Énergie solaire

L'énergie solaire est l'énergie du Soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère.

Dans l'espace, l'énergie des photons est parfois utilisée, par exemple pour propulser une voile solaire.

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 par conséquent à l'origine de l'ensemble des 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 fréquemment employée pour désigner l'électricité ou l'énergie thermique obtenue à partir de cette dernière.

Nature de l'énergie solaire

L'énergie solaire provient de la fusion nucléaire d'atomes (ou plutôt de noyaux d'atomes) d'hydrogène qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage dans le dispositif solaire et dans l'Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique — de photons — selon la théorie corpusculaire.

La Terre est illuminée par le Soleil en permanence. L'une des deux faces du globe terrestre se trouve privé d'énergie solaire — au cours de la nuit — à cause de la rotation de la Terre. La puissance solaire reçue en un point du globe fluctue selon l'heure de la journée, de la saison et de la latitude du lieu reconnu.

Géographie terrestre

L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

• la latitude, vers l'équateur l'angle d'incidence est proche de 90° par conséquent la surface éclairée est plus petite et l'énergie est plus concentrée.
• la nébulosité (nuages), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical.
• l'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et ponctuelles).

Le désert des Mojaves dans le sud-ouest des États-Unis est l'une des régions du monde les plus ensoleillées, elle possède une centrale solaire d'une puissance totale de 354 MW^[1].

Techniques pour capter l'énergie solaire

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment perfectionnées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique :

Énergie solaire photovoltaïque

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 indispensable).

Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique, l'effet photovoltaïque découvert par Antoine Becquerel en 1839, ou la technologie associée.

Énergie solaire thermique

Le solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Il 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 solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour produire de l'électricité, ou peut-être directement du travail mécanique (le terme solaire mécanique est alors employé), sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée).

Énergie solaire passive

La plus ancienne 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 sert à 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.

Aspect économique

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.

Question de la rentabilité du solaire

Les investissements initiaux nécessaires à l'équipement en panneaux solaires restent toujours fréquemment rédhibitoires. La tendance actuelle est une utilisation moindre du silicium pour diminuer les coûts^[2], l'utilisation de toits en acier et la recherche sur les méthodes de stockage d'énergie des plantes^[3]. Les recherches se concentrent par conséquent dans cette direction.

Le dispositif du tiers investisseur s'applique aussi à l'installation de panneaux solaires, mais seulement pour de vastes toitures comme pour des églises ou des hangars agricoles. Ce dispositif permet au propriétaire de voir le coût de l'installation entièrement à la charge d'un tiers qui revend l'électricité produite ^[4].

Dispositifs de production d'énergie solaire

Les dispositifs de production d'énergie solaire ont un coût proportionnel quasi nul : une fois l'installation de l'appareil effectuée, l'énergie est produite par le Soleil, ce qui ne coûte rien. Il faut cependant tenir compte des coûts d'investissement et de l'entretien de l'appareil.

L'usage de panneaux solaires thermiques se justifie pour produire de l'eau chaude sanitaire à moindre coût. Une fois l'installation réalisée, l'entretien est particulièrement peu coûteux et sert à faire des économies substantielles de combustible fossile ou d'électricité.

En revanche, pour le solaire photovoltaïque, le coût de l'installation est assez élevé, quoique la recherche progresse dans ce domaine. Plusieurs pays (comme la France et l'Allemagne) ont par conséquent mis en place des dispositifs d'incitation financière (surtout fiscale : crédit d'impôt) à l'installation de panneaux solaires.

L'usage de dispositif de production d'énergie solaire se justifie aussi dans les situations où il est particulièrement coûteux d'importer des combustibles fossiles ou de transporter de l'électricité, comme 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, quelquefois couplé à un groupe électrogène d'appoint.

Historique

Augustin Mouchot commence à s'intéresser à l'énergie solaire en 1860. En 1873, une subvention du conseil général de Tours lui sert à 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 sert à 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 sert à tirer un journal.

Chronologie

Voici une chronologie de l'énergie solaire :

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. Actuellement, des magasins dédiés à l'écologie, mais également 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 qu'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 aussi pourvus de cellules photovoltaïques, pour y brancher directement son baladeur MP3.

Vous pouvez aussi recharger un scooter électrique à partir d'un abri photovoltaïque et ainsi vous déplacer en utilisant l'énergie solaire.

Le solaire est-il l'énergie de demain ?

Chargeurs de batteries, ventilateurs, lampes de jardin, pompes hydrauliques... Actuellement, 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 l'ensemble des 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.

Des projets de centrales électriques voient le jour dans de nombreuses régions du monde. Le potentiel est immense : «5 % de la surface des déserts permettrait de produire toute l'électricité de la planète», affirment Patrick Jourde et Jean-Claude Muller ^[5], chercheurs au Commissariat de l'énergie atomique (CEA) et au CNRS. «Théoriquement, il suffirait en France de réaliser l'unique côté sud des toits en modules photovoltaïques pour produire toute l'énergie électrique nationale ^{[Lorsque ?]} (550 térawattheures, c'est-à-dire 550 000 milliards de wattheures, par an».

Longtemps restée à la traine, la France veut actuellement combler son retard. Ainsi un Institut national de l'énergie solaire a été créé en août 2006 en Rhône-Alpes, dont l'objectif est de perfectionner les technologies solaires pour les rendre plus compétitives.

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'Etat, 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.

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. Après la centrale de Chambéry, inaugurée en 2005, la France a battu son propre record avec une nouvelle installation à la Réunion, en 2006. 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.

Les projets des tours solaires

Article détaillé : Tour solaire.

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 apporter l'équivalent de la consommation de 200 000 foyers.

La percée des centrales thermiques

Le principe de l'énergie électrique thermique est de concentrer les rayons du Soleil, avec miroirs paraboliques, vers des tubes contenant un fluide conducteur de chaleur. Quand ce dernier 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.

De l'énergie n'importe où

Lampadaire solaire à Elinkine, un village de Casamance (Sénégal).

Dans les pays du Sud, où l'ensoleillement est particulièrement important, le solaire peut apporter aux régions rurales l'énergie indispensable aux éclairages, aux réfrigérateurs, aux pompes hydrauliques ou encore aux installations de télécommunication. Soutenus par des ONG, des projets d'électrification de villages sont en cours dans de nombreux pays d'Afrique et d'Amérique du Sud.

Se chauffer "au Soleil"

Dans la ville d'Almere, aux Pays-Bas, une "île solaire" a été construite en été. Elle couvrira, en 2008, grâce à des panneaux solaires thermiques, 10 % des besoins énergétiques de 2 700 foyers. Une surface de 4 m² de panneaux thermiques permet en effet de répondre aux besoins en eau chaude d'un foyer de 4 personnes et de diviser par deux, au minimum, sa facture de chauffage.

Référence

1. ↑ Claudine Mulard, «Une centrale solaire géante pour alimenter la Californie» dans Le Monde du 11/04/2006, [lire en ligne]
2. ↑ Calcul de la rentabilité des panneaux solaires
3. ↑ Stockage d'énergie des plantes
4. ↑ Les toits des exploitations agricoles se mettent au photovoltaïque, 2 mars 2009, Actu-Environnement. com. Mis en ligne le 2 mars 2009, consulté le 7 mars 2009
5. ↑ Énergies alternatives, sous la direction de Jean Bonal et Pierre Rossetti, Omnisciences, 2007

Voir aussi

Énergie propre Énergie solaire photovoltaïque Chauffe-eau solaire World Solar Challenge Choc pétrolier Obscurcissement global Stockage d'énergie

Économie d'énergie panneau solaire Albédo Commissariat à l'énergie solaire INES Tenerrdis Héliostat

Liens externes

• (fr) Site de l'ADEME : Agence De l'Environnement et de la Maitrise de l'Énergie
• (fr) Site d'INES, l'Institut National de l'Energie Solaire : INES
• (en) Site du PVGIS : Portail de l'Europe / Cartographie interactive des ressources en énergie solaire

Bibliographie

• Le soleil au service de l'homme Congrès Mondial UNESCO, juillet 1973
• L'énergie solaire Conférence mondiale de Nice, 1977
• Héliothermique. Le gisement solaire. Méthodes et calculs, Pierre Henri Communay, Groupe de Recherche et d'Édition, Toulouse, 2002, 530 p., 16x24 cm, (ISBN 2-84139-036-5) .

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