Le développement de l'énergie photovoltaïque prend plusieurs formes, mais laquelle saura transformer le secteur de l'énergie verte ? L'énergie éolienne fonctionne et fonctionnera encore mieux dans le futur. Mais le vent n'est qu'un arrêt provisoire sur le chemin qui mène vers un monde où l'électricité ne se basera plus sur les énergies fossiles. L'objectif ultime est d'amasser l'énergie solaire en interceptant directement sa lumière, au lieu d'attendre que cette même lumière chauffe l'air pour créer un courant d'air qui fait à son tour fonctionner des turbines. Heureusement, les inventeurs raffolent de ce type de problème. Les idées qu'ils ont suggérées jusqu'à maintenant vont de l'utilisation du soleil pour faire fonctionner de simples systèmes de chauffage pour les bâtiments, en passant par le déploiement de « radiateurs inversés » peints en noir, jusqu'à la pointe des technologies les plus branchées, la nanotechnologie, qui garantit que le moindre photon est capturé et converti en électricité. La cellule photovoltaïque, forme la plus emblématique de l'énergie solaire, est actuellement l'énergie alternative la plus en vogue, avec une croissance de 50 % par an. De plus, le prix de l'électricité qu'elle produit est en baisse. Selon Cambridge Energy Research Associates (CERA), un cabinet-conseil américain dirigé par Daniel Yergin, un kWh d'électricité photovoltaïque coûtait 50 cents en 1995. Il est passé à 20 cents en 2005 et est toujours en baisse. Les cellules photovoltaïques (connues plus familièrement sous le nom de cellules solaires) convertissent la lumière du soleil directement en électricité. Mais il existe d'autres moyens d'utiliser le soleil pour produire de l'énergie électrique. Il est également possible de concentrer les rayons du soleil, de les utiliser pour faire bouillir de l'eau et de se servir de la vapeur dégagée pour faire tourner une turbine. Ces deux approches très différentes illustrent une question qui reste sans réponse à propos de l'avenir de l'énergie : à savoir si celle-ci sera générée de façon centralisée et transportée à travers de longues distances jusqu'au consommateur, comme elle l'a été ces dernières décennies, ou si elle sera générée et consommée plus ou moins au même endroit, comme il y a un siècle. Un panneau sur un toit brûlant Le principe du système de cellules photovoltaïques est que tout se passe localement. Elles fonctionnent comme des turbines à vent, mais sont plus productives, car même un seul panneau solaire peut produire de l'énergie immédiatement. Si vous en placez quelques-uns sur votre toit et si vous vivez dans une zone raisonnablement ensoleillée, votre facture d'électricité s'en verra réduite. En effet, vous pourriez même revendre votre électricité à votre propre compagnie électrique. Le problème, c'est que pour le moment, vous devez mettre votre compte à découvert pour pouvoir vous payer ces panneaux solaires, et vous n'êtes pas prêt de récupérer cet argent avant longtemps. Cependant, de nombreux ingénieurs travaillent pour changer cela. Emanuel Sachs de MIT est l'un d'entre eux. Certains ingénieurs planchent sur de grands perfectionnements technologiques de la manière dont les cellules solaires fonctionnent, mais Dr Sachs, lui, préfère une évolution progressive. Selon lui, c'est cette évolution qui est à l'origine de la loi de Moore, qui a trait à l'évolution rapide de la performance des microprocesseurs. L'analogie est en effet appropriée. Les cellules solaires traditionnelles sont faites de silicone, comme les microplaquettes d'ordinateur, et pour la même raison. Elles dépendent des propriétés de cet élément qui est semi-conducteur et dans lequel les électrons chargés négativement et les « vides » chargés positivement se déplacent et transportent un courant. Dans le cas de la cellule solaire, le courant est créé par la lumière du soleil qui heurte les électrons, qui se déplacent et qui créent des trous. La première contribution qu'ait apportée Dr Sachs à son évolution est une technique appelée string ribbon, qui réduisait de moitié la quantité de silicone nécessaire pour fabriquer une cellule solaire, en faisant sortir l'élément (sous forme liquide) par un bac entre deux cordes. Cette invention a été commercialisée par une firme dénommée Evergreen Solar. Sa dernière entreprise, une firme portant le nom de 1366 Technologies (d'après le nombre de watts d'énergie solaire absorbée par environ un mètre carré de surface de la Terre), cherche à appliquer cette technique en y ajoutant trois nouveaux principes qui devraient, ensemble, engendrer une amélioration de son efficacité de l'ordre de 27 %. Ses collègues et lui ont redessiné les surfaces des cristaux de silicone à l'échelle nanométrique afin que la lumière reflétée continue de se réverbérer à l'intérieur de la cellule jusqu'à ce qu'elle soit finalement absorbée. Ils sont aussi parvenus à obtenir un rendu similaire aux fils d'argent dans lesquels passe le courant. Et ils ont affiné ces fils pour qu'ils n'empêchent pas trop la lumière de passer. Selon Dr Sachs, ces innovations vont faire passer le coût d'immobilisation des cellules solaires en dessous de 2 $ le watt. On se rapproche là du coût de la centrale électrique au charbon : la construction d'une centrale d'un gigawatt (un milliard de watts) coûte aux alentours d'1 milliard $. Le prix, bien sûr, c'est une autre histoire. Remplir les déserts de miroirs d'acier et de verre Néanmoins, le prix des cellules solaires a baissé de manière significative lui aussi. D'autres chercheurs travaillent sur une technologie plus récente, les cellules photovoltaïques à film fin. Celles-ci peuvent être faites de silicone, mais la plupart des améliorations sont faites sur des cellules utilisant des mélanges de métaux, parfois des métaux exotiques, comme semi-conducteurs. Ces mélanges ne sont pas aussi efficaces que les cellules traditionnelles en silicone (ce qui veut dire qu'elles ne convertissent pas autant de lumière en électricité par mètre carré de cellule). Mais elles nécessitent beaucoup moins de matériaux, ce qui les rend plus abordables financièrement, et elles peuvent être disposées sur des surfaces flexibles telles que des feuilles d'acier de l'épaisseur d'un cheveu humain, ce qui ouvre le champ pour d'autres applications possibles. Actuellement, le leader commercial dans ce domaine est la société First Solar. Mais des sociétés telles que Miasolé, petite firme californienne ont la ferme intention de montrer à First Solar à qui elle a affaire. Cette dernière mixture est reconnue pour être plus efficace que le tellurure de cadmium, mais pas autant que la silicone traditionnelle. Et elle présente l'avantage de ne pas contenir de cadmium, un fameux poison, même si les films de First Solar enferment soigneusement le cadmium de telle sorte qu'il n'est plus dangereux. À l'instant présent, les cellules solaires à film fin sont présentées et vendues comme des panneaux solaires standards, mais cela pourrait vite changer. First Solar applique ses films au verre, mais Joseph Laia, directeur de Miasolé, indique que ses produits à base d'acier sont suffisamment flexibles et légers pour être eux-mêmes utilisés comme matériaux de construction. Les Californiens les plus écolos doivent encore aujourd'hui boulonner des panneaux sur leurs maisons démonstration hideuse, mais visible, de leur inclination. Mais si M. Laia arrive à ses fins, ils pourront bientôt installer des feuilles en acier couvert de CIGS fabriquées par sa compagnie, comme matériau du toit lui-même. Les adeptes de l'énergie solaire thermique ont tendance à regarder les panneaux solaires d'un œil désapprobateur. Le tellurure de cadmium et le CIGS sont peut-être moins chers que la silicone, mais le verre et l'acier, sur lesquels repose le système solaire thermique, le sont encore moins. Alors, les partisans de cette technologie voient les choses en grand : en kilomètres carrés même ! Ceux-ci ont pour ambition de remplir les déserts de miroirs d'acier et de verre et d'utiliser la lumière réfléchie pour faire bouillir de l'eau et générer de l'électricité, puis se brancher aux réseaux de courant continu longue distance développés pour l'énergie éolienne pour transporter le jus jusqu'aux villes.
