Énergie solaire : le futur est aux innovations

Parmi les multiples sources d’énergie dont dispose l’homme aujourd’hui, le solaire est appelé à prendre une part prépondérante. D’abord adopté en Europe, il est désormais le fer de lance de la transition énergétique à travers le monde. Mais pour que les promesses soient tenues, encore faut-il que les innovations technologiques changent véritablement la donne. Puissance et stockage de l’énergie sont au cœur d’une recherche internationale foisonnante. Etat des lieux.

Le marché de l’énergie solaire dans le monde

Les énergies fossiles sont entrées dans une phase critique de leur existence. La poussée des énergies renouvelables due à l’ambition de nombreux pays d’être indépendants sur le plan énergétique et à la volonté de réduire les gaz à effet de serre transforme rapidement la face de la planète. Selon plusieurs études, le photovoltaïque pourrait couvrir un tiers des besoins en énergie du Globe en 2050. Une prouesse, car l’ensemble des énergies renouvelables représente aujourd’hui 22 % de la production énergétique mondiale. L’objectif est ambitieux, mais pas impossible car selon le Département américain de l’Énergie, la Terre reçoit plus d’énergie en une journée grâce au soleil qu’elle n’en consomme en un an. Le potentiel est là, immense, et n’a plus qu’à être maîtrisé.

Même si la Chine mise toujours énormément sur le charbon, les politiques publiques ont mis l’accent sur le développement du photovoltaïque depuis cinq ans. A elle seule, la Chine abrite plus de 20 % des capacités au niveau mondial, soit la moitié de celles du continent européen (l’Allemagne est le leader en Europe avec 16 %). Ce développement spectaculaire n’est pas seulement constaté en Chine. Le Japon accueille 14 % des capacités photovoltaïques dans le monde et participe à l’élan qui doit faire passer (selon certaines projections) cette énergie de 8 % à 30 % au niveau planétaire en presque trois décennies.

Ce développement rapide est directement lié au coût du photovoltaïque. Entre 1980 et 2012, le coût de fabrication des panneaux est passé de 24 euros/W à 1 euro/W. Le bond est spectaculaire, mais le prix reste un élément déterminant dans l’adoption à grande échelle des solutions solaires. Beaucoup de pays (notamment en Afrique) ne peuvent pas s’équiper à la mesure de leurs besoins et les nouvelles technologies sont encore assez coûteuses. Le silicium – largement utilisé car relativement peu cher – a beaucoup progressé sur le plan technique, mais a atteint un plafond de verre. Désormais, deux axes de recherche complémentaires tirent le développement du photovoltaïque : les innovations technologiques et les innovations d’usage.

Toujours plus d’innovations dans le solaire…

Une kyrielle de chercheurs et de startups à travers le monde développent leurs propres technologies pour tirer le meilleur rendement possible des solutions déjà sur le marché. Ainsi, des scientifiques australiens mettent la dernière main à des panneaux solaires imprimés qui ont le double avantage d’être peu chers et plus performants que les panneaux classiques lorsque l’ensoleillement est moyen ou faible. En Chine, les autorités voient les choses en grand avec des projets aussi uniques que grandioses. Ainsi, la plus grande centrale solaire électrique flottante vient d’être mise en service. Dotée d’une puissance de 40 MW, cette réalisation de la société Sungrow Power Supply Co tient compte des problèmes de rendement généralement liés à l’humidité. Ce modèle de panneaux solaires pourrait être dupliqué autour de nombreuses villes de plus d’un million d’habitants.

Côté américain, la recherche n’est pas en reste avec l’incontournable Tesla qui met actuellement sur le marché des tuiles qui font directement office de panneaux solaires. A l’œil nu, ces tuiles ne se distinguent en rien des matériaux habituels, mais elles intègrent bien des panneaux solaires dont la durée de vie est égale à celle de la maison selon ses concepteurs. Le prix est plus élevé (environ 10 000 euros par habitation), mais est largement compensé par la durée d’usage.

Ce sont bien les usages du photovoltaïque qui vont faire la différence, car désormais tout ou presque peut devenir un réceptacle. Les toits, bien sûr, mais aussi les routes qui, dotées de générateurs de champ électromagnétiques, peuvent alimenter des véhicules électriques en mouvement. Si recharger une batterie automobile en roulant en est encore au stade des tests, cette solution technique va certainement se généraliser peu à peu et ainsi régler le problème du stockage d’énergie pour les véhicules.

… qui restent dépendantes du stockage de l’énergie

Le photovoltaïque, comme toutes les énergies dites renouvelables, rencontre un obstacle de taille pour son développement : le stockage de l’énergie. Le soleil ne brille pas en permanence et les utilisateurs ne peuvent se payer le luxe de consommer de l’électricité uniquement aux heures ensoleillées. L’intermittence est en partie surmontée par des batteries aux capacités de stockage toutefois limitées. Là encore les idées pour augmenter les rendements sont légion : du recours à l’hydrogène (notamment développé en Corse) en passant par la conversion du surplus d’énergie en air comprimé (Compress Air Energy Storage), les entreprises ne manquent pas d’approches dans le domaine du stockage de l’énergie. La startup Sylfen a conçu une solution très remarquée – Smart Energy Hub – qui permet aux bâtiments d’être autonomes énergétiquement grâce à un système de stockage d’énergie (verte) sous forme d’hydrogène. Ce système implique un coût de départ important, mais nettement avantageux dès lors que les factures d’énergie entrent en ligne de compte.

Le modèle énergétique change et le marché qui s’ouvre voit de grands groupes français comme Saft, Bolloré et Alstom être très bien placés. Cette présence française permet de nouer de nombreux partenariats pour développer des projets auxquels participe EDF. Ainsi, le projet DEESSE de stockage d’énergie, co-financé par l’ADEME met en commun les expertises de Réseaux Electriques du L2EP, GB Solar Greenbirdie avec EDF et permettra aux territoires non interconnectés de disposer d’un outil de dimensionnement des systèmes de stockage raccordés au réseau de distribution électrique.

A La Réunion, le projet Pégase conçu par Aérowatt, EDF, Météo France, Sidec, et l’Université de la Réunion ambitionne, quant à lui, de diviser par trois le nombre de jours de déconnexion des unités intermittentes grâce à un système de stockage par batteries sodium-souffre et une anticipation poussée des conditions météorologiques qui ont un impact sur les éoliennes et panneaux solaires. Mais les start-ups françaises tirent aussi leur épingle du jeu à l’image d’Energiestro, lauréate du Concours Mondial d’Innovation 2030 grâce à l’invention d’un nouveau matériau pour volant de stockage d’énergie censé réduire drastiquement le coût des batteries.

Ainsi, les solutions techniques pour une sauvegarde plus efficace de l’énergie sont en développement et vont changer le rapport à l’énergie, à commencer par les énergies renouvelables. Une fois en phase de commercialisation à grande échelle, elles réduiront, logiquement, à sa plus simple expression le recours aux énergies fossiles.