L'énergie Solaire

L’énergie solaire est la fraction de l’énergie électromagnétique provenant du Soleil, traversant l’atmosphère qui en absorbe une partie, et parvenant à la surface de la Terre.

Sur Terre, l’énergie solaire est à l’origine du cycle de l’eau, du vent et de la photosynthèse réalisée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaînes alimentaires. Le Soleil est à l’origine de la plupart des énergies sur Terre, à l’exception de l’énergie nucléaire et de la géothermie profonde.

 

Les sources d’énergie issues indirectement de l’énergie solaire sont notamment : l’énergie hydraulique, dérivée de l’énergie cinétique de l’eau dont le cycle dépend du Soleil ; l’énergie éolienne, provenant de l’énergie cinétique du vent lié à l’échauffement et à l’évaporation de l’eau, générés par le Soleil, la rotation de la Terre et la force de Coriolis ; l’énergie hydrolienne et l’énergie des vagues, liées aux mouvements des océans et des cours d’eau ; le bois énergie et l’énergie de la biomasse ainsi que la géothermie de très basse température, provenant des couches superficielles du sol réchauffées par le Soleil. On peut ajouter les combustibles fossiles, provenant de matières organiques créées par photosynthèse (charbonpétrolegaz naturel…) auxquelles s’ajoute l’énergie biochimique de la matière organique vivante.

L’utilisation de l’énergie solaire remonte à l’Antiquité. Par exemple, les Grecs allumaient la flamme olympique grâce à un système de miroirs concentrant les rayons du Soleil.

Les applications pratiques apparaissent au xviie siècle. Le Français Salomon de Caus construit en 1615 une pompe solaire, grâce à l’utilisation d’air chauffé par le rayonnement solaire. François Villette, opticien au château de Versailles, conçoit un miroir en bronze (appelé « miroir ardent ») d’un mètre de diamètre, grâce auquel il fait des démonstrations de fusion d’objets.

En 1747, Georges-Louis de Buffon expérimente un miroir qui concentre la lumière du soleil en un point focal. Il arrive à faire fondre un morceau d’argent (soit plus de 1 044 °C).

Dans les années 1780Horace-Bénédict de Saussure invente un instrument de mesure lui permettant d’étudier les effets calorifiques des rayons du soleil qu’il nomme « hélio thermomètre ». Cet instrument utilise l’effet de serre obtenu par un vitrage placé au-dessus d’un absorbeur dans un caisson isolé. Il crée ainsi un capteur solaire thermique à basse température.

À la fin du xviiie siècle, grâce à une lentille à liquide qui concentre les rayons solaires, Antoine Lavoisier construit un four solaire qui atteint la température de 1 800 °C.

La conversion de la lumière en électricité, appelée effet photovoltaïque, est découverte par Edmond Becquerel en 1839, mais il faut attendre près d’un siècle pour que les scientifiques approfondissent et exploitent ce phénomène physique.

En 1875, Werner Von Siemens expose devant l’Académie royale des sciences de Prusse un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs

En 1913, William Coblentz dépose le premier brevet pour une cellule solaire, qui ne pourra jamais fonctionner.

En 1916, Robert Andrews Millikan est le premier à produire de l’électricité avec une cellule solaire, mais pendant les quarante années suivantes, personne ne fera beaucoup de progrès en énergie solaire car les cellules photovoltaïques ont un trop mauvais rendement pour transformer la lumière du soleil en énergie. Le phénomène reste encore une découverte anecdotique.

Pendant l’année 1954, trois chercheurs américains (Chapin, Pearson et Prince) mettent au point une cellule photovoltaïque à « haut rendement » (9 %) et les Laboratoires Bell construisent le premier panneau solaire mais il était trop coûteux pour être produit en série. C’est la conquête spatiale qui fera réellement progresser l’énergie solaire ; le panneau solaire est le seul moyen non-nucléaire d’alimenter des satellites en énergie, de plus l’énergie solaire est une source d’énergie constante pour les satellites en orbite. En effet, c’est en 1958 qu’a lieu le premier lancement d’un satellite fonctionnant à l’énergie photovoltaïque. L’industrie spatiale investira beaucoup de fonds dans le développement des panneaux solaires. C’est la première utilisation importante de la technologie solaire photovoltaïque.

Pendant les années 1970 et 1980, des efforts sont faits pour réduire les coûts de sorte que l’énergie photovoltaïque soit également utilisable pour des applications terrestres. L’énergie solaire connaîtra un second élan au cours du premier choc pétrolier dans les années 1970. Alors que le prix du pétrole augmente de façon spectaculaire, les panneaux solaires photovoltaïques commencent à être utilisés pour la première fois dans les maisons. En effet, en 1973, la première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l’université du Delaware et en 1983, la première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie. Depuis les panneaux solaires se sont développés lentement. Pendant longtemps, ils ont été considérés comme des sources d’énergies naturelles. L’énergie solaire est de nouveau en plein essor car on prévoit une pénurie de pétrole prochaine, on se préoccupe du réchauffement de la planète et les prix de l’énergie n’ont jamais été aussi hauts.

L’énergie solaire devient une priorité pour de plus en plus de pays. Des centrales solaires sont en cours de construction dans le monde entier. Les entreprises investissent également. Les entreprises d’électricité et les gouvernements ont offert des subventions et des réductions pour encourager les propriétaires à investir dans l’énergie solaire pour leur maison. En effet, en 1995, des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.

De nouveaux types de panneaux solaires ont été développés ; panneaux solaires très fins (4 mm d’épaisseur) et flexibles, des peintures solaires. L’objectif est de réduire très fortement le coût de l’énergie solaire.

En novembre 2015, l’Alliance solaire internationale (ou ISA, pour International solar alliance) est créée. Le projet est porté par Narendra Modi, alors Premier ministre de l’Inde. Cette alliance, soutenue par le secteur privé, doit réunir les États disposant d’importantes ressources solaires afin de mieux coordonner le développement de leur exploitation (thermique et photovoltaïque) via des actions de formation, de standardisation de matériels, de partage d’expériences, des coentreprisesetc. La cérémonie de lancement, organisée par l’Inde et la France, a lieu lors de la Conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques.

L’énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le Système solaire et dans l’Univers essentiellement sous la forme d’un rayonnement électromagnétique dont la lumière n’est que la partie visible.

L’énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

  • l’énergie électromagnétique (lumière visible, infrarougeultraviolet et autres rayonnements) émise par le Soleil et arrivant sur Terre (avec des fluctuations décennales, saisonnières et ponctuelles) ;
  • la nébulosité (nuagesbrouillards, etc.), qui varie considérablement d’un endroit du globe à un autre. Celle-ci est forte à très forte dans les régions océaniques tempérées et subpolaires ainsi que dans les régions équatoriales, alors qu’elle est faible à très faible en période anticyclonique et dans les régions arides subtropicales ou polaires ;
  • la latitude, la saison et l’heure, qui influent sur la hauteur du Soleil et donc l’énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local.

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 ZJ, le vent contient 2,2 ZJ, et l’ensemble des usages humains de l’énergie, 0,5 ZJ11 dont 0,06 ZJ sous forme d’électricité.

Le flux maximum d’énergie solaire reçu au sol terrestre se rencontre sous les tropiques secs (ou arides), c’est-à-dire dans les déserts chauds où les conditions météorologiques et géographiques sont optimales : basse latitude, vaste espace, ensoleillement ininterrompu, ciel clair, grande sécheresse de l’air. Le Sahara, le plus grand désert chaud du monde, est la région de la Terre qui reçoit le plus amplement la chaleur et la lumière du Soleil. C’est en effet la contrée du globe où la durée de l’insolation moyenne est la plus élevée (jusqu’à 4 300 h/an soit entre 97 et 98 % du jour) et où l’irradiation solaire moyenne est la plus grande, avec plus de 280 W/m2 en moyenne sur l’année, nuits comprises.

La collecte et le transport de cette énergie depuis le Sahara vers les pays développés bute sur des obstacles techniques et politiques, aussi les projets comme Desertec ne sont-ils pas encore d’actualité. Toutefois, les zones développés, à la consommation importante et disposant de la technique requise, voient des réalisations de plus en plus importantes apparaître à leurs confins. Ainsi, dans le désert des Mojaves (Californie et Arizona) se trouvent les plus grandes centrales solaires thermodynamiques au monde, notamment la centrale solaire SEGS, d’une puissance totale de 354 MW et celle de Solana, d’une puissance de 280 MW.

Les Différentes Techniques D’utilisation Du Solaire :

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie peuvent être classées entre solaire « passif », solaire « photovoltaïque » et solaire « thermique ».

La plus ancienne et certainement la plus importante, quoique discrète, utilisation de l’énergie solaire consiste à bénéficier de l’apport direct du rayonnement solaire, c’est-à-dire l’énergie solaire passive. Pour qu’un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l’énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, surface vitrée orientée vers le Sud, isolation thermique, etc.). L’apport solaire passif représente alors une part importante du chauffage et de l’éclairage du bâtiment et les économies d’énergies peuvent être importantes.

L’habitat passif désigne un bâtiment dont les dépenses d’énergie de chauffage sont réduites d’environ 80 % par rapport à une maison neuve construite selon les normes allemandes d’isolation thermique de 1995. L’énergie solaire passive permet donc de chauffer tout ou partie d’un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul, en tirant parti des conditions d’un site et de son environnement, selon les principes de l’architecture bioclimatique.

L’énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur issue du rayonnement solaire. Ce rayonnement se décline de différentes façons 
  • En usage direct de la chaleur : chauffe-eauchauffage solaire dont fours solaires, cuisinières et sécheuses solaires, par exemple ;
  • En usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraîchissement solaire, centrales solaires thermodynamiques, etc.
– Energie solaire pour la cuisson des aliments.
– Energie solaire thermodynamique :
  Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui consiste à concentrer l’énergie solaire (via des héliostatsmiroirs, etc.) pour produire : -de l’électricité, sur le même principe qu’une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée) ; -un travail mécanique, en transformant un liquide en gaz ou en échauffant directement une partie du moteur, comme dans le moteur Stirling.
Energie solaire photovoltaïque : Le terme « photovoltaïque » peut désigner le phénomène physique d’effet photovoltaïque ou la technique associée. L’énergie solaire photovoltaïque est l’électricité produite par transformation d’une partie du rayonnement solaire par une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles dans un module photovoltaïque, puis les modules sont regroupés pour former des panneaux solaires, installés chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. Après transformation en courant alternatif grâce à un onduleur, l’installation solaire peut satisfaire un besoin local (en association avec un moyen de stockage) ou être injectée dans un réseau de distribution électrique (le stockage n’étant alors pas nécessaire). À l’échelle des villes, des cadastres solaires, établis à l’aide de modèles 3D, permettent d’optimiser le positionnement des panneaux solaires.

L'Énergie Solaire Au Sénégal

L’énergie solaire est encore trop peu utilisée au Sénégal, en comparaison des grands services qu’elle peut rendre. Malgré tout, le pays s’est déjà lancé dans un ambitieux programme par la mise en œuvre de projets destinés à diversifier, augmenter et améliorer la capacité de production énergétique, ayant débouché sur de bons résultats et un certain nombre d’applications intéressantes. Le Gouvernement du Sénégal a mis en place une politique visant à « rechercher des solutions alternatives à ses problèmes d’approvisionnement en énergie, en favorisant, dans ce cadre, le développement des énergies renouvelables au moyen de la diversification des sources de production ».
Potentiel solaire du Sénégal

L'Énergie Solaire, Sur Le Plan Économique

Sur le long terme, les prix du charbon, du gaz naturel et du pétrole augmentent avec l’épuisement de la ressource. Le solaire apporte une source virtuellement inépuisable d’énergie et la commission européenne pour les énergies renouvelables prévoit que l’énergie solaire représentera une proportion de 20 % dans les énergies renouvelables, celles-ci devant apporter 20 % de l’énergie en 2020 et 50 % en 2040.

Les systèmes de production d’énergie solaire ont un coût proportionnel quasi-nul : il n’y a pas de combustible, seulement des frais (entretien, gardiennage, réparation…) qui dépendent très peu de la production. Il faut cependant tenir compte des coûts d’investissement, beaucoup plus élevés que pour les techniques fossiles ou les autres renouvelables (éolien, hydraulique…).

L’usage de capteurs thermiques permet de produire de l’eau chaude sanitaire à faible coût. Une fois l’installation réalisée, l’entretien est très peu coûteux et permet de faire des économies substantielles de combustible fossile ou d’électricité.

En revanche, pour la production d’électricité, le coût de l’installation est important (pour le solaire thermodynamique) ou très élevé (pour le photovoltaïque) et ces techniques ne sont pas encore matures pour une généralisation. De nombreux pays ont donc mis en place des systèmes d’incitation financière (sous forme de détaxation, de subventions ou de tarifs avantageux pour le rachat de l’énergie produite).

L’usage de systèmes de production d’énergie solaire se justifie aussi dans les situations où il est très coûteux de transporter des combustibles (fossiles) ou de procéder à un raccordement au réseau électrique, comme pour des appareils isolés (balises marineshorodateurs), ou dans des zones isolées ou peu peuplées. En France, l’électrification de nombreux refuges en montagne et de villages isolés (en Guyane) a été réalisée par des modules photovoltaïques, parfois couplés à un groupe électrogène d’appoint.

En dépit de sa profusion, et à cause de ses coûts d’investissements lourds, l’énergie solaire est aujourd’hui une énergie peu compétitive, sauf situations particulières, et qui ne se développe que grâce aux aides gouvernementales. Toutefois, un nombre croissant d’acteurs estiment qu’il serait imprudent d’attendre les effets du pic de production du pétrole sur le prix (économique et politique) des énergies fossiles, ou ceux des éventuels changements climatiques dus à leur combustion (effet de serre) ; Quand ces phénomènes se manifesteront, il sera trop tard pour réagir, ce qui justifie un soutien des États à cette technique qui a un grand potentiel de réduction de prix, passant notamment par une augmentation de la production.