Énergie solaire
L'énergie solaire est l'énergie du Soleil par son
rayonnement, directement ou de manière diffuse à
travers l'atmosphère.
Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du
cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse
créée par le règne
végétal, dont dépend le
règne animal via les chaines alimentaires.
L'énergie solaire est donc à l'origine de toutes
les énergies sur Terre à l'exception de
l'énergie nucléaire, de la géothermie
et de l'énergie marémotrice.
L'homme utilise l'énergie solaire pour la transformer en
d'autres formes d'énergie : énergie alimentaire,
énergie cinétique, énergie thermique,
électricité ou biomasse. Par extension,
l'expression « énergie solaire » est
souvent employée pour désigner
l'électricité ou l'énergie thermique
obtenue à partir de cette dernière.
Dans l'espace, l'énergie des photons peut être
utilisée, par exemple pour propulser une voile solaire.
La ressource solaire
L'énergie solaire provient de la fusion nucléaire
qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage dans le
système solaire et dans l'Univers sous la forme d'un
rayonnement électromagnétique — de
photons.
L'énergie solaire reçue en un point du globe
dépend de :
* l'énergie solaire
envoyée par le Soleil (fluctuations décennales,
saisonnières, et ponctuelles).
* la nébulosité
(nuages, brouillards, etc.), qui est importante à
l'équateur et plus faible en milieu intertropical.
* la latitude, la saison et l'heure, qui
influent sur la hauteur du soleil et donc l'énergie par
unité de surface au sol, ainsi que sur la
nébulosité en fonction du climat local.
Globalement la terre reçoit en permanence une puissance de
170 millions de gigawatt, dont elle absorbe 122 et
réfléchi le reste. L'énergie
absorbée est donc 3 850 zettajoules (1021 joules, ZJ) ; par
comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ , le vent
contient 2,2 ZJ, et l'ensemble des usages humains de
l'énergie, 0,5 ZJ dont 0,06 ZJ sous forme
d'électricité
Centrale solaire
en Californie
Les zones désertiques, où la
nébulosité est faible et qui sont
situées sous des latitudes proches de l'équateur,
sont les plus favorables à l'énergie solaire.
Celles qui sont relativement proche de zones de consommation
importantes dans les pays développés disposant de
la technique sophistiquée requise pour capter
l'énergie solaire voient des réalisations de plus
en plus importantes, comme le désert des Mojaves
(Californie) où se trouve une centrale solaire d'une
puissance totale de 354 MW.
Techniques pour capter l'énergie solaire
Les techniques pour capter directement une partie de cette
énergie sont disponibles et sont constamment
améliorées. On peut distinguer le solaire passif,
le solaire photovoltaïque et le solaire thermique :
Énergie solaire passive
La plus ancienne et certainement la plus importante, quoique
discrète, utilisation de l'énergie solaire
consiste à bénéficier de l'apport
direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire
l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment
bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit
tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception
architecturale (façades doubles, orientation vers le sud,
surfaces vitrées, etc.). L'isolation thermique joue un
rôle important pour optimiser la proportion de l'apport
solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un
bâtiment.
Dans une maison solaire passive, l'apport solaire passif permet de
faire des économies d'énergie importantes.
Dans les bâtiments dont la conception est dite bioclimatique,
l'énergie solaire passive permet aussi de chauffer tout ou
partie d'un bâtiment pour un coût proportionnel
quasi nul.
Énergie solaire thermique
L'énergie solaire thermique consiste à utiliser
la chaleur du rayonnement solaire. Ce rayonnement se décline
de différentes façons :
* en usage direct de la chaleur :
chauffe-eau et chauffages solaires, cuisinières et
sécheuses solaires ;
* en usage indirect, la chaleur servant
pour un autre usage : rafraichissement solaire, centrales solaires
thermodynamiques.
Énergie solaire thermodynamique : Le four solaire
d'Odeillo.
Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le
solaire thermique pour produire de l'électricité,
sur le même principe qu'une centrale électrique
classique (production de vapeur à haute pression qui est
ensuite turbinée), ou éventuellement directement
du travail mécanique (le terme solaire mécanique
est alors employé).
Énergie solaire photovoltaïque
Une laverie automatique fonctionnant grâce à
l'énergie solaire.
Le terme photovoltaïque peut désigner le
phénomène physique ('effet
photovoltaïque découvert par Alexandre Edmont
Becquerel en 1839), ou la technologie associée.
L'énergie solaire photovoltaïque est
l'électricité produite par transformation d'une
partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque.
Plusieurs cellules sont reliées entre elles sur un module
solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont
regroupés pour former une installation solaire chez un
particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque.
L'installation solaire peut alimenter un besoin sur place (en
association avec un moyen de stockage) ou être
injectée, après transformation en courant
alternatif, dans un réseau de distribution
électrique (le stockage n'étant alors pas
nécessaire).
Plus médiatique et plus prometteuse qu'actuelle, cette forme
d'énergie reste aujourd'hui quantitativement
négligeable ; on lui prédit néanmoins
un grand avenir grâce au progrès qu'on en attend
(le coût en devrait fortement baisser dans les
années à venir), à sa
simplicité et sa polyvalence : sans entretien et durable,
pouvant fonctionner avec ou sans réseau, elle peut
répondre aux besoins en énergie
électrique d'une maison (capteurs sur le toit) ou d'une
industrie, contrairement aux autres forme d'énergie solaire
qui ne produise que de la chaleur.
Aspect économique de l'énergie
solaire
Sur le long terme, les prix du charbon, du gaz et du pétrole
augmentent avec l'épuisement de la ressource. Le solaire
apporte une source inépuisable d'énergie et la
commission européenne pour les énergies
renouvelables prévoit que l'énergie solaire
représentera une part de 20 % dans les énergies
renouvelables, celles-ci devant apporter 20 % de l'énergie
en 2020 et 50 % en 2040.
Les systèmes de production d'énergie solaire ont
un coût proportionnel quasi nul : il n'y a pas de
combustible, seulement des frais (entretien, gardiennage, ...) qui
dépendent très peu de la production. Il faut
cependant tenir compte des coûts d'investissement, beaucoup
plus élevés que pour les technologies fossiles ou
les autres renouvelables (éolien, hydraulique,...).
L'usage de capteurs thermiques permet de produire de l'eau chaude
sanitaire à faible coût. Une fois l'installation
réalisée, l'entretien est très peu
coûteux et permet de faire des économies
substantielles de combustible fossile ou
d'électricité.
En revanche, pour la production d'électricité, le
coût de l'installation est important (pour le solaire
thermodynamique) ou très élevé (pour
le photovoltaïque), et ces techniques ne sont pas encore
mature pour une généralisation. De nombreux pays
ont donc mis en place des systèmes d'incitation
financière (sous forme de détaxation, de
subventions, ou de tarifs avantageux pour le rachat de
l'énergie produite).
L'usage de système de production d'énergie
solaire se justifie aussi dans les situations où il est
très coûteux de transporter des combustibles
(fossiles) ou de procéder à un raccordement au
réseau électrique, comme pour des appareils
isolés (balises marines, horodateurs), ou dans des zones
isolées ou peu peuplées. En France,
l'électrification de nombreux refuges en montagne et de
villages isolés en Guyane a été
réalisée par un champ solaire
photovoltaïque, parfois couplé à un
groupe électrogène d'appoint.
En dépit de sa profusion, et à cause de ses
coûts d'investissements trop lourds,
l’énergie solaire est aujourd’hui une
énergie non compétitive, sauf situations
particulières, qui ne se développe que
grâce aux aides d'état. Cependant, il serait
très imprudent d'attendre sans rien faire les effets du pic
de production du pétrole sur le prix (économique
et politique) des énergies fossiles, ou ceux des
éventuels changements climatiques dus à leur
combustion (effet de serre) : le jour où ces
phénomènes se manifesteront, il sera trop tard
pour réagir. Cela justifie un soutien de la part des
états pour cette technique qui a un grand potentiel de
réduction de prix, passant notamment par une augmentation de
la production.
Historique de l'énergie solaire
Augustin Mouchot commence à s'intéresser
à l'énergie solaire en 1860. En 1873, une
subvention du conseil général de Tours lui permet
de construire un four solaire de 4 m2 qu'il présente
à l'Académie des sciences en octobre 1875. En
1877, une subvention du conseil général d'Alger
lui permet de construire sur le même principe un «
grand appareil de 20 m2 » qui reçoit une
Médaille d'Or à l'Exposition universelle de 1878.
En août 1882, lors de la Fête de l'Union
française de la jeunesse, Abel Pifre utilise un
récepteur solaire d'Augustin Mouchot pour actionner une
machine à vapeur qui lui permet de tirer un journal.
Énergie solaire dans le présent et le
futur
Le solaire est-il l'énergie de demain ?
Chargeurs de batteries, ventilateurs, lampes de jardin, pompes
hydrauliques... Aujourd'hui, tout ou presque peut fonctionner
à l'énergie solaire. On peut désormais
emporter dans son sac un GPS équipé d'un chargeur
solaire, et des panneaux photovoltaïques apparaissent sur tous
les toits. Indispensable à la vie sur Terre, le Soleil peut
nous rendre de nombreux autres services : chauffer nos habitations,
alimenter en énergie les lieux les plus reculés.
Dans le monde, des projets de centrales électriques voient
le jour presque partout, basés sur un immense potentiel :
« 5 % de la surface des déserts permettrait de
produire toute l'électricité de la
planète », affirment Patrick Jourde et Jean-Claude
Muller, chercheurs au Commissariat de l'énergie atomique
(CEA) et au CNRS.
Il existe également des moyens de transports individuels, du
vélo à assistance électrique
à la voiture électrique, en passant par le
scooter et la moto électrique, pour des puissances de 500 W
à 45 kW (60 cv) et plus même voiture
électrique, qui peuvent être rechargés
avec une production individuelle (dans les bonnes conditions
climatiques).
Le boom des objets solaires
Il y a une vingtaine d'années apparaissait la calculatrice
de poche solaire. Quelques cellules photovoltaïques y
remplaçaient avantageusement les piles
électriques, toxiques pour l'environnement. Aujourd'hui, des
magasins dédiés à
l'écologie, mais aussi des enseignes plus grand public,
proposent de nombreux objets fonctionnant à
l'énergie solaire : torches, lampes de jardin,
radioréveils, mobiles animés, montres... Preuve
que l'énergie solaire séduit les consommateurs
par l'image "verte" qu'elle véhicule. Son autre atout est
son côté nomade : des chargeurs solaires
permettent désormais d'alimenter en
électricité, où que l'on se trouve, un
téléphone mobile, un GPS ou un ordinateur
portable. Pour les voyageurs au long cours, il existe même
des sacs à dos équipés de capteurs
solaires. Certains imaginent des vêtements
également dotés de cellules
photovoltaïques, pour y brancher directement son baladeur MP3.
La percée des centrales thermiques
Le principe de l'énergie électrique thermique est
de concentrer les rayons du Soleil, à l'aide de miroirs
paraboliques, vers des tubes contenant un fluide conducteur de chaleur.
Lorsque celui-ci s'échauffe, il produit de la chaleur qui
actionne des turbines générant de
l'électricité. Certains États,
l'Espagne en tête, misent sur cette technologie
plutôt que sur le photovoltaïque, dont le
coût de production s'avère plus
élevé en raison du prix du silicium des cellules
photoélectriques.
L'Espagne possède ainsi depuis 2005 la plus grosse centrale
solaire thermique d'Europe, d'une puissance de 100 MW. Quelques 400 000
miroirs, soit une superficie de 1,1 million de mètres
carrés, recueilleront l'énergie du Soleil.
Des panneaux sur les toits
Les panneaux photovoltaïques convertissent la
lumière du soleil en électricité. En
France ou en Belgique, grâce aux aides fiscales de
l'État, les particuliers sont de plus en plus nombreux
à s'en équiper. L'énergie non
consommée par le foyer est
récupérée en France par EDF, tenue
depuis 2002 de racheter l'électricité d'origine
renouvelable produite par les particuliers ou les
collectivités. En 2004-2005, l'énergie solaire
captée sur les toits par des cellules
photovoltaïques représentait 950 000
mégawatts dans tout le pays. En 2004, 14 000
mégawatts photovoltaïques ont
été vendus aux États-Unis.
Du photovoltaïque à grande
échelle
La centrale photovoltaïque la plus puissante au monde (350 000
panneaux solaires sur 114 ha) est en cours de construction au Portugal.
Avec Chambéry, inaugurée en 2005, et la
Réunion, en 2006, la Centrale Saint-Charles de Perpignan en
2010 produira 10 120 Mw/an, avec 80 000 m2 de panneaux
photovoltaïques. La Suisse s'est elle aussi lancée
dans la course au solaire et, en Allemagne, les 57 000 panneaux du
Bavaria solarpark fonctionnent depuis 2005. L'entreprise Florida Power
& Light a annoncé l'ouverture pour 2010 d'une
centrale solaire de 180 000 miroirs. Elle se situera sur la
côte orientale, au nord du comté de Palm Beach et
s'étendra sur plus de 200 hectares.
Les projets des tours solaires
Dans une tour solaire, un vaste collecteur solaire en verre chauffe
l'air ambiant, qui, en montant à grande vitesse dans la
tour, actionne des turbines générant de
l'électricité. Un premier prototype a
été mis en service en 1982 à
Manzanares en Espagne et envisage la construction d'une tour solaire de
750 m de hauteur, capable d'alimenter 120 000 foyers. L'Australie a
étudié la possibilité de construire
une tour de près de 1 000 m de hauteur qui devrait fournir
l'équivalent de la consommation de 200 000 foyers.
De l'énergie n'importe où
Lampadaire solaire à Elinkine, un village de Casamance
(Sénégal).
Dans les pays du Sud, où l'ensoleillement est souvent (pas
toujours !) très important, le solaire peut fournir aux
régions rurales et urbaines une énergie
décentralisée pour les éclairages,
réfrigérateurs, pompes hydrauliques,
installations de télécommunication, etc. Soutenus
par des ONG, des projets d'électrification de villages sont
en cours dans de nombreux pays d'Afrique et d'Amérique du
Sud.
Chiffres
* Chaque année la terre
reçoit du soleil 8380 fois la quantité
d'énergie dépensée annuellement par
l'humanité (11 milliards de tep)
* La France reçoit 200 fois
sa consommation annuelle en énergie (250 Mtep)
* Le parc photovoltaïque
mondial représente 15GW, en augmentation de 66% depuis 2007
; l'énergie ainsi produite est d'environ 15 TWh, soit 1/1000
de l'ensemble de l'électricité produite en 2005
(54 1015 joules contre 60 1018 joules)