Energie solaire: les sciences photovoltaïques vers leur zénith

Pour atteindre la neutralité carbone en milieu de siècle et limiter le réchauffement climatique à 1,5°C par rapport à l'ère pré-industrielle -comme prévu par l'accord de Paris sur le climat- la planète devra installer chaque année d'ici 2030 quatre fois plus de capacités solaires qu'elle ne le fait aujourd'hui, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE).

La bonne nouvelle est que les prix ont baissé de façon spectaculaire.

Selon un rapport des scientifiques du Giec publié début 2022, les coûts unitaires du solaire ont chuté de 85% entre 2010 et 2019, et ceux de l'éolien de 55%.

Mais "c'est probablement le moyen le moins cher qu'ait trouvé l'humanité pour produire de l'électricité à grande échelle", estime Gregory Nemet, professeur à l'Université de Wisconsin-Madison, l'un des principaux auteurs du rapport.

Entre l'envolée des prix des énergies fossiles et les craintes sur la sécurité énergétique causées par l'invasion russe de l'Ukraine, le développement des renouvelables est déjà amorcé.

Selon un rapport de BloombergNEF, les investissements mondiaux dans les projets solaires ont progressé de 33% au premier semestre par rapport à l'an dernier, à 120 milliards de dollars. Dans l'éolien, ils ont augmenté de 16% à 84 milliards de dollars.

Et le plan climatique de Joe Biden en passe d'être adopté au Congrès américain a musclé cette impulsion, avec 370 milliards de dollars d'argent public en incitations fiscales destinées à faire baisser de 40% les émissions américaines de gaz à effet de serre d'ici 2030 (par rapport à 2005).

"Le plan de M. Biden va permettre de réinstaller une industrie de panneaux solaires aux Etats-Unis", a jugé la directrice de la Fondation européenne pour le climat, Laurence Tubiana, dans le quotidien français Le Monde jeudi.

Selon M. Nemet, il est plausible que le solaire à lui seul représente la moitié de l'électricité mondiale d'ici le milieu du siècle. "Il y a un gros potentiel", dit-il.

Découverte française

"L'effet photovoltaïque" --processus qui permet de produire de l'électricité à partir du rayonnement solaire-- a été découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel.

Les premières cellules à base de silicium ont été développées aux Etats-Unis dans les années 1950. Mais aujourd'hui, la grande majorité des panneaux solaires sont fabriqués en Chine.

Selon l'AIE, les nouvelles cellules photovoltaiques sur le marché sont 20% plus efficaces pour convertir la lumière en énergie qu'elles ne l'étaient il y a seulement cinq ans, grâce à de nouveaux matériaux hybrides.

Parmi les innovations figurent les panneaux dits "à couche mince", moins chers que les cellules en silicium. Ils peuvent être "imprimés" sur tous types de support, à partir d'encres en cristaux de perovskite, un matériau découvert au 19e siècle par le minéralogiste russe Lev Perovski.

Selon les experts, cette découverte pourrait révolutionner le secteur en multipliant les lieux où l'on peut produire de l'énergie solaire. A condition que cette nouvelle génération de panneaux se dégrade moins vite qu'actuellement, et puisse durer au moins 20 ans.

Ce que des recherches récentes semblent rendre possible.

Dans la revue Science en avril, des scientifiques ont rapporté être parvenus à rendre les panneaux en perovskite aussi efficaces que ceux en silicium.

Une autre étude publiée dans Nature parie sur des semi-conducteurs en "tandem" pour accroître la conversion en énergie du domaine spectral du rayonnement solaire: le perovskite pour les infrarouges et un matériau plus carboné pour les ultraviolets.

- "Créativité" -

Reste à résoudre le problème de la nuit, lorsqu'il n'y a plus de rayonnement solaire.

Des chercheurs de Stanford ont réussi cette année à produire une cellule solaire qui peut générer de l'énergie durant la nuit grâce à la chaleur générée par la Terre.

"Il y a beaucoup de créativité dans cette industrie", relève Ron Schoff, qui dirige la recherche sur les renouvelables au sein de l'Institut sur la recherche électrique (EPRI) basé aux Etats-Unis.

Selon lui, l'une des réponses au problème de l'occupation croissante des sols par les fermes solaires reposera sur les panneaux bifaces: ils produisent de l'électricité sur leurs deux faces à partir de la lumière du soleil et de la lumière réfléchie par le sol.

D'autres solutions parient sur l'agrivoltaïsme, des panneaux semi-transparents abritant des cultures. En Inde, des panneaux sont installés sur des canaux depuis une décennie, produisant de l'électricité et réduisant l'évaporation.

Selon M. Nemet, les consommateurs peuvent aussi jouer un rôle en faisant évoluer leurs heures de consommation ou en se regroupant en réseaux privés dans une approche Airbnb.