L'énergie solaire, source d'énergie propre et renouvelable, suscite un intérêt croissant. Nous vous proposons un tour d'horizon complet de cette technologie prometteuse, de sa définition à ses applications en passant par ses avantages et les défis à relever pour son déploiement à grande échelle.
Définition et génération
Qu'est-ce que l'énergie solaire ?
L'énergie solaire est l'énergie transmise par le rayonnement du soleil, captée à la surface de la Terre. Elle peut être convertie en électricité grâce à des panneaux photovoltaïques, ou en chaleur via des panneaux solaires thermiques. C'est une énergie verte car sa production n'émet quasiment pas de gaz à effet de serre.
L'énergie solaire photovoltaïque
L'effet photovoltaïque, découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel, permet de transformer directement l'énergie lumineuse des photons en électricité. Des cellules photovoltaïques en silicium, assemblées en modules puis en panneaux solaires, produisent ainsi un courant électrique continu lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Un onduleur convertit ensuite ce courant en courant alternatif, utilisable dans le réseau électrique.
L'énergie solaire thermique
Les panneaux solaires thermiques captent quant à eux la chaleur du soleil pour la transmettre à un fluide caloporteur, qui chauffe ensuite l'eau d'un ballon ou alimente un circuit de chauffage. Ils permettent de produire de l'eau chaude sanitaire et d'assurer une partie des besoins de chauffage d'un bâtiment.
Utiliser l'énergie solaire présente de nombreux avantages : ressource gratuite et inépuisable, production locale et décentralisée, pas d'émission de CO2. Les technologies photovoltaïques et thermiques sont de plus en plus performantes et abordables. Elles contribuent activement à la transition énergétique vers un mix moins carboné.
Retrouvez plusieurs vidéos en ligne à ce sujet, avec par exemple :
L'énergie solaire : Comment ça marche ?
Avantages principaux
L'énergie solaire présente de multiples atouts qui en font une source d'énergie d'avenir. Sa nature propre et renouvelable en fait un pilier de la transition énergétique.
Une énergie renouvelable et abondante
Le soleil est une ressource inépuisable d'énergie à l'échelle humaine. Chaque année, la Terre reçoit en effet une quantité colossale d'énergie solaire, estimée à environ 23 000 TWh, soit bien plus que nos besoins énergétiques mondiaux. Contrairement aux énergies fossiles, l'énergie solaire est inépuisable et disponible partout dans le monde, même si certaines régions y ont plus facilement accès.
Une énergie propre pour lutter contre le changement climatique
L'un des plus grands atouts de l'énergie solaire est son très faible impact environnemental. La production d'électricité photovoltaïque et l'utilisation de chauffe-eau solaires n'émettent quasiment pas de gaz à effet de serre ni de polluants atmosphériques. Sur l'ensemble de son cycle de vie, le solaire produit 20 à 80 g de CO2 par kWh, contre 400 à 1000 g pour le gaz et le charbon. C'est donc une énergie très peu carbonée qui permet de lutter efficacement contre le réchauffement climatique.
| Source d'énergie | Emissions de CO2 (en g/kWh) |
|---|---|
| Solaire photovoltaïque | 20-80 |
| Éolien | 3-22 |
| Nucléaire | 12 |
| Gaz naturel | 400-500 |
| Charbon | 800-1000 |
Un coût en forte baisse
Grâce aux progrès technologiques et aux économies d'échelle, le coût de l'énergie solaire a été divisé par 5 depuis 2009. En 2020, le coût moyen mondial du solaire photovoltaïque était de 50 $/MWh contre 80 $/MWh pour le gaz et 110 $/MWh pour les nouvelles centrales nucléaires. Cette compétitivité fait du solaire l'une des énergies les moins chères aujourd'hui dans de nombreux pays.
Une énergie locale créatrice d'emplois
Contrairement aux énergies fossiles, l'énergie solaire est décentralisée et permet une production au plus près des besoins. Cela réduit les pertes liées au transport de l'électricité et renforce l'indépendance énergétique des territoires. La filière solaire est aussi une grande pourvoyeuse d'emplois locaux non délocalisables pour l'installation et la maintenance des équipements. En France, on estime que les énergies renouvelables ont créé plus de 100 000 emplois.
En résumé, l'énergie solaire cumule de nombreux avantages :
- Une énergie renouvelable, gratuite et disponible partout
- Un très faible impact environnemental et climatique
- Des coûts en forte baisse qui la rendent compétitive
- Une production locale source d'indépendance et d'emplois
Ses atouts en font un pilier incontournable de la transition énergétique vers un modèle plus durable.
Technologies et applications
Le photovoltaïque, des panneaux qui transforment la lumière en électricité
Le solaire photovoltaïque repose sur l'effet photoélectrique des matériaux semi-conducteurs comme le silicium. Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules photovoltaïques, les photons transmettent leur énergie aux électrons du silicium, créant ainsi un courant électrique continu. Les panneaux photovoltaïques sont constitués de plusieurs modules reliés entre eux, eux-mêmes composés de nombreuses cellules photovoltaïques.
Cette électricité peut ensuite être utilisée localement, stockée dans des batteries ou injectée sur le réseau après être passée par un onduleur pour la convertir en courant alternatif. Le rendement des panneaux ne cesse de s'améliorer, atteignant aujourd'hui 20 à 25% pour les technologies à haut rendement. Des systèmes permettent également de suivre la course du soleil pour optimiser le rendement.
Les applications sont multiples, de l'alimentation de maisons individuelles aux grandes centrales au sol de plusieurs mégawatts, en passant par les toits d'entrepôts ou les ombrières de parkings. Le photovoltaïque connaît une croissance très rapide au niveau mondial.
Le solaire thermodynamique: chauffer un fluide à haute température
Le solaire thermodynamique consiste à concentrer les rayons du soleil sur un fluide caloporteur (eau, huile, sels fondus) pour le chauffer à très haute température (plusieurs centaines de degrés). Cette chaleur est ensuite utilisée dans un cycle thermodynamique classique, comme celui d'une centrale à charbon ou nucléaire, pour produire de la vapeur qui entraîne une turbine couplée à un alternateur.
Il existe plusieurs technologies de concentration des rayons solaires:
- Les centrales à miroirs cylindro-paraboliques où des miroirs en forme d'auge concentrent le rayonnement sur un tube contenant le fluide caloporteur.
- Les centrales à tour où un champ de miroirs (héliostats) concentre les rayons en haut d'une tour où se trouve le récepteur.
- Les centrales à miroirs de Fresnel qui utilisent de longs miroirs quasiment plats pour focaliser les rayons.
- Les centrales à concentrateurs paraboliques (dish Stirling) où chaque miroir parabolique concentre la chaleur sur un moteur Stirling.
L'avantage du solaire thermodynamique est de pouvoir stocker la chaleur dans des réservoirs pour continuer à produire de l'électricité même lorsque le soleil ne brille pas. La chaleur peut aussi être utilisée directement pour des procédés industriels.
Ces centrales nécessitent un ensoleillement direct très important et sont donc adaptées aux zones désertiques et tropicales. Plusieurs centrales de grande puissance (jusqu'à 500 MW) sont en fonctionnement dans le monde, notamment en Espagne, aux États-Unis et au Maroc.
Des technologies complémentaires et prometteuses
Le solaire photovoltaïque et thermodynamique ont chacun leurs atouts et leurs spécificités. Ils se développent en parallèle et sont amenés à tenir une place croissante dans le mix énergétique mondial. Leur complémentarité et leur couplage, notamment via le stockage, renforcent leur pertinence pour alimenter durablement nos sociétés en énergie.
L'innovation reste forte dans le secteur pour améliorer les rendements, baisser les coûts et faciliter l'intégration au réseau de ces énergies renouvelables mais intermittentes. Les prochaines années verront l'essor de nouvelles technologies comme les cellules photovoltaïques tandem multi-jonctions, les centrales solaires à concentration avec stockage intégré ou encore l'hybridation solaire et thermique.
Facteurs économiques
Des coûts initiaux élevés mais en baisse constante
| Année | Prix moyen module PV ($/Wc) |
|---|---|
| 2010 | 1,82 |
| 2020 | 0,36 |
Des économies d'énergie sur le long terme
Si l'investissement initial peut être conséquent, l'énergie solaire permet de réaliser d'importantes économies sur les factures d'électricité sur le long terme. Une installation photovoltaïque a une durée de vie d'environ 25 à 30 ans. Sur cette période, les économies cumulées dépassent largement le coût initial. D'après une étude d'Engie de 2021, un foyer français qui s'équipe en panneaux solaires peut économiser en moyenne 59% sur ses factures.
Impact positif sur la valeur des biens immobiliers
Des aides financières pour encourager l'adoption
Pour aider ménages et entreprises à passer le cap, des aides financières existent sous forme de subventions ou de crédits d'impôt. En France, les principales aides en 2023 sont les suivantes :
- Prime à l'autoconsommation photovoltaïque, entre 380€/kWc et 280€/kWc selon la puissance installée, sous conditions de revenus
- TVA réduite à 5,5% pour l'achat du matériel et l'installation
- Aides locales des collectivités territoriales (régions, départements...)
Des dispositifs similaires existent dans de nombreux pays pour faciliter le déploiement de l'énergie solaire, avec des retours sur investissement entre 8 et 12 ans en moyenne.
Malgré un coût initial qui peut freiner certains, le solaire photovoltaïque devient de plus en plus compétitif et rentable économiquement grâce à la baisse continue des prix, aux économies générées et aux aides publiques disponibles. L'aspect financier n'apparaît plus comme un obstacle insurmontable à l'adoption de cette énergie renouvelable par le plus grand nombre.
Défis et contraintes
L'intermittence de la production solaire
L'un des principaux défis de l'énergie solaire est son caractère intermittent. Par définition, les panneaux photovoltaïques et thermiques ne produisent de l'électricité ou de la chaleur que lorsque le soleil brille. La nuit, par temps couvert ou en hiver, la production chute drastiquement voire devient nulle.
Cette variabilité de la production selon les conditions météorologiques et les saisons complexifie l'intégration de grandes quantités d'énergie solaire sur les réseaux électriques. Pour assurer en permanence l'équilibre entre l'offre et la demande d'électricité, le recours à d'autres sources pilotables (gaz, hydroélectricité, nucléaire...) reste nécessaire en complément du solaire.
Le développement de technologies de stockage de l'électricité (batteries) permettant de lisser la production solaire est un enjeu clé. Mais elles restent encore coûteuses à grande échelle. Des solutions de gestion intelligente des réseaux émergent également pour optimiser l'équilibre offre-demande.
L'emprise au sol des centrales
Comparée à d'autres filières comme le nucléaire, l'énergie solaire nécessite de grandes surfaces au sol pour déployer les panneaux. Cela peut entrer en conflit avec d'autres usages des terres comme l'agriculture. On estime qu'il faut entre 1 et 2 hectares pour installer 1 MW de panneaux solaires au sol.
| Puissance | Surface nécessaire |
|---|---|
| 1 MW | 1 à 2 ha |
| 10 MW | 10 à 20 ha |
| 100 MW | 100 à 200 ha |
Des solutions existent pour limiter les conflits d'usage : installation sur des friches industrielles, des délaissés routiers ou en toiture de bâtiments. Mais elles ne suffiront pas à répondre aux besoins croissants. Un équilibre est à trouver entre production d'énergie renouvelable et préservation des espaces naturels et agricoles.
L'impact environnemental de la fabrication des panneaux
Si le solaire est vertueux en phase d'exploitation, sa fabrication a un impact environnemental non négligeable. Extraire et raffiner le silicium nécessaire aux cellules photovoltaïques est énergivore. Cela génère des gaz à effet de serre et d'autres polluants.
Sur l'ensemble de leur cycle de vie, les panneaux solaires émettent entre 20 et 80 g de CO2 par kWh produit, selon les technologies et lieux de fabrication. C'est bien moins que les énergies fossiles mais pas anodin pour autant. Des progrès sont encore attendus pour "verdir" la chaîne de valeur du photovoltaïque.
Le recyclage des panneaux en fin de vie, qui contiennent des métaux rares et précieux, est également un enjeu émergent. Des filières se structurent progressivement mais des efforts sont encore nécessaires sur ce plan.
"Si le solaire photovoltaïque a un rôle essentiel à jouer dans la transition énergétique, il faudra résoudre les problèmes d'approvisionnement en matériaux, de consommation de ressources et de gestion de la fin de vie des équipements."
Ademe
Malgré ces contraintes, le solaire conserve un bilan environnemental très positif. Mais un déploiement massif et durable de cette énergie nécessitera de s'attaquer à ces différents enjeux pour en faire une solution véritablement soutenable sur le long terme.
- L'intermittence de la production solaire et le besoin de stockage
- L'emprise au sol importante des centrales
- L'impact environnemental de la fabrication des panneaux
- Le recyclage des équipements en fin de vie
L'avenir de l'énergie solaire en France
Des capacités solaires multipliées par 5 d'ici 2028
| Année | Objectif capacité solaire |
| 2023 | 20,6 GW |
| 2028 | 40 GW |
Un soutien renforcé au développement des grandes centrales solaires
- Un appel d'offres dédié aux centrales au sol de grande taille (> 500 kWc) pour un volume de 2 GW/an
- Un appel d'offres pour les installations sur grandes toitures (100 à 500 kWc) pour 300 MW/an
Simplification des procédures pour les petites installations
« Mon ambition, c'est qu'on soit à 100 000 toitures solaires par an en 2024 et 200 000 par an en 2028 »
Barbara Pompili, Ministre de la Transition écologique
L'énergie solaire, un pilier de la transition énergétique
L'énergie solaire s'impose comme une alternative durable aux énergies fossiles. Malgré quelques défis techniques et économiques, son potentiel est immense pour réduire notre empreinte carbone. La France, avec des politiques volontaristes et des projets ambitieux, entend bien devenir un leader dans ce domaine et faire de l'énergie solaire un pilier de sa transition énergétique.