Un approvisionnement fiable en énergie solaire est possible

L'énergie solaire concentrée, telle qu'elle est utilisée dans les centrales solaires thermiques pour produire de l'électricité, pourrait à l'avenir couvrir une part importante de nos besoins en énergie. C'est ce que montre une nouvelle étude qui vient d'être publiée dans la revue spécialisée Nature Climate Change.

Une équipe de chercheurs de différentes institutions, dont des scientifiques de l'ETH Zurich, ont calculé et testé le potentiel des centrales solaires thermiques à l'aide de modèles. Ils ont vérifié ce type de production d'électricité dans quatre régions du monde présentant de grandes zones arides : les États-Unis (désert de Mojave), le bassin méditerranéen (Afrique du Nord), l'Inde et l'Afrique du Sud (Karoo et Kalahari).

80 pour cent dans le bassin méditerranéen

L'étude montre que les centrales solaires thermiques (Concentrating solar power, ou CSP) pourraient apporter une contribution substantielle aux besoins actuels en électricité. Par exemple, un réseau de centrales de ce type dans la région méditerranéenne pourrait couvrir jusqu'à 80% des besoins en électricité. Le coût de l'électricité serait à peu près le même que celui des centrales à gaz actuelles. "Les systèmes d'énergie solaire pourraient à l'avenir fournir autant d'énergie que les centrales électriques conventionnelles actuelles, et ce sans dépasser les coûts énergétiques actuels", résume Stefan Pfenninger de l'Imperial College London, qui a dirigé l'étude à l'Institut international d'analyse des systèmes appliqués (IIASA) à Laxenburg (A).

Anthony Patt, coauteur et professeur en systèmes humains et environnementaux à l'ETH Zurich, constate : "Notre étude est la première à aborder la question de savoir s'il est possible de mettre en place un réseau électrique reposant principalement sur l'énergie solaire, mais qui puisse néanmoins fournir de l'électricité aux consommateurs de manière fiable tout au long de l'année et 24 heures sur 24."

Adapté, mais pas partout

Ils auraient maintenant pu démontrer que les conditions pour l'exploitation rentable d'un réseau CSP avec la garantie d'une très grande disponibilité ne sont réunies sans restriction que dans la région méditerranéenne et en Afrique du Sud. En Inde et aux États-Unis, il est beaucoup plus difficile de garantir une disponibilité élevée pour les réseaux CSP, car le ciel y est plus souvent couvert de nuages, même si le temps est majoritairement sec. Dans ces régions, il faudrait construire des systèmes CSP jusqu'à cinq fois plus grands que dans les deux autres régions. Mais cela rendrait l'électricité très chère.

Pour leur étude, les chercheurs ont simulé la construction et l'exploitation de CSP dans les quatre régions mentionnées. La simulation a pris en compte les données météorologiques, l'emplacement des centrales, les coûts et la demande d'électricité.

Pour freiner le changement climatique, nombreux sont ceux qui misent sur les sources d'énergie renouvelables comme le vent et le soleil. L'utilisation de l'énergie solaire à grande échelle pose toutefois un problème majeur : le soleil ne brille pas toujours aussi longtemps au cours de la journée et de l'année. L'énergie doit donc être stockée d'une manière ou d'une autre. Dans le cas du photovoltaïque (PV), où la lumière du soleil est directement transformée en courant électrique, ce problème est particulièrement important, car l'électricité est difficile à stocker.

Stocker judicieusement l'énergie solaire

Les CSP utilisent l'énergie solaire pour chauffer de l'eau et utiliser la vapeur pour faire tourner des turbines couplées à un générateur d'électricité. L'énergie rayonnée qui n'est pas utilisée immédiatement peut être stockée sous forme de chaleur et convertie en électricité si nécessaire. La capacité de stockage des centrales solaires thermiques est toutefois limitée à quelques heures. Si le soleil ne brille pas assez fort pendant une longue période, une seule centrale ne suffit pas à couvrir une demande énergétique importante et constante.

Une possibilité de contourner ce problème est de relier différents systèmes CSP en un réseau. Jusqu'à présent, personne n'a toutefois élaboré la faisabilité et les détails d'un tel réseau de CSP. La présente étude est la première à explorer plus en détail le potentiel de tels systèmes.

"Notre modèle montre que le CSP pourrait fournir une part substantielle de la production d'électricité, à condition que les installations soient installées à des endroits optimaux dans les régions mentionnées et qu'elles soient reliées entre elles de manière intelligente", explique Patt. Si l'on veut résoudre le problème de l'approvisionnement fiable et constant en électricité à partir de sources d'énergie renouvelables, il faut désormais réfléchir sérieusement au développement des CSP, estime-t-il.

Besoins en surface et impact environnemental encore inexpliqués

Les chercheurs n'ont pas pris en compte dans le modèle l'impact environnemental, les besoins en surface ainsi que les conditions politiques des pays d'où devrait provenir l'électricité solaire. Ils n'ont pas non plus pris en compte les voies de transmission par lesquelles l'électricité devrait arriver en Europe depuis les régions mentionnées.

Les calculs et les modèles des chercheurs en environnement ne sont toutefois pas des utopies. Au Maroc, une ferme CSP a été mise en place en mai de l'année dernière dans le cadre de l'initiative Desertec pour l'électricité du désert. Cette centrale thermique solaire, qui coûtera environ 700 millions d'euros, devrait avoir une puissance de 160 mégawatts. Elle devrait fournir de l'électricité à un demi-million de personnes et être raccordée au réseau fin 2015. D'ici 2020, le Maroc prévoit de construire cinq centrales solaires thermiques d'une puissance totale de 2000 mégawatts. Cela porterait à 42 pour cent la part d'énergie renouvelable dans ce pays d'Afrique du Nord.