Aujourd’hui, le solaire occupe toujours une place minime dans le mix électrique français, mais sa progression est très forte depuis bientôt une décennie, notamment dans le sud du pays.
L’énergie solaire peut être utilisée de deux manières : pour produire de l’électricité grâce au solaire photovoltaïque (PV) ou pour produire de la chaleur grâce au solaire thermique. Elles mobilisent des technologies différentes. Dans cet article, nous nous concentrerons uniquement sur la question de l’électricité, dans le cadre des enjeux de la transition énergétique en France.
Regardons les ordres de grandeur de la production d’électricité en France. En 2019, 537,7 TWh d’électricité ont été produits, dont 108,9 TWh issus d’énergies renouvelables (20,2%). Le solaire photovoltaïque a représenté 2,2% de l’électricité avec 11,6 TWh produits. Cette part est très faible, mais elle a augmenté de 7,8% par rapport à 2018, avec quatre régions au sud de la Loire responsables de 80% du solaire photovoltaïque.
Si on observe les chiffres à l’échelle mondiale, la capacité de production photovoltaïque en 2019 s’élevait à 627 GW pour une production de 141 TWh. Les principaux producteurs sont la Chine, avec 32% de la production mondiale, les États-Unis pour 15% de l’électricité et le Japon avec 11%. Enfin, les pays qui en dépendent le plus sont l’Allemagne et l’Italie, avec respectivement 7% et 8% de leur production d’électricité d’origine solaire.
Étant une source d’énergie renouvelable qui gagne de plus en plus d’importance, il est important de comprendre son fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients, ainsi que de donner des pistes de réflexion sur le sujet.
Le fonctionnement du solaire photovoltaïque
Les panneaux solaires photovoltaïques (PV) permettent de transformer le rayonnement solaire en courant électrique continu grâce à des cellules assemblées en modules reliés à des composants électriques qui forment un système photovoltaïque, autrement dit un panneau solaire. Ces cellules sont le plus souvent constituées de silicium cristallin, la technologie la plus ancienne qui représente 90% du marché mondial, et leurs modules ont une durée de vie de près de 25 ans avec les techniques actuelles.
Mais concrètement, comment fonctionne ce système PV ? Un courant électrique est défini comme la circulation des électrons d’un atome. Lorsque le silicium (Si) est exposé au rayonnement solaire, ses électrons s’agitent. Or, pour qu’ils circulent, il faut d’un côté un surplus d’électron, et un déficit de l’autre. Dans la couche supérieure d’un panneau PV, des atomes de phosphore (Ph) sont ajoutés pour ce surplus, alors que du bore (Bo) déficitaire en électrons est ajouté à la couche inférieure. Dans une pile, cela correspondrait respectivement aux bornes négative (excédentaire) et positive (déficitaire).
En branchant ces couches à un fil conducteur relié à une ampoule ou à un moteur par exemple, l’agitation du silicium provoquée par la lumière du soleil permet de créer ce courant électrique. Vous pourrez y voir plus clair dans le schéma ci-dessous :
Schéma du fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque (Hellowatt, 2023)
Quelle place pour le solaire photovoltaïque dans la transition énergétique de la France ?
Cette énergie est donc a priori inépuisable, car uniquement dépendante du soleil. Cependant, les rendements en électricité ne dépassent pas les 21% de l’énergie totale reçue. Près de 80% de cette énergie est perdue en chaleur qui n’est pas récupérée par les panneaux.
C’est pour cette raison que des nouvelles cellules sont en cours d’étude aujourd’hui, notamment les cellules à concentration qui auraient un rendement de 20% à 30%, les cellules organiques ou les cellules pérovskites hybrides qui permettraient de récupérer cet excédent de chaleur.
La production de panneaux PV engage d’autres débats, notamment sur la production de la grande majorité du silicium métal par la Chine avec des conditions sociales et environnementales déplorables dans la région du Xinjiang (où le travail forcé des Ouïghours a souvent été pointé du doigt), la recyclabilité des panneaux et leur durée de vie, les possibilités de stockage de cette électricité.
L’indépendance énergétique de la France est donc également en jeu. La PPE 2019-2028 prévoit d’installer 48 GW de capacité de production d’électricité raccordée au réseau d’ici 2028, contre 12 GW en 2018, et faire du PV une des principales sources d’énergies renouvelables en France (35% du renouvelable en 2028, contre 34% d’éolien, par exemple). Or, la Chine produit à elle seule 75% des modules, 85% des cellules et 96% des wafers en 2021. Alors que seulement 86% des objectifs de la PPE pour 2023 ont été atteints (17,2 GW raccordés au réseau sur 20 GW prévus), un investissement massif dans ce secteur semble nécessaire, mais il semble difficile de se passer de l’industrie chinoise pour le faire.
Cette énergie renouvelable n’est donc pas une solution miracle, mais plutôt une des énergies que nous pouvons mobiliser dans une transition énergétique nationale complexe.
Vous souhaitez creuser le sujet ?
Pour plus d’informations à ce sujet, nous vous invitons à lire, à écouter ou à regarder :
La guerre des métaux rares, Guillaume Pitron, 2018
Les podcasts et interviews d’Aurore Stéphant
« Il n’est pas sain que la production mondiale de panneaux solaires ne dépende à ce pont d’un seul pays », Le Monde, Pierre-Yves Le Borgn, 2021
Cette énergie renouvelable n’est donc pas une solution miracle, mais plutôt une des énergies que nous pouvons mobiliser dans une transition énergétique nationale complexe. Bonne lecture !
Sources :
Solaire (Ministère de la Transition Écologique et de la Cohésion des Territoires, 2023)
Le solaire photovoltaïque en chiffres (EDF, 2019)
Comment fonctionnent les panneaux solaires ? (C’est pas sorcier, 2016)
Objectif PV en France (Objectif soleil, 2023)
Solaire photovoltaïque | Chiffres clés des énergies renouvelables (Ministère de la Transition Écologique et de la Cohésion des Territoires, 2023)
Programmations pluriannuelles de l’énergie (Ministère de la Transition Écologique et de la Cohésion des Territoires, 2023)