Energie solaire

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L'énergie solaire photovoltaïque

En 1839 le physicien Edmond Becquerel découvre l’effet photovoltaïque. C’est ce phénomène qui est utilisé dans les cellules solaires photovoltaïques pour produire directement de l’électricité à partir du rayonnement du Soleil. En 1905, Albert Einstein en propose une explication théorique avec le concept de ''quanta d'énergie'' portés par des particules de lumière, baptisées plus tard photons. En 1954, les premières cellules photovoltaïques efficaces apparaissent dans les laboratoires Bell aux États-Unis. Quatre ans plus tard, elles sont utilisées pour alimenter un des deux émetteurs de Vanguard I le deuxième satellite américain lancé avec succès. Depuis, l'usage spatial de modules photovoltaïques, dotés des technologies les plus performantes, s'est imposé. Leur prix élevé est contrebalancé par des avantages indéniables : autonomie, efficacité et longévité. C’est en 1973, après le premier choc pétrolier, que la production à grande échelle d'électricité par des cellules photovoltaïques est envisagée comme une alternative à l'épuisement programmé des ressources fossiles. Les recherches se multiplient alors, avec pour objectifs d'augmenter le rendement des cellules et de faire baisser leur prix. Cette dynamique est rapidement freinée par le choix du nucléaire dans de nombreux pays, puis par le contre-choc pétrolier, les énergies fossiles redevenant bon marché dans les années 80. L’utilisation du photovoltaïque se limite à cette époque à des sites isolés : phares, balises maritimes, plates-formes pétrolières, antennes-relais, stations météorologiques, ou à des marchés de niche comme les calculatrices. Dans les années 90, dans un contexte marqué par l’irruption des préoccupations environnementales et climatiques, le Japon et l'Allemagne changent la donne en mettant en place des politiques volontaristes. L'instauration de tarifs d'achat de l'électricité d'origine photovoltaïque sera l'élément déclencheur de l'essor de la filière au début des années 2000. D'autres pays, comme la France en 2006, s'engagent dans cette voie. La machine industrielle est lancée. Entre 2000 et 2010, la production mondiale de panneaux est multipliée par 100. Le prix des panneaux à base de silicium cristallin, qui représentent 90% des ventes, baisse de façon spectaculaire par effet d'échelle. En parallèle, d'autres technologie se sont développées comme la filière des couches minces dont les rendements en modules industriels se situent entre 7 et 14% contre 14 et 20% pour des modules en silicium cristallin. Cette efficacité plus faible est contrebalancée par des coûts de production moindres, liés à des processus de fabrication plus simples : il suffit de déposer de fines couches de matériaux sur des substrats de verre et non de découper des lingots de silicium obtenus à très haute température. De nouvelles cellules, potentiellement encore moins chères, devraient apparaître sur le marché d'ici la fin de la décennie : les cellules organiques et les cellules à colorant. En 2013, leurs rendements records en laboratoire étaient respectivement de 12% et 14%. Elles peuvent être fabriquées par des dépôts à basse température et à pression ambiante, ce qui permet d'envisager des applications sur des supports flexibles en plastique. Mais des verrous technologiques sont encore à lever pour un passage à une production industrielle. Dans 10 ans, quelle sera la technologie gagnante dans cette course aux rendements et aux bas coûts ? Il pourrait y avoir autant de gagnants que de niches économiques : - panneaux en silicium et en couches minces pour équiper durablement les toits des bâtiments ; cellules multijonctions au rendement record de 44%, pour des usages spatiaux, et, dans des fermes solaires, en les couplant avec des optiques à concentration - cellules organiques ou à colorant, intégrées aux façades des bâtiments, aux abri-bus, ou utilisées pour recharger smartphones et tablettes. Outre cet essor du photovoltaïque dans notre quotidien, un changement majeur se profile d'ici 2020 : l'avènement de la parité réseau. Le prix de l’électricité solaire photovoltaïque sera alors identique au prix de l’électricité fournie par le réseau aux particuliers comme c’est partiellement le cas en Allemagne ou dans le sud de l’Italie. Les chercheurs travaillent déjà sur des cellules qui pourraient s’avérer encore plus efficaces en terme de rendement : cellules utilisant des cristaux photoniques, forêts de nanofils, boîtes quantiques... Un boom des concepts qui mobilise les laboratoires. Mais les chercheurs restent attentifs aux surcoûts engendrés, tout en s'investissant dans l’amélioration des technologies existantes en contact étroit avec l'industrie.