du 08 au 13 octobre 2007
Énergie solaire et réchauffement climatique
L'énergie reçue par le soleil.
Le soleil (énorme boule d'hydrogène et d'hélium) est l'étoile la plus proche de la terre. Dans sa région centrale existe une pression d'une centaine de milliards d'atmosphères avec une température de 15.000.000°C, ce qui provoque la fusion de l'hydrogène en hélium. Le mécanisme de fusion thermonucléaire dégage énormément d'énergie qui est évacuée vers des couches moins profondes grâce à de gigantesques courants de convection. Cette énergie est émise vers l'espace sous forme de radiations électromagnétiques.
Ces radiations solaires ont des longueurs d'onde s'échelonnant entre 10-13m (rayon X) et 2km (ondes radios) en passant par des longueurs d'ondes sensibles à l'œil humain (couleurs).
L'énergie solaire reçue par la terre est mesurée par des satellites artificiels à la limite de l'atmosphère supérieure terrestre (constante solaire = puissance thermique reçue par une surface plane de 1 m² exposée perpendiculairement au rayonnement solaire). Le flux solaire reçu au sol chaque seconde par la face éclairée de la planète est bien plus faible car une partie de l'énergie est absorbée par l'atmosphère ou renvoyée vers l'espace. La température au sol est proportionnelle à la quantité d'énergie solaire reçue.
L'énergie solaire est repartie inégalement. L'énergie solaire disponible est en moyenne de 340w/m². Mais plus les rayons sont inclinés par rapport au sol, plus leur énergie est dispersée sur une grande surface d'où une température de plus en plus basse quand la latitude augmente.
De plus, en été l'hémisphère Nord reçoit plus d'énergie que l'hémisphère Sud (et vice-versa en hiver). Cela résulte aussi de l'angle d'incidence des rayons par rapport au sol qui n 'est pas le même dans l'hémisphère nord à ces 2 saisons.
Les différences entre saison ne sont pas aussi marquées suivant les régions (quasiment absentes en zones équatoriales, très marquées sur les pôles). Cet effet de dispersion est accentué par l'épaisseur de l'atmosphère à traverser, qui varie du simple au triple entre l'équateur et les pôles.

Le solaire photovoltaïque :
=> L'utilisation de l'énergie solaire est donc plus ou moins rentable selon les régions. On peut partiellement compenser cette inégalité en positionnant les panneaux solaires perpendiculairement aux rayons solaires de façon à augmenter la capture de leur énergie. Les panneaux solaires convertissent l'énergie lumineuse en énergie électrique.
Un régulateur protège les batteries contre les surcharges.
Un onduleur transforme le courant continu en alternatif pour alimenter les appareils de la maison.
Des batteries stockent cette électricité pour la nuit.

=> Énergie compétitive : Le second problème est de nature économique, il faudrait que le solaire photovoltaïque soit compétitif vis à vis des autres énergies, or si le soleil est gratuit, pour obtenir des résultats quantitatifs intéressants il est important de réaliser des capteurs de très grande surface à faible coût de production et de durée de vie longue. En effet, dans le meilleur des cas, l'énergie incidente est de 1kW/m² et le rendement théorique maximal d'un dispositif de conversion parfait ne peut dépasser 38% (cf loi de Carnot), mais en réalité on se base sur une énergie moyenne pendant quelques heures par jour d'environ 300W/m² et l'expérience montre que les rendements sont au plus de 16% sur les dispositifs de coût relativement raisonnable d'aujourd'hui.
" De fait en 2006, le kilowattheure (kWh) revient entre 3 et 6 centimes d'euro lorsqu'on le produit à partir d'énergies fossiles comme le pétrole, et encore un peu moins en utilisant un barrage amorti depuis longtemps (entre 2,5 et 3 centimes le kWh). Le prix du photovoltaïque, lui, se situe pour l'instant entre 50 et 65 centimes le kWh. On espère diviser ce prix par deux dans un moyen terme", relève Arvind Shah de l'Institut de Microtechnologies de Neuchâtel.
Cependant, les calculs de prix du kWh ne tiennent pas compte des coûts externes des énergies fossiles ni de la pollution ni du fait que ces énergies non renouvelables finiront par s'épuiser. Une étude de l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) a montré qu'aux États Unis 58% des besoins en électricité pourraient être couverts par des cellules photovoltaïques placées sur les toits des bâtiments convenablement orientés. On imagine alors aisément qu'un couplage avec les barrages pourrait satisfaire la quasi totalité des besoins (solaire en été et hydroélectricité en hiver). La situation est moins favorable en Europe, mais l'AIE a cependant montré que plus de 38% des besoins pourraient être couverts par le solaire.

=> Énergie politiquement incorrecte : Pour progresser il faudrait des investissements de recherche importants, or ni les gouvernements, ni les industriels du secteur de l'énergie qui auraient les moyens financiers ne semblent vouloir faire les efforts nécessaires. Il y a à cela plusieurs explications : les gouvernements ne savent pas comment mettre une taxe sur le soleil et une fois passé le stade des grands principes sur le développement durable la plupart se contentent de faire l'autruche ; quant aux industriels ils préfèrent gagner beaucoup d'argent avec le pétrole et, dès qu'un inventeur indépendant propose une innovation dans le domaine solaire, ils achètent (à bas prix!) le brevet pour mieux l'enterrer. Les progrès sont donc très limités et aujourd'hui on ne trouve d'application des cellules photovoltaïques, en dehors des dispositifs métrologiques et météorologiques, que pratiquement sur les seules calculettes ou autres convertisseurs franc-euro offerts gratuitement, ainsi que sur quelques dispositifs de sécurité le long de quelques autoroutes et les industriels qui s'intéressent réellement au solaire n'ont en général pas l'envergure pour un développement massif de ces technologies.
Notons que même dans des régions privilégiées comme en Andalousie, les panneaux photovoltaïques sont rarissimes. Cependant en Allemagne, le Fraunhofer Institut a un département spécialisé très actif à Freiburg et Gelsenkirchen et l'équipement solaire dans ce pays pourtant peu favorisé par le soleil a commencé à dépasser le simple stade expérimental.

=> Certaines installations pilotes ont déjà prouvé leur efficacité. Ainsi les transports publics mus par un courant continu à basse tension se prêtent particulièrement bien à une liaison directe avec des installations photovoltaïques, d'autant plus que les pointes de trafic ont lieu durant la journée. Les transports publics genevois (TPG) ont ainsi installé une centrale photovoltaïque sur le toit de leur centre de maintenance. En place depuis plusieurs années, cette centrale fournit un peu plus de 1% du courant utilisé par les trams et trolleybus des TPG, ce qui n'est pas négligeable vu l'ampleur du réseau.
Notons aussi l'action de la Commission Européenne sur les changements climatiques et énergies renouvelables.