Dans le secteur des énergies propres, de nouvelles techniques de conversion de l'énergie provenant du Soleil ont émergé ces dernières années. Celles du solaire thermodynamique¹ pourraient devenir une solution incontournable.

Solaire thermodynamique : l'énergie de demain

L'énergie solaire est une énergie propre et renouvelable, sans émissions ni polluants, et indépendante des fluctuations tendancielles du prix des énergies fossiles. Son potentiel est énorme avec la capacité de subvenir aux besoins de l'ensemble de l'humanité en utilisant, par exemple, une fraction de la surface des déserts. Cependant, la distribution du rayonnement solaire est relativement faible et n'est pas bien répartie sur l'ensemble de la surface de la Terre. Ainsi, en plus d'une forte décroissance de l'énergie reçue en fonction de la latitude depuis l'équateur vers les pôles, la ressource solaire est dite « intermittente » : elle varie le jour en fonction de la météo (nuages), et n'est pas (ou peu) disponible la nuit.

Il existe plusieurs techniques de conversion du rayonnement solaire et l'une d'entre elles est la production de chaleur valorisée dans un cycle thermodynamique. Une centrale solaire thermodynamique produit de l'électricité grâce à un système de captation solaire appelé « champ solaire », composé d'un réseau de miroirs qui suit le trajet du Soleil durant toute la journée. La centrale concentre la chaleur des rayons du Soleil : soit pour chauffer un fluide caloporteur (par exemple l'eau) qui libère ensuite son énergie par l'intermédiaire d'une turbine, soit pour stocker l'énergie thermique pour une utilisation différée en fin de journée ou la nuit. Le solaire thermodynamique répond ainsi aux limitations naturelles de la ressource solaire.

Performance environnementale optimisée

Afin de garantir la productivité de la centrale de production, le champ solaire doit souvent être de grande taille et satisfaire aux réglementations liées à de grandes installations de production d'énergie. L'accumulation de produits reconnus comme dangereux pour l'environnement, présents dans la majorité des installations solaires thermodynamiques existantes, représente un frein au déploiement de ces solutions.

On observe désormais une importance croissante donnée à des solutions de moindres risques. Par exemple, en l'espace d'un an, des solutions basées sur les Tours à Sels Fondus ou la Génération Directe de Vapeur, ont gagné d'importantes parts de marché dans de nouvelles régions comme l'Inde ou le Moyen-Orient. Tous les acteurs du secteur se préparent progressivement à l'introduction de nouveaux produits capables de se substituer aux centrales dites « cylindro-paraboliques ».

Progrès technique et compétitivité

On assiste à l'effondrement du prix des modules photovoltaïques provenant principalement de la République Populaire de Chine et à une érosion généralisée de la compétitivité des solutions solaires alternatives aux modules photovoltaïques « basiques ». Dans ce contexte, l'innovation est fondamentale et se décline principalement dans deux thématiques pour le solaire thermodynamique :

• l'amélioration des performances des systèmes solaires thermodynamiques : soumis à la contrainte du principe de Carnot, le rendement des centrales augmente avec la température du fluide caloporteur. Ainsi, en augmentant la température de fonctionnement des centrales, on peut produire plus d'énergie avec une même surface de champ solaire.
• le développement de nouveaux moyens de stockage de longue durée : la capacité du solaire thermodynamique à stocker l'énergie sous forme de chaleur est l'un des points majeurs de différenciation du solaire thermodynamique par rapport aux autres énergies renouvelables. La récente Tour à Sels Fondus GEMASOLAR inaugurée cette année en Espagne est équipée d'un système de stockage permettant la production d'électricité en continu jour et nuit.

Enfin, la production de masse des composants du champ solaire et l'apprentissage industriel qui en résulte permettra de faire baisser significativement les couts unitaires des éléments du champ solaire et d'améliorer la compétitivité des solutions solaires thermodynamiques.

Une solution pour les pays en voie de développement

L'Agence Internationale de l'Energie estime que les centrales solaires thermodynamiques pourraient représenter jusqu'à 10 % du mix énergétique mondial à l'horizon 2050 (la demande énergétique aura entre temps doublé). Elle note également que cette technologie est particulièrement pertinente dans les régions du monde à faible latitude et doté d'un climat tropical sec (en couleur claire sur la carte).

On retrouve beaucoup de pays en voie en développement localisés dans ces régions. Ces pays ont alors l'opportunité de développer des moyens de production d'énergie domestique non émettrice de gaz à effet de serre, capables de répondre à une demande toujours croissante en énergie, réduisant ainsi les coupures de courant qui ralentissent l'activité économique, améliorant le taux d'électrification des territoires et favorisant dans certains cas le développement d'un nouveau secteur porteur et la création de valeur et d'emplois en local.

Les acteurs français bien positionnés

La France a intégré très tôt une politique de diversification énergétique qui a permis l'émergence d'alternatives technologiques en matière énergétique. Dès les années 80, on voit alors émerger en France des concepts solaires thermodynamiques précurseurs comme la Tour à Sels Fondus de Thémis située dans les Pyrénées Orientales (66) qui fera de la France l'un des pionniers mondiaux de l'énergie solaire.

Au niveau industriel, de grands groupes français ont récemment indiqué leur intérêt pour ces solutions : Alstom a investi dans une société israélo-américaine Brightsource spécialisée dans les Tours à Génération Directe de Vapeur et Areva a fait le choix d'acquérir une entreprise californienne spécialisée dans les solutions Fresnel à Génération Directe de Vapeur.

Le panorama français se complète par des PME qui font le choix d'innover en France, certaines soutenues par Oseo Innovation. Ces engagements ont abouti, par exemple, à la construction d'une centrale pilote innovante à Génération Directe de Vapeur et Stockage Thermique dans les Pyrénées Orientales (66 - plate-forme Thémis Solaire Innovation). La dynamique s'étend en France avec la construction prochaine d'une centrale solaire thermodynamique de grande puissance. Opérationnelle en Corse à partir de la fin de l'année 2013, elle sera une véritable vitrine du solaire thermodynamique français.

De belles perspectives

En conclusion, la France possède des atouts significatifs pour accompagner la mutation énergétique de nombreux pays en développement et favoriser le développement durable des régions du monde disposant d'un fort ensoleillement. Le solaire thermodynamique contribue ainsi à la compétitivité économique de la France et à son rayonnement dans le monde entier.

Avis d'expert proposé par Simon Benmarraze, responsable du développement de Solar Euromed

¹ Également appelé Solaire thermique à concentration.