Énergie renouvelable: la chute des prix dope (enfin) les espoirs de l’industrie du solaire

Atlantico : Depuis la construction de la première cellule solaire dans le New-Jersey dans les années 50, l’énergie solaire a fait de grands progrès. Leur efficacité a triplé et heureusement leur utilisation est bien moins coûteuse. Quelles ont été les grandes avancées qui ont permis à ces cellules de mieux capter l’énergie du soleil ?

Loïk Le Floch-Prigent : Lors de la découverte en 1839 de l’effet photovoltaïque par le physicien Français Becquerel, aucun industriel ne s’enthousiasme. Le savant utilise de l’or et du sélénium, matériaux chers, et le rendement est de 1%. La transformation directe de l’énergie solaire en électricité devra attendre le programme spatial pour revenir dans l’actualité, en 1954, et cette fois-ci avec un rendement de 6%. Disposer dans un satellite d’une énergie abondante parait opportun, et un peu plus tard on lance des engins qui vont atteindre sur orbite des rendements de 9%. Bien sur, il s’agit de programmes à budget abondant et si les cellules solaires sont fiables, c’est beaucoup mieux que d’envisager un voyage de batteries dans l’espace. Comme pour beaucoup d’innovations c’est donc, dans un premier temps, un développement à carnet de chèques ouvert compte tenu de l’objectif recherché.

Le choc pétrolier de 1973 incite le monde scientifique, technique et industriel à se pencher sur la capacité de produire moins cher les panneaux solaires, thermiques ou photovoltaïques. En France cela aboutira à la création en 1978 du Commissariat à l’Energie Solaire qui va faire réaliser des progrès considérables à la maîtrise des matériaux utilisables pour les cellules photovoltaïques sous l’animation d’un Normalien-Ingénieur des Mines, Henry Durand.

Mais dès 1982, les chiffres du pétrole et du gaz ne sont plus préoccupants, les rendements du solaire sont encore faibles, aucun grand  industriel français ne veut s’engager dans cette aventure, et comme pour l’électrochimie et ses batteries, les grands programmes lourdement financés sont américains et asiatiques, d’abord japonais et lentement de plus en plus chinois.

Les progrès réalisés dans les rendements sont importants, autour de 20%, mais il est facile de démonter que n’importe quelle plante est meilleure que tous les physiciens de la planète : la dynamique et l’argent permettent des progrès mais tout est encore perfectible et on n’aucune idée de l’idée qui va permettre de passer au rendement supérieur à un coût acceptable.

Les industriels vont, de nouveau, se pencher sur le sujet lorsque l’écologie va les obliger à se saisir du futur des énergies renouvelables grâce à un engouement populaire fatigué par les désagréments issus des énergies classiques et rêvant d’une énergie gratuite et non polluante : le vent, le soleil, la marée, les vagues… Ce sera en France le Grenelle de l’Environnement en 2008/2009, mais dans tout le monde développé, on assiste à des phénomènes d’une ampleur imprévue. Il faut donc installer en urgence des panneaux solaires en France et en Europe. Les quelques constructeurs de notre continent disparaissent un à un et ce sont les Japonais, puis les Chinois qui prennent et conservent le monopole de ce nouveau marché, captant par là-même l’ensemble des efforts de recherche réalisés dans notre pays depuis trente ou quarante ans.

L’objectif recherché est de définir des cellules performantes, stables et avec un minimum de ressources rares, pour arriver à un coût acceptable. Et pour l’instant, malgré l’appel à un continent à bas coût de main d’œuvre, il faut encore subventionner le secteur solaire pour justifier l’installation de fermes solaires. Par contre, comme d’habitude, si l’on est dans des lieux reculés, l’alternative est tellement onéreuse que le solaire devient ultra -compétitif.

Du point de vue scientifique c’est le silicium raffiné à 99,999% qui est utilisé majoritairement en association avec quantités d’autres matériaux, les chers indium, tellure, gallium, germanium, et les acceptables comme les perovskites sur lesquels travaillent plus de mille laboratoires dans le monde d’aujourd’hui. On cherche donc, d’une part à obtenir des rendements à 26% à très bas coût et à grande stabilité et, d’autre part, à faire la percée vers des rendements à 47% en suppriment tous les matériaux trop onéreux. Dans la mesure où l’argument pour faire du solaire est «écologique », il faut aussi que le bilan énergétique de la fabrication et du recyclage soit correct. Il faut sur les matériels existants 3 ans d’utilisation pour commencer à être rentables énergétiquement.

Quelles seront les prochaines innovations des cellules solaires ? Grâce à quels types de matériau pouvons-nous arriver à améliorer le rendement de ceux-ci ?

Le catalogue de tout ce qui se fait serait d’une longueur infini, les chercheurs sont justement obsédés par leur capacité à faire mieux que les plantes, mais ils se heurtent à des difficultés importantes sur la provenance des matériaux qui sont les plus performants. D’où, en particulier, l’engouement pour les oxydes perovskites qui sont peu onéreux, qui conduisent à des rendements de 20% et qui semblent avoir résolu leur stabilité dans le temps. Mais les pistes de recherche sont nombreuses, certaines sans silicium, et la nouvelle dynamique industrielle aux USA ou en Asie conduit rapidement à effectuer des essais d’industrialisation. L’intelligence artificielle et les algorithmes imaginés dans le cadre du développement durable permettent de sélectionner rapidement ce qui est prometteur et d’abandonner rapidement ce qui ne l’est pas, mais on n’a pas encore la piste pour une amélioration du rendement avec des produits bon marché. Les Japonais ont des objectifs de diminution des prix qu’ils arrivent à tenir, mais personne n’arrive à une véritable percée. Les Français sont présents, discrètement, dans ce concert mondial, et il existe encore des chercheurs nationaux qui n’émigrent pas, mais ils sont beaucoup plus courtisés par l’industrie internationale que par nos propres forces de production. Après tout, nous sommes quand même les héritiers de Becquerel et les laboratoires des Ecoles Normales ont fait beaucoup pour la science moderne !

On ne peut faire aucun pronostic sur la découverte du Graal solaire, mais ce qui est fait est passionnant et va rejeter tout les matériels actuels dans la poubelle de l’histoire…technico-industrielle.

En avril 2020, l’énergie solaire a représenté près de 30 % de l’approvisionnement en énergie du Royaume-Uni. Est-ce le signe de la maturité pour l’énergie solaire ?

Il faut se méfier de la mauvaise lecture des articles d’origine scientifique, Un jour, un seul jour en avril, l’énergie solaire a réalisé 30% de l’approvisionnement électrique du Royaume Uni, de même une petite semaine, en avril toujours, 23% de solaire en Allemagne ! Ces chiffres ne démontrent rien, mais ils servent  de drapeaux à tous les anti -autres formes d’énergie, manipulation compréhensible.

Le solaire, et le solaire photovoltaïque en particulier n’en est qu’à ses premiers balbutiements. C’est une énergie intermittente qui nécessite donc, soit un stockage, (aujourd’hui hors de prix) soit un apport complémentaire. Il ne peut donc n’être qu’un appoint, pas une base, qui reste l’apanage des sources « pilotables » -hydraulique, fossiles, nucléaire- et la justification de ses multiples installations c’est que l’on progresse chaque année et que la solution va arriver un jour ! En attendant, ces expérimentations coûtent cher et surtout lorsque l’on réalise des grandes fermes solaires (par définition intermittentes), on fragilise les réseaux existants et cela coûte une nouvelle fois très cher ! Il faut donc se montrer raisonnable et privilégier l’utilisation du solaire pour les circuits courts, individuels, petites collectivités avec une possibilité d’appel au réseau existant sans avoir à le reconstruire entièrement.

Si l’on pousse correctement dans cette direction, on va y arriver. Après tout les fossiles existent grâce au soleil, et homo sapiens a appris à le domestiquer, mais il n’est pas encore arrivé à sauter une barrière de connaissances indispensable pour une utilisation du photovoltaïque rationnelle. Il fallait subventionner le solaire pour que cela bouge, il ne faut pas en déduire que la rentabilité est arrivée, le solaire ne permet pas d’obtenir aujourd’hui une énergie abondante, bon marché et assurée pour une humanité qui s’est habituée à disposer d’instruments pilotables et qui n’a pas encore réussi à universaliser cette pratique : une partie de la population n’a ni eau ni énergie.