L’énergie photovoltaïque sera la source d’énergie majoritaire dans les 30 années à venir    

Les ressources énergétiques de la terre, énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz) qui, en raison de leur abondance, ont longtemps semblé inépuisables, apparemment aujourd’hui limitées !

De même, les espoirs mis dans l’énergie nucléaire se concrétisent, mais l’essai ne peut être rapide et présente de plus en plus des risques de pollution et d’accidents particulièrement graves (radioactivité, déchets nucléaire…).

Dans ce contexte, le développement de nouvelles sources d’énergie prend donc un caractère impératif. En effet, les énergies renouvelables devraient, pour les 30 années à venir, couvrir une proportion appréciable et même majoritaire des besoins énergétique de l’humanité.

Depuis quelques décennies, l’industrie photovoltaïque connait une croissance extrêmement forte. Elle a été, en 2017, la première source mondiale dans le développement de la capacité de production énergétique: plus de 98 GW (Giga Watts) sont venus s’ajouter à la production mondiale, représentant un accroissement d’un tiers et le portant à 402 GW. La Chine a participé pour plus de la moitié de cet accroissement : 51,1 GW portant sa puissance installée à 131,1 GW et sa production à 118 Twh (+79%), suivi par les Etats-Unis: +10,6 GW, l’Inde : 9,1 GWc (contre +4GWc en 2016) et le Japon : +7GWc.

Le développement de cette source d’énergie est dû à sa disposition facile et son faible coût. Cette énergie ne demande qu’à être accueillie et n’étant cause d’aucune pollution. La seule limitation à son emploi vient de son manque de continuité (alternance des jours et des nuits, balancements saisonniers, nébulosités). En outre, elle peut être récupérée sous forme de chaleur, en employant des collecteurs solaires pour chauffer un caloporteur (eau) ou sous forme d’élasticité en utilisant des cellules photovoltaïques.

Les cellules photovoltaïques se présentent sous forme de fines plaques de 200 à 300 microns d’épaisseur et d’une dizaine de centimètres de coté. En fonction de la puissance demandée, les cellules sont regroupées sous forme des modules photovoltaïques. Elles sont utilisées en remplacement des piles pour calculatrice, pur la production d’électricité pour différentes applications (satellites, parcmètres, avion solaire, bateau solaire…..) ainsi pour alimenter les habitations ou les réseaux public de distributions dans le cas des centrales solaires photovoltaïques.

Les cellules photovoltaïques sont des cellules solaires qui, exposées à la lumière, produisent de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque du au choc des photons de la lumière sur les matériaux semi-conducteur en transmettant leur énergie aux électrons libres qui génèrent une tension électrique. Elles sont donc constituées de semi-conducteurs, principalement à base de Si. D’autres semi-conducteurs existent tels que: le séléniure de cuivre et le séléniure d’Indium, mais ils sont minoritaires.

Le développement de cette technologie a créé une demande en Silicium métal assez importante sur le marché mondial. Ce métal constitue la colonne vertébrale des cellules photovoltaïques. On distingue 3 sortes de pureté du silicium, toutes issues de la silice SiO2, et dépendent de leurs utilisations :

• Silicium métallurgique (99%)
• Silicium qualité solaire (99,99%) ultra pure
• Silicium qualité électronique (99,999999%)

La production de Silicium est une industrie énergivore, elle est réalisée dans les pays où l’énergie électrique est bon marché (Brésil, Canada, Norvège, USA). Le Si ultra pur doit être transformé en Si semi conducteur pour pouvoir l’utiliser dans les cellules photovoltaïques d’où un dopage avec du phosphore ou du Bore avec des concentrations de 0,1 à 1ppb.

La qualification de la taille d’une installation, indépendamment de ces conditions d’ensoleillement ainsi une installation d’1KWc est réalisée par environ 5 à 10m² de nodule solaire avec une technologie courante. La comparaison des gisements solaires. En France une installation d’1 KWc permet de produire une énergie annuelle moyenne de 850KWc (Wc : Watt-crête : est la puissance maximale d’un dispositif dans une installation photovoltaïque).

Enfin plusieurs pistes de recherche de développement dans le domaine de l’énergie photovoltaïque restent à explorer, on cite:

• La réduction du prix de revient de l’électricité produite ;
• L’augmentation de l’efficacité des cellules photovoltaïques (actuellement ne dépasse pas 16%)
• L’augmentation de la duré de vie de la cellule photovoltaïque (actuellement ne dépasse pas les 20 ans) ;
• Développement de son utilisation dans d’autres domaines vitaux.

Dans ce contexte, le gouvernement et toutes les structures d’appui, tels que: le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique, celui de l’industrie, l’ENME, etc. sont appelés à multiplier leurs efforts et coordonner leurs actions pour bien se préparer à l’exploitation et au développement incontournable de cette technologie.

par Dr Manel Ben Fredj épouse Ben Romdhane