Énergie solaire - Définition et Explications

Rayonnement solaire direct
Rayonnement solaire direct

L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...). Le règne végétal (Les classifications scientifiques classiques regroupent sous le terme végétal...), dont dépend le règne animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...), l'utilise également en la transformant en énergie chimique via la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...). A l'exception de l'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :), de la géothermie (La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui...) et de l'énergie marémotrice (L'énergie marémotrice est issue du mouvement de l'eau créé par les marées, causées par...), l'énergie solaire est à l'origine de toutes les énergies sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).

Grâce à divers procédés, elle peut être transformée en une autre forme d'énergie utile pour l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) humaine, notamment en chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...), en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) ou en biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...). Par extension, l'expression " énergie solaire " est souvent employée pour désigner l'électricité ou la chaleur obtenue à partir de cette dernière.

Techniques pour capter l'énergie solaire

Une laverie automatique fonctionnant grâce à l'énergie solaire
Une laverie automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) fonctionnant grâce à l'énergie solaire

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique :

Énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...) photovoltaïque

L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement...) avec une cellule photovoltaïque (Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la...). Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire (Une centrale solaire est un système de production d'électricité qui utilise...) photovoltaïque, qui alimente un réseau de distribution (Le mot réseau (du latin retis) est apparu pour la première fois dans la langue...) électrique.

Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) - l'effet photovoltaïque - ou la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) associée.

Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) solaire thermique

Le solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) solaire. Il se décline de différentes façons : centrales solaires thermodynamiques, chauffe-eau et chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) solaires, rafraîchissement solaire, cuisinières et sécheurs solaires.

Énergie solaire héliothermodynamique

Le solaire thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour produire de l'électricité.

Énergie solaire passive

La plus ancienne utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) vers le sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), surfaces vitrées, etc.). L'isolation thermique joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un bâtiment.

Dans une maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille,...) solaire passive, l'apport solaire passif permet de faire des économies d'énergie importantes.

Dans les bâtiments dont la conception est dite bioclimatique (Un habitat bioclimatique est un bâtiment dans lequel le chauffage et la climatisation sont...), l'énergie solaire passive permet aussi de chauffer tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ou partie d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul.

Aspect économique

La plupart des études sérieuses (Kenneth Deffeyes, professeur à l'Université de Princeton (L'université de Princeton (Princeton University) est située dans la ville de Princeton...), 2006 ; Fredrik Robelius, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) d'Uppsala en Suède, 2007) montrent que la production de pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) a atteint un pic au niveau de 84,5 millions de barils/jour. Le pétrole ne peut plus compenser l'augmentation des besoins en énergie. Les prévisions indiquent également une baisse de la production entre 2008 et 2018.

Pour compenser la chute à venir des importations de pétrole, il est indispensable de commencer dès aujourd'hui à s'équiper en énergies renouvelables. Le solaire apporte une source inépuisable d'énergie et la commission européenne pour les énergies renouvelables prévoit que l'énergie solaire représentera une part de 20% du solaire dans les énergies renouvelables, celles-ci devant apporter 20 % de l'énergie en 2020 et 50% en 2040.

Systèmes de production d'énergie solaire

Les systèmes de production d'énergie solaire ont un coût proportionnel quasi nul : une fois l'installation de l'appareil effectuée, l'énergie est produite par le Soleil, ce qui ne coûte rien. Il faut cependant tenir compte des coûts d'investissement et de l'entretien de l'appareil.

L'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de panneaux solaires thermiques se justifie pour produire de l'eau chaude sanitaire à moindre coût. Une fois l'installation réalisée, l'entretien est très peu coûteux et permet de faire des économies substantielles de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...) ou d'électricité.

En revanche, pour le solaire photovoltaïque, le coût de l'installation est assez élevé, bien que la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) progresse dans ce domaine. Plusieurs pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) (comme la France et l'Allemagne) ont donc mis en place des systèmes d'incitation financière (notamment fiscale : crédit d'impôt) à l'installation de panneaux solaires. En France, le crédit d'impôt de l'État est complété selon les régions et les départements par des aides financières qui s'appliquent aussi bien au solaire photovoltaïque, qu'au solaire thermique ou à des travaux d'économie d'énergie (comme l'amélioration de l'isolation thermique ou l'installation d'une chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance),...) performante).

L'usage de système de production d'énergie solaire se justifie aussi dans les situations où il est très coûteux d'importer des combustibles fossiles ou de transporter de l'électricité, comme dans des zones isolées ou/et peu peuplées. En France, l'électrification de nombreux refuges en montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la...) et de villages isolés en Guyane a été réalisée par un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) solaire photovoltaïque, parfois couplé à un groupe électrogène (Un groupe électrogène est un dispositif autonome capable de produire de l'électricité. La...) d'appoint.

Géographie (La géographie (du grec ancien γεωγραφία...)

Répartion de l'énergie solaire reçue au sol
Répartion de l'énergie solaire reçue au sol

Le désert des Mojaves (Le désert des Mojaves ou de Mojave est une grande étendue désertique d'environ...) dans le sud-ouest (Le sud-ouest est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et ouest. Le...) des États-Unis est l'une des principales régions productrices d'énergie solaire du monde (Le mot monde peut désigner :) avec une capacité totale de 354 MW[1]

L'énergie solaire reçue dépend de :

  • la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...): vers l'équateur l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'incidence est proche de 90° donc la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) éclairée est plus petite et l'énergie est plus concentrée.
  • La nébulosité (nuages), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical.

Histoire

Augustin Mouchot commence à s'intéresser à l'énergie solaire en 1860. En 1873, une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est...) du conseil général de Tours lui permet de construire un four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage...) solaire de 4 m² qu'il présente à l'Académie des sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche...) en octobre 1875. En 1877, une subvention du conseil général d'Alger (Alger, (arabe : ??????? al-Jaz??ir, al-Dzayer ; berbère : L?ayer), surnommée Al...) lui permet de construire sur le même principe un " grand appareil de 20 m² " qui reçoit une Médaille d'Or à l'Exposition universelle de 1878. En août 1882, lors de la Fête de l'Union française de la jeunesse, Abel Pifre utilise un récepteur solaire d'Augustin Mouchot pour actionner une machine à vapeur (La machine à vapeur est une invention,dont les évolutions les plus significatives datent du...) qui lui permet de tirer un journal.

Chronologie

Voici une chronologie de l'énergie solaire:

Énergie solaire dans le présent et le futur

Le boom des objets solaires

Il y a une vingtaine d'années apparaissait la calculatrice (Une calculatrice, ou calculette, est une machine conçue pour effectuer des calculs. D'abord...) de poche solaire. Quelques cellules photovoltaïques y remplaçaient avantageusement les piles électriques, toxiques pour l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Aujourd'hui, des magasins dédiés à l'écologie, mais aussi des enseignes plus grand public, proposent de nombreux objets fonctionnant à l'énergie solaire : torches, lampes de jardin, radioréveils, mobiles animés, montres... Preuve que l'énergie solaire séduit les consommateurs par l'image "verte" qu'elle véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...). Son autre atout est son côté nomade : des chargeurs solaires permettent désormais d'alimenter en électricité, où que l'on se trouve, un téléphone mobile (Un téléphone mobile, également nommé téléphone portable (ou simplement mobile et portable),...), un GPS ou un ordinateur portable (Un ordinateur portable, laptop (en Suisse) ou encore PC portable est un ordinateur personnel qui,...). Pour les voyageurs (Les Voyageurs est un épisode de la série télévisée Stargate Atlantis....) au long cours, il existe même des sacs à dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie...) équipés de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) solaires. Certains imaginent des vêtements également dotés de cellules photovoltaïques, pour y brancher directement son baladeur MP3.

Le soleil est-il l'énergie de demain ?

Chargeurs de batteries, ventilateurs, lampes de jardin, pompes hydrauliques... Aujourd'hui, tout ou presque peut fonctionner à l'énergie solaire. Le baroudeur se doit désormais d'emporter dans son sac un GPS équipé d'un chargeur solaire, et des panneaux photovoltaïques apparaissent sur tous les toits. Indispensable à la vie (La vie est le nom donné :) sur terre, le soleil peut nous rendre de nombreux autres services : chauffer nos habitations, alimenter en énergie les lieux les plus reculés...

Des projets de centrales électriques voient le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) dans de nombreuses régions du monde. Le potentiel est immense :"5 % de la surface des déserts permettrait de produire toute l'électricité de la planète", affirment Patrick Jourde et Jean-Claude Muller[2], chercheurs au Commissariat de l'énergie atomique (CEA) et au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...). "Théoriquement, il suffirait en France de réaliser le seul côté sud des toits en modules photovoltaïques pour produire toute l'énergie électrique nationale (550 tétrawattheures, càd mille milliards de wattheures, par an". Longtemps restée à la traîne, la France veut aujourd'hui combler son retard. Pour preuve, un Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) national de l'énergie solaire a été créé en août 2006, dont l'objectif est d'améliorer les technologies solaires afin de les rendre plus compétitives. Serait-ce l'aube d'une nouvelle ère (Une nouvelle ère (1/2) et Une nouvelle ère (2/2) sont des épisodes de la série...) énergétique ?

Des panneaux sur les toits

Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) du soleil en électricité. En France, grâce aux aides fiscales de l'état, les particuliers sont de plus en plus nombreux à s'en équiper. L'énergie non consommée par le foyer est récupérée par EDF, tenue depuis 2002 de racheter l'électricité d'origine renouvelable produite par les particuliers ou les collectivités.

Du photovoltaïque à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...)

La centrale photovoltaïque la plus puissante au monde (350 000 panneaux solaires sur 114 ha) est en cours de construction au Portugal. Après la centrale de Chambéry, inaugurée en 2005, la France a battu son propre record avec une nouvelle installation à la Réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située...), en 2006. La Suisse s'est elle aussi lancée dans la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) au solaire et, en Allemagne, les 57 000 panneaux du Bavaria Solar Park fonctionnent depuis 2005.

Les projets des tours solaires

Un vase collecteur solaire en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) chauffe l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) ambiant, qui, en montant à grande vitesse (On distingue :) dans la tour, actionne des turbines générant de l'électricité. Un premier prototype de tour solaire (Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière à canaliser...), à Manzanares, en Espagne, a fait ses preuves dès 1982. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) australien consiste, lui, en une tour de près de 1 000 m de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) qui devrait fournir l'équivalent de la consommation de 200 000 foyers. L'Espagne envisage de son côté la construction d'une tour solaire de 750 m de hauteur, capable d'alimenter 120 000 foyers.

La percée des centrales thermiques

Le principe de l'énergie électrique thermique est de concentrer les rayons du soleil, à l'aide (AIDES est une association française de lutte contre le VIH/Sida et les Hépatites virales,...) de miroirs paraboliques, vers des tubes contenant un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) conducteur de chaleur. Lorsque celui-ci s'échauffe, il produit de la chaleur qui actionne des turbines générant de l'électricité. Certains États, l'Espagne en tête, misent sur cette technologie plutôt que sur le photovoltaïque, dont le coup de production s'avère plus élevé en raison du prix du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) qui impose des cellules photoélectriques.

De l'énergie n'importe où

Dans les pays du Sud, où l'ensoleillement est très important, le solaire peut fournir aux régions rurales l'énergie nécessaire aux éclairages, aux réfrigérateurs, aux pompes hydrauliques ou encore aux installations de télécommunication. Soutenus par des ONG, des projets d'électrification de villages sont en cours dans de nombreux pays d'Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...) et d'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) du Sud.

Se chauffer au soleil

Dans la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) d'Almere, aux Pays-Bas, une "île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) solaire" sera construite en été 2007. Elle couvrira, en 2008, grâce à des panneaux solaires thermiques, 10 % des besoins énergétiques de 2 700 foyers. Une surface de 4 m² de panneaux thermiques permet en effet de répondre aux besoins en eau chaude d'un foyer de quatre personnes et de diviser par deux, au minimum, sa facture de chauffage.

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