Les énergies renouvelables - Le solaire, trop cher ?

L'hôtel de ville de Pondichéry (Inde) s'est équipé de panneaux solaires photovoltaïques. Les cellules qui les constituent sont en silicium polycristallin, ainsi que l'indiquent les reflets moirés pris par les panneaux bleus. Non orientables, ces panneaux sont fixés non pas « à plat » mais avec un angle d'inclinaison qui optimise l'ensoleillement moyen qu'ils reçoivent. Si la latitude de Pondichéry était plus élevée, l'angle qu'ils feraient avec le sol devrait être plus important.

Un système photovoltaïque n'est pas constitué que de panneaux solaires. Quand ils ne sont pas raccordés au réseau électrique, il faut en particulier leur adjoindre une série de batteries qui stockeront l'électricité produite jusqu'à ce que l'on ait besoin de l'utiliser.

Cyrus Wadia est étudiant en doctorat à l'Université de Berkeley (dans l'état de Californie aux Etats-Unis). Son objectif ? Créer une cellule solaire inorganique, sans matériau toxique, et si peu chère qu'on pourrait en couvrir tout type de surfaces. Que d'autres aient échoué avant lui n'entame en rien sa motivation : « C'est qu'ils n'ont pas assez essayé ! » sourit-il, avant d'ajouter que les nouveaux outils offerts par les nanotechnologies ouvrent de nouveaux horizons à cette quête du Graal énergétique.

Encouragé par les professeurs Paul Alivisatos et Daniel Kammen, Cyrus a trouvé un binôme aussi motivé que lui. Visite dans leur laboratoire.

Voici le produit de leurs efforts : une fine lamelle de verre sur laquelle est déposée une beaucoup plus fine couche de nanoparticules photosensibles. Sulfates de fer et de cuivre sont étudiés avec attention par les deux thésards qui espèrent en faire les remplaçants du cadmium toxique des cellules actuelles.

Ces cellules à couche fine sont très différentes de leurs prédécesseurs, les cellules à base de silicium mono ou polycristallin. Leur efficacité n'en est pas moins testée de façon similaire, par la mesure du courant qu'elles génèrent lorsqu'elles sont éclairées par une source de lumière aux caractéristiques standardisées.

Le bâtiment qui abrite les laboratoires de l'Institut Fraunhofer pour les Systèmes d'Energie Solaires (ISE) est, comme souvent à Fribourg, exemplaire dans ses performances énergétiques. Les activités de l'institut étant tournées vers la domestication de l'énergie solaire, on ne s'étonne pas d'y découvrir une ingénieuse façon de limiter l'échauffement d'une verrière qui en garde toutefois la luminosité et s'offre le luxe de produire de l'électricité : un toit de verre en dent de scie met à l'honneur ces carrés noirs, cellules photovoltaïques qui jouent les pare-soleils tout en laissant passer assez de soleil pour qu'on y voie clair!

Dans le hall de l'institut, plusieurs nouvelles technologies sont exposées. Ainsi de ces cellules solaires organiques (c'est-à-dire plastiques). Susceptibles d'être déclinées en multiples couleurs et motifs, elles pourraient, dans quelques années, devenir le must de la déco architecturale.

Ou de ces lentilles de Fresnel. Ces loupes concentrent le rayonnement solaire sur une toute petite surface de cellule solaire (au centre des rectangles métalliques collés contre le mur). Dans quel but ? Il s'agit ici de réduire le coût de l'électricité produite par des cellules aux dimensions réduites mais très efficaces (rendements de conversion de l'ordre de 40%, bien supérieurs aux 15-20% des cellules classiques). Ces systèmes restent cependant encore trop onéreux pour être utilisés sur de grandes surfaces.

Ou de ces lentilles de Fresnel. Ces loupes concentrent le rayonnement solaire sur une toute petite surface de cellule solaire (au centre des rectangles métalliques collés contre le mur). Dans quel but ? Il s'agit ici de réduire le coût de l'électricité produite par des cellules aux dimensions réduites mais très efficaces (rendements de conversion de l'ordre de 40%, bien supérieurs aux 15-20% des cellules classiques). Ces systèmes restent cependant encore trop onéreux pour être utilisés sur de grandes surfaces.

Visite au laboratoire du Professeur Andreas Gombert, où Michael Niggeman fait travaille dans le cadre de son post-doc. Les manipulations qu'il fait pour mettre au point ses cellules solaires à base de polymères (dites « organiques », c'est-à-dire plastiques) ont toutes lieu dans cette hotte. Remplie d'un gaz inerte en légère surpression par rapport à l'atmosphère du laboratoire (c'est pour cela que les gants pointent vers l'extérieur), elle protège ses prototypes de l'oxygène de l'air, qui les dégraderait.

Si tout est fermé, comment manipuler ? Question d'habitude : la hotte lui va comme un gant !

A la recherche du polymère idéal qui saura convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique à faible coût sans être dégradé par l'exposition aux rayons les plus énergétiques du soleil ou le milieu dans lequel il sera déployé, Michael et ses collègues conçoivent, fabriquent et testent de multiples prototypes. Dans 10 ou 15 ans peut-être, espérons que leurs inventions soient sur toutes les étagères !

L'Université de Boulder au Colorado ayant remporté deux fois le Solar Decathlon organisé par le Ministère de l'Energie américain (Department of Energy), l'équipe assemblée par Jon Previtali pour l'édition 2007 s'est longuement creusé la tête pour trouver comment bâtir sur le succès de ses prédécesseurs et innover encore dans la conception d'une maison solaire et bon marché.

« Le Décathlon solaire », nous explique Jon, « est un concours d'architecture et d'ingénierie qui réunit 20 équipes du monde entier autour d'un défi: construire en 2 ans une maison économe en énergie qui ne tire son énergie que du soleil, la présenter pendant une semaine à Washington DC, et la voir évaluer au cours de 10 épreuves. »

« Nous avons décidé de relever le défi du coût ». Le solaire c'est bien, mais c'est encore souvent coûteux. Jon et son équipe ont donc fait un choix étonnant : proposer une maison modulaire, qui puisse être fabriquée en usine, assemblée en deux temps trois mouvements, et surtout ....

... qui utilise comme pièce maîtresse un conteneur recyclé.

Un conteneur, c'est pratique : c'est rectangulaire, c'est standardisé, et ça tient sans problème sur un gros camion. On pourra donc le transporter facilement jusqu'à Washington où la maison doit être exposée.

Le squelette n'est pas encore habillé, et c'est un bel effort d'imagination qu'il faut faire pour se représenter l'allure de la maison que nous décrit Jon.

Mais quand on a une bonne bande de copains ...