Solaire thermique : la face cachée du solaire qui pourrait enfin revenir dans la lumière

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Lorsque l'on parle solaire aujourd'hui, il y a fort à parier que votre esprit se représentera des panneaux bleus sur un toit, et pensera donc solaire photo-voltaïque. Et pourtant, il existe un autre moyen d'exploiter le soleil pour produire de l'électricité : le solaire thermique [1] dont les perspectives d'avenir sont peut-être encore plus lumineuses. Les prévisions avancent pour la période 2009-2014, une croissance 6 fois plus importante de cette technologie par rapport à sa soeur photo-voltaïque...

Historique et technologie

L'énergie solaire thermique provient de la transformation du rayonnement solaire en énergie thermique. C'est donc la chaleur liée au rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même qui est utilisé (cas du solaire photo-voltaïque). Le solaire thermique, pas dans sa forme moderne (!), a toujours été source d'innovation technique et d'inspiration pour le genre humain ; depuis Archimède qui s'en fit le promoteur pour repousser la flotte romaine de Syracuse, jusqu'à Frank Suhman qui en 1913 réalisa la première "centrale" thermique pour des besoins d'irrigation en Egypte. Mais c'est la crise pétrolière des années 70 qui révéla véritablement tout le potentiel de cette source de production électrique avec le lancement en 1980 par la société israélienne Luz International des premières exploitations à base de miroirs paraboliques dans le désert de Mojave, californie. La baisse du prix du pétrole et la quasi-disparition des aides incitatives aux Etats-Unis marqua l'entrée dans l'ombre de cette technologie et la montée en puissance de sa "rivale" - les relations fraternelles ne sont jamais parfaitement amicales - le solaire photo-voltaïque. Bien que le coût du kilowatt-heure [2] soit plus important avec le photo-voltaïque, sa capacité à être déployé à petite échelle, de façon modulaire, les investissements nécessaires sensiblement plus faibles et surtout la possibilité de fonctionnement "en dehors" du réseau (une habitation pouvant produire sa propre électricité indépendamment de son distributeur et sans coûts exorbitants de raccordement au réseau) ont représenté des atouts décisifs dans les premiers jours de cette industrie. Le fait que les centrales thermiques doivent être déployées dans des déserts ou zones sans nuage a aussi pu rajouter un degré de complexité, important à prendre en considération.

Malgré ce désamour transitoire, le solaire thermique connaît aujourd'hui un renouveau largement basé sur une technologie dont les avantages sont prouvés depuis bien des années. La technologie phare utilise des miroirs paraboliques qui concentrent l'énergie solaire en leur foyer au sein duquel est placé un tuyau dans lequel circule un fluide (sel fondu, huiles synthétiques, eau). La vapeur dégagée par cet échauffement permet ensuite d'entraîner une turbine et de produire l'électricité comme dans une centrale à vapeur classique.

Une autre approche, celle de la société américaine BrightSource qui a actuellement le vent en poupe (2 contrats de centrales de 1,3 GW en Californie) et d'eSolar [3] la société du serial-entrepreneur Bill Gross, se base sur des tours solaires. Un champ de miroirs plans dont l'orientation suit la trajectoire du soleil réfléchi les rayons lumineux vers un récepteur placé en haut de la fameuse tour. De même que précédemment, ce récepteur contient un fluide qui, chauffé à 550°C, va générer de la vapeur et ainsi entraîner une turbine. L'avantage majeur de ces tours solaires étant qu'elles permettent de porter le fluide à une température plus élevée que dans les cas des miroirs paraboliques, permettant ainsi d'obtenir des taux de conversion plus importants. Notons au passage l'existence d'une troisième technologie "thermique" qui en employant des miroirs circulaires (dish-shaped) est associée à un moteur Stirling dont les taux de conversion sont encore plus siginificatifs que dans les deux cas précédents. Les détracteurs de cette nouvelle approche arguent du fait que la complexité mécanique des moteurs Stirling couplée à leur prix prohibitif l'empêchera d'être compétitive.

Stockage et "hybridisation" des centrales

La capacité de stockage de l'énergie propre au solaire thermique pourrait à moyen terme représenter un atout déterminant par rapport au photo-voltaïque. En effet, il est techniquement faisable de stocker l'énergie thermique sous la forme de sel fondu à haute température. Il est ainsi possible de générer de la vapeur et donc de l'électricité même lorsque le soleil ne brille plus. Les centrales thermiques opérant sans stockage sont efficaces 30% de l'année alors que leurs collègues dotées de telles capacités le sont 70% du temps... Le phénomène de transfert de chaleur assure quand à lui une génération d'électricité stable pendant 15-30 minutes en cas de perturbation météorologique (ce qui n'est pas du tout le cas du solaire photo-voltaïque pour lequel cette durée est bien inférieure).

Néanmoins, les coûts relatifs au système de stockage sont importants, aussi l' "hybridisation" de la centrale est-elle envisagée afin de générer de l'électricité même durant la nuit. Les centrales thermiques bénéficient, en appoint, de l'appui de centrales électriques fonctionnant au gaz naturel. Ces deux systèmes possédant en commun la partie conversion de la vapeur en électricité, l'adaptation d'une centrale thermique en centrale à gaz représenterait donc un coût marginal. L' "hybridisation" pourrait même être envisagée dans l'autre sens, solaire thermique comme mode d'entraînement des turbines des centrales à gaz...

Un des obstacles majeurs à l'expansion du solaire thermique est lié au manque de financement dans ce secteur. Un projet typique de centrale thermique met 6 années à être développé de la conception à la construction, les investisseurs ont donc besoin d'un signal fort en terme de prix d'achat de l'électricité produite (prix plus élevé et stable). D'autre part, le recours systématique aux systèmes de refroidissement à base d'eau pour des projets en zone désertique représente une difficulté supplémentaire (un système de refroidissement à base d'air est en cours de test).

Malgré cela, la possibilité de produire de l'électricité à coût moindre et surtout l'opportunité unique de stockage de l'énergie fournit au solaire thermique un avantage concurrentiel déterminant par rapport au solaire photo-voltaïque qui n'a pas réellement d'autres alternatives pour sa production nocturne que les sources fossiles habituelles...

ORIGINE : BE Etats-Unis numéro 211 (11/06/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/63660.htm