L’avenir du solaire offre de larges possibilités d’optimisations, à la fois par l’amélioration des techniques actuelles et par la mise en œuvre de projets inédits. De nombreuses variantes de panneaux solaires utilisés seuls ou dans une centrale solaire thermodynamique existent. Coût, rendement, taille, facilité de mise en œuvre, elles ont toutes un avantage.
Centrale à capteurs cylindro-paraboliques dans le désert californien de Mojave. © Worklife Siemens
Mieux stocker la chaleur dans les centrales photovoltaïques
Le rendement des centrales solaires thermodynamiques peut être amélioré à l’avenir grâce aux sels fondus qui constituent le fluide caloporteur. Ils atteignent un peu plus de 500°C mais la société américaine Halotechnics a développé de nouveaux mélanges, dont un composé d’un verre spécial qui peut atteindre 1200°C. Le rendement des centrales pourrait alors passer à 52 %. Problème : les installations actuelles ne supportent pas de telles températures. La majorité des centrales étant encore à l’état de projet, il ne semble cependant pas trop contraignant pour la filière d’adapter le matériel.
Les mélanges pour hautes températures sont économiquement intéressants. Ils permettent de stocker trois fois plus d’énergie thermique dans un même volume de stockage et la centrale pourrait délivrer la même puissance avec 25% de miroirs en moins grâce aux meilleurs rendements, selon Halotechnics. Mieux exploitées la nuit, les turbines accéléreraient aussi l’amortissement des centrales.
Des panneaux plus écolos grâce à la photosynthèse
Les cellules photovoltaïques sont écologiques à l’usage. En revanche, leur fabrication et leur destruction ne l’est pas. Leur fabrication est en effet énergivore et fait appel à des éléments toxiques. Alors pourquoi ne pas recréer la photosynthèse ? Cette réaction biochimique observable chez les plantes produit de l’énergie à partir de la lumière du soleil grâce à un système de molécules, de protéines et de pigments. Ainsi, l’absorption de photons provoque l’éjection d’électrons. C’est de l’électricité. Reste à synthétiser le processus.
Andreas Mershin, du Massachusetts Institute of Technology et son équipe s’y sont attelés et ont créé une cellule photovoltaïque biologique. Ils ont extrait des photosystèmes à partir d’algues et les ont appliqués sur un semi-conducteur métallique. Les électrons éjectés par les molécules organiques en présence de lumière sont captés par le support métallique et servent à produire du courant.
Ce procédé a l’avantage d’utiliser des matériaux biologiques renouvelables et recyclables et de coûter peu d’énergie à la fabrication. Cette prouesse technologique est présentée dans la revue Nature Scientific Reports.
La fabrication d’électricité biosolaire pourrait devenir compétitive mais les rendements ne permettent pas encore la commercialisation. La puissance n’atteint que 81 µW par cm², loin des 15.000 µW par cm² développés par des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin. La tension et l’intensité sont également trop faibles pour l’instant. L’application à grande échelle de cette découverte prometteuse n’est donc pas pour tout de suite.
L’avenir solaire : le projet Desertec, l’énergie sans frontières
Le plus ambitieux des projets énergétiques qui offre un bel avenir solaire est sans doute le projet Desertec. C’est en fait un concept de grande envergure qui prévoit entre autres l’exploitation du potentiel solaire des déserts comme le Sahara, afin de produire suffisamment d’électricité pour le monde entier. Desertec fut développé à l’origine par la Coopération transméditerranéenne pour l’énergie renouvelable (TREC pour Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation), aujourd’hui connue sous le nom de Fondation Desertec.
Couvrir de capteurs solaires un vingtième de la surface du Sahara suffirait à approvisionner le monde en électricité. La consommation mondiale est de 8 milliards de tonnes équivalent pétrole par an, 1 tep valant 11630 kWh. Il vise à connecter plusieurs grandes centrales solaires thermiques ainsi que les sources de production renouvelables et les réseaux de distribution d’Afrique du Nord, d’Europe et du Moyen-Orient. Cette interconnexion s’apparente au réseau Smartgrid, dit « intelligent » car il peut optimiser la production et la distribution grâce à l’informatique et à la diversité des sources disponibles.
Sur le papier, Desertec semble parfait. En plus de l’électricité, le projet prévoit de fournir de l’eau potable aux régions côtières désertiques. Les centrales solaires pourraient en effet dessaler l’eau par électrolyse. A l’intérieur des déserts, les centrales pourraient être refroidies par air et les zones côtières présentent un potentiel éolien abordable. Les systèmes photovoltaïques pourraient être utilisés pour répondre aux pics de consommation. Le projet mise sur la diversification des sources d’énergie pour pallier les limites technologiques. Ainsi, les centrales thermodynamiques, les centrales à biomasse, géothermiques, hydroélectriques et le stockage par pompage-turbinage (stocker l’eau dans des bassins quand la demande est faible pour la turbiner en cas de besoin, comme dans un barrage) produisent une électricité contrôlable. Cela signifie que l’ensemble du système permet de ne pas subir les fluctuations de l’éolien et du photovoltaïque, donc la part de ces énergie peut être augmentée dans le mix énergétique.
Le projet Desertec repose sur deux technologies majeures : les centrales thermodynamiques et le courant continu à haute tension (CCHT).Avec Desertec, les centrales thermodynamiques pourraient en plus servir à produire de l’eau douce à partir d’eau utilisée pour le refroidissement de l’installation. Une centrale de 250 mégawatts pourrait produire 4 millions de litres d’eau par heure. Cette méthode est déjà utilisée dans la centrale à énergie fossile de Jebel Ali à Dubai.
Le courant continu à haute tension permet de transporter l’électricité sur de longues distances avec un minimum de pertes : environ 3 % tous les 1 000 kilomètres. Sachant que 90 % de l’humanité habite à moins de 3 000 km d’un désert, cette technique offrirait un moyen efficace de fournir de l’électricité verte. Autre argument, ces lignes seraient enterrées, donc invisibles.
Cependant, les détracteurs de Desertec pensent que le projet créera une forme d’écocolonialisme par l’utilisation des terres du sud à des fins de production énergétiques. D’autres estiment que l’énergie produite dans ces pays devrait y rester pour répondre aux besoins locaux. C’est ce que dénonce Stephan Kohler, directeur de l’agence allemande de l’énergie (DENA). « La construction de centrales solaires en Afrique du Nord est judicieuse. Le transport de l’électricité sur 3 500 km vers l’Allemagne l’est beaucoup moins. On a besoin de cette énergie sur place », affirme-t-il.
Enfin, Desertec serait hybride, acceptant des combustibles fossiles. C’est ce qui le rend plus attractif pour ses promoteurs, mais c’est aussi le risque de voir les énergies renouvelables reléguées au second plan.
Auteur : Christofer Jauneau, contribution bénévole
Avertissement: cet article est une contribution bénévole et ne reflète pas forcément la position de la rédaction.
