Quelle énergie demain : le photovoltaïque.

          La deuxième source d’énergie dont on parle beaucoup est le solaire. On entend souvent dire que le silicium est abondant sur terre. Mais cette abondance dans la croûte terrestre n’a rien à voir avec sa disponibilité industrielle.
          Afin d’extraire le silicium dit « métallurgique » (pur à 99,8 %), il faut en effet du quartz de qualité très particulière, du charbon à bas taux de cendres, du bois et de l’énergie électrique. Sur les 3,5 millions de tonnes fabriquées dans le monde, la Chine en produit environ 75 %, tandis que l’Europe ne produit que 17 % de sa consommation. Ce silicium doit être épuré pour atteindre une pureté de 99,9999999 % afin d’être transformé en qualité photovoltaïque.  
          Alors qu’ils étaient leaders dans les années 2010, l’Europe et les États-Unis sont maintenant devenus marginaux dans la production de ce matériau, qui, par ailleurs est d’un coût élevé..
         Il faut ensuite transformer cette matière pure en lingots, à plus de 83 % monocristallins, et à cette étape, environ 35 à 40 % du silicium est perdu, Puis, les lingots sont transformés en cellules, transformation qui nécessite 7 à 12 étapes.
         Des collecteurs en argent sont mis en place. En 2022, cela consommait déjà 4000 tonnes soit 13 % de l’argent mondial disponible.
         Enfin, l’assemblage de cellules, inter-connectées par des collecteurs à base de cuivre, est encapsulé entre deux feuilles d’éthylène acétate de vinyle (EVA), afin de résister environ 20 ans aux conditions atmosphériques, puis collé sous une feuille de verre, munie d’un cadre en aluminium, pour devenir un module.
         La capacité des modules s’est améliorée, passant d’une puissance maximale possible de 150 W à 500 W.
         Cette chaine est fortement consommatrice d’énergie et génératrice de rejets de CO₂ Pour un module standard à 60 cellules fabriqué en Chine, délivrant 350 W, 120 kWh d'énergie sont consommés et 77 kg de CO₂ rejetés. En France on ne rejetterait que 13 kg de CO₂ du fait de notre électricité nucléaire.
        Les technologies développées permettent désormais de recycler les panneaux solaires à l’exception des plastiques polymères.

         Les trois problèmes du photovoltaïque sont 
                 - que son énergie est intermittente et lié à la lumière solaire, et n’intervient pas forcément dans les périodes de forte demande. Les facteurs de charge sont faibles : entre 9 et 12 %. 100 GW installé ne produit donc que l’équivalent d’une source de 10 GW. Concrètement, 1MW photovoltaïque produit en moyenne deux fois moins d'électricité que 1 MW éolien et presque 7 fois moins que 1 MW nucléaire.
                  La production est très variable selon les saisons (cf graphique ci-dessous)

                 - que la Chine produit actuellement 80% des panneaux solaires.
                 - qu’il est adapté à de petites installations, notamment maisons individuelles, mais qu’il est coûteux à raccorder au réseau électrique et qu’il faut d’énormes surfaces de panneaux pour produire une énergie importante.(environ 2,5 hectares par MW).

          Les chiffres concernant l’énergie solaire sont difficile à trouver car on ne sait pas s’ils tiennent compte des productions des petits consommateurs qui ont installé quelques panneaux sur un toit.
          La baisse des coûts des panneaux solaires a été un facteur clé dans l'augmentation des installations photovoltaïques, permettant à un plus grand nombre de pays et de régions de déployer cette technologie.:

        La production mondiale est de 1630 TWh en 2022, pour une puissance installée dans les parcs de 1500 GW (G = 10⁹ et T = 10 ¹²).
        Mais cela n’inclue pas les productions hors réseau, par exemple sur le toit d’une maison ou d’une grange. Le secteur de l'énergie solaire « hors réseau » fournirait actuellement de l'éclairage et d'autres services énergétiques à près de 420 millions de personnes dans le monde.
        Les importations en Europe en provenance de Chine sont de l'ordre de 170 millions de modules, représentant de l'ordre de 80 GW, alors qu'elle n'a produit qu'environ 2GW de modules opérationnels.
         Le pays européen le plus doté est l'Allemagne avec 67 GW en 2022, l'Italie et l'Espagne disposant de 20 à 25 GW.
         L'objectif européen est de passer de 260 à 750 GW installés, en 2030 et de produire 40% de ses besoins, pour diminuer sa dépendance de la Chine.
        La France est encore plus à la traine : 17 GW en 2022, avec un taux moyen de croissance entre 2013 et 2022 de 13 %.
        Les plus grandes centrales solaires sont :
              - Cestas, en Gironde, à 30 km au sud de Bordeaux avec près d’un million de panneaux qui sont répartis sur 250 hectares, soit quasiment 360 terrains de football, et une puissance crête de 300MW. Fonctionne depuis 2016.
             - Marville, dans la Meuse, le long d’une ancienne base aérienne de l’OTAN. Elle s’étend sur 155 hectares, comporte 364 000 panneaux et une puissance crête de 152 MW.  Fonctionne depuis 2021.  
             - La vieille centrale de Toul-Rozières en Meurthe et Moselle, en service depuis 2012, avec 1,4 millions de panneaux sur 367 hectares, mais n'a qu'une puissance de 115 MW crête.
             - Une autre ancienne centrale, à Colle-des-Mées, dans les Alpes de haute Provence, où 112 0000 panneaux fonctionnent depuis 2012 , sur 200 hectares  et 100MW.

             - Le parc solaire de Losse-Gabrdan dans les Landes compte 872 000panneaux sur 300 hectares pour une puissance crête de 67 MW.
             - Crucey-village en Eure et Loir , au nord de Bordeaux, 60 hectares d'une ancienne décharge abrite 128 000 panneaux 135 000 panneaux solaires et une puissance de 57 MW, depuis fin 2021.
            - Saran près de Gien, sur 75 hectares au milieu de la forêt, 126 000 panneaux avec une puissance crête de 55 MW.  Fonctionne depuis fin 2021.

           - Marcoussis, à 20 km de Paris, sur 23 hectares d'anciennes terres agricoles, 60 000 panneaux  et 24 MW crête.
         On voit que ces centrales occupent des surfaces importantes, et que les centrales plus récentes utilisent des panneaux ayant un meilleur rendement et donc ont besoin de moins de panneaux pour une même puissance.
   
       Le solaire représente également beaucoup de petites installations individuelles, d'agriculteurs ou d'entreprises, mais de faible puissance. Au 30 juin 2024, il y en avait 1 010 480, mais elles ne représentaient que 0,22 GW.  Sur les toits des maison ce sont quelques KW, dans des sites industriel quelques MW.

        L’énergie solaire thermique;

          Un système solaire thermique exploite le rayonnement du soleil, pour le transformer directement en chaleur.
         Je ferai un article spécifique sur ces procédés.