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Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet

Par

Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet
SIVARAM Varun , « Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet », MIT Press, 2018.

L’énergie solaire est la filière énergétique dont la croissance est la plus soutenue. Faut-il pour autant considérer qu’elle est engagée sur une voie royale vers la sortie de l’ère des énergies fossiles ? Varun Sivaram, un bon expert de cette filière qui poursuit une carrière académique et de consultant, explique dans son livre que le solaire est certes une solution pour « décarboner » l’énergie, mais il estime aussi que les jeux ne sont pas faits car il est nécessaire, auparavant, d’apprivoiser le soleil (le titre en anglais de son livre, Taming the Sun).

Le livre comporte quatre parties. Dans la première, « Jouer sur le long terme », l’auteur envisage deux scénarios d’avenir pour l’énergie solaire à l’horizon 2050. Le premier, optimiste, envisage la percée de l’énergie solaire qui assurerait le tiers de la production électrique (2 % aujourd’hui), grâce essentiellement à la technique des cellules photovoltaïques utilisant le silicium (le deuxième chapitre en décrit très simplement le fonctionnement). Leur prix a chuté considérablement depuis 10 ans et la Chine en est le leader industriel. Ce scénario envisage une forte chute des coûts de production du silicium mais aussi l’émergence d’alternatives au silicium. Le second (le soleil bloqué) table, a contrario, sur un quasi-échec du solaire : celui-ci n’atteint pas ses objectifs en 2050 car, faute d’investissements, il plafonne (des projets peu rentables font éclater des bulles financières). L’auteur met en évidence une donnée importante pour la filière solaire, souvent passée sous silence : sa production étant plus forte à la mi-journée alors que la demande est faible, toute augmentation de la puissance installée se traduira par une très forte chute du prix de l’électricité sur le marché, pendant plusieurs heures, ce qui serait dissuasif pour les investisseurs (le cas de la Californie est donné en exemple). Le quasi-monopole du silicium, non sans analogie avec la situation actuelle dans le nucléaire où les réacteurs à uranium faiblement enrichi et refroidi à l’eau légère dominent la filière, pourrait être un obstacle à l’innovation et conduire, à terme, le solaire dans une impasse comme le prévoit ce scénario pessimiste, proche d’ailleurs de certains proposés par l’Agence internationale de l’énergie.

La deuxième partie, plus brève, est consacrée à la question clef des investissements indispensables pour assurer le succès de la filière. On peut faire l’hypothèse optimiste que les majors actuels de l’énergie, les multinationales du pétrole notamment, investiront dans le solaire, mais des innovations financières sont nécessaires. L’une d’elles consisterait à créer des consortiums investissant à la fois dans les infrastructures de production et dans un portefeuille de services énergétiques. Une politique publique accordant des prêts avec des garanties inciterait à la levée de fonds destinés au solaire. Les besoins en électricité sont considérables dans les pays en développement, et le solaire est une solution simple pour y répondre avec des petites infrastructures (panneaux solaires sur le toit des maisons et miniréseaux électriques locaux) louées aux abonnés payant les kilowattheures consommés, comme cela se pratique en Tanzanie et au Rwanda.

Le scénario optimiste de l’auteur ne se concrétisera que si l’on est capable de « réinventer le solaire » ; les moyens d’y parvenir sont l’objet de sa troisième partie. Plusieurs voies pourraient être empruntées. En premier lieu, il est souhaitable de trouver une alternative au silicium avec des matériaux ayant un meilleur rendement et un coût de fabrication moins élevé. Un candidat est sur les rangs : une famille de composés métalliques organiques, les pérovskites. Leur rendement de conversion de l’énergie solaire est proche de celui du silicium (25 %), mais ils seraient moins coûteux à produire ; toutefois, outre qu’ils sont constitués de plomb, leur durabilité n’est pas encore assurée. En deuxième lieu, il est opportun d’explorer la filière du solaire à concentration : on concentre le rayonnement solaire à l’aide de miroirs sur des tubes, ou au sommet d’une tour, où il porte à très haute température (600 °C) un fluide qui peut alimenter une turbine, ou dont la chaleur sera stockée et utilisée la nuit. Enfin, on peut faire de la chimie avec l’énergie solaire pour produire des carburants à l’aide de la vapeur d’eau et du CO2 atmosphérique ou émis par des centrales thermiques. Cette piste est intéressante, mais elle suppose que les rendements des réactions soient considérablement augmentés à l’aide de catalyseurs.

Il ne suffit pas de perfectionner les dispositifs pour apprivoiser le soleil, car il faut les intégrer dans un système électrique ; c’est le défi auquel doit faire face l’énergie solaire, qui est abordé dans la quatrième et dernière partie du livre. On peut le schématiser en affirmant que le solaire doit faire sauter le verrou de son intermittence, il ne fournit de l’énergie électrique que de jour et si la météo le permet, son stockage est donc impératif. L’auteur passe en revue les solutions possibles. Les barrages hydroélectriques sont, aujourd’hui, les plus utilisés pour le stockage, mais les possibilités d’en construire étant limitées, la solution des batteries sera sans doute la plus réaliste et la plus économique. La stabilité du système électrique dépendra aussi de l’étendue géographique et de la robustesse du réseau électrique construit à l’échelle d’un continent (l’Amérique du Nord et l’Europe) avec, vraisemblablement, des lignes en courant continu à très haute tension qui sont plus économiques. Faire de l’énergie solaire un vecteur de la transition énergétique suppose un effort important de recherche et d’innovation, et l’auteur déplore qu’aux États-Unis les dépenses publiques de R&D pour l’énergie solaire aient fortement baissé depuis 2007. Il soutient également l’idée de création d’une taxe carbone sur les émissions de CO2 par les centrales thermiques, qui favoriserait les énergies renouvelables.

Le livre de Varun Sivaram est un plaidoyer en faveur du développement de l’énergie solaire basé sur des arguments scientifiques, techniques et économiques réalistes avec, il est vrai, des données américaines. Mais dans sa conclusion, celui-ci souligne qu’il n’y a pas de solution miracle (une silver bullet en anglais) pour l’énergie. Une transition énergétique réalisée uniquement avec des filières renouvelables intermittentes (le solaire notamment) n’est pas envisageable ; elle devra mettre en œuvre un mix électrique associant ces filières à une nouvelle génération du nucléaire et peut-être à des centrales à gaz stockant leur CO2. C’est ce message pondéré et réaliste qui fait l’intérêt de ce livre très pédagogique, à un moment où l’on débat, en France, d’une nouvelle programmation de la politique énergétique.