Les énergies renouvelables. Partie 2. Énergie solaire et thermonucléaire.

samedi 26 septembre 2020.
 

Les énergies renouvelables : partie 1. Approche globale

Les énergies renouvelables. Partie 2. Énergie solaire et thermonucléaire.

L’énergie solaire inépuisable à l’échelle humaine est accessible sur l’ensemble du globe pour n’importe quel pays ce qui n’est évidemment pas le cas des énergies carbonées ou nécessitant l’extraction de l’uranium.

Ce type d’énergie se développe d’une manière de plus en plus rapide les progrès technologiques rendant son coût de production de plus en plus faible.

Déjà un grand nombre d’objets et de moyens de transport utilisant l’énergie solaire existe et se perfectionnent. Nombreux lecteurs seront probablement surpris par le nombre considérable de réalisations utilisant l’énergie solaire.

1–Énergie solaire.

1.1 Historique de l’énergie solaire.

Pour une histoir détaillée de l’énergie solaire, utiliser les lien suivants. https://lenergie-solaire.net/qu-est... Énergie solaire : Wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

Plus succinctement, voici quelques exemples historiques d’utilisation de l’énergie solaire.

Pendant l’Antiquité romaine, on utilisait des vitres de verre pour fermer les fenêtres ; cela réchauffait les pièces.

Archimède a utilisé des miroirs pour concentrer les rayons de soleil permettant d’enflammer des bateaux ennemis. Puis on a utilisé aussi des miroirs pour construire des fours solaires, enfin des lentilles pour faire fondre du métal. (Voir l’historique qui montre que la première centrale solaire pour dessaler l’eau de mer et les premiers chauffe-eaux solaires existaient déjà à la fin du 19e et au début du XXe siècle). Il existe maintenant des panneaux solaires photovoltaïques ou thermiques.

Comme nous le verrons plus loin, de nombreux types de véhicules fonctionnent grâce à l’énergie solaire

1.2 Origine de l’énergie solaire. Son impact.

Cette énergie provient de la fusion nucléaire (nucléosynthèse) notamment de la fusion d’atomes d’hydrogène donnant naissance à des atomes d’hélium. Cette réaction nucléaire a lieu à une température de 10 millions de degrés.

Cette fusion s’accompagne d’un énorme dégagement d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Le rayonnement visible par l’œil humain s’étale sur le spectre 380 nm–780 nm de longueur d’onde. Le rayonnement infrarouge, non visible et source de chaleur, le rayonnement ultraviolet s’il n’était pas filtré par la couche d’ozone stratosphérique rendrait toute vie impossible sur terre.

Pour des informations sur la spectroscopie du rayonnement solaire et de son interaction avec l’atmosphère, on peut activer le lien suivant : http://culturesciences.chimie.ens.f...

Indiquons très schématiquement comment la physique exprime l’énergie de source solaire.

Toute onde électromagnétique et notamment si elle est émise par le soleil est un champ électro magnétique vibratoire transportant une énergie liée aux champs électriques et magnétiques de cette onde. Elle s’exprime, en électromagnétisme, par la norme du Vecteur de Poynting. Ce vecteur indique aussi la direction de la propagation de l’onde. Son flux d’énergie se mesure en watts par mètre carré. (W/m2). On peut se référer à Wikipédia pour la formulation mathématique.

Si l’on considère la lumière avec la mécanique quantique comme un flux de de photons de fréquence f, l’énergie E transporté par cette onde est donné par la formule : E= h.f , h étant la constante de Planck. Rappelons que : f =c/l ; c étant la vitesse de la lumière et l la longueur d’onde.

Enfin, dans la perspective de la relativité d’Einstein, l’énergie E résultant de la désintégration ou de la fusion nucléaire s’expriment par la fameuse relation :

E =m.c 2 ;m étant la masse de la particule considérée dans la réaction nucléaire.

Remarquons que l’énergie solaire est la mère des énergies puisque sans elle, pas de photosynthèse donc de plantes donc d’énergies fossiles et de biomasse, pas devant car celui-ci est occasionné par des différences de température des Master chauffés par le soleil, pas de géothermie de surface résultant de l’utilisation de la chaleur emmagasinée par la surface terrestre, pas d’énergie hydraulique car les rivières existent grâce au cycle de l’eau dont la première phase est causée par l’évaporation.

Remarquons aussi que la fonte de la neige et de la glace alimentant les cours d’eau comprend aussi de la chaleur émise par le soleil. Seules l’énergie géothermique profonde et l’énergie marémotrice résultant de l’attraction lunaire ne sont pas liés à l’énergie solaire.

Rappelons aussi que ce sont les étoiles qui sont les mères de toute chose, y compris la matière vivante, car tous les éléments (atomes) constituant la matière son synthétisées au sein des étoiles par nucléosynthèse. La nature plus ou moins complexe des atomes ainsi construits dépendent du moment où l’étoile a été formée après le big-bang, de l’âge de l’étoile, de la taille (masse) de l’ étoile, de la phase d’effondrement ou d’explosion de l’étoile.

On peut classer ainsi les atomes figurant dans le tableau périodique des éléments en fonction du type d’étoile qui les ont fabriqués (Cosmogenèse).

Remarquons aussi que la température au cœur de l’étoile joue un rôle important.

Par exemple, le cycle de fusion Carbone–Azote–Oxygène n’apparaît qu’à une température de 1 milliard de degrés.

Tous les êtres vivants, dont l’être humain, sont donc des enfants des étoiles et pour partie de notre étoile : le soleil.

Pour plus de détails voir Wikipédia sur la nucléosynthèse stellaire : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%...

Et sur la nucléosynthèse (de tous les éléments) https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%...

Voici très schématiquement comment la physique exprime l’énergie de source solaire.

Globalement, la Terre reçoit en permanence une puissance de 170 millions de gigawatt (soit 170 millions de milliards de watts, ou 1,7 × 1017 joules par seconde), dont 122 sont absorbés alors que le reste est réfléchi. L’énergie totale absorbée sur une année est de 3 850 zettajoules (1021 joules) ; par comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ12, le vent contient 2,2 ZJ13, et l’ensemble des usages humains de l’énergie, 0,5 ZJ11 dont 0,06 ZJ sous forme d’électricité14.

1. 3 Techniques pour utiliser l’énergie solaire : les différentes sortes d’énergie solaire.

1. 3. 1– Énergie Solaire passive.

L’énergie solaire passive est une énergie abondante et non polluante qui suppose la conception de bâtiments et la mise en place des composants de construction appropriés (écoconstruction ou architecture bioclimatique) afin d’utiliser l’énergie solaire pour l’éclairage naturel, le chauffage des locaux et/ou la climatisation des locaux. En plus de réduire la consommation d’énergie, un avantage primordial que procure l’énergie solaire passive est le confort ressenti par les occupants.

Le chauffage solaire passif fonctionne comme suit ; l’énergie lumineuse du Soleil qui pénètre à l’intérieur des pièces par les fenêtres est absorbée par les murs, les planchers et les meubles, puis libérée sous forme de chaleur. Des baies vitrées ainsi que la thermocirculation permettent de faire diminuer la consommation en d’autres énergies. Il permet de chauffer de l’eau par circulation de liquide caloporteur dans des tubes chauffant le ballon d’eau (il y a deux types de circulations : la forcée avec une pompe ou la spontanée grâce à la remontée naturelle du liquide chauffé).

Certains bâtiments n’étant occupés que de jour (comme les écoles) peuvent faire de très fortes économies (jusqu’à 100 % dans certaines écoles espagnoles). Le solaire passif ne s’applique donc pas seulement aux habitations individuelles mais également aux bâtiments collectifs comme les hôpitaux, les casernes...

Pour la réalisation d’un mur utilisant l’énergie solaire passive, voir l’article mur Trombe.

C’est une des solutions possibles retenues par l’approche HQE. Pour la réalisation d’un bâtiment utilisant l’énergie solaire passive, voir l’article maison passive.

Quelques éléments supplémentaires dans l’article de Wikipédia : énergie solaire passive https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

Dans une période où il est question souvent d’isolation thermique des habitations, il n’est pas inutile de rappeler les coefficients utilisés pour apprécier de la transmission ou thermique notamment d’origine solaire. On utilise trois types de paramètres : Euw pour mesurer le coefficient d’isolation thermique ;Sw pour mesurer la transmission de la chaleur solaire ;TL la transmission de lumière.

Les deux premiers coefficients doivent être situés sur une certaine plage de valeurs pour que l’administration fiscale accorde un crédit d’impôt lors d’une rénovation thermique.

On constate donc que l’énergie solaire passive ne rend pas inactifs les contrôleurs des impôts.

Pour plus de détails sur ces coefficients, on peut utiliser le lien suivant : https://www.e-rt2012.fr/coefficient...

1 3.2– Énergies Solaire thermique

L’énergie solaire thermique est une forme d’énergie solaire. Elle désigne l’utilisation de l’énergie thermique du rayonnement solaire dans le but d’échauffer un fluide (liquide ou gaz). L’énergie reçue par le fluide peut être ensuite utilisée directement (eau chaude sanitaire, chauffage, etc.) ou indirectement (production de vapeur d’eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir de l’énergie électrique, production de froid, etc.).

Pour plus de détail voir Wikipédia sur l’énergie solair e thermique. https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

La cuisson des aliments par l’énergie solaire.

Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l’aide d’un cuiseur ou d’un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l’ordre de 150 °C, les paraboles solaires permettent de préparer les mêmes plats qu’une cuisinière classique à gaz ou électrique.

1.3. 3–L’énergie solaire thermodynamique

A– Avec les centrales solaires thermodynamiques.

Une centrale solaire thermodynamique à concentration (ou centrale solaire thermique à concentration ou encore héliothermodynamique, en anglais CSP (pour Concentrated Solar Power) est une centrale qui concentre les rayons du Soleil à l’aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur qui permet en général de produire de l’électricité. Ce type de centrale permet, en stockant ce fluide dans un réservoir, de prolonger le fonctionnement de la centrale plusieurs heures au-delà du coucher du Soleil. Il existe différents types de centrales selon la forme des miroirs (plats ou courbés) et l’emplacement du fluide caloporteur (ponctuel ou linéaire).

Ainsi par exemple, de l’eau chauffée par cette énergie solaire peut conduire de la vapeur actionnant des turbines produisant de l’électricité.

Une centrale solaire thermodynamique à concentration est un système qui concentre les rayons du soleil à l’aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur permettant de produire de l’électricité grâce à une turbine qui actionne un générateur d’électricité.

La production de l’énergie solaire thermodynamique atteignait 10 848 GWh en 2017, soit 0,04 % de la production mondiale d’électricité ; en comparaison, la production du solaire photovoltaïque s’élevait à 443 554 GWh (1,7 %), soit 41 fois plus. Les principaux pays producteurs sont l’Espagne : 5 883 GWh (54,2 %), les États-Unis : 3 587 GWh (33,1 %), l’Afrique du Sud : 676 GWh (6,2 %) et le Maroc : 414 GWh (3,8 %)15.

La puissance installée de ces centrales atteignait 5 663 MW fin 2018 ; 11 centrales ont été mises en service en 2018, dont deux en Afrique du sud (200 MW), trois en Chine (200 MW), deux au Maroc (350 MW), une en Inde (100 MW), une en Arabie Saoudite (50 MW) et une au Koweit (50 MW). Les projets en construction totalisent 2 166 MW, et 1 045 MW de nouveaux projets sont attendus en 2019 en Chine et au Moyen-Orient. Selon l’IRENA, le coût actualisé de l’énergie a baissé en un an de 26 % à 16,4 c€/kWh (-46 % depuis 2010) et devrait chuter à 6 à 10 c€/kWh grâce aux mécanismes d’appels d’offres16.

Dans les zones très ensoleillées, la rentabilité est prouvée : une centrale solaire thermodynamique est au Maroc amortie au niveau énergétique en 5 mois3 (c’est-à-dire qu’elle aura produit plus d’énergie qu’en a nécessité sa construction et son démarrage, ce qui est comparable à l’éolien (), mais bien plus rapide que les modules photovoltaïques en silicium (qui nécessitent actuellement encore 3 à 5 ans pour rembourser leur dette énergétique, mais qui nécessiteront moins de frais et de travail pour leur entretien et fonctionnement). Fort potentiel de développement dans plusieurs pays en développement, avec impact a priori modéré sur l’environnement (déserts, zones arides, etc.). Selon le DLR, une capacité de plus de 3 GW est réaliste en Europe, et de 15 GW pour toute la planète4.

Les différents types de centrales solaires thermodynamiques.

Plusieurs technologies ont déjà été mises en œuvre à l’échelle industrielle.

–La centrale à tour est constituée d’un champ de capteurs solaires appelés héliostats qui concentrent les rayons du Soleil vers un foyer fixe, situé en haut d’une tour.

–Dans les centrales à miroirs cylindro-paraboliques ceux-ci concentrent le rayonnement sur des tubes remplis d’un fluide.

–Une technologie proche, les miroirs de Fresnel, utilise des miroirs plans (ou quasi-plans) pivotant autour d’un axe horizontal de façon à suivre la course du Soleil et ainsi rediriger et concentrer de manière optimale les rayons solaires vers un tube absorbeur. Dans ces deux technologies, le liquide caloporteur (huile ou sels fondus), à l’intérieur, est ainsi porté à haute température et envoyé dans un générateur de vapeur. La vapeur fait ensuite tourner des turbines qui entraînent des alternateurs produisant de l’électricité.

–Le Dish Stirling (en) parabolique, associant centrale solaire thermodynamique et moteur Stirling, permet d’atteindre de très hautes températures (plus de 700 °C) et ainsi la plus grande efficacité de toutes les technologies solaires, soit 29 % par rapport aux 15 à 20 % habituels de l’énergie solaire photovoltaïque1.

D’autres pistes thermodynamiques sont actuellement explorées pour exploiter le rayonnement solaire. Une solution utilisant de l’air chauffé à plus de 726,85 °C via un lit fluidisé (par exemple de SiC) conçu pour mieux résister à la « fatigue thermique » notamment liée aux irrégularités de la ressource solaire et qui pose un problème pour les échangeurs thermiques classiques a été proposée dans les années 2000, pour une centrale où un apport d’air très chaud remplacerait la chambre de combustion de l’équivalent d’une turbine à gaz par un concentrateur d’énergie solaire2,3,4. Des microcentrales à paraboles autonomes associées à un moteur Stirling (10 à 25 kW) au foyer, avec des sources chaudes de plus de 500 °C permettraient une production décentralisée de chaleur et d’électricité5,6.

L’Union européenne finance, par le biais du programme H2020, le projet Capture, lancé en 2015, dont le but est de réduire les coûts des projets solaires à concentration pour améliorer leur compétitivité ; chaque composant d’une ferme solaire sera développé afin d’en améliorer l’efficacité et de réduire le coût moyen de l’énergie produite ; le projet, qui rassemble 13 partenaires répartis sur six pays européens, consiste à construire, dans le sud de l’Espagne, une installation à concentration de plusieurs tours et quatre parcs dont trois sur des cycles de Brayton (cycle thermodynamique à caloporteur gaz).

Pour plus de détails sur les centrales solaires thermodynamiques voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Centr...

B–Avec le moteur Stirling

Le moteur sterling dont la première version a été inventée en 1816 a fait l’objet de nombreux progrès. Il utilise le réchauffement d’un gaz (hydrogène–hélium par exemple) dans une chambre chaude qui pousse un piston vers une chambre froide.

La source de chaleur peut-être diverse mais ce relativement récemment que cette source soit l’énergie solaire.

En Espagne, à la Plataforma Solar de Almería, on a un moteur Stirling installé au foyer d’un miroir parabolique.

Des moteurs Stirling utilisant l’énergie solaire comme source chaude ont été conçus. Ainsi du moteur « Stirling SOLO V160 » de la Plataforma Solar de Almería (en), une première installation datant de 1992 et initialement composée de trois unités paraboliques de 7,5 m de diamètre, en mesure de recueillir jusqu’à 40 kWth d’énergie au moyen du moteur et qui pouvait générer jusqu’à 9 kW en zone focale. Le projet a été suivi par une unité parabolique de 8,5 m, le moteur pouvant générer 10 kWe23.

Parmi d’autres projets de ce type figure la Sunmachine solaire, présentée au Salon des énergies renouvelables à Paris, en juin 2008.

Pour plus de détails sur le moteur sterling voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Moteu...

1. 3.4–Énergie Solaire photovoltaïque

A–Aperçu général

L’ énergie solaire photovoltaïque (ou énergie photovoltaïque ou EPV) est une énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire grâce à des panneaux ou des centrales solaires photovoltaïques.

En fin de vie, le panneau photovoltaïque aura produit 20 à 40 fois l’énergie nécessaire à sa fabrication et à son recyclage.

La cellule photovoltaïque est le composant électronique de base du système. Elle utilise l’effet photoélectrique pour convertir en électricité les ondes électromagnétiques (rayonnement) émises par le Soleil. Plusieurs cellules reliées entre elles forment un module ou capteur solaire photovoltaïque et ces modules regroupés entre eux forment une installation solaire. L’électricité est soit consommée ou stockée sur place, soit transportée par le réseau de distribution et de transport électrique.

L’énergie photovoltaïque est un enjeu mondial affirmé par la Conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques (COP21) avec le lancement en novembre 2015 de l’alliance solaire internationale (ASI) ou « International Solar Alliance » (ISA), une coalition chargée de coordonner les politiques de développement du solaire thermique et photovoltaïque à destination des États riches en ressources solaires.

En 2017, au niveau mondial, la production d’électricité solaire photovoltaïque atteignait 443,6 TWh, soit 1,7 % de la production mondiale d’électricité ; en 2018, elle est estimée à 585 TWh ; l’Agence internationale de l’énergie estime qu’avec les installations existantes fin 2019, cette part est passée à 3 % (5 % en Europe), et prévoit qu’elle pourrait atteindre 16 % en 2050. En 2019, cinq pays concentrent 69 % de la puissance installée photovoltaïque mondiale : la Chine (32,6 %), les États-Unis (12,1 %), le Japon (10 %), l’Allemagne (7,8 %) et l’Inde (6,8 %).

En 2019, sur les dix principaux fabricants de modules photovoltaïques, sept sont chinois, un sino-canadien, un coréen et un américain.

Il faudrait théoriquement l’équivalent de la production d’une surface photovoltaïque de 100 000 km2 (soit la superficie de l’Islande) pour couvrir la totalité des besoins mondiaux [avec le niveau de performance des cellules photovoltaïques actuelles]

e Maroc abrite la centrale solaire la plus puissante du monde. 3 000 ha, soit 3 500 terrains de football : c’est la superficie sur laquelle s’étend la centrale solaire Noor (en arabe, le mot signifie la lumière), à Ouarzazate, dans le sud du Maroc.

Quelques éléments sur les coûts de production.

En août 2016 au Chili, un appel d’offres portant sur 20 % de la consommation d’électricité du pays a fait chuter le prix moyen du solaire à 40 €/MWh. L’espagnol Solarpack a gagné un contrat en promettant de fournir l’électricité à 29,1 €/MWh à partir de 2021, prix inférieurs à ceux des centrales à charbon et à gaz. Le bon ensoleillement du Chili associé à une baisse des coûts de financement a permis ces records de baisse des prix58.

En 2017 en France, le coût minimum de production d’une grande centrale au sol dans le sud du pays est d’environ 66 €/mégawattheure, c’est-à-dire déjà compétitif avec les sources classiques, et il pourrait tomber à 50 euros en 2025. Et l’autoconsommation photovoltaïque sur bâtiment semble prête à se développer, avec une « rentabilité sans soutien en Paca pour les grandes toitures (> 250 kW) et pour un taux d’autoconsommation de 90 %, et à partir de 2018-2019 pour les moyennes toitures (36-100 kW) »59,

Le 12 août 2019, le prix du MWh photovoltaïque au Portugal s’est établi à 14,76 €, battant ainsi le record mondial du MWh solaire le moins cher. Le record précédent remontait à 2017 au Mexique, où le coût de production avait atteint 16,5 €/MWh. Damien Ernst, ingénieur énergéticien, prévoit que le coût du MWh solaire pourrait pourquoi cette descendre à 10 € d’ici la fin 2025.

Pour plus de détails sur l’énergie solaire photovoltaïque voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

B–L’évolution en cours du rendement des cellules photovoltaïques.

Source engie.be/fr/business https://www.engie.be/fr/business/bl...

Doubler le rendement des panneaux solaires, c’est possible !

part Isabelle V.03/06/2019 -  2

Communications expert - renewable, energy efficiency, green mobility En matière d’énergie solaire, l’objectif est d’augmenter le rendement des panneaux photovoltaïques pour produire plus d’électricité et amortir plus vite le prix de l’installation.

Grâce à la technologie, les performances sont au rendez-vous…

C’est mathématique. Plus les panneaux photovoltaïques produisent de kilowattheures au mètre carré, plus leur coût d’installation est rentabilisé rapidement. Les chercheurs travaillent donc sans cesse à améliorer ce rendement.

Actuellement, le rendement moyen des panneaux photovoltaïques dotés de cellules en silicium oscillent entre 15% et 21% selon le type et la marque. Grâce au développement de nouvelles technologies, certains sont parvenus à doubler ce rendement.

Multiplier les couches de silicium

La majorité des panneaux photovoltaïques installés en Belgique jusqu’à présent sont à base de silicium. On distingue les panneaux monocristallins et les panneaux polycristallins. Sur une année complète, les 2 types de panneaux ont le même rendement. Le rendement plus élevé des panneaux polycristallins en présence de lumière diffuse est compensé par la capacité de production accrue des panneaux monocristallins lorsque le soleil émet une lumière directe. Des modèles haute performance sont progressivement apparus. Leur rendement entre 18 à 21%.

D’autres types de cellules ont depuis vu le jour : des cellules composées de plusieurs couches de silicium. Ces couches permettent de produire du courant avec un plus large spectre lumineux du soleil. Utilisées dans l’aérospatial, elles ont réussi à atteindre un rendement de 46% !

Miser sur l’aérospatial et la pérovskite

Si ces super cellules ne risquent pas d’arriver tout de suite sur le toit de vos bâtiments, une start-up de l’université polytechnique de Lausanne s’en est inspirée. Elle a développé un verre de protection sur lequel des lentilles optiques focalisent la lumière du soleil et la dirigent vers la surface minuscule de cellules haute performance. Ces cellules sont capables, en outre, de se déplacer afin de suivre la lumière du soleil tout au long de la journée. Résultat : un rendement de 29%. https://www.youtube.com/watch?v=wE6...

D’autres technologies sont en développement pour encore améliorer le rendement et imaginer le futur des panneaux solaires domestiques. Ainsi, beaucoup misent sur la pérovskite pour remplacer le silicium. Ce minéral est un semi-conducteur qui absorbe la lumière. Moins cher et plus efficace que le silicium, il permettrait selon les premières études et essai d’obtenir un rendement de l’ordre de 37%. Deux fois plus que vos panneaux actuels. Voilà qui présagent de jolies économies sur les factures d’énergie. Et ce n’est qu’un début… Fin de l’article

La boule solaire.

Il s’agit d’un dispositif technique tout à fait impressionnant d’amplificateur de lumière pouvant augmenter considérablement la puissance des cellules photovoltaïques. En outre elle assure une multitude de fonctions : charge, etc. voir article avec le lien suivant : https://www.techniques-ingenieur.fr...

C–Les centrales solaires photovoltaïques en France

France, ce type de centrale fait l’objet d’appels d’offres spécifiques de la part de l’État, dans le cadre de la PPE (Programmation pluriannuelle de l’énergie) qui vise actuellement 3 000 MW répartis en six périodes de candidature de 500 MW chacune, de 2016 à juin 2019, pour à la fin tripler la puissance photovoltaïque et répondre aux engagement énergétiques de la France d’ici à 20232. Les projets sont sélectionnés en fonction du prix du kWh, de leur impact carbone et plus généralement de leur « pertinence environnementales » (encouragement par exemple à valoriser des sites dégradés et/ou pollués ou à préservation des espaces boisés et zones humides)2. Fin septembre 2016, l’Atlas 2016 des centrales PV en France répertoriait 492 installations de plus de 1 MWc (en service ou en attente de raccordement), pour une puissance cumulée de 3 034 MWc3.

Pour plus de détails sur les centrales photovoltaïques : voir Wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/Centr...

D–Les transports et le photovoltaïque.

Le lecteur peut trouver une présentation générale sur ce thème dans Wikipédia : http://fr.solarpedia.net/wiki/index...

Nous examinons dans ce qui suit différents modes de transport utilisant l’énergie solaire photovoltaïque. Les ressources cités ne se réduisent pas à Wikipédia.

a) Le bateau solaire.

Un bateau solaire est un bateau propulsé par un moteur électrique alimenté par des panneaux photovoltaïques. Un accumulateur (batterie) peut servir de tampon, pour un stockage intermédiaire de l’énergie.

Le bateau solaire est particulièrement adapté pour les voies navigables intérieures (puissance requise modérée, constance de l’allure, proximité permanente d’une berge ou d’un abri). En mer il est préférable de prévoir des sources de propulsion alternative ou des sources d’énergie alternative. Les sources de propulsion alternative les plus fréquentes sont les voiles ou un moteur thermique sachant qu’il n’y a pas d’hélices optimisées pour les 2 modes de propulsions. Les sources d’énergie alternatives sont les groupes électrogènes, les éoliennes, les hydroliennes, le réseau électrique du port pour recharger les batteries, ou l’utilisation de piles à hydrogènes. L’utilisation de la propulsion alternative peut permettre le chargement des batteries en inversant le système de propulsion en générateur, dans ce cas la propultion auxiliaire est une source d’énergie alternative.

Reste que dans tous les cas, un bateau solaire doit pouvoir se propulser sur ses moteurs électriques sans avoir recours à d’autres sources d’énergies que l’énergie accumulée grâce à ses panneaux photovoltaïques. Le premier bateau solaire a été mis en service en 1974 par un ingénieur anglais. Pour plus de détails sur le bateau solaire, voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Batea...

b L’automobile solaire.

L’automobile solaire. Est équipé de panneaux solaires alimentant les moteurs électriques. L’autonomie actuelle est de 800 km. Production industrielle à partir de 2021. Pour plus de Pour plus de détails voir Wikipédia https://www.automobile-propre.com/l...

c) Le train solaire

Source : https://photo.geo.fr/un-train-qui-f...

Un train qui fonctionne uniquement à l’énergie solaire en Australie

Un train entièrement alimenté par l’énergie solaire ferroviaire, la Byron Bay Railroad Company, a développé une technologie innovante : un train fonctionnant entièrement à l’énergie solaire inauguré sur une voie de chemin de fer abandonnée

Le train a été inauguré en décembre 2017 dans la ville côtière de Byron Bay, à quelque 800 kilomètres au nord de Sydney. Il a été mis en place sur une voie de chemin de fer autrefois abandonnée qui a été rénovée pour accueillir le train. Le trajet mène les passagers de la gare de North Beach au centre de Byron Bay, pour un parcours de trois kilomètres. Une locomotive diesel entièrement rénovée

Une locomotive diesel entièrement rénovée

La particularité du train réside dans son fonctionnement. C’est en rénovant une ancienne locomotive construite en 1949 après la Seconde guerre mondiale que la Byron Bay Railroad Company a créé son moyen de transport. Fonctionnant auparavant avec deux moteurs diesel, la locomotive a été entièrement repensée pour pouvoir être alimentée uniquement à l’énergie solaire.

Pour ce faire, les techniciens ont remplacé l’un des moteurs par une batterie lithium-ion de 77 kilowattheures (kWh). Un réseau de panneaux photovoltaïques pouvant générer jusqu’à 6,5 kWh a ensuite été mis en place sur le toit du train. Un autre pouvant générer jusqu’à 30 kW a été installé sur la plateforme de la gare de North Beach. Durant le trajet et pendant chaque arrêt en gare, l’énergie captée par les panneaux et convertie en électricité est ainsi injectée dans la batterie du train. Cette source renouvelable suffit à faire avancer les deux voitures.

De l’électricité et du vintage

L’intégralité des équipements de la locomotive a également été modifiée afin de pouvoir fonctionner à l’électricité tout en gardant son côté vintage. Parallèlement, un système a été mis en place au niveau des freins pour récupérer une partie de l’énergie lorsque ces derniers sont actionnés. L’un des deux moteurs diesel a tout de même été conservé mais uniquement comme solution d’urgence en cas de panne électrique. Jusqu’à 18 trajets par jour Jusqu’à 18 trajets par jour , Depuis son inauguration en 2017, le train solaire de la Byron Bay Railroad Company est devenu une attraction touristique populaire. Il réalise 14 à 18 trajets par jour moyennant la somme de 4 dollars australiens (environ 2,5 euros) et en fonctionnant uniquement avec l’énergie solaire. Selon Jeremy Holmes, directeur du projet pour la BBRC, un trajet aller-retour de 6 km nécessite une énergie de 5 kWh.

Deux voitures pour une centaine de passagers assis Les deux voitures et leurs sièges en cuir vintage epuvent transporter jusqu’à 100 passagers assis. Si l’on considère le coût énergétique d’un trajet, le train affiche ainsi une efficacité plutôt remarquable pour une locomotive de 70 tonnes : cela revient à un coût énergétique d’environ 8 Wh par passager par kilomètre.

De l’électricité exportée dans le réseau

De l’électricité exportée dans le réseau

Autre point intéressant, en plus de faire avancer le train, l’énergie collectée peut être exportée dans le réseau local. En un an, quelque 60.000 kWh auraient ainsi été réinjectés, soit suffisamment pour alimenter douze foyers de trois personnes, d’après Jeremy Holmes. Une première mondiale 

La Byron Bay Railroad Company n’est pas la première société à innover en matière de transport utilisant des énergies renouvelables. L’Inde a récemment inauguré un train utilisant également l’énergie solaire mais celle-ci n’alimente que certains équipements comme l’éclairage ou la ventilation. Selon la société australienne, son innovation serait ainsi le premier train 100% solaire au monde. Une prouesse rendue possible notamment grâce à la locomotive relativement légère (environ 70 tonnes) et le court trajet choisi qui permet de recharger le train régulièrement.

d) L’avion solaire.

Un avion solaire est un avion dont la propulsion électrique est alimentée, complètement ou en partie, par de l’énergie qu’il capte du Soleil grâce à des panneaux photovoltaïques. Disposés habituellement sur la surface de l’aile, ils convertissent l’énergie lumineuse de notre étoile en énergie électrique. Connecté aux panneaux, un circuit électronique appelé MPPT assure une utilisation optimale de cette énergie afin d’alimenter le moteur qui transforme cette énergie électrique en énergie mécanique au travers de l’hélice. Dans la majorité des cas, une batterie est utilisée pour stocker l’énergie supplémentaire afin de pallier un manque de Soleil. Le 1er avril solaire est inventé en 1974 d’autres modèles suive son pilote. Le premier avion solaire avec pilote est inventé en 1980. Après de nombreux progrès pour augmenter la distance de parcours et l’altitude, le tour du monde avec un avion solaire est réalisé en 2016. Plus de détails avec Wikipédia sur l’avion solaire où l on trouvera un historique complet. https://fr.wikipedia.org/wiki/Avion...

e) Camion et tracteur solaires.

Source : France routes. https://www.franceroutes.fr/actuali...

Cet article montre comment un semi-remorque peut utiliser des panneaux solaires pour alimenter son moteur électrique. Cette technologie permet de réaliser des économies d’énergie appréciables et améliorer la rentabilité de l’exploitation.

f) Autobus solaire

Source : Wiki Solar https://fr.qwe.wiki/wiki/Solar_bus

Un bus solaire ou bus solaire chargé est un bus qui est alimenté exclusivement ou principalement par l’ énergie solaire . Un service de bus à l’ énergie solaire est désigné comme un service de bus solaire . L’utilisation du terme « bus solaire » implique normalement que l’ énergie solaire est utilisée non seulement pour alimenter les équipements électriques sur le bus, mais aussi pour la propulsion du véhicule.

Bus solaires existants sont des bus électriques batterie ou (dans le cas des autobus solaires hybrides) autobus hybrides équipés de batteries qui sont rechargées à partir de sources d’énergie solaire (ou d’ autres) ; le lancement d’un service de bus solaire va souvent de pair avec des investissements pour les installations à grande échelle de fixes panneaux solaires avec des cellules photovoltaïques . De même que d’ autres véhicules solaires , de nombreux bus solaires ont des cellules photovoltaïques contenues dans des panneaux solaires sur le toit du véhicule qui convertissent le soleil l’ énergie de directement dans l’ énergie électrique à utiliser par le moteur. Pour plus de détails sur le développement de bus solaire dans le monde se reporter à l’article avec le lien précédent. L’introduction de bus solaires et d’ autres véhicules verts à des fins de transports en commun fait partie du transport durable des systèmes.

g) Moto solaire

Source : https://moto-station.com/moto-revue...

Sunred vient de présenter son projet de moto électrique alimentée grâce à des panneaux solaires, la société espagnole a même reçu un prix pour cette machine.  » Lire aussi - Francis Payart : « Le 2-temps a de l’avenir… si les constructeurs le décident »

La société espagnole Sunred vient de présenter son projet de moto électrique alimentée grâce à des panneaux solaires. Oublié, les arrêts dans les stations-service et autres recharges de batteries. Ces panneaux rétractables basculent vers l’arrière du véhicule pour permettre au pilote de s’installer à bord. Mais lorsque la moto est à l’arrêt, ils se redéploient pour atteindre une surface d’exposition de 3,1 m2. Une fois la charge maximale atteinte, cette « Moto solar urbana » (moto solaire urbaine) possède une autonomie d’environ 20 km et peut atteindre jusqu’à 50 km/h. Ce projet a reçu une mention spéciale lors de la IVe édition des Trophées des technologies innovantes, à l’occasion du dernier Salon automobile de Barcelone.

h) Scooter àénergie solaire

Écolo et économe : des Kényans lancent le scooter à énergie solaire Source : https://observers.france24.com/fr/2...

Article intéressant car l’innovation conçue par de jeunes ingénieurs est replacée dans son contexte social et écologique. Un autre article traite d’une invention chinoise : un scooter avec toit pourvu d’un panneau solaire. (Source : http://www.lerepairedesmotards.com/... )

i) Bicyclette solaire

Sources : Les Numériques – Posit. IvR. 14/02/2019 https://sciencepost.fr/voici-le-sun...

l y a quelques jours, une société française a dévoilé son très prometteur prototype de vélo à assistance électrique (VAE). Celui-ci serait unique au monde selon ses créateurs, car se rechargeant grâce à l’énergie solaire. ne société française qui progresse Caractéristiques du Sun-E Un peu de patience

Une société française qui progresse

Le vélo électrique solaire Sun-E a été dévoilé par Rool’in, une société basée à Montrouge dans les Hauts-de-Seine. Si l’annonce de ce vélo est un événement, Rool’in a indiqué que celui-ci incarnait le premier vélo électrique au monde fonctionnant à l’énergie solaire. Cependant, nous évoquions en 2016 le travail d’un groupe d’étudiants de l’Université Technique d’Eindhoven (Pays-Pas) ayant mis au point un prototype de vélo combinant déjà à la fois un moteur électrique et la ressource solaire, assurée par des panneaux photovoltaïques.

Caractéristiques du Sun-E

Dans sa communication, Rool’in n’a pas été complet dans ses informations – mais quelques caractéristiques sont connues. Le vélo est doté d’un cadre en X fabriqué en aluminium et embarquant une batterie dans sa partie supérieure. Son poids de 25 kg n’est pas exceptionnel pour un (VAE) mais contrairement aux autres, le Sun-E comporte des cellules photovoltaïques sur son cadre et sa roue avant. Rool’in a estimé l’autonomie entre 15 et 40 km suivant le niveau d’ensoleillement.

Plus précisément, la start-up estime que l’autonomie peut atteindre 17 km d’autonomie d’avril à octobre en Île-de-France (31 km au cœur de l’été), où la moitié des déplacements quotidiens sont inférieurs à 5 km. Par ailleurs, le sud de la France bénéficierait d’une meilleure autonomie : 26 km d’avril à octobre et 40 km en plein été. En cas d’absence de soleil, le Sun-E dispose d’un atout dans sa manche. En effet, le moteur embarqué est hybride, si bien que l’utilisateur pourra recharger sa batterie sur secteur en cas de besoin.

Un peu de patience

Il faut savoir que le vélo Sun-E est prévu pour être commercialisé en 2020 et en attendant, celui-ci fera l’objet d’une phase de test. En effet, les agents de la municipalité de Montrouge et les employés d’une filiale de La Poste seront les premiers à avoir la chance de se déplacer avec ce vélo  ! Enfin, Rool’in a indiqué vouloir passer à l’étape suivante : la fabrication de scooters électriques solaires.

J) la trottinette solaire.

La trottinette électrique c’est pratique pour circuler en ville, mais lorsqu’elle est à court de jus c’est parfois la galère, d’où l’intérêt d’opter pour une trottinette solaire. Pour plus de détails voir https://www.maxigadget.com/2015/07/...

k) La voile solaire en astronautique. En quelle merde ce truc put à un ne voile solaire ou photovoile est un dispositif de propulsion utilisant la pression de radiation émise par les étoiles pour se déplacer dans l’espace à la manière d’un voilier. Compte tenu de la faible propulsion générée, le procédé ne permet pas de quitter la surface d’une planète (même dénuée d’atmosphère, et donc de friction). Il est en revanche utilisable sur un appareil ayant déjà atteint la vitesse de satellisation minimale, voire la vitesse de libération. Plusieurs prototypes de petite taille, destinés à mettre au point les systèmes de déploiement et de contrôle d’orientation particulièrement délicats, ont été placés en orbite ou sont en cours de développement : IKAROS (173 m2) de l’agence spatiale japonaise, la JAXA, lancée en 2010 ou Sunjammer voile solaire de 1 200 m2 dont le développement a été arrêté par la NASA en 2014. Voir une émission de La Méthode Scientifique de France Culture sur la voile solaire : https://www.franceculture.fr/emissi...

E–Objets et dispositifs solaires

a) La pompe solaire photovoltaïque.

Source : http://www.apb-energy.com/principe-...

Le pompage solaire est une alternative efficace, fiable et propre aux moto-pompes et pompes classiques alimentées par groupe électrogène.

Très simple d’installation, même dans les environnements proches d’un réseau électrique classique, elles permettent d’éviter de tirer une ligne électrique. A l’usage, les pompes solaires fonctionnent ensuite « gratuitement » car elle ne consomment pas d’électricité du réseau public. Elles peuvent soient être directement alimentées par les panneaux solaires pour un fonctionnement « au fil du soleil » soit par un parc batterie qui sera chargé par les panneaux solaire pour un fonctionnement en décalé. Comment fonctionne une pompe solaire « au fil du soleil » : Dans ce cas le système est composé d’un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques et de la pompe avec son contrôleur. Les panneaux photovoltaïques génèrent sous le soleil un courant électrique qui alimente directement le contrôleur de la pompe. C’est le mode de fonctionnement le plus simple, le plus fiable et le plus économique. La pompe fonctionne donc quand il y a du soleil. Dans la plupart des applications, les besoins en eau sont directement proportionnels à l’ensoleillement. C’est notamment le cas pour l’irrigation, pour le jardinage, pour les besoins de filtration des piscines, etc… Une citerne peut être placée en sortie de pompe pour un stockage de l’eau permettant d’avoir une réserve utilisable même sans soleil.

b)La climatisation solaire.

Elle peut utiliser l’énergie solaire thermique et photovoltaïque. Voir article de Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Clima...

c) Le chargeur solaire. Voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Charg...

La liste des évidemment pas exhaustives : lampes solaires, tondeuse solaire, volet solaire etc.

F–Production d’hydrogène et d’eau potable solaire.

a)Production d’hydrogène photovoltaïque.

1) L’Université de Louvain (KUL) a mis au point un panneau solaire qui convertit 15% de la lumière du soleil en hydrogène gazeux. Un record mondial ! Voici pourquoi cette avancée technologique offre de nouvelles perspectives. Source : http://www.renouvelle.be/fr/technol... Ce n’est pas la première fois que Renouvelle aborde la question du stockage de l’énergie renouvelable de flux (vent et soleil) sous forme d’hydrogène.

Ce type de stockage a comme intérêt majeur son caractère inter-saisonnier d’une part, et sa densité énergétique d’autre part. Autrement dit, on peut le produire l’été et l’utiliser l’hiver tout en le stockant dans des volumes plus raisonnables qu’une batterie chimique d’aujourd’hui.

Une avancée technologique Une équipe de l’Université de Louvain (KUL) a annoncé dans un communiqué, fin février 2019, la mise au point d’un panneau solaire capable de convertir directement 15% de la lumière du soleil en hydrogène gazeux. Un record mondial !

En quoi est-ce une nouveauté ? La nouveauté réside dans le fait que la production de l’hydrogène ne passe pas, dans ce cas-ci, par une première étape de production d’électricité.

Ce n’est donc pas de la production d’électricité solaire (PV) couplée à de l’électrolyse, c’est de la PhotoElectroChimie (PEC). Lire la suite en utilisant le lien précédent.

2) Hydrogène hydro–photovoltaïque. Source : https://www.clubic.com/energie-reno... HyperSolar, une société américaine spécialisée dans la production d’hydrogène renouvelable, a annoncé que son système utilisant l’énergie solaire était prêt à l’ingénierie de fabrication, dernière étape avant une commercialisation. Ce système de production de première génération doit mener à la construction d’une première ferme de production d’hydrogène solaire.

Un hydrogène à bas prix Sur son site, HyperSolar se présente comme une société visant à développer une technologie low-cost permettant de produire un hydrogène renouvelable, car utilisant eau et énergie solaire. Renouvelable et propre, « contrairement aux carburants d’hydrocarbures, comme le pétrole, le charbon ou le gaz naturel, qui rejettent du dioxyde de carbone et d’autres contaminants dans l’atmosphère, là où l’hydrogène produit de l’eau pure comme seul résidu », peut-on y lire. Pour en arriver là, HyperSolar a donc recours à de l’eau et à l’énergie solaire. La compagnie utilise des catalyseurs et des revêtements de stabilisation qu’elle a elle-même brevetés, et inclut des cellules photovoltaïques déjà disponibles dans le commerce, encapsulées avec de l’eau.

Lire aussi : De l’hydrogène propre créé à partir d’eau de mer, c’est désormais possible

Dans le même temps, HyperSolar travaille sur la seconde génération d’une technologie basée sur les nanoparticules. L’enseigne entend ainsi produire des panneaux solaires produisant plus efficacement de l’hydrogène. Elle affirme que le remplacement de panneaux sera facile, et ne nécessitera pas de changement de l’infrastructure.

b) Production d’eau potable solaire.

Source : https://www.wamda.com/fr/2017/01/ea... Vous êtes-vous déjà demandé comment les astronautes obtenaient leur eau potable ? Ils récupèrent 93 pour cent de leurs eaux usées stockées sur leur navette spatiale - ce qui signifie leur urine, la sueur et le ruissellement de l’eau de douche. Parce que les ressources dans l’espace sont limitées, des alternatives créatives sont nécessaires pour survivre à un environnement difficile. Et comme ce vaisseau spatial, les ressources sur terre sont également limitées. Onze pour cent de la population mondiale n’a pas accès à de l’eau propre et saine. Sur les 11 premiers pays qui devraient être en stress hydrique d’ici 2040, neuf se situent dans la région MENA. Alors que Bill Gates peut être passionné à l’idée de transformer les eaux usées en eau potable et en électricité, la région a des solutions de rechange avant de recourir à une expérience pour le moins troublante. Le soleil, un cadeau qui continue à pourvoir, offre une solution sans urine pour obtenir de l’eau propre dans des endroits éloignés et hors réseau - ni piles, ni stockage d’énergie ou de combustibles fossiles sont nécessaires. La production d’eau potable à travers des unités solaires à petite échelle dépend de la distillation d’eau impure qui est, soit insérée dans les panneaux, soit extraite de l’air pur. Le panneau solaire Zero Mass Solar pour boire de l’eau. (Image via Zero Mass Water) Extraire l’eau de l’air La suspension de l’humidité dans l’air pourrait atteindre 37,5 millions de milliards de gallons d’eau, ce qui est suffisant pour couvrir toute la surface de la Terre (terre et océan) avec une once de pluie. Dans un effort pour capitaliser de ce dernier, Zero Mass Water a développé Source, un panneau solaire qui peut absorber l’humidité de l’air, le condenser, le purifier et même lui ajouter des minéraux. Le résultat donne une eau propre et prête à la consommation. La société basée aux États-Unis a transféré sa technologie à la Jordanie, où elle expérimente Source dans différents domaines. Ils sont censés installer des unités dans des camps de réfugiés à l’intérieur du Royaume et au Liban, où la disponibilité d’eau propre pour les communautés de réfugiés reste un défi humanitaire majeur. Une unité Source peut produire cinq litres par jour, assez pour satisfaire une famille de quatre. « Toutes les personnes qui possèdent un climatiseur produit de l’eau à partir de l’air », Cody Friesen, chef de la direction de Zero Mass, a déclaré à Fast Co Exist l’année dernière. "Cette partie ne se fait pas par magie.Nous le faisons vraiment, très efficacement, indépendamment de l’infrastructure. Nous le faisons de telle sorte à ce que vous obtenez soit essentiellement de l’eau à double distillation, de l’eau ultra pure" dit-il. De l’eau propre au milieu d’une crise de l’eau La méthode la plus populaire pour purifier l’eau à travers l’énergie solaire est via la distillation d’eau impure qui est inséré dans le panneau solaire où elle est ensuite dessalée et prête à consommer. Les exemples internationaux à ce modèle incluent Desolenator,Solar Water Solutions, et F Cubed. À Gaza, seulement 10% de la population a accès à de l’eau potable. L’immense pénurie a conduit Fayez al-Hindi à développer un système solaire simple sur son toit qui produisait de huit à 10 litres d’eau potable par jour. Lire la suite en utilisant le lien précédent.

1.4–Impact social et environnemental de l’énergie solaire

Nous croisons ici nos sources.

Article 1 L’énergie solaire sur le gril

Source : Greenpeace https://www.greenpeace.fr/impact-en...

Comme les autres énergies renouvelables, le photovoltaïque a ses détracteurs qui n’hésitent pas à mêler vraies rumeurs et fausses infos sur son impact environnemental. Petit éclairage sur l’énergie solaire, pour distinguer le vrai du faux.

Fabriquer des cellules photovoltaïques, ça pollue ?

Comme tout produit industriel, une cellule photovoltaïque est nécessairement constituée de divers matériaux dont l’extraction n’est pas neutre du point de vue environnemental et social. La production de panneaux solaires en Chine, fortement encouragée par les subventions d’État, a explosé ces dernières années et a contribué à faire baisser considérablement les prix, trop souvent au détriment des salarié-es des usines de production et de la nature.

En Chine, en plus des bas salaires et des conditions de travail extrêmes, des scandales de rejets massifs dans l’atmosphère de poudre de silicium (matière première de la cellule photovoltaïque, disponible en abondance), et de pollution causée par les opérations de raffinage du silicium ont été dénoncés et documentés au cours des dix dernières années.

Il est pourtant aujourd’hui possible de limiter considérablement les impacts environnementaux et de recycler les produits issus des opérations de raffinage, ce que font de plus en plus d’entreprises. Les innovations dans les techniques d’extraction et de raffinage ont permis également d’importantes améliorations.

Les producteurs européens – dont les Français – ont aussi un rôle à jouer dans la prise en compte des impacts environnementaux de la filière photovoltaïque tout au long de la chaîne de production. Citons par exemple le cas de l’entreprise Voltec Solar dont les panneaux solaires produits en Alsace présentent un taux de recyclabilité proche des 100 % – une solution pour limiter les besoins de matières premières.

Les panneaux solaires, ça se recycle vraiment ?

Oui, le recyclage des panneaux solaires s’est considérablement développé et doit encore être encouragé. Aujourd’hui, au terme de leur durée de vie optimale (estimée à environ 25 ans, période au cours de laquelle au moins 80 % de leur puissance initiale est garantie) les panneaux photovoltaïques, qu’ils aient été construits en Chine ou en Europe, sont recyclables entre 95 et 99 % pour la plupart des constructeurs.

Des filières du recyclage des panneaux photovoltaïques s’organisent en France et en Europe, notamment depuis la création en 2007 de l’association PV Cycle qui regroupe des fabricants européens de panneaux photovoltaïques pour organiser la collecte et le recyclage. Depuis 2014, fabricants et importateurs de panneaux photovoltaïques ont pour obligation légale de reprendre gratuitement les équipements solaires en fin de vie. Et ils sont tenus de participer financièrement à la collecte et au traitement des déchets. Ces efforts non seulement limitent les besoins en matière première mais réduisent également la dépendance vis-à-vis des panneaux solaires importés de Chine.

Et les terres rares dans les panneaux solaires, alors ?

Contrairement aux idées reçues, la grande majorité des panneaux photovoltaïques ne contiennent pas de « terres rares », ces groupes de métaux (utilisés notamment dans des smartphones…) dont l’extraction et le raffinage sont très polluants.

La très grande majorité des panneaux solaires sont constitués de silicium cristallin, élément que l’on extrait du sable ou du quartz et qui, comme le verre, est 100 % recyclable. Ces panneaux solaires contiennent aussi des éléments en argent, en aluminium ou en cuivre et, selon les modèles, du plastique. Ils couvrent 90 % du marché du solaire. D’autres technologies photovoltaïques ont recours à des métaux rares et controversés (et non des « terres rares »), mais elles concernent moins de 10 % du marché. Des cellules de 3e génération constituées de molécules organiques sont aussi à l’étude.

Dans le monde, la principale source de consommation des éléments appelés « terres rares » revient au matériel des nouvelles technologies de l’information : tablettes, smartphone, etc… On en trouve aussi dans chaque centrale à charbon, gaz ou nucléaire. Cette consommation grandissante est inquiétante car l’extraction minière de ces éléments cause de nombreux dégâts sociaux et environnementaux. Mais pour le coup, les panneaux solaires n’y sont pour rien. Fin de l’article Sur le site : Pour soutenir le développement des énergies renouvelables, vous pouvez choisir un fournisseur d’électricité vraiment vert : découvrez le classement comparatif 2020 des fournisseurs d’électricité verte

Article 2 Cet article convergent avec le précédent et dénonce les idées fausses et les idées reçues concernant la fabrication des panneaux solaires et le stockage de l’énergie d’origine solaire. Il apporte aussi des compléments d’information sur le prix du kilowatt-heure solaire.

Fabrication, recyclage... quel est le véritable impact écologique des panneaux solaires ?

Source :We Demain https://www.wedemain.fr/Fabrication...

Par Jean-Jacques Valette I Publié le 31 Août 2017

Trop polluants ou trop chers, fabriqués avec des terres rares... Suite aux nombreuses questions de nos lecteurs et face aux fausses informations qui circulent sur Internet, We Demain livre un état des lieux de l’impact environnemental de la filière

En France, 55 000 tonnes de panneaux solaires ont été posées durant l’année 2016. Un chiffre qui devrait tripler d’ici 2023, alors que le pays s’achemine vers un objectif de 20,2 GW de puissance installée contre 6,8GW actuellement.

Problème : ces quantités industrielles de panneaux solaires représenteront d’ici quelques décennies autant de déchets à traiter. L’impact écologique de leur production et la question de leur recyclage préoccupe de plus en plus les lecteurs de We Demain qui l’expriment dans leurs commentaires. Une inquiétude légitime, mais qui est aussi exploitée par certains défenseurs du nucléaire et qui entraîne son lot de contre-vérités.

Pour faire le point sur l’impact écologique réel de la filière photovoltaïque, We Demain a interrogé des spécialistes de la question.

Composition des panneaux solaires. (Crédit : Solarworld) Composition des panneaux solaires. (Crédit : Solarworld) Composition des panneaux solaires. (Crédit : Solarworld)

Idée reçue n°1 : "Les panneaux solaires ne sont pas recyclables"

"C’est faux. Tout du moins pour les modèles au silicium cristallin, qui représentent 90 % du marché mondial", assure Bertrand Lempkowicz, directeur de la communication de PV Cycle, un organisme public chargé du recyclage des panneaux solaires.

"On peut recycler un panneau à 100 %, tout dépend de l’intérêt économique. Nous ouvrirons en mars prochain une usine pilote en partenariat avec Veolia dans les Bouches-du-Rhône. Notre objectif est d’y retraiter 98 % des matériaux qui composent les panneaux".

Et pour cause : un panneau solaire est composé à 75 % de verre. Une matière recyclable à l’infini, tout comme l’aluminium qui compose son cadre. À l’intérieur, on retrouve un film plastique en EVA qui peut être transformé en granules pour être refondu ou brûlé pour générer de l’électricité. Enfin, restent les cellules en silicium et les conducteurs électriques qui peuvent être en aluminium, en argent ou en cuivre. Ces éléments sont séparés mécaniquement et chimiquement avant d’être fondus, puis réutilisés.

Idée reçue n°2 : "Les panneaux nécessitent des terres rares et autres minerais dont la quantité est limitée"

"C’est largement exagéré. On parle de quelques milligrammes d’argent, de bore ou de phosphore par centaine de kilos de panneaux. Ces éléments sont utilisés pour doper le silicium ou améliorer sa conductivité", détaille Xavier Daval, président de SER-Soler, la branche solaire du Syndicat des énergies renouvelables.

"Peut-être que certaines de ces ressources seront un jour en tension, mais nous en sommes loin. Le silicium est après tout le deuxième élément le plus abondant de la croute terrestre après l’oxygène ! Et il y a chaque mois de nouvelles découvertes scientifiques dans le domaine du photovoltaïque qui réduisent la quantité de silicium nécessaire."

L’île de Kauai dans le Pacifique a été équipée de batteries Tesla pour stocker l’énergie produite par sa ferme solaire. (Crédit : Tesla) L’île de Kauai dans le Pacifique a été équipée de batteries Tesla pour stocker l’énergie produite par sa ferme solaire. (Crédit : Tesla) L’île de Kauai dans le Pacifique a été équipée de batteries Tesla pour stocker l’énergie produite par sa ferme solaire. (Crédit : Tesla)

Idée reçue n°3 : "Il faut plus d’énergie pour fabriquer les panneaux qu’ils n’en rapportent"

"C’est totalement faux ! La production nécessite beaucoup d’énergie, c’est vrai, car il faut faire fondre le verre et le silicium métallurgique pour qu’il se cristallise. Mais il en va de même pour fabriquer l’acier et le béton qui composent les centrales atomiques", précise Xavier Daval. Mais si on utilise de l’énergie solaire pour faire fondre ces matériaux, on créé un cycle vertueux. Plus nous aurons d’énergie solaire, plus celle-ci sera propre."

De plus, les processus industriels ont beaucoup évolué ces dernières décennies. Comme le rapporte une étude parue dans Nature Communications en décembre dernier. En 1986, il fallait compter 409 grammes d’équivalent CO2 pour un kWH. Aujourd’hui, l’empreinte d’un panneau solaire n’est plus que de 20 à 25 grammes d’équivalent CO2 par kWH.

Concrètement, cela signifie que les panneaux "remboursent" leur dette énergétique en seulement un an et demi en France, contre 5 ans en 1992. "Et même si vous habitez en Norvège, où il y a beaucoup moins de soleil, cela reste très intéressant. Vous remboursez leur dette énergétique en deux ans et huit mois, ajoute Bertrand Lempkowickz. Ensuite, c’est de l’énergie gratuite et 100 % propre !"

Idée reçue n°4 : "Les panneaux ne durent que 25 ans"

"C’est un chiffre que l’on entend souvent, mais qui ne concerne en fait que les premiers panneaux produits dans les années 1980. C’est à dire ceux qui arrivent aujourd’hui dans les filières de recyclage. Pour les nouveaux modèles, on a aucun recul. C’est probablement 50 ans, peut-être plus !, avance le cadre de PV Cycle. Au pire, ils produiront un peu moins avec les années, mais de toute façon les panneaux seront largement amortis et tout ce qui est produit sera du bonus."

Mais alors, pourquoi les fabricants ne mettent-ils pas en avant cette durée de vie d’au moins 50 ans ? "Pour ne pas s’engager sur une garantie. Mais Tesla a osé récemment franchir ce pas pour ses toitures solaires avec une garantie illimitée ", pointe le dirigeant syndical.

Historique du prix des cellules photovoltaïques en dollars. (Crédit : Wikimedia) Historique du prix des cellules photovoltaïques en dollars. (Crédit : Wikimedia) Historique du prix des cellules photovoltaïques en dollars. (Crédit : Wikimedia)

Idée reçue n°5 : "Le photovoltaïque coûte trop cher pour les particuliers"

"Le prix du solaire a baissé de 80 % ces 16 dernières années. C’est comme le prix des téléphones : il est en chute libre et désormais n’importe qui peut s’en équiper, réagit Xavier Daval. Pour donner un ordre d’idée en s’appuyant sur les derniers contrats d’achat, le kWh solaire se négocie actuellement autour de 6,4 centimes en France et 5,8 centimes en Allemagne. Alors qu’une centrale nucléaire de dernière génération comme l’EPR d’Hinkley Point en Angleterre facturera du 21 centimes du kilowatt-heure !"

Idée reçue n°6 : "Importer les panneaux solaires de Chine est très polluant »

"Les panneaux sont acheminés en bateau. Et même s’ils émettent du CO2, leurs tonnages sont tellement énormes que la pollution individuelle de chaque panneau est minime. L’idéal serait bien sûr d’avoir des cargos électriques mais ils sont encore au stade de prototype", constate Bertrand Lempkowicz.

"Très peu d’entreprises européennes de panneaux solaires ont survécu à la concurrence étrangère, mais c’est par manque de soutien des États, déplore Xavier Daval. Nous avons les ressources et le marché pour inventer un second Tesla en Europe, mais il nous manque un industriel avec la volonté d’Elon Musk."

Une surface de quelques centaines de kilomètres carrés suffirait à répondre à l’ensemble des besoins en énergie de l’humanité. (Crédit : Nadine May / Université du Braunschweig) Une surface de quelques centaines de kilomètres carrés suffirait à répondre à l’ensemble des besoins en énergie de l’humanité. (Crédit : Nadine May / Université du Braunschweig) Une surface de quelques centaines de kilomètres carrés suffirait à répondre à l’ensemble des besoins en énergie de l’humanité. (Crédit : Nadine May / Université du Braunschweig)

Idée reçue n°7 : "On ne peut pas stocker l’énergie produite"

"C’est de moins en moins vrai. On le voit avec Tesla qui installe en ce moment un peu partout dans le monde des batteries géantes au lithium. Mais il y a d’autres façons de stocker l’énergie verte, par exemple en pompant de l’eau dans des barrages ou d’anciennes mines pour la libérer au besoin et alimenter des génératrices, détaille Bertrand Lempkowicz. Et avec les futures smart grids, on pourra ajuster la production aux besoins de façon très précise."

"Il faudrait peut-être aussi apprendre à consommer de façon plus rationnelle. Qui a vraiment besoin d’allumer le four ou la machine à laver à 3 heures du matin ? On aime tous ce confort, mais il faut aussi en voir le prix pour l’environnement, note Xavier Daval. Si on veut approvisionner 10 milliard d’humains d’ici la fin du siècle, il faudra apprendre à être plus sobre énergétiquement. Mais la bonne nouvelle est que l’énergie solaire est répartie sur toute la planète. Ce qui en fait un puissant facteur de paix pour l’avenir, contrairement au pétrole."

Fin de l’article

2–L’énergie thermonucléaire produite par une centrale à fusion

La fission nucléaire consiste à casser un noyau d’uranium par bombardement de neutrons pour libérer de l’énergie : elle est utilisée dans les centrales nucléaires actuelles. La fusion nucléaire, c’est l’inverse de la fission : on fait fusionner deux atomes isotopes de l’hydrogène le deutérium et le tritium, cette fusion libérant une grande quantité d’énergie. Elle est analogue à la nucléosynthèse solaire ou existant dans les étoiles. La production de la réaction est « propre » car le « produit de synthèse » sont des atomes d’hélium non radioactifs. La réaction de fusion et « rentable » si un certain seuil deLawson, est atteint. En termes de température,, il se situe à 150 millions de degrés. C’est dans les années 1950 que les physiciens soviétiques commencent à créer des plasmas à haute température dans lestoqamak à confinement magnétique pour organiser les premières expériences de fusion nucléaire. Progressivement différents pays construisirent différents dispositifs expérimentaux pour améliorer le rendement des réactions de fusion. Les difficultés techniques à surmonter sont les suivantes : assurer un confinement magnétique de qualité empêchant le plasma d’être en contact avec les parois ; obtenir de très haute température de plusieurs millions de degrés ; obtenir une durée suffisante de la fusion ; avoir une densité plasmique suffisante ; gérer correctement la production de neutrons résultant de la fusion. La production de deutérium à partir de l’eau de mer est résolue : celle-ci est quasiment inépuisable. La production de ce par bombardement neutronique du lithium est une technique en voie d’amélioration. La réserve connue et de l’ordre de 1 million d’années.

La première centrale expérimentale à fusion, conçue avec le projetITER, devrait être mis en service à Saint-Paul–lès–Durance en 2025 et être fonctionnel en 2035. Ce sont 35 pays sont associés à ce projet s’élevant pour l’instant à 20 milliards d’euros. [*TER, sigle pour l’anglais International Thermonuclear Experimental Reactor (litt. « réacteur thermonucléaire expérimental international »)],

Les ressources de fonctionnement s’élèvent à au moins 1million d’années de consommation. Il n’y a pas de dégagement de CO2 et de quelconque gaz radioactif. La radioactivité d’une partie de la structure causée par l’émission de neutrons est relativement faible et n’a qu’une période de 12,5 ans. La production d’électricité est prévue pour 2050 avec un tel procédé. On pourrait alors parler d’énergie artificielle renouvelable car l’espèce humaine se sera probablement auto détruite avant épuisement d’une telle énergie !

Plus de détails, voir Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusio... https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusio...

Il faut néanmoins rester prudent dans les prévisions car les difficultés techniques à surmonter pour obtenir une production industrielle d’électricité avec un tel type de centrale restent considérables.

On peut lire un article bien documenté sur cette question  : la fusion nucléaire contrôlée, une promesse intenable ? https://www.inneance.fr/la-fusion-n...

(À suivre)

Hervé Debonrivage


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