L’énergie solaire

L’énergie solaire est une énergie propre, disponible de façon quasi illimitée, produite par la mise en valeur de la lumière ou du rayonnement solaire.

Il s’agit d’une source inépuisable à l’échelle humaine, particulièrement respectueuse de l’environnement et facilement accessible. Selon certaines estimations, l’énergie solaire qui atteint la surface de la Terre serait quelque 10 000 fois supérieure à la totalité de celle consommée actuellement pour toute l’humanité !

On dénombre quatre types d'énergie solaire actuellement exploitables : l'énergie photovoltaïque, l'énergie thermique, l'énergie à concentration thermodynamique, ainsi que l'énergie aérovoltaïque.

L’énergie photovoltaïque désigne l’énergie transformée en électricité à partir de la lumière du Soleil en recourant à des panneaux qui captent cette lumière. Il en résulte la transformation des photons en électrons dans un semi-conducteur comme le silicium.

Ce processus ne nécessite aucun cycle thermodynamique intermédiaire : le rayonnement est directement converti en électricité sans être préalablement transformé en chaleur. Selon les technologies utilisées, les panneaux photovoltaïques peuvent produire jusqu’à 40 fois plus d'énergie que celle dépensée pour les fabriquer. Les recherches en cours, en Suisse notamment, visent à encore améliorer leur rendement.

L’énergie thermique consiste, également par le recours à des panneaux, à capter le rayonnement solaire dans le but d’échauffer un liquide ou un gaz. Ces fluides peuvent ensuite être utilisés directement pour le chauffage domestique (eau, chauffage, etc.) ou indirectement pour la production de vapeur pouvant être convertie en électricité.

Dans les pays du Sud, qui bénéficient d’un fort ensoleillement, des installations thermiques simples sont installées sur les toits. L'eau potable passe directement dans le capteur, avant d'être acheminée vers les robinets. Ces dispositifs bon marché peuvent fonctionner sans pompe, et donc sans électricité.

La production d’énergie solaire à concentration thermodynamique repose sur des centrales qui exploitent le rayonnement solaire en orientant, au moyen de miroirs, les flux de photons. Ces miroirs font converger les rayons solaires vers un fluide caloporteur chauffé à haute température, permettant par la suite de produire de l’électricité par le recours à des turbines à vapeur ou à gaz. Cette concentration du rayonnement solaire sur une surface de captage permet d’obtenir de très hautes températures, généralement comprises entre 400 et 1000 °C.

L'énergie aérovoltaïque utilise les rayons provenant du soleil pour produire simultanément de l'électricité et de l'air chaud, afin de faire monter la température dans un bâtiment. Elle s’appuie sur des panneaux hybrides dont la face externe, exposée aux rayons du soleil, produit de l’électricité , alors que la face interne récupère l’énergie thermique emmagasinée pour alimenter un système de chauffage, ou une production directe d'eau chaude sanitaire. Le rendement énergétique global de ce dispositif est sensiblement supérieur à celui des panneaux photovoltaïques ordinaires.

L’utilisation de l’énergie solaire ne date pas d’hier.  Dans l’Antiquité, lors des Jeux olympiques, un feu sacré était allumé à l’aide d’un miroir parabolique concave, le skaphia, qui permettait, grâce à la réflexion et à la concentration des rayons du soleil, d’allumer une flamme.

En 213 av. J.-C., lors du siège de Syracuse, les Grecs auraient utilisé des miroirs géants, mis au point par Archimède, pour réfléchir et concentrer les rayons du Soleil dans les voiles des navires romains et les enflammer. Enfin, en Amérique du Nord, les Indiens Anasazi orientaient leurs maisons de telle sorte qu’elles puissent capturer les rayons du soleil pour se réchauffer pendant l’hiver, tout en les gardant fraîches à la belle saison...

Cependant, ce n’est qu’en 1839 que le physicien français Edmond Becquerel découvrit « l'effet photovoltaïque » qui permet, par le recours à des semi-conducteurs, de convertir les photons en électricité.

Cette découverte ne fut pourtant exploitée qu’au XX^e siècle, dans les années 50, avec l’essor de la conquête spatiale et la mise au point des premiers panneaux solaires capables de fournir de l’énergie aux satellites. En 1962, Telstar 1, premier satellite de télécommunication américain, fut équipé de panneaux photovoltaïques, offrant une puissance totale de 14 W. Aujourd’hui, un seul panneau solaire offre, en moyenne, une puissance de 300 W !

Au début des années 70,  à la suite du premier choc pétrolier, la nécessité de trouver de nouveaux moyens de produire de l’énergie relança l’intérêt pour le photovoltaïque. Le chercheur américain Elliot Berman mit alors au point une cellule à faible coût, en réduisant les frais d’encapsulation et en utilisant du silicium de qualité inférieure. Le prix par watt fut ainsi divisé par cinq, passant de 100 dollars à seulement 20 dollars.

Cette étape stimula la démocratisation de l’énergie solaire et à partir de 1981, on commence à installer des panneaux solaires un peu partout, mais encore timidement. 

Selon des chiffres partagés par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), en 2020, la production d’énergie photovoltaïque en Suisse a augmenté de près de 50 % par rapport à l'année précédente pour atteindre une puissance totale de 476,3 MW (un mégawatt équivaut à un million de watts), couvrant 4,7 % de la demande d'électricité en Suisse. 

Toutefois, le solaire reste encore largement sous-exploité dans notre pays. Selon un rapport de l’OFEN,  publié en avril 2019, le potentiel d’énergie solaire exploitable sur les seuls bâtiments du pays est de… 67 milliards de kWh ; l’équivalent cette année-là de 110 % de la consommation totale d'électricité dans notre pays.

Une autre étude montre même un potentiel de 15 milliards de kWh supplémentaires de production annuelle, en dehors des bâtiments (autoroutes, lacs de montagne, etc.). Le photovoltaïque, à lui seul, pourrait ainsi fournir la majeure partie de l'électricité dont la Suisse a besoin pour renoncer progressivement à l'énergie nucléaire, tout en se passant des combustibles fossiles. 

Seul bémol, mais de taille, l’énergie solaire n’est disponible que le jour et ne donne sa pleine mesure que par beau-temps. C’est pour cela qu’à elle seule, sans une technique de stockage de masse abordable qui reste encore à inventer, elle doit être pensée comme une pièce certes maîtresse, mais s’insérant dans un tout, celui des autres énergies renouvelables.   

Sans oublier que, selon les professionnels du secteur, trop de contraintes administratives, trop peu d’incitations, ainsi que des aides insuffisantes, découragent encore les entreprises et les particuliers qui voudraient franchir le pas…