Dossier : Le solaire, énergie de demain

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Décryptages

Les deux formes du solaire, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique

L’énergie photovoltaïque transforme directement le rayonnement du soleil en électricité. Le solaire thermique capte sa chaleur. Des technologies diverses permettent d’utiliser cette énergie, aussi bien au niveau local que dans de grandes installations industrielles.

Installation photovoltaïque à Olivenza, en Espagne. © SUNPOWER CORP

L’utilisation industrielle du solaire photovoltaïque a commencé en France en 1954

Au même titre que l’eau et l’air, le soleil est à la base de la vie sur Terre, à laquelle il apporte chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... et lumière. Inépuisable, disponible, non polluante, l’énergie solaire fournit toutes les 50 minutes de quoi répondre à la consommation annuelle des habitants de la Planète. Le défi est de recueillir une part, même infime, de cette énergie calorique et rayonnante.

Deux grandes technologies ont été identifiées pour en tirer le meilleur profit :

  • d’une part le solaire photovoltaïque, qui transforme directement le rayonnement du soleil en électricité grâce à des panneaux formés de cellules de semi-conducteurs,
  • d’autre part le solaire thermique qui capte la chaleur du soleil. La chaleur collectée est utilisée comme telle ou bien transformée en énergie mécanique, puis en électricité. Dans ce dernier cas, on parle de solaire thermodynamique.

Deux types d’installations très distincts en dérivent :

C’est cette grande flexibilité, cette puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... de grandes centrales solaires alimentant villes et industries, et en même temps cette capacité d’autonomie dans les zones rurales les plus isolées, qui font l’attractivité du solaire au sein des energie renouvelableOn appelle énergie renouvelable une source d'énergie dont le renouvellement naturel est immédiat ou très rapide....

Le solaire photovoltaïque

L'effet photovoltaïqueL'effet photovoltaïque se traduit par la génération d'un courant électrique sous l'effet de l'impact de photons... (ou photoélectrique) consiste à convertir de la lumière en électricité. Il a été découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839 et a reçu une application industrielle à partir de 1954. Le principe ? Le courant électrique est un déplacement d'electronLa matière est composée d'atomes. Un atome comporte un noyau formé de protons (particules de charge électrique positive) et de neutrons.... Pour provoquer ce déplacement, les photons (particules constitutives de la lumière) vont exciter les électrons périphériques de certains atomeL'atome est le constituant fondamental de la matière, la plus petite unité indivisible d'un élément chimique... d'éléments semi-conducteurs.

Dans la pratique, une cellule photovoltaïqueDispositif qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique. reçoit la lumière solaire et la transforme en électricité par le biais d’un semi-conducteurUn semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire l’électricité (la conductivité), initialement faible, peut augmenter en fonction de certains facteurs..., le plus souvent du siliciumLes cristaux de silicium sont issus de la silice, principal composant du sable et du quartz. Le silicium est un matériau semi-conducteur.. Plusieurs cellules constituent un module photovoltaïque produisant un courant continu, ensuite transformé en courant alternatifLe courant alternatif est un courant électrique périodique qui change de sens deux fois par période... par un onduleur .

Les modules peuvent être utilisés dans des petites installations ou de grandes centrales.

Le solaire thermique

Le solaire thermique consiste à produire de la chaleur à partir des rayons du soleil et à utiliser celle-ci directement. Il s’agit de dispositifs opérant à basse température (moins de 100 °C) pour les usages de l’habitat et du secteur tertiaire (eau chaude sanitaire et chauffage) et pour les divers besoins de l’industrie. C’est aujourd’hui la part prépondérante du solaire dans le monde. (Voir le décryptage « Le solaire dans le mix énergétique mondial »)

On utilise des capteurs thermiques, destinés à absorber la chaleur solaire et à la restituer à un fluide caloporteurUn fluide caloporteur est un gaz ou un liquide chargé de transférer la chaleur d'un point A à un point B... qui circule vers les lieux d’utilisation. Différents types de capteurs vont des plus simples pour les usages domestiques aux plus sophistiqués pour les installations industrielles.

Dans les utilisations les plus courantes, il s’agit de capteurs plans, composés d'un corps noir absorbant le rayonnement solaire, d'un isolant thermique et d'une vitre assurant l'effet de serrePhénomène naturel permettant un accroissement de la température de l'atmosphère d'une planète grâce à la présence de certains gaz.... L’élévation de température par rapport à l’air ambiant peut atteindre +70 °C. Il existe aussi des capteurs à air (pour le séchage agricole par exemple) et des capteurs non vitrés, en caoutchouc ou en plastique, utilisés notamment pour chauffer les piscines. Les capteurs sous vide sont adaptés aux applications industrielles nécessitant de hautes températures (nettoyage d’abattoirs, pasteurisation de conserves, etc.). Ils sont constitués de tubes en verre mis sous vide (pour une isolation thermique optimale). À l'intérieur, un récepteur (appelé absorbeur) capte l'énergie solaire et la transfère au fluide.

50 minutes : le temps nécessaire au soleil pour fournir la consommation annuelle des habitants de la planète.

Le solaire thermodynamique 

Il consiste à concentrer le rayonnement solaire (on parle d’énergie solaire concentré – ESC) à l’aide de collecteurs pour chauffer un fluide caloporteur (gaz, huiles, sels fondus…) à haute température. Il échange sa chaleur avec un réseau d‘eau, dont la vapeur fait tourner une turbine (énergie mécanique) qui produit de l’électricité.

La collecte du rayonnement solaire est assurée dans de grandes centrales composées de miroirs plans ou paraboliques, disposés sur de vastes espaces. La technologie est adaptée aux pays où le rayonnement est intense, par exemple les espaces désertiques. (Voir le décryptage "Les centrales solaires thermodynamiques").