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article de Pierre Le Hir paru dans Le Monde du 9 novembre 2006

Le coût de l’énergie solaire ne cesse de baisser

jeudi 9 novembre 2006 par Pierre Le Hir

"Au début des années 1990, quand les promoteurs du solaire annonçaient le prix du kilowattheure (kWh) photovoltaïque, tout le monde rigolait : on était 10 fois au-dessus du tarif de l’électricité achetée à EDF. Quinze ans après, les coûts ont été divisés par deux ou trois, et plus personne ne se moque. Bientôt, on va nous prendre très au sérieux." Philippe Malbranche, spécialiste des technologies solaires au Commissariat à l’énergie atomique (CEA), est formel : "A terme, le solaire va s’imposer." Non par choix idéologie ou souci de l’environnement. Mais "parce qu’il sera économiquement le plus rentable".

Les projections de l’Institut national de l’énergie solaire inauguré cet été sur le parc de Savoie-Technolac, où sont regroupées des équipes du CEA, du CNRS, du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) et de l’université de Savoie, montrent qu’il ne s’agit pas d’une douce utopie. En France, selon que l’on réside au Sud ou au Nord - et que l’on bénéficie d’un ensoleillement annuel moyen de 1 800 ou de 900 heures -, l’électricité d’origine photovoltaïque coûte aujourd’hui, en considérant que l’installation est amortie en vingt ans, entre 25 et 50 centimes d’euros le kWh. Une dépense à comparer aux quelque 13 centimes d’euros, taxes comprises, facturés par EDF en option de base.

En 2010, la fourchette devrait descendre entre 20 et 40 centimes d’euros. En 2020, entre 10 et 20 centimes d’euros. Et, en 2030, les coûts devraient tomber en dessous de 10 centimes d’euros le kWh, que l’on habite à Lille ou à Marseille. "Nous pouvons nous tromper de dix ans. Mais le mouvement est inéluctable, est convaincu Philippe Malbranche. Or, à 10 centimes d’euros le kWh, le solaire est concurrentiel vis-à-vis de toutes les autres sources d’énergie."

Comment expliquer cette baisse continue des tarifs ? D’abord, par la multiplication des installations photovoltaïques, qui se partagent, avec les capteurs thermiques, le marché de l’énergie solaire. Deux technologies complètement différentes, puisque la seconde utilise directement la chaleur du rayonnement solaire, pour des chauffe-eau par exemple, tandis que la première transforme le même rayonnement en électricité, par le truchement d’un matériau semi-conducteur, le silicium, dont les électrons sont mis en mouvement par les photons de la lumière.

Le marché mondial des cellules photovoltaïques affiche une croissance insolente, proche de 40 % par an. Le Japon a été le premier à tracer la voie, à la fin des années 1990, avec une politique volontariste visant à couvrir la moitié de sa consommation électrique domestique à l’horizon 2030. Le pays du Soleil-Levant totalise aujourd’hui 40 % de la puissance mondiale installée, qui, fin 2005, atteignait 3,7 millions de kilowatts. L’Allemagne lui a emboîté le pas et presse aujourd’hui l’allure, pour devancer désormais l’archipel nippon en puissance cumulée.

LA FRANCE DANS LE PELOTON DE QUEUE

Derrière, les Etats-Unis traînent les pieds, avec 13 % de la puissance mondiale installée. L’Europe ne fait encore que de la figuration, même si l’Espagne et les Pays-Bas montent en régime. La France, où le lobby nucléaire a longtemps fait la loi, reste dans le peloton de queue de la course solaire, avec moins de 1 % du total. Mais les récentes mesures fiscales décidées par le gouvernement - un crédit d’impôt de 50 % sur les nouveaux équipements et une hausse du tarif de rachat par EDF de l’électricité photovoltaïque, que les particuliers peuvent revendre jusqu’à 47 centimes le kWh et les communes 55 centimes - devraient booster la filière.

Si le solaire devient de plus en plus compétitif, ce n’est pas seulement en raison des économies d’échelle réalisées par les fabricants sur des productions en plus grande série. C’est aussi grâce aux progrès techniques dont bénéficient les installations photovoltaïques : moins de silicium - très coûteux - dans les cellules, des rendements améliorés, une intégration plus efficace dans les bâtiments.

Alors que le solaire thermique peut couvrir la moitié des besoins d’un pays comme la France en eau chaude, tout en assurant un complément de chauffage, le solaire photovoltaïque pourrait assurer 40 % de la consommation électrique nationale, estime Philippe Malbranche. Et jusqu’à 60 % dans les pays industrialisés bénéficiant à la fois d’un bon ensoleillement et d’un habitat peu concentré, ce qui permet de multiplier les surfaces réceptrices non seulement en toiture, mais aussi en façade. Dans ces conditions, l’énergie solaire a effectivement de beaux jours devant elle.


La nouvelle et prometteuse alchimie des photopiles

La plupart des cellules photovoltaïques - ou photopiles - sont composées de cristaux de silicium. Un matériau semi-conducteur extrait de la silice, ou oxyde de silicium (SiO2), très abondante dans la nature sous forme de sable ou de quartz. Pour transformer le rayonnement solaire en électricité, le silicium doit être d’une très grande pureté.

Jusqu’à présent, les fabricants utilisent des déchets de l’industrie électronique. Or le silicium de qualité électronique est extrêmement onéreux : de 50 à 100 euros le kilogramme. D’où l’idée de recourir à un silicium de qualité "métallurgique", moins pur mais aussi beaucoup moins coûteux, puisqu’il se négocie de 3 à 5 €/kg.

Une unité industrielle pilote, Photosil, installée sur le site de Savoie-Technolac, travaille à un procédé de traitement du silicium métallurgique permettant d’éliminer ses impuretés grâce à une torche à plasma. Le coût de revient final, actuellement de 25 €/kg, pourrait être abaissé à 15 €/kg.

Les chercheurs s’efforcent aussi de réduire la quantité de silicium entrant dans les photopiles. Les plus courantes sont constituées de silicium sous forme cristalline, qu’il soit monocristallin (des tranches homogènes de 0,3 millimètre d’épaisseur) ou multicristallin (des morceaux reliés par des joints de grains).

La finesse accrue des outils de découpe a permis de diminuer de 20 à 12 grammes la quantité de silicium nécessaire pour obtenir 1 watt. Les ingénieurs espèrent descendre à 10, puis 8, voire 6 grammes, grâce à une technique de tirage du silicium fondu sous forme de ruban.

Un autre type de cellules, adaptées à des applications de faible puissance (calculettes, montres, lampes...), fait appel à du silicium non cristallisé, dit "amorphe", déposé en couche de quelques microns sur du verre. L’avenir, imaginent les chercheurs, est à la combinaison de toutes les formules - de l’amorphe sur du cristallin - pour exploiter au mieux le spectre des longueurs d’onde de la lumière.

Autres pistes : des traitements de la surface et de la structure du matériau semi-conducteur, afin de "piéger" le maximum de photons et de les convertir en électrons avec le minimum de déperdition. A plus long terme, des cellules à base de nanocomposants organiques, sous forme de films plastiques souples, pourraient se substituer au silicium ou s’y combiner.

"Nous connaissons déjà les technologies qui donneront les cellules solaires de la prochaine décennie, assure Philippe Malbranche, du CEA. Au-delà, c’est vrai, nous n’y voyons pas encore très clair. Mais nous sommes sûrs de progresser."


Références

Thermique ou photovoltaïque :

Les capteurs thermiques utilisent la chaleur du rayonnement solaire, transmise à des chauffe-eau, des systèmes de chauffage ou des centrales thermodynamiques.

Les panneaux photovoltaïques transforment l’énergie solaire en courant électrique continu.

Cristallin ou amorphe :

Les photopiles à base de silicium monocristallin ont aujourd’hui un rendement (énergie électrique produite sur énergie solaire reçue) de 15 % à 17 %.

Les photopiles en silicium multicristallin ont un rendement de 14 % à 16 %.

Le rendement du silicium amorphe (non cristallisé) est de 8 %.

Isolé ou collectif : Le solaire photovoltaïque est adapté aux sites isolés non raccordés au réseau, notamment dans les pays du tiers-monde, mais aussi à l’habitat et aux équipements individuels ou collectifs.

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