Les énergies solaire et éolienne sont considérées comme des énergies renouvelables inépuisables et n’ayant aucun impact sur l’environnement, en particulier, sur le climat. Si l’éolien commence à percer dans des pays comme l’Allemagne et l’Espagne, la production d’électricité d’origine photovoltaïque est jugée prometteuse par les partisans de la filière solaire.
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Dans une cellule photovoltaïque les photons de la lumière solaire délogent les électrons d’un solide par exemple un semi-conducteur comme le silicium. Les rendements des cellules photovoltaïques commerciales sont pour l’heure limités (20% environ) et une percée de la filière solaire n’est possible que si l’on augmente fortement ce rendement pour le rapprocher de sa limite théorique proche de 95%. On trouve dans la revue Reflets de la physique, publiée par la Société française de physique (www.sfpnet.fr, en particulier le numéro 6 d’octobre 2007), plusieurs articles qui font le point sur les possibilités de percées dans ce domaine. On note ainsi qu’il est possible de faire passer les rendements à 40% en concentrant le rayonnement solaire sur la cellule à l’aide de lentilles et de miroirs (expériences réalisées au CNRS à Perpignan et Odeillo) mais aussi en utilisant des « super cellules » qui seraient constituées d’empilements de couches minces semi-conductrices, on utiliserait ainsi simultanément toutes les longueurs d’onde du spectre solaire (ces dispositifs sont utilisés dans des engins spatiaux) et avec des rendements de 70 à 80%. Le problème des coûts de fabrication demeure encore un point de blocage majeur pour que la filière soit rentable. Aujourd’hui, EDF en France, rachette le kWh produit par une installation 55 c € lorsque les panneaux sont intégrés au batîment et 30 c € pour des panneaux classiques.
La filière solaire alternative est la voie thermodynamique : on construit une tour au foyer d’un réseau de miroirs réfléchissant les rayons solaires à son sommet où la chaleur concentrée vaporise un fluide (l’eau par exemple) actionnant une turbine et un générateur électrique. C’est ce concept que les promoteurs du projet DESERTEC, soutenu par le Club de Rome, le Centre national de recherche sur l’énergie de Jordanie et le Centre spatial allemand (DLR), ont présenté au parlement européen le 28 novembre. Ils proposent de construire d’ici 2050, en Afrique du Nord et au Moyen Orient, un millier de centrales solaires électriques à concentration (avec des miroirs paraboliques et d’une puissance de 100 MW chacune) raccordées à une réseau alimentant les pays de la région et l’Europe (pour un tiers). Le coût de ce projet grandiose est estimé à 400 milliards d’ € pour une puissance totale installée de 100 GW. L’idée est a priori séduisante dans la mesure où les conditions d’ensoleillement de la région (dont les ressources en pétrole ne sont pas inépuisables!) sont excellentes, mais ses promoteurs sont sans doute optimistes lorsqu’ils prévoient un coût de production de l’électricité de 4 à 5 c€ / kWh (équivalent à celui de l’électricité d’origine thermique classique ou nucléaire)! Pour l’heure sur la base de l’expérience de la centrale de Mojave en Californie les coûts de production sont plutôt proches de 20 c€ / kWh. La faisabilité technico-économique de ce projet reste à prouver afin qu’il ne soit pas un mirage de plus dans le Sahara!
Les systèmes à concentration peuvent aussi être utilisés pour réaliser des réactions chimiques à haute température. C’est une méthode qui a été mise en oeuvre depuis lontemps par le CNRS dans son laboratoire du four solaire à Odeillo et Font-Romeu dans les Pyrénées orientales. Dans une nouvelle publiée en décembre http://www.technologyreview.com/Energy/ Technology Review, la revue du MIT, rapporte que les laboratoires Sandia à Albuquerque aux USA (dans le Nouveau Mexique où le Soleil est généreux!) achévent la réalisation d’un prototype de réacteur chimique fonctionnant avec une centrale à concentration dans lequel on utiliserait la chaleur solaire pour réduire le gaz carbonique. Le principe du procédé est simple: une céramique constituée d’oxyde de fer et de cobalt est portée à haute température (1500 °C environ) dans le four solaire où les oxydes perdent leur oxygène, mise en présence de gaz carbonique elle réduit alors ce dernier (il perd un atome d’oxygène) sous la forme de monoxyde de carbone CO, et les oxydes métalliques sont reconstitués. Le monoxyde de carbone peut être utilisé pour produire du méthanol ou de l’essence synthétique. La céramique est fixée sur un support tournant qui passe dans des chambres où circule le gaz carbonique. L’idée est intéressante car elle permettrait de se débarrasser du gaz carbonique à bon compte….si l’on dispose d’énergie solaire "concentrée". Le procédé pourrait être utilisé aussi avec de l’eau pour fabriquer de l’hydrogène. Il rete à savoir si les rendements de l’opération seront satisfaisants pour que le procédé puisse être mis en oeuvre, on obtiendra peut être une réponse à cette question en 2008.
La situation l’énergie éolienne est plus simple dans la mesure où les techniques de production sont au point; on sait fabriquer, par exemple, des turbines de 5 MW. En 2007 la puissance de production installée en France n’est que d’environ 2500 MW (l’équivalent de deux centrales nucléaires) et de 48 000 MW en Europe. Début décembre, le gouvernement britannique annonçait la décision de lancer un plan pour construire 7 000 éoliennes off-shore sur les côtes du Royaume-Uni représentant une puissance installée de 25 GW. De nombreux scénarios énergétique prévoient que l’éolien pourrait représenter de 3 à 5 % de la production mondiale de l’électricité.
Les aléas des filières sont encore nombreux, le principal demeurant leur caractère intermittent. Il faudra encore deux ou trois décennies pour qu’elles deviennent une réalité mais il faut se méfier des mirages!