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solaire

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La conversion de l’énergie solaire fait partie des pistes totalement renouvelables les plus réalistes. En un an, l’énergie solaire arrivant sur Terre est supérieure au total des énergies fossiles connues : 62 000 Gtep sont absorbés par la planète, soit 10 000 fois les besoins mondiaux ! Théoriquement, il suffirait en France de couvrir le côté sud des toits en modules photovoltaïques pour produire les 550 sûreté électriques nécessaires au pays chaque année. Mais avant cela, il reste des efforts R&D à faire. (Note : la photosynthèse est traitée avec les Bioénergies).

Le Solaire Thermique

Le marché mondial du solaire thermique est en train de se développer, avec 1.6 TW utilisés pour le chauffage, 0.3 TW pour la production d’eau chaude et 1.3 TW d’autres procédés de chauffage (séchage solaire de récoltes: ≈ 0.05 TW). Le principal inconvénient est la discordance temporelle entre la source et les besoins. Cependant le stockage se fait relativement bien pour les ballons d’eau chaude, la technologie est déjà connue. La production d’eau chaude (50 à 100 °C) par capteurs plans à circulation d’eau est déjà bien employée dans certains pays pour le chauffage des habitations, la production d’eau chaude domestique ou le chauffage des piscines. Les surfaces installées sont de l’ordre de 700 000 m² en France et 13 000 000 m² en Europe. Grâce au soutien des pouvoirs publics, ce procédé peut être assez rentable (amortissement entre 3 et 10 ans) et pourrait être augmenté d’un bon facteur 10 en France. En Europe, elle pourrait à terme fournir jusqu’à 1/3 de l’eau chaude, notamment en favorisant son utilisation sur les bâtiments et jusque dans les usines. Les barrières sont plus sociales et « d’effet de mode » que technologiques : il s’agit essentiellement de plomberie, de pompes, de capteurs et de lutte contre la corrosion. Les perspectives de développement sont donc excellentes, cette forme de conversion d’énergie attend seulement qu’on l’installe à grande échelle.



Le Solaire ElectroThermique

Le Solaire Haute Température a un potentiel de compétition avec l’énergie fossile à long terme, mais nécessite de grandes surfaces et de forts investissements financiers initiaux. Pour exemple, l’usine solaire des Pyrénées produit actuellement l’électricité solaire la moins chère ($0.12-0.18/kWh). Les installations courantes vont du kW au MW.

Il s’agit de vaporiser de l’eau vers des turbines, comme dans n’importe quelle centrale thermique ou REP nucléaires. Ici on utilise d’immenses miroirs (~10 m²) pour réfléchir le soleil sur des tuyaux d’eau. Les perspectives de développement concernent donc deux domaines : l’optimisation des miroirs (asservissement en position, taille, etc.), et rendement de conversion au niveau des turbines. D’autres idées en développement proposent d’utiliser d’abord un gaz pour préchauffer l’eau. Cependant, il reste le problème de l’intermittence, qui pourrait être pallié par l’emploi de super-batteries comme la pile à combustible. Quoiqu’il en soit, le recours à ce type de conversion de l’énergie solaire étant lourd, son développement coïncidera avec la fin du pétrole low cost, vers les années 2020-2030.


Le Photovoltaïque

Le principal obstacle à l’utilisation à court terme des dispositifs photovoltaïques n’est pas, à proprement parler, de nature technique ou scientifique, mais d’origine économique. La haute technicité de ces dispositifs impose un prix de revient le plus élevé des technologies actuelles de conversion d’énergie. Le prix du kWhe (~4 €/kWh) est 5 à 10 fois plus élevé que celui produit par les sources d’énergie conventionnelles (~0,3-0,5 €/kWh). En particulier, les rendements de conversion sont très faibles, de 10 à 25 % pour les plus chères. Cependant les perspectives sont très encourageantes. Premièrement, la puissance cumulée installée est en croissance exponentielle, favorisant une production de masse plus rentable. Deuxièmement, on prévoit d’atteindre le seuil de compétitivité par rapport aux autres sources d’énergie aux environs 2010 – 2020 suivants les pays. Son utilisation à grande échelle devrait « exploser » vers 2020, une fois passés les barrières technologiques énoncées après. La Recherche est orientée selon trois voies principales :

  • La structure cristalline ou amorphe du matériau photovoltaïque. Le Silicium hautement cristallin est pour l’instant le plus rentable en terme de conversion, mais son coût est prohibitif à grande échelle, et limite la plasticité des matériaux ;

  • La technologie des couches minces est également très étudiée, en particulier l’idée de superposer trois couches de matériau, afin d’augmenter la puissance et la gamme spectrale absorbée et convertie. En plus on réduit la quantité de matériau nécessaire ;

  • L’utilisation de matériaux organiques affranchirait du problème de la recyclabilité des cellules. On est ainsi en train de mettre au point des polymères et des résines photovoltaïques (photo ci-contre : flexible oxide cells, rendement 11%).

Les applications industrielles ont elles aussi de belles perspectives, entre le couplage avec des batteries et l’intégration croissante dans les bâtiments, bords d’autoroutes, etc., mais aussi dans les zones rurales, les pays en voie de développement, etc. Par contre les applications aux véhicules sont pour l’instant trop peu efficaces pour assurer l’autonomie de voitures normales, mais suffisantes pour assurer des applications électriques des véhicules.


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