L’énergie solaire sera la source d’énergie dominante de demain, et bien plus rapidement qu’on ne le pense. Tel est le message optimiste du livre « The Switch », qui inspire un grand nombre d’énergéticiens.
Chris Goodall est un businessman et expert des énergies renouvelables. Dans cet ouvrage, il démonte un à un les reproches existant à l’encontre du solaire et il va plus loin en démontrant que son avènement comme première source d’énergie est quasi-inévitable.
Environ 90 000 TW d’énergie solaire atteignent à chaque instant la surface de la planète, alors que la demande mondiale de nos sociétés énergétiques est aujourd’hui autour des 17 TW. Le principal défi est la capture et la distribution au plus grand nombre de cette énergie, à moindre coût.
Une croissance inévitable
Selon Chris Goodall, la croissance de la part du solaire dans la production énergétique est économiquement inévitable. Le coût de production – un facteur des plus importants -, donne de plus en plus l’avantage au solaire. L’auteur l‘explique par la « courbe d’expérience » ou « courbe d’apprentissage ». Il s’agit d’une théorie économique développée par le Boston Consulting Group qui décrit la relation entre l’augmentation de la quantité produite d’un bien et la baisse constante et mesurable de ses coûts. Leur analyse du marché des semi-conducteurs dans les années soixante leur avait permis d’établir qu’à chaque fois que leur volume de production globale doublait, leurs coûts baissaient de 25%, et cela de manière répétitive et constante sur le long terme.
Les différentes analyses effectuées sur le secteur du photovoltaïque ont permis d’arriver au chiffre de 20% de baisse des coûts pour chaque doublement du volume de production et cela de manière répétitive depuis les années septante.
L’évolution à la baisse des prix repose en grande partie sur la vitesse d’installation des systèmes solaires. Sur la dernière décennie, la production photovoltaïque a augmenté chaque année d’environ 40% et ne montre aucun signe de ralentissement.
Fig. Courbe d’apprentissage des modules solaires c-SI et CdTe. Source IRENA
Non seulement les coûts de l’énergie solaire baissent mais ceux des énergies conventionnelles augmentent. L’envolée des coûts pour les différents projets de centrale nucléaire EPR en Europe montre que cette tendance de baisse des prix n’est pas généralisable, et difficilement atteignable pour des sources d’énergie aussi complexe que le nucléaire.
De nombreux pays comme l’Inde et la Chine, où la volonté politique en faveur du développement solaire est claire, mais aussi les Etats-Unis (malgré l’hostilité manifeste du gouvernement fédéral) continuent d’installer d’importantes capacités photovoltaïques, ce qui tend à prouver que cette source d’énergie est commercialement viable. Le potentiel est lui aussi énorme pour les pays en voie de développement, souvent bénéficiaires d’un fort ensoleillement.
Meilleur rendement et nouveaux types de modules
Les avancées technologiques dans le domaine de l’énergie solaire se concentrent sur deux plans. Premièrement, on constate une augmentation du rendement énergétique des cellules actuellement sur le marché. Ce rendement se situe aujourd’hui autour de 20% (ratio de l’énergie solaire atteignant la cellule par sa production d’électricité). Or le maximum théorique se situe à environ 29% avec des cellules à mono-jonction. Une marge de progression est donc encore possible.
Deuxièmement, le secteur progresse également dans le développement de nouveaux types de modules, notamment ceux pouvant s’intégrer à des structures encore non accessibles pour les panneaux classiques. La firme Allemande Heliatek développe par exemple des films photovoltaïques composés exclusivement à base de composants organiques non toxiques et extrêmement fins et légers, pouvant s’intégrer aux façades des bâtiments ou aux structures trop fragiles pour les panneaux conventionnels.
Solutions pour gérer l’offre et la demande
Le développement à grande échelle des énergies renouvelables amène de nouveaux challenges dans la gestion de l’offre et la demande d’électricité. Et, en particulier, ce qui concerne la variabilité de leur production.
Pour ce qui est du courant fourni (l’offre donc) des solutions existent déjà, comme l’« oversizing » ou surcapacité bridée, qui consiste en une capacité potentielle plus importante que l’énergie réellement fournie pour procurer un flux plus stable sur l’ensemble de la journée et plus facile à gérer pour le gestionnaire de réseau.
En ce qui concerne la consommation (la demande donc), des solutions existent, tant pour les industriels que pour les ménages. La société belge REstore a notamment développé un programme permettant d’ajuster en temps réel la demande des acteurs industriels, qui sont rémunérés par le gestionnaire du réseau s’ils suspendent une partie de leur procédé industriel en temps de stress sur le réseau.
Pour les consommateurs non-industriels, la solution réside dans une tarification différentiée ayant pour but d’inciter la consommation d’électricité, notamment en milieu de journée lorsque la demande est plus faible, afin de mieux répartir la courbe de demande journalière.
Batteries électrochimiques et hydrogènese
Les derniers chapitres du livre se concentrent sur les différentes technologies de stockage, dont dépend en grande partie le futur de l’énergie solaire. L’auteur en distingue deux types, selon la durée de stockage.
Les systèmes de stockage pour quelques heures ou quelques jours seront essentiels au secteur électrique de demain. Ils participeront à la gestion de la stabilité du réseau électrique. Aujourd’hui, les batteries électrochimiques de type lithium-ion viennent occuper ce nouveau marché émergent chez les prosumers, en complément des systèmes hydrauliques de pompage turbinage chez les « utilities » du secteur électrique.
Pour le stockage dit inter-saisonnier, l’hydrogènese se positionne de manière très prometteuse au travers des projets de recherche tel que « Power-to-gas ».
Il s’agit de conserver les surplus d’énergie solaire produits en été lorsque la consommation électrique est faible (et la production d’énergie solaire très élevée) en la convertissant en hydrogène par électrolyse. Celui-ci peut être soit directement utilisé pour divers usages tels que le transport, soit converti en méthane pour être ensuite injecté dans le réseau gazier.
Transformer le CO2
Nécessaire à la transformation de l’hydrogène en méthane, la question des sources de C02 est évidemment importante. Trop faiblement présent dans l’air, ce gaz se retrouve par contre en grande quantités dans les rejets industriels ou dans les sources organiques tels que les résidus forestiers ou agricoles.
D’autres sociétés telles que l’américaine LanzaTech ont développé des technologies à base de micro-organismes consommant les gaz riches en CO et le métabolisant en différents produits tels que de l’éthanol. L’entreprise a mis en œuvre son procédé avec succès dans l’usine ArcelorMittal de Gand où les gaz émis ont pu être transformés en éthanol.
Il est important de noter que la plupart des technologies évoquées ici sont encore récentes et qu’elles connaissent des évolutions rapides ainsi qu’une attention croissante des grands acteurs du secteur qui développent leurs propres technologies.
Un récit inspirant
En conclusion, Chris Goodall nous livre un recueil de récits inspirants qui témoigne de la révolution solaire qui est en train de se passer. Il s’agit d’un exposé des plus complet et des plus optimiste sur le sujet. Même les connaisseurs trouveront de quoi s’émerveiller dans cet ouvrage parfaitement à jour. D’où son actuel succès international parmi les énergéticiens.
Il reste désormais à l’action politique de mettre en oeuvre la transition en cours.
« The Switch », 2016, Chris Goodall, ISBN 978-1781256350,
site de l’auteur: carboncommentary.com