Moins connu que le photovoltaïque, beaucoup plus complexe à mettre en œuvre et nécessitant de plus forts investissements au départ, le solaire thermodynamique a connu quelques années de relatif surplace : mais le développement des centrales nouvelles génération, intégrant systématiquement une solution de stockage dans la centrale, relance complètement la filière.
La part du photovoltaïque dans l’électricité d’origine solaire demeure plus que conséquente : en 2015, la production photovoltaïque était de 246 556 GWh, soit 1% de la production mondiale.
L’autre technique de production d’électricité grâce au soleil, le solaire dit thermodynamique, n’a atteint cette même année que 9 418 GWh, soit 0,04% de la production mondiale – et 26 fois moins que le photovoltaïque.
Le thermodynamique produit 26 fois moins d’électricité que le photovoltaïque
L’Espagne, avec 5 593 GWh produits, et les Etats-Unis, avec 3 544 GWh couvraient à eux seuls plus de 90% de la production mondiale de solaire thermodynamique à cette date : mais de nombreux pays se sont depuis équipés ou sont en train de s’équiper de centrales d’envergure, dépassant les 100 MW.
La technologie des panneaux solaires photovoltaïques a pour elle une simplicité d’installation et de raccordement au réseau et un développement industriel en pleine explosion qui a réduit considérablement les coûts par le double effet des avancées technologiques et des économies d’échelle. Il demeure la meilleure méthode pour valoriser l’énergie du soleil.
Mais le thermodynamique a d’autres atouts à faire valoir. Le principe de cette technologie est de concentrer l’énergie du soleil pour chauffer un fluide caloporteur, pour produire de l’électricité en transformant de l’eau en vapeur faisant tourner des turbines.
Cylindro-paraboliques, paraboliques, Fresnel ou tour solaire
Deux technologies principales existent : installer des groupes de miroirs au sol, où chaque groupe concentre la chaleur du soleil vers un tube rempli du liquide (huile ou sel fondu), qui, chauffé, est envoyé dans un générateur de vapeur qui produit de l’électricité.
Cette technologie est utilisée par les centrales à miroirs paraboliques ou cylindro-paraboliques, où les groupes de miroir ont la forme d’une parabole ou d’un cylindre, concentrant les rayons sur le récepteur, et par les centrales à miroirs de Fresnel, qui utilisent des miroirs plans (ou quasi-plans) qui pivotent pour suivre le cours du soleil et concentrer les rayons sur le tube absorbeur.
La seconde technologie est celle de la tour solaire, où un champ de capteurs, nommés héliostats, est installé au sol, l’ensemble des rayons réfléchis étant envoyés au sommet de la tour vers un foyer fixe. Ce foyer chauffe ensuite soit un liquide caloporteur, qui rejoint ensuite un générateur de vapeur, soit, le plus souvent, directement de l’eau pour produire de la vapeur. Cette seconde technologie, beaucoup moins mature et développée que la première, est en train de décoller vraiment.
Des solutions de stockage intégrées à la centrale
Les technologies thermodynamiques présentent un avantage conséquent : produisant d’abord de la chaleur, cette dernière peut être stockée pour prolonger la durée d’utilisation de la centrale après le coucher du soleil. Le plus souvent, la technologie consiste à stocker les sels fondus chauffés dans un réservoir, qui les maintient à haute température, et les libérer quand la nuit est tombée. Suivant les types de centrales et les technologies utilisées, la durée d’utilisation de la centrale peut être prolongé de 3 à 16 heures, avec une durée souvent stabilisée entre 7 et 8h, pour couvrir une bonne partie de la nuit.
En revanche le solaire thermodynamique a l’inconvénient d’être beaucoup plus complexe que le photovoltaïque, et nécessite une expertise technologique plus élevé, tant pour la mise en service que pour la maintenance. Il coûte également très cher à l’installation, produisant une électricité dont les coûts sont élevés au début de la vie de la centrale.
Enfin, et surtout, il impose des conditions d’ensoleillement direct particulièrement fort, idéalement supérieures à 1 900 kWh/m2/an, ce qui le réserve à des zones arides et / ou tropicale. Les zones les plus favorables à son développement sont le sud-ouest des États-Unis, le nord du Chili et de l’Argentine, le Sahara, la péninsule arabique, l’Iran, l’Afghanistan, le Pakistan et le nord-est de l’Inde, le sud de l’Afrique, l’Australie.
11,3% de l’électricité pour le solaire thermodynamique en 2050 ?
Pour autant, sa capacité à créer des centrales d’un puissance très élevée laisse supposer, une fois qu’une filière se sera imposée au niveau mondial, que le solaire thermodynamique à concentration jouera un rôle clé dans la production mondiale d’énergie, dans la perspective d’une transition énergétique réussie. En 2014, l’Agence Internationale de l’Energie proposait un scénario où le solaire thermodynamique produirait, toutes filières confondues, 4 350 TWh par an à l’horizon 2050, soit 11,3% de la production mondiale d’électricité.
Ce scénario part du principe que les coûts moyens de production pourraient baisser à 71$ par MWh ; mais il s’appuie sur l’avantage du stockage intégré, qui rendrait ces centrales complémentaires de leurs sœurs photovoltaïques – ces dernières étant d’un coût nettement moins élevé, mais nécessitant des unités de stockage en plus pour continuer de produire durant la nuit.
L’AIE espère que la puissance installée pourraient atteindre, en 2050, 1 000 GW dans le monde, dont 229 GW aux États-Unis, 204 GW au Moyen-Orient, 186 GW en Inde, 147 GW en Afrique (dont 53 GW exportés de l’Afrique du Nord vers l’Europe) et 118 GW en Chine. D’autres scénarios, encore plus optimistes, tablent sur un potentiel de 1 500 GW installé en 2050.
Une relance de la filière après un léger creux
Historiquement l’Espagne et les Etats-Unis sont les deux pays pionniers de cette technologie ; l’Espagne conserve le parc installé le plus conséquent et domine la production mondiale, mais le gel des subventions au solaire thermodynamique en 2012 a mis en sommeil tous les nouveaux projets de ce type. Les Etats-Unis, pour leur part, conservent un franc dynamisme, tant dans la recherche que les réalisations. La Chine, l’Inde, le Maroc, l’Afrique du Sud, l’Algérie sont notamment en train de valoriser leur potentiel en la matière.
En 2016, la puissance mondiale installée se limitait à 4,8 GW ; mais des centrales étaient en construction dans le monde (dont plusieurs ont été achevées depuis), pour une puissance totale de 1,5 GW. A ce chiffre peuvent s’ajouter près de 7 GW de projets, notamment aux Etats-Unis (2,9 GW), en Chine (1,2 GW), au Maroc (1,2 GW) ou au Chili (1 GW).
Après un léger creux entre 2013 et 2015, les constructions repartent à la hausse. Malgré un coût encore élevé, l’investissement promet une rentabilité sur le long terme, dans l’optique d’une transition énergétique accélérée. Le stockage est désormais presque systématiquement associé aux nouveaux projets, pour valoriser la spécificité de cette technologie.
Rendez-vous demain pour étudier quelques projets phare de la filière, en France, en Israël ou aux Etats-Unis.
