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L’énergie solaire est parmi les principaux facteurs de viabilité de la Terre. C’est grâce au rayonnement solaire reçu par la terre, que la pérennité des espèces végétaux et animaux est assurée en étant, par exemple, utilisée par les plantes, bases de la chaîne alimentaire, pour la photosynthèse. L’homme a toujours eu un rapport pratique avec le soleil en l’utilisant comme moyen de chauffage passif. L’exploitation de l’énergie solaire est devenue l’enjeu majeur de ce nouveau siècle avec la rareté progressive des ressources fossiles et le réchauffement climatique. Petite revue historique et topo actuel de la filière solaire en France et dans le monde.
Qu’est ce que l’énergie solaire?
Le rayonnement électromagnétique de particules solaires appelés photons est le vecteur de l’énergie solaire. Le rayonnement solaire est issu de la fusion nucléaire ininterrompue à l’intérieur du soleil. Les signes visibles de cette activité solaire sont les éruptions incandescentes que l’on peut observer à la surface du soleil.
Le rayonnement solaire
La planète terre reçoit 170 000 000 gigawatt de rayonnement et en absorbe 122 000 000 gigawatt. C’est dire l’énorme potentiel que le soleil offre en matière d’exploitation énergétique. La quantité de rayons solaires reçue sur un point donné du globe terrestre est fonction de :
- l’intensité de l’activité solaire, l’énergie produite par la fusion nucléaire peut varier
- le climat, l’heure et les coordonnées terrestre du site : la nébulosité pouvant influer sur la quantité de lumière, l’inclinaison de la terre, les saisons, la position du soleil à telle ou telle heure…
L’énergie solaire à travers l’histoire
Quelques dates marquantes dans l’exploitation de l’énergie solaire par l’homme :
- 1615 : apparition de la première pompe solaire grâce à Salomon de Caus
- 1747 : première expérimentation d’un miroir de concentration solaire par Georges-Louis de Buffon
- Vers la fin du XVIIIe siècle : Antoine Lavoisier arrive à fabriquer un four solaire avec une température de 1800°C
- 1839, découverte de l’effet photovoltaïque par Edmond Becquerel
- 1913, dépôt du premier brevet sur une cellule solaire par William Coblentz
- 1916 : première expérience réussie de production d’électricité photovoltaïque avec Robert Milikan
- 1954 : fabrication du premier panneau solaire photovoltaïque par BELL
- 1958 : lancement du premier satellite équipé de panneaux solaires photovoltaïques
- 1973 : construction de la première maison alimentée par des panneaux solaires photovoltaïques
- 1983 : alimentation d’une voiture par de l’électricité photovoltaïque
- Depuis les années 90 : applications des panneaux solaires sur toiture
L’utilisation de l’énergie solaire
L’énergie solaire passive
Depuis les temps anciens, l’homme a cherché à profiter au maximum de l’énergie solaire. Sans être dotés des moyens technologiques d’aujourd’hui, les hommes de l’époque ont utilisé ce que l’on appelle de nos jours l’énergie solaire passive. Cela consiste en la construction et l’orientation de l’habitation pour profiter d’une manière optimale des apports du rayon lumineux. Les principes de l’énergie solaire passive sont encore en vigueur aujourd’hui et se traduisent entre autres par les choix architecturaux tels : les surfaces vitrées orientées plein sud, l’isolation thermique,…
L’énergie solaire thermique
L’exploitation thermique de l’énergie solaire est basée sur la chaleur générée par le rayon lumineux. Cette chaleur peut être utilisée de 2 manières :
- en usage direct : cas des chauffe-eau solaires ou des systèmes de chauffage ambiants en utilisant des panneaux solaires thermiques , des cuiseurs et fours solaires pour la cuisson,…
- en usage indirect : principe thermodynamique où la chaleur est utilisée à des fins mécaniques : moteur Stirling, centrale solaire thermodynamique,…
L’énergie solaire photovoltaïque
Il s’agit de l’exploitation de l’effet photovoltaïque découvert par Edmond Becquerel. L’énergie solaire est utilisée pour produire de l’électricité par l’utilisation des panneaux solaires photovoltaïques, à base de matériaux semi-conducteurs comme le silicium. Les panneaux solaires photovoltaïques sont utilisés à titre de générateurs électriques décentralisés (utilisation privée avec revente éventuelle du surplus de consommation) ou comme générateurs centralisés dans les grands parcs de production photovoltaïque. L’énergie solaire photovoltaïque fait l’objet de nombreuses applications dérivées. Citons par exemple les panneaux solaires portables, les panneaux solaires pour bateaux, les panneaux solaires pour camping car et les objets solaires comme les chargeurs.
Centrale solaire photovoltaïque en Californie
L’évolution de la filière solaire dans le monde
En 2010, la production énergétique d’origine solaire était de 91GWh/jr avec 87GWh issus du photovoltaïque. L’énergie solaire participait pour l’année en question à 0,7% de la production d’électricité mondiale. L’électricité photovoltaïque connait une hausse moyenne de production de 38% entre 2001 et 2010. Ce qui constitue la progression la plus élevée parmi les énergies renouvelables (devant l’éolienne avec 27% de croissance en moyenne).
Depuis le début de ce siècle, la production d’électricité photovoltaïque connait un essor considérable, stimulée par les prises de conscience écologique. En presque 10 ans, la capacité photovoltaïque installée au niveau mondial a plus que décuplé, passant de 1,3GW en 2001 à 15,2GW en 2008. Les projections tablent sur une capacité de 300GWc opérationnels vers 2020. Le marché du photovoltaïque mondial est dominé aujourd’hui par la Chine, l’Allemagne, les Etats-Unis et le Japon.
Pour le solaire thermique, 4,17millions mètres carrés de capteurs thermiques ont été installés en Europe en 2009. Mais le marché reste dominé par la Chine qui pèse 83% du marché mondial avec 145 millions mètre carré de capteurs solaires thermiques installés. L’Allemagne est le leader en Europe avec 12 millions de mètres carrés installés. La Fédération Européenne des industriels du solaire thermique table sur une puissance installée de 450 millions de mètre carré de capteurs thermiques en 2020.
Le marché de l’énergie solaire en France
Panneau solaire thermique tubulaire
Le Grenelle de l’environnement a fixé un objectif de 23% de production d’énergie d’origine renouvelable en 2020 pour la France. En 2009, la filière photovoltaïque française a connu une croissance de 145% de puissance installée avec 25 000 foyers en plus qui sont équipés de panneaux solaires photovoltaïques. De 2009 à 2011, le parc photovoltaïque français a été multiplié par 7. La production d’électricité photovoltaïque atteint 1,8TWh en France métropolitaine.
La filière solaire thermique est dominée par les installations domestiques. En 2009, une baisse de 15% de la surface installée annuellement a été constatée. Cela s’explique en majeur partie à cause de la crise. Néanmoins, les projections montrent une surface de 21 millions de mètres carrés de capteurs thermiques atteinte à l’horizon 2020.
