Attention aux fausses « bonnes résolutions » climatiques…

Le Mirage Photovoltaïque

Les projets de parcs photovoltaïques fleurissent un peu partout en France.

Quand on parle de panneaux photovoltaïques, l’on pense à une technologie venue de la conquête spatiale, n’utilisant que le Soleil comme source d’énergie primaire. Il y a donc une image positive sur cette technologie, renforcée par la nécessité impérieuse d’en finir avec les énergies fossiles, polluantes, épuisables et responsables de l’accroissement de la teneur de CO2 dans l’atmosphère.

Il est donc naturel que l’on transpose cette image sensible sur des projets terrestres qui jouent avec des mots porteurs de sens dans l’imaginaire populaire…

Hélas, les bonnes intentions ne suffisent pas ! « Le diable se cache dans les détails… »
Ce qui est pertinent dans l’espace ne l’est pas forcément sur Terre.
Il convient donc d’examiner à la loupe l’adéquation d’un tel projet aux objectifs affichés.

Analyse structurelle

Les atouts de la technologie photovoltaïque dans le domaine spatial

  1. Une orientation optimale vers le Soleil
    Dans l’espace, les satellites orientent constamment leurs panneaux vers le Soleil pour capter le maximum d’énergie…
  2. Une absence d’obstacles
    Les satellites géostationnaires jouissent des 8 766 heures de rayonnement solaire que compte une année tropicale…
  3. Un rayonnement direct
    Le vide spatial règne entre le Soleil et les panneaux solaires. Rien ne vient perturber le rayonnement émis par notre étoile…

Ces caractéristiques font des panneaux photovoltaïques une solution très avantageuse pour alimenter nos satellites en énergie électrique, bien mieux que des batteries…

Bien que cette technologie soit très énergivore pour la production des cellules photosensibles, le retour énergétique est assuré bien avant la durée de vie de ces satellites.

Que deviennent ces atouts pour des applications terrestres ?

  1. Orientation des panneaux
    L’on peut piloter l’orientation des panneaux pour qu’ils suivent la course du Soleil pour optimiser l’énergie reçue, mais cela demeure limité à la durée du jour…
    Contrairement aux satellites, les panneaux terrestres sont soumis aux cycles de rotation de notre planète sur elle-même et autour du Soleil. Les installations fixes, qui représentent la très large majorité des applications terrestres, reçoivent le rayonnement solaire que sous des angles d’incidence variables qui en diminuent fortement l’efficacité.
  2. La présence d’obstacles
    La surface de la Terre n’est pas lisse comme une boule de billard ! Les reliefs, la végétation et l’urbanisation forment de nombreux obstacles, porteurs d’ombres, qui limitent le rayonnement solaire.
    Les systèmes de poursuite du Soleil, évoqués plus haut, ne sont pas applicables à de grandes surfaces de panneaux pour la raison qu’ils se feraient de l’ombre les uns les autres…
  3. Un rayonnement diffus
    L’atmosphère terrestre perturbe plus ou moins le rayonnement solaire, y compris dans les courtes longueurs d’onde qui intéressent les cellules photovoltaïques. Le rayonnement reçu sera maximum quand le Soleil est au zénith, par ciel clair, mais l’épaisseur de la masse atmosphérique devient une importante source de diffusion lorsque le Soleil est bas sur l’horizon, même avec un ciel sans nuage.
    De même, le rayonnement solaire sera soumis à davantage de diffusion l’hiver que l’été, augmentant la dissymétrie saisonnière des installations terrestres dès que l’on s’écarte des tropiques.
    La présence de nuages et l’humidité de l’air augmentent la diffusion du rayonnement solaire, diminuant d’autant l’efficacité des panneaux photovoltaïques…

Ces contraintes structurelles diminuent fortement la production d’énergie des des applications terrestres des panneaux photovoltaïques.

Le retour énergétique est donc bien plus long que pour les applications spatiales. Or, l’énergie nécessaire à la production de ces panneaux vient alourdir notre impact immédiat sur le climat. L’objectif d’une production « verte » est donc différée dans le temps…

Bilan

Les atouts que la technologie photovoltaïque présente dans l’espace ne se retrouvent pas dans les applications terrestres pour des raisons structurelles, liées aux contraintes des cycles quotidiens et saisonniers de la Terre et de la présence de son atmosphère, par ailleurs essentielle à la vie…

Aussi attractif que soit le rêve vendu (on a envie d’y croire), la technologie photovoltaïque est utilisée à contre-emploi dès lors que l’on veut en faire un outil de production électrique de masse.

Le prix réel, à la fois budgétaire, énergétique et climatique, est ruineux par rapport au service offert. Sa mise en œuvre exige une surconsommation immédiate d’énergie non renouvelable, nuisible au climat, et une exploitation disproportionnée des ressources de la planète. C’est une fausse bonne idée.

Oui. Il faut agir pour le climat, mais il ne faut pas faire n’importe quoi. Il en va de notre responsabilité devant les générations à venir.

Une affaire d’opportunisme commercial à court terme

Alors que l’État impulse la production de voitures électriques (rechargées la nuit), l’on a du mal à saisir la logique avec ces projets, dont la production d’électricité ne peut qu’être diurne…

Cela tient plus de la fébrilité que d’une construction méthodique de notre avenir énergétique, à l’image des messages marketing pour la transition énergétique qui nous assaillent quotidiennement …

Le rôle des commerciaux et des lobbyistes est de vendre du rêve, de nous persuader que nous ferons une bonne affaire, quitte à jouer la carte de la culpabilisation si nous n’œuvrons pas pour la cause climatique…

Le rôle des élus et des décideurs est de regarder ce qui se cache derrière les discours glorifiant les solutions prêtes à consommer et à être attentif à définir les besoins réels.

Le projet reste dans le vague et l’émotionnel, face à la menace du réchauffement climatique…

Pour quel objectif ?

Ce sont les besoins qui doivent conduire à des solutions adaptées et non l’inverse.

Les contraintes du photovoltaïque

1 – Caractéristiques structurelles de la technologie photovoltaïque

La technologie photovoltaïque peut être justifiée dans le cas d’usages isolés du réseau électrique. Il en est tout autrement si l’on envisage une production de masse. En effet, cette technologie est soumise à la lumière solaire qui présente deux contraintes structurelles incompatibles avec un objectif de transition énergétique responsable.

Les installations photovoltaïques terrestres sont soumises aux cycles liés à la rotation de la Terre sur elle-même (cycle quotidien : jour/nuit) et à la rotation de la Terre autour du Soleil (cycle saisonnier).

Lorsqu’il fait nuit sur la Montagne noire, toute la France est dans le noir et même toute l’Europe. La moitié du globe est en permanence dans le noir… Il n’y a donc pas de péréquation possible.

Le cycle saisonnier est tout aussi contraignant. Dans notre région, le jour est moitié plus court au solstice d’hiver qu’à celui d’été, tandis que le Soleil est plus bas de 47°. Cela fait que l’énergie solaire est de six fois inférieures au cœur de l’hiver qu’en été, dans les conditions d’orientation des panneaux prévue dans le projet…

Se pose alors la question du dimensionnement. Privilégie-t-on la production hivernale ou estivale ?

C’est au cœur de l’hiver que les besoins énergétiques sont les plus importants[1][2][3]. Un projet de cette ampleur se dimensionne en fonction des points critiques. Ici, il semble que la main ait été laissée à l’entreprise maître d’œuvre…

Quelle solution est-il proposé pour compenser le déficit d’énergie solaire, tant la nuit que l’hiver ?

Cette question est essentielle pour répondre à l’objectif affiché de s’inscrire dans une transition énergétique.

Les communes qui ont réalisé des projets photovoltaïques répondent à cette question par le partenariat avec ENEDIS et les partenaires-distributeurs de l’électricité : les communes vendent leur excédent de production diurne et achètent l’électricité dont elles ont besoin en dehors de ces périodes…
Le photovoltaïque ne les rend pas autonomes, mais doublement dépendantes des distributeurs ! Elle les rend dépendantes des conditions et tarifs de rachat de l’électricité qu’elles produisent et de celle qu’elles consomment.

2 – La technologie photovoltaïque est-elle une solution pérenne ?

Une transition énergétique pour s’affranchir des énergies non renouvelables ! Tel est l’objectif d’intérêt général sur lequel s’appuie le projet.

Cela suppose que la solution puisse être autonome à terme. Le caractère structurel des cycles solaires, qui régissent la production photovoltaïque, permet de prédire les périodes de carences certaines des installations. Périodes pour lesquelles l’on doit avoir recours à d’autres moyens de production…

Production photovoltaïque estivale

Les centrales thermiques, qui dominent dans le monde avec 85 % de la production électrique, peuvent s’ajuster en permanence à la demande. Elles peuvent donc réduire leur production de la part injectée par le parc solaire dans le réseau (sous réserve du remboursement de l’énergie consommée pour sa fabrication). Mais, cette part reste minoritaire.

Production photovoltaïque hivernale
En hiver (point critique), la production photovoltaïque est 4 à 6 fois moins importante…

Cas de la France

En France, le nucléaire représente 72 % de la production électrique. Il n’est pas ajustable aux variations de consommation. Le photovoltaïque apporte un supplément de production diurne, là où la consommation dépasse les capacités de production classique et vient diminuer les importations d’énergie.

Production photovoltaïque estivale (cas de la France)

Il y a donc ici une logique économique cohérente tant que la production solaire reste faible. Le parc nucléaire n’a pas vocation de réduire sa production pour suivre le rythme quotidien du parc photovoltaïque. Ce rôle revient prioritairement à la part restante, occupée par les centrales thermiques, l’hydroélectrique, la biomasse et l’éolien dont la production est ajustable.

Production photovoltaïque hivernale (cas de la France)

La production photovoltaïque ne peut représenter qu’une part marginale
de la production électrique en France

3 – Un calcul de performance trompeur

On peut être tenté de multiplier les parcs photovoltaïques pour augmenter leur part dans la production globale d’énergie. Toutefois, cette part est bornée par les contraintes d’ajustement du réseau. Celui-ci doit en permanence être en équilibre entre la production et la consommation, sinon, c’est le risque de black-out…

Il en résulte que toute surproduction photovoltaïque entraînera une déconnexion au réseau pour protéger celui-ci.

Production photovoltaïque renforcée (cas de la France)

La performance énergétique réelle du parc photovoltaïque en sera diminuée d’autant, ainsi que les revenus escomptés.

C’est l’ensemble des installations photovoltaïques, celles des particuliers ou les installations publiques qui seront affectées.

Les calculs et perspectives de performances actuelles ne sont valables que pour une part marginale du photovoltaïque. Penser qu’elles seront toujours valables dans le futur, c’est parier sur l’échec de la transition énergétique telle qu’elle est définie dans l’annexe justifiant de l’intérêt général du projet…

4 – Impact climatique : un bilan « vert-glauque »

Une vertu à bon compte

La PPE (Programmation Pluriannuelle de l’Énergie) [4] précise les objectifs de neutralité carbone au chapitre 1.3.3 (page 17) :

« En 2050 : neutralité carbone (la France émet sur son territoire autant de gaz à effet de serre qu’elle en absorbe) en divisant les émissions de gaz à effet de serre par un facteur supérieur à six entre 1990 et 2050. »

Ainsi, l’État français s’exonère jésuitiquement de l’impact des émissions carbone, dès lors qu’elles ne sont pas produites sur le territoire français. Pour atteindre ces objectifs, il suffit alors d’externaliser les productions qui génèrent le plus de CO2 pour que cela échappe au bilan carbone de la France…

Ainsi, comme nos panneaux photovoltaïques sont produits majoritairement en Chine, les émissions de CO2 rejeté par les centrales au charbon chinoises pour leur fabrication ne sont pas comptabilisées en France, mais dans le pays fournisseur…
Nous pouvons alors nous flatter d’un bilan carbone favorable et pointer du doigt celui de la Chine…

Cela concerne tous les produits que nous importons, de l’industrie textile à l’électronique…

Une énergie plus grise que verte

La fabrication des cellules photovoltaïques est très gourmande en énergie. Il faut plusieurs années de production solaire pour rembourser leur dette énergétique.

Ce délai de « retour énergétique » est le temps nécessaire pour doubler la capacité du parc solaire, en circuit clos, sans fourniture au réseau.

Si l’on accélère le rythme de production des panneaux solaires, il faut alors avoir recours à des énergies endogènes (principalement le charbon, en Chine) pour combler le déficit de production photovoltaïque.

Cela  aggrave doublement le réchauffement climatique, car cette énergie grise amplifie, aujourd’hui, la production de CO2, alors que nous voulons la réduire…

Les contrats de rachat de l’énergie photovoltaïque sont de 20 ans… Cela veut dire que nous n’avons pas de réelle perspective de production verte…

L’on parle de trois ans pour les cellules de nouvelle génération. Toutefois, ces données constructeur sont à nuancer. Elles sont obtenues pour ds conditions d’exposition optimales et ne tiennent pas compte du déficit hivernal

Il en résulte que le développement rapide des parcs photovoltaïques produit un effet inverse aux objectifs climatiques. Non seulement ces parcs ne participent pas à la mise en disponibilité d’énergie renouvelable, mais ils engendrent indirectement une augmentation de production de CO2…

5 – Le mix énergétique serait-il une réponse pertinente ?

Le mix énergétique actuel vise à remplacer les moyens classiques de production d’énergie par des énergies renouvelables… Or, l’on a vu que la technologie photovoltaïque est incapable de remplir cette mission à elle seule !

S’il faut compléter l’arsenal alternatif, il faut le définir dès maintenant, de façon à avoir un développement cohérent et une vision claire du chemin suivi et à venir pour l’achèvement de la transition énergétique.

 

Mix photovoltaïque – éolien

L’éolien est une énergie issue des différences de température entre les pôles et l’équateur.
Si elle est soumise à des variations locales conjoncturelles, elle est globalement constante. Cela veut dire que plus l’étendue est importante et plus le service sera régulier par péréquation.

Coupler les énergies renouvelables telles que le solaire et l’éolien pour la production d’électricité peut s’entendre sur une île, pour laquelle les conditions de vents, homogènes sur son étendue, ne peuvent pas être compensées localement. Le mix éolien/solaire permet alors un certain lissage, mais au prix d’un surcoût lié à l’investissement nécessaire dans ces deux technologies auxquelles s’ajoutent des moyens de stockage.

À l’échelle nationale, voire européenne, le surcoût est disproportionné, alors que les variations locales de vents se compensent (il y a toujours du vent quelque part, pas trop loin).
En outre, malgré les variations conjoncturelles locales, l’éolien fonctionne la nuit comme le jour, l’hiver comme l’été. Il demande seulement à être planifié et non laissé à des initiatives privées, qui ne servent pas l’intérêt général. Autrement dit, il faudrait un pilotage coordonné des opérations de transition énergétique…

À une échelle nationale, les variations conjoncturelles de vent sont marginales par rapport aux variations structurelles du solaire. Le mix photovoltaïque/éolien n’apporte rien de significatif par rapport à l’éolien seul. L’implantation de grandes unités de production photovoltaïque est alors un gaspillage d’argent public !

 

6 – Le stockage peut-il être une alternative ?

Lorsque l’on fait remarquer l’incapacité structurelle du photovoltaïque à produire de l’électricité quand on en a besoin, les porteurs de projets, particuliers ou élus, ont la même réflexion : «  il n’y a qu’à stocker l’énergie lorsque l’on est en surproduction…« 

Cela amène deux réflexions, sur la stockage de l’électricité et sur le bien fondé du choix du tout électrique…

Production photovoltaïque renforcée
L'excédent de production peut-il être stocké ?

Stockage de l'électricité

L’énergie électrique se stocke mal. Les super-condensateurs sont les seuls à le faire, mais sont assez peu développés. Les batteries ou accumulateurs, largement répandus, transforment l’énergie électrique en potentiel chimique, dont le changement de nature induit des pertes d’énergie à chaque transformation.

Le stockage pour répondre au cycle jour/nuit demande de multiplier la puissance installée par un facteur suffisant (3, 4, voire plus) pour assurer le service dans les conditions critiques, en tenant compte des pertes internes au système « production + stockage ».

Ces éléments modifient le temps de retour énergétique de l’ensemble, ce qui est une donnée essentielle d’une stratégie de transition énergétique pérenne.

La question du dimensionnement se repose. Si l’on équilibre le besoin jour/nuit, qu’en est-il du déséquilibre saisonnier ?
Peut-on stocker l’excédent d’énergie produit durant l’été ?
Cet objectif soit être clairement établi afin de définir les moyens de stockage à mettre en œuvre ! Cela ne s’improvise pas. Ce n’est pas « Y A QU’À » ! Or, rien ne figure dans la stratégie du gouvernement. Les coûts énergétique, écologique et financier des moyens de stockage associés doivent être établis en même temps que l’élaboration des moyens de production, afin d’avoir une vision éclairée des conséquences des choix faits…

Stockage ou flux tendu ?

L’électricité est une énergie en flux tendu. Il doit y avoir un équilibre constant entre ce qui est produit et ce qui est consommé.

Nous avons vu que les applications solaires ont une nature doublement cyclique : cycle jour/nuit et cycle saisonnier. C’est donc, par nature, une énergie antinomique avec les besoins de flux tendu du réseau électrique, ce que les porteurs de projets photovoltaïques admettent implicitement en pensant qu’il suffit de stocker les surplus pour lisser la production…

Si l’on se penche sur le cycle jour/nuit, l’on voit que les besoins de stockage sont plusieurs fois supérieurs  à la production en flux tendu(un facteur 3 à 4, aux latitudes du territoire français).
Ce ratio augmente encore si on s’intéresse au cycle saisonnier, ce qui airait pour conséquence de marginaliser davantage la production en flux tendu…

L’on peut se demander alors ce qui justifie le développement massif de sites photovoltaïque au nom de la transition énergétique ?

7 – Solutions alternatives

Pour répondre aux besoins en flux tendu du réseau électrique…

Notons ici que les énergies classiques qui fournissent le réseau électrique sont des énergies stockées sous formes fossiles ou nucléaires, que l’on transforme en électricité en fonction de la demande…

L’énergie la plus en adéquation avec les caractéristiques du flux tendu est l’éolien, malgré la réputation qu’on lui prête d’énergie intermittente…

L’éolien est la composante motrice de l’énergie solaire. Elle provient de la différence de température entre les pôles et l’équateur. Cette énergie est donc constante à l’échelle de la planète. Si les variations locales peuvent être importantes, une certaine péréquation est possible à l’échelle nationale.

Pour cela, il convient d’avoir une stratégie globale d’implantation des sites éoliens pour optimiser le dimensionnement du parc. La puissance installée doit être adaptée aux fluctuations résiduelles inévitables, en association avec l’hydroélectrique et des centrales thermiques alimentées en biomasse ou autre carburant biosourcés…

Cela n’est possible qu’avec un pilotage global et non laissé à des initiatives opportunistes. Les entreprises à l’initiative de ces implantations sont mues par une recherche de profit à court terme (c’est le principe économique). Elles profitent des marges de manœuvre et des failles de la réglementation…
L’intérêt général n’est pas la somme d’intérêts privés !

Aux besoins de stockage…

Par nature, le solaire direct est adapté à un stockage temporaire. C’est le cas des panneaux thermiques, pour le chauffage sanitaire, ou la géothermie de surface, pour le chauffage des habitats.

Il existe de grandes installations de fours solaires à concentrateurs pour la production de vapeur d’eau à haute températures. Ce sont de véritables centrales thermiques en alternative aux énergies classiques.

L’on peut aller plus loin en imaginant la production de carburants de synthèse, grâce à l’énergie solaire.
Le four solaire d’Odeillo, dans les Pyrénées-Orientales, a produit de l’hydrogène par craquage de l’eau à très haute température que permet la concentration du rayonnement solaire par le jeu de simples miroirs…

L’on peut développer un hydrocarbure de synthèse, par recyclage du CO2 et ainsi convertir les centrales thermiques, qui représentent 85 % de la production d’électricité dans le monde, et les moyens de transport à fonctionner par énergies renouvelables…

Pour cela, il faut une volonté politique. Or, la PPE [4] ne fixe des objectifs qu’à brève échéance (2023 et 2028) et précise que le gouvernement ne veut pas s’engager dans des technologies non existantes (§ 1.3.4 – page 18)…

Références

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