Energie Solaire, SVT

L'énergie solaire

Introduction : Qu'est ce que l'énergie solaire ?

L’énergie solaire est l’énergie transmise par le Soleil sous la forme de lumière et de chaleur.

On  estime  aujourd'hui  que  le  Soleil  va  encore  «vivre»  pendant  6  milliards d'années. Tout ce temps, il continuera à produire de l'énergie. L'énergie solaire est donc une source infinie d'énergie. Même si le Soleil disparaîtra un jour à l’échelle des temps humains cette énergie est inépuisable, ce qui lui vaut d’être classée parmi les énergies renouvelables.

Le potentiel de cette source d'énergie est énorme, car indirectement l'énergie solaire est aussi la source de la plupart des énergies renouvelables et des hydrocarbures fossiles.

Bien sûr, le soleil nous chauffe et nous éclaire, mais il est aussi responsable de la mise en mouvement des masses d’eau (énergies marines) et d’air (énergie éolienne), du cycle de l’eau (énergie hydraulique) et de la photosynthèse (biomasse et hydrocarbures).

Historique

L’utilisation de l’énergie solaire est un fait très ancien. L’énergie solaire est à l’origine de la vie sur Terre: les premiers organismes photosynthétiques l'utilisaient  déjà  il  y  a  3,6  milliards  d'années  pour  produire  leur  matière organique.

L'évolution  des techniques d'exploitation de l'énergie solaire s'est faite en plusieurs phases.

Dans l’antiquité les Grecs et les Romains savaient utiliser l’énergie solaire. Pour  allumer  la  flamme  des  jeux  olympiques,  ils  utilisaient  une  sorte  de  miroir,  car  pour  eux  seuls  les  rayons  du  Soleil  étaient assez purs pour allumer cette flamme.

Au XVIIIème siècle : Le  Siècle  des  Lumières  voit  renaître  l'intérêt  pour  le  Soleil  et  les premières études et expériences sur son énergie sont réalisées.

Le célèbre chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier inventa un four solaire en utilisant des lentilles convergentes afin de fondre des métaux sans la pollution des combustibles.

Le  XIXème est  marqué  par  la  découverte  de  l'effet  photovoltaique  et  le perfectionnement des techniques d'exploitation du solaire thermique.

En  1839,  le  physicien  Alexandre  Edmond  Becquerel  découvre  par  hasard l'effet  photovoltaïque ("phénomène physique propre à certains matériaux appelés semi-conducteurs qui produisent de l’électricité lorsqu’ils sont exposés à la lumière").  Une  nouvelle  voie  de  l'exploitation  de  l'énergie  solaire s'ouvre  alors.  Il  faudra  attendre  1900  pour  qu'Einstein  explique  cet  effet  et 1910 pour qu'il soit mis en évidence par Robert Andrew Millikan.

Le professeur français Augustin Mouchot avait déjà deviné que les énergies fossiles que les occidentaux commençaient à utiliser n'étaient pas inépuisables. C'est  pour  cela  qu'il  préconisait  et  étudiait  l'énergie  solaire  qui  selon  lui  était déjà l'énergie du futur.

A partir du XXème siècle : Après 1900, toutes les technologies découvertes au siècle précédant sont améliorées. De nouvelles découvertes sont faites et dès 1970 le solaire connait un vif regain d'intérêt. Les premières centrales solaires sont construites, et les premières  applications  individuelles  apparaissent.

A partir de 1920, aux Etats-Unis, des particuliers installent chez eux des  chauffe-eau  solaires,  et  des  «  Crystal  House  »,  maisons  chauffées  uniquement grâce à l'apport énergétique du Soleil, sont construites.

L'exploitation du solaire par l'homme s'est donc déroulée en 3 phases :

La découverte (Antiquité), et redécouverte (XVIIIème siècle);

L'expérimentation (XVIIIème et XIXème siècles);

Le développement à grande échelle des moyens d'exploitation (XIXème et XXème siècles).

Et  elle  n'est  pas  un  fait  récent,  contrairement  à  ce que  nous  avons  souvent tendance à le penser.

Transformer et réutiliser l'énergie solaire

- L'énergie solaire pour produire de la chaleur

Il s’agit d’utiliser le soleil pour réchauffer les habitations. Pour cela, les pièces orientées au sud sont conçues avec de grandes baies vitrées qui laissent entrer le rayonnement solaire. Ce chauffage appelé passif est utilisé dans les bâtiments bioclimatiques aux parois bien isolées.

- Les panneaux solaires thermiques pour chauffer l’eau

Les panneaux solaires thermiques permettent de produire de l’eau chaude, grâce à la conversion du rayonnement du soleil.

Un liquide serpente dans un long tuyau noir. L’énergie diffusée par les rayons du soleil est convertie  en chaleur. Le tuyau est posé sur un panneau noir pour concentrer la chaleur. Cette chaleur est ensuite transmise grâce à un liquide (appelé « caloporteur ») à de l’eau stockée dans un ballon.

Si le panneau est bien orienté et si le site est assez ensoleillé, les performances du chauffage solaire sont bonnes, d’autant que ces panneaux sont peu chers à fabriquer. Mais, cette production de chaleur est intermittente. La nuit, le panneau solaire ne pouvant plus bénéficier de la luminosité du soleil, il ne peut plus produire de chaleur.

Les fours solaires : concentrer l’énergie du soleil pour atteindre des températures élevées

L’énergie du soleil peut aussi être concentrée à l’extrême, grâce à des miroirs. Grâce à cette concentration, nous pouvons obtenir des températures très élevées (de plusieurs centaines à plusieurs milliers de degrés).

Cette technologie, dite « à concentration » utilise le rayonnement direct du soleil, et nécessite donc un emplacement avec un fort ensoleillement.

Cette énergie permet ainsi à des pays où l’ensoleillement est important pendant une grosse partie de l’année d’utiliser une énergie gratuite et abondante et d’améliorer les conditions de vie des populations locales (exemple : four solaire en Afrique).

- L'énergie solaire pour produire de l'électricité

> Pour capter l’énergie lumineuse du soleil et la transformer en électricité, on utilise des modules photovoltaïques. Ces modules solaires, aux reflets bleutés, sont constitués, dans la plupart des cas, d’un assemblage de cellules photovoltaïques en silicium.

3 éléments sont nécessaires à une installation photovoltaïque : des panneaux solaires, un onduleur et un compteur. Ces trois éléments permettent de récupérer l’énergie transmise par le soleil, de la transformer en électricité puis de la distribuer à l’ensemble des clients connectés au réseau.

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