L’énergie solaire, à l’origine de tout

Le soleil est presque notre unique pourvoyeur d’énergie sur terre depuis que la vie s’y développe. Il est l’un des moteurs du cycle de l’eau, ô combien vital !, mais aussi du déplacement des masses d’air. Et loin d’être un détail, il est à la base de la vie sur terre en entrant dans toutes les chaînes alimentaires grâce aux plantes qui utilisent sa lumière pour convertir les minéraux en aliments et en oxygène… Aujourd’hui, il nous chauffe, nous éclaire… Mais ce formidable « moteur » naturel est aussi à l’origine des masses d’eau qui activent nos hydroliennes et des vents puissants qui font tourner nos éoliennes. L’énergie solaire est l’énergie la plus répandue et la plus répartie dans le monde.

L’énergie solaire : une source infinie

En une année, l’humanité entière consomme 10 milliards de tonnes équivalents pétrole (tep). Cette quantité représente moins de 3 % de ce que le soleil nous envoie gratuitement chaque jour.

Cette énergie est renouvelable tant que le soleil brillera, soit encore 4,5 milliards d’années. Et autre avantage, son utilisation ne rejette pas de gaz à effet de serre.

La cadette de la bande

Les panneaux solaires font de plus en plus partie de nos paysages et sont désormais un incontournable de la transition énergétique engagée par de nombreux États. Nous serions d’ailleurs tentés de croire qu’elle est l’une des principales énergies renouvelables utilisées au quotidien.

Les énergies renouvelables en France représentent 20 % de la production électrique du pays. L’énergie solaire photovoltaïque, elle, ne représente que 2,4 % de la part d’énergies renouvelables en France, qui se place en dixième position des pays producteurs d’énergie solaire. La proportion d’énergies renouvelables installées dans le monde (25 %) et de solaires (2,2 % de ces 25 %) est à peu près similaire.

En France, ces 2,4 % représentent un peu plus de 10 000 mégawatts d’énergie solaire photovoltaïque en 2021. C’est 3 fois moins que l’éolien et 5 fois moins que l’énergie hydrolienne. On distingue en effet trois manières d’exploiter l’énergie solaire : thermique, photovoltaïque et thermique à concentration.

Un gisement solaire hors du commun

La France bénéficie pourtant d’un taux d’ensoleillement extrêmement favorable au développement de l’énergie solaire. Selon l’ADEME, le potentiel solaire « sur toitures » est de plus de 360 gigawatts, soit 3 fois plus que l’ensemble de la production annuelle française qui était de plus de 130 gigawatts en 2018. Et c’est sans parler du potentiel solaire au sol, estimé à plus de 770 gigawatts.

Comment utilise-t-on l’énergie du soleil pour nous chauffer ou produire de l’électricité ?

Il existe aujourd’hui plusieurs technologies qui permettent « d’imiter » ce que font les plantes et de transformer la lumière et/ou la chaleur du soleil en énergie. Eh oui ! car la première chose à savoir est que ce n’est pas uniquement la chaleur du soleil qui est utilisée, mais aussi sa lumière, et plus exactement, les photons qui la composent.

Peut-on produire de l’énergie solaire par temps nuageux ?

Une idée reçue assez répandue est que nuages et énergie solaire ne font pas bon ménage. Est-ce vrai ? Oui et non. Tout dépend en réalité de la technique utilisée.

Les systèmes à concentration nécessitent un rayonnement direct (sans nuages) pour capter les rayons UV du soleil (four solaire, centrales solaires…). Le rayonnement diffus quant à lui est exploitable, quelle que soit la météo : les rayons du soleil traversent les nuages et apportent quoi qu’il en soit de la lumière, donc des photons, qui peuvent alors être captés par les systèmes sans concentration. Enfin, le rayonnement global est la somme du rayonnement direct et du rayonnement diffus : c’est ce dernier qui est utilisé pour le fonctionnement des panneaux solaires thermiques et photovoltaïques.

Les modules photovoltaïques

La production solaire dite photovoltaïque est certainement la plus connue. Les photons de la lumière du soleil sont captés par un assemblage de cellules photovoltaïques en silicium.

L’électricité est faite de déplacement d’électrons. Pour obtenir ce déplacement d’électrons dans la cellule, sa couche supérieure est dopée au phosphore (qui possède un électron de plus que le silicium). Une grille la sépare de la couche inférieure qui est dopée au bore (qui possède un atome de moins). Lorsque la lumière arrive sur les cellules, elle apporte de l’énergie sous forme de photons. Le silicium absorbe ces photons, créant des charges électriques. Puis le déplacement des électrons du phosphore au bore crée un courant électrique qui est capté par une grille en métal.

Les centrales solaires

Deux types de centrales solaires permettent de produire de l’électricité à plus ou moins grande échelle.

Les centrales solaires photovoltaïques

Elles sont composées de panneaux photovoltaïques. La technique utilisée est la même que celle utilisée sur le toit des bâtiments, mais à plus grande échelle. La plus grande centrale solaire photovoltaïque de France est celle de Cestas, en Gironde : elle est composée de plus d’un million de panneaux solaires !

Ce type de centrale préfère les régions qui proposent un taux d’ensoleillement important. C’est pourquoi 80 % de la production française est concentrée sur 3 régions situées au sud du pays (Nouvelle-Aquitaine, PACA et Occitanie). Cependant, le potentiel inexploité est encore important, car les régions qui présentent un taux d’ensoleillement parmi les plus importants sont l’Auvergne, le Languedoc ou encore la Corse !

Les centrales solaires thermodynamiques

Celles-ci utilisent des miroirs et des paraboles qui concentrent la lumière solaire, ce qui crée de très hautes températures. Ceci permet d’obtenir de la vapeur d’eau dont la pression actionne des turbines. C’est la mise en action de ces turbines qui crée de l’électricité.

L’avantage de la production solaire thermodynamique est qu’elle offre la possibilité de stocker une partie de l’énergie sous forme de chaleur et de continuer à obtenir de l’électricité une fois la nuit tombée. Elle n’est cependant pas encore exploitée de manière industrialisée et reste marginale en France. On peut toutefois mentionner le projet ELLO, dans le sud de la France, qui alimente 6 000 foyers en énergie depuis 2019.

Du solaire partout et pour tous ?

Les panneaux solaires photovoltaïques

Plus de 20 000 foyers français ont déjà fait le choix d’équiper leur habitation de panneaux solaires. Cet engouement répond à la fois à un désir d’autonomie grandissant, à l’augmentation des prix de l’énergie et à la volonté de produire et d’utiliser une énergie moins polluante, même si sur ce point, de nombreux efforts restent à faire. La technologie est la même que celle utilisée par les centrales photovoltaïques, à la différence près que l’énergie obtenue est stockée sur batteries.

L’énergie solaire thermique

Cette dernière utilise la chaleur du rayonnement solaire. Les photons sont absorbés par des capteurs thermiques, transformés en chaleur, puis transmis à un gaz caloporteur qui transporte et stocke la chaleur obtenue vers un réservoir.

Cette technologie solaire est surtout utilisée pour les bâtiments individuels ou collectifs, afin d’alimenter directement les systèmes de chauffage, de chauffe-eau, de cuisinière, etc. Elle peut aussi alimenter indirectement des systèmes de dessalement d’eau de mer.

Le solaire flottant

L’installation de panneaux solaires sur des centaines de mètres de terrains ne va pas sans créer des conflits : en effet, ces terrains pourraient également servir à l’élevage, l’agriculture ou encore la construction immobilière.

C’est pourquoi les entreprises du solaire ont développé des structures photovoltaïques à placer sur des espaces aquatiques industriels, pollués ou des lacs de carrière. Ces endroits n’étant convoités par personne et n’ayant pas de vocation patrimoniale ou naturelle, leur exploitation limite les risques de conflits et de gênes pour d’autres exploitants potentiels. À travers le monde, le potentiel solaire flottant est de 400 gigawatts ! En France, un premier parc de 17 000 panneaux flottants est installé dans le Vaucluse. 80 % des centrales flottantes sont cependant installées au Japon.

Ces installations sur l’eau en plein essor présentent a priori d’autres avantages : le refroidissement des câbles par l’eau limite les pertes d’électricités liés à la surchauffe, l’ombre fournie limite la prolifération des algues et la présence des installations limite les vagues, ce qui restreint l’érosion des côtes du plan d’eau.