce projet a une capacité photovoltaïque comprenant 5 lots de 50 à 300 MW répartis sur cinq wilayas, à savoir : Bechar, Ouargla, El Oued, Touggourt et Laghouat.
Le responsable de la société chargée de la préparation et le traitement de l’appel d’offres relatif à ce projet, a précisé que « C‘est la centrale de Beni Ounif à Béchar, d’une capacité de 50 MW, qui pourrait réussir à produire les premiers kilowattheures solaires du projet Solar 1000 MW, vers la fin de l’année 2023 ou au plus tard en début de 2024 »
Malheureusement le projet tarde et peine à voir le jour en raisons de plusieurs difficultés
Et si les panneaux solaires étaient polluants, sous une certaine perspective ?
La quasi-totalité des panneaux solaires sont à base de « silicium, d’aluminium, de cuivre, et de plastique ». Ça n’a pas toujours été le cas, il y a eu un moment ou des fabricants utilisaient des produits et des éléments cancérigènes dans certains panneaux qui, en cassant, finissaient par polluer les sols. Bien heureusement, des lois ont été adoptées et aujourd’hui on ne trouve « presque » plus aucun élément dangereux pour la santé de l’être humain ou la nature dans les panneaux solaires. Le « presque » dans la phrase précédente s’explique par le fait que le « silicium », l’ingrédient principal est fabriqué en … Chine (70% de la production mondiale). Or, la Chine est négligente en matière de protection de l’environnement, la fabrication de silicium pollue donc énormément, on parle de presque 9 millions de tonnes de charbon (bois et pur confondus) qui sont brûlés ou consommés afin de produire 7 millions de tonnes de silicium.
Fatalement, cela plombe pas mal le bilan carbone du solaire qui se hisse en 3ème place des énergies polluantes avec 41 grammes de CO2 par kilowattheure. A titre de comparaison, une centrale à charbon en émet 21x fois plus, le nucléaire et l’éolien3x fois moins
Source : Trash Vidéo
Deuxième problème du solaire, c’est celui de la « déforestation » dans certains pays. La France par exemple pourrait prévoir d’ici 2050 de construire plus de 1800 km² de photovoltaïque (Une surface presque autant que la wilaya d’Oran (2121 km²)) et il faudrait trouver l’espace pour aménager tous ces panneaux et leurs installations, le rasage de quelques forêts sera obligatoire, il n’y absolument aucune autre alternative que de remplacer les espaces verts par des infrastructures adaptées au solaire.
Troisième point, le « recyclage des matériaux » ! Personne n’en parle mais en 2045 commencera ce que l’on appelle la « grande vague des déchets solaires »,78 Millionsde tonnesde panneaux deviendront hors d’usage. Même si 94% des matériaux sont recyclables, l’humanité, tout au long de son histoire, à briller par sa négligence et donc ces94% de ces matériaux recyclables seront certainement jetés comme tout autre déchet. Malgré l’existence d’une loi qui oblige les fabricants à reprendre les panneaux en fin de vie de leurs clients pour les recycler, elle ne sera sûrement pas appliquée car techniquement et logistiquement assez compliquée. Et il n’y a pas que ça, les batteries sont aussi à recycler car au bout de 10 ans une batterie n’est plus optimale ou même fonctionnelle ceci dit, actuellement et avec le niveau technologique actuel « le recyclage des batteries » est le problème auquel nous n’avons toujours pas de solution.
Malgré tous ces problèmes, pourquoi le solaire est le sujet de tous les débats ?
Il faut savoir que, sans rentrer dans les théories du complot, le lobbying anti solaire est réel et très puissant aux Etats-Unis, mais sa position s’affaiblit de jour en jour permettant au solaire de triompher petit à petit. Cet affaiblissement est alimenté par des raisonspolitico-sociales. Si l’Europe pousse autant l’énergie solaire c’est parce que la majorité des gouvernements européens considèrent le solaire comme l’énergie du « libéralisme ». Car oui, seul un Etat peut construire un « barrage » ou une « centrale nucléaire » tandis que le solaire est ouvert à n’importe quel industriel. Quand des milliardaires comme « Elon Musk » ou « Warren Buffet » investissent dans cette énergie et quand « Daniel Křetínský » magnat de l’énergie fossile rachète le groupe « Le Monde » et le magazine « Marianne », il ne faut pas être dupe sur la capacité de ces gens à financer un lobbying « POUR » ou « CONTRE » cette énergie. Dans des pays comme les USA, la France ou encore l’Allemagne dans cette équation, « les politiques », les élus locaux sont généralement « pour » le solaire car il y a dans leurs communes un tissu de « PME » qui propose des services liés à l’énergie solaire (Installation, vente de panneaux etc.). C’est-à-dire des entreprises qui paient des impôts et des taxes, qui font rentrer de l’argent à la commune en question, et participent même au financement des campagnes électorales. Certains politiciens crient haut et fort sur tous les plateaux de télévisions que le solaire et l’éolien sont maintenant les énergies « les moins chères », or c’est … un tant soit peu exagéré, oui le prix du solaire chute car plus on produit moins ça coûte, sauf que le nucléaire ancien est en tête du classement des énergies les moins chères.
Source : Trash Vidéo
Dans le solaire justement on oublie dans les calculs qu’il faudra changer une grande partie de l’infrastructure électrique du pays qui n’est pas adapté à l’intermittence et la décentralisation, un point négligé qui coûterait des centaines de milliards de dollars et qui plomberait encore une fois le prix du solaire.
Quels sont les progrès technologiques que fera le solaire à l’avenir :
Les premiers panneaux solaires au « silicium » inventés en 1953 n’avaient que 6% de rendement, aujourd’hui ça a plus que triplé pour atteindre les 18% à 23%, mais malheureusement à l’avenir on sera toujours limité à ce chiffre de 33.7% par faute de « déperdition » et de technologie peu avancée.
D’autres technologies prometteuses comme les « cellules photovoltaïques à pérovskite » ou le « multicouche » sont malencontreusement trop toxique ou trop coûteuses à la fabrication. En réalité les plus gros progrès ne sont pas à faire sur les panneaux eux-mêmes mais sur ce qu’il y autour, pourquoi ? D’abord parce que le « solaire » n’est pas QUE photovoltaïque, il existe par exemple le solaire « thermique »(Voir schéma ci-dessous) c’est-à-dire mettre plein de miroirs qui concentrent les rayons solaires vers une tour qui contient du sel fondu (CSP : Concentrated Solar Power). Ce procédé est mieux que le photovoltaïque classique car le rendement passe de 20% à 35%. En plus le sel fondu reste chaud même la nuit, ce qui règlera partiellement le problème de « l’intermittence » évoqué plus haut.
A titre d’exemple, au Maroc ils ont installé un demi-million de miroirs(500.000) qui produisent assez d’électricité pour 600.000 personnes.
D’autres exemples, la plus grande installation de ce genre se trouve à « Ivanpah » aux États-Unis. Assez impressionnante, elle s’étale sur 14 Km² et elle permet la production de 1079 GWh
Sauf que même pour cette technologie il y a des défauts majeurs. Ce concentré de rayonnement solaire et cette brillance si lumineuse en plein jour, vous imaginez bien qu’il ne faut pas trop s’en approcher. Un rayon d’air si brulant se dégage de ces installations qu’il tue plusieurs milliers d’oiseaux chaque année qui passent au-dessus, il empêcherait même la reproduction de quelques animaux car oui la chaleur provoquée est systématiquement transmise aux alentours et en profondeur de la terre. Dernier point dangereux, les incendies, il arrive que ces rayonnements-là soient déviés pouvant provoquer des incendies à des kilomètres à la ronde.
Malgré ça, le géant de l’électricité français « EDF » tient à lancer au Maroc le projet « Midelt », une centrale solaire « hybride », elle sera « photovoltaïque-thermodynamique », une première mondiale.
Le deuxième progrès qu’il y a à faire concerne les « technologies de stockage ». Il faut savoir que les batteries « lithium-ion » utilisées dans le solaire ne sont pas vraiment « LA » bonne ou la meilleure solution. L’extraction des composants de ces batteries consomme énormément d’énergie et cela produit énormément de pollution. Il y a aussi la « durée de vie » de ces batteries mais aussi le problème d’épuisement des ressources en lithium et enfin la dangerosité accrue des batteries lithium-ion(risque d’explosion, risque de surchauffe et d’incendie, toxicité des composants …). Il faut donc changer de technologie et les scientifiques proposent plusieurs pistes : Déjà ils proposent une nouvelle génération de batteries avec d’autres éléments comme le « Zinc Bromine » le « Sodium-ion » ou le « Lithium-souffre » largement moins toxiques en espérant que ça marche bien évidemment car il manque énormément de recul à ce niveau.
Les scientifiques proposent aussi un système de « Pompage-Turbinage », une technique de stockage de l’énergie électrique qui consiste à remonter de l’eau d’un cours d’eau ou d’un bassin, pour la stocker dans des bassins d’accumulation, lorsque la production d’électricité est supérieure à la demande — c’est le pompage —, puis de turbiner l’eau ainsi mise en réserve pour produire de l’énergie électrique lorsque la demande est forte — c’est le turbinage —. Elle participe à l’ajustement entre l’offre d’électricité et la demande.
Et enfin, ce qui fait le plus fantasmer le monde de l’énergie, le « stockage à l’hydrogène ». Actuellement, le transport de l’électricité directement depuis une centrale nucléaire à une maison n’est pas assez bien optimisé, voilà pourquoi certains veulent se servir de l’électricité non pas pour l’envoyer dans des fils électriques mais pour fabriquer sur place de l’hydrogène. La seule chose dont on a besoin, c’est de l’eau. C’est pour cette raison que certains rêvent de l’hydrogène comme le futur pétrole qu’on utiliserait partout comme par exemple pour chauffer son chez-soi ou faire rouler sa voiture. Sauf que … L’hydrogène est le plus petit atome de l’univers, et ça se faufile partout, et s’il y a une fuite c’est l’explosion, un risque mortel qu’il ne faut certainement pas négliger.
Ce qui est optimiste sur le futur du solaire c’est sa disponibilité. Car l’avantage de cette énergie est qu’elle est partout sur la terre mais en plus de cela cette énergie est « souple » on peut la placer ou on veut. On peut faire des routes solaires, des fenêtres équipées de panneaux solaires transparents, des panneaux souples qu’on pourrait mettre sur des stores des magasins ou sur les parasols des terrasses, on peut équiper les toits et les capots des voitures de panneaux solaires, des poteaux en panneaux solaires etc. Même si cette technologie n’est pas réellement au point néanmoins elle reste prometteuse et demeure une très bonne alternative pour demain. Ce qu’il faut c’est ré-imaginer le monde depuis zéro pour ré-conceptualiser ses infrastructures, car il faudrait reconstruire des villes ou toutes les interactions seraient adaptées à l’usage du solaire.
Le solaire, énergie du futur ?
Si les énergies fossiles s’épuisent de plus en plus vite à cause de l’industrialisation et de la surconsommation ainsi que l’explosion démographique, l’énergie solaire elle, est une énergie « illimité » car oui, âgé de 4.6 milliards d’années le soleil devrait briller encore 5 milliards d’années selon la « Nasa ». L’humanité devra, un jour ou l’autre, apprendre à dompter cette énergie quoi qu’il arrive. Par exemple avec les « Sphères de Dyson » où le principe serait de mettre en orbite des milliers ou des millions de panneaux qui nous permettrait de récupérer directement l’énergie à sa source. Ou pense à la conquête d’une planète comme « Mercure » où on pourrait rendre certains cratères habitables et autonomes grâce à l’énergie produite des panneaux solaires en surface. Disons-le clairement, sans solaire il n’y aurait pas d’ISS (Station Spatiale Internationale), de photosynthèse, pas de satellite et pas de conquête spatiale. Pas d’avenir ni de vie sur terre non plus car viendra un jour ou lepétrole, le gaz et l’uranium manqueront indéniablement (quoi que pour l’uranium ça sera dans un peu plus longtemps). Ainsi, le soleil, l’eau et le vent seront notre seul ressource ou source d’énergie si toutefois les projets de « fusion nucléaire » venaient à échouer.
Alors OUI il faudrait investir massivement dans cette énergie mais en priorité dans la recherche, dans le remplacement des énergies fossiles et dans l’évolution des infrastructures qui sera de toute façon un jour nécessaire. Face à l’urgence climatique on peut déjà travailler avec ce qu’il y a comme technologie actuelle de manière intelligente en attendant de trouver de meilleures solutions.
Source : https://www.energymagazinedz.com/?p=1811
