Énergie solaire

L’énergie contenue dans la lumière du soleil est la source de la vie sur terre. Les humains peuvent la capter et mettre sa puissance au service de leurs activités sans produire de dangereux polluants. Il existe de nombreuses méthodes pour la convertir en des formes d’énergie plus aisément utilisables, comme la chaleur ou l’électricité. Les technologies que nous employons pour ce faire ont une incidence relativement bénigne sur l’environnement. Cependant, elles présentent chacune des inconvénients qui ont nui à leur adoption à grande échelle.

Au Canada, la production d’électricité et de chaleur à partir de l’énergie solaire augmente rapidement et elle aide à réduire la pollution associée au secteur énergétique. Malgré le climat froid et les hautes latitudes du Canada (qui reçoivent moins d’ensoleillement direct que les latitudes moyennes), les technologies solaires sont exploitées en de nombreux endroits, depuis les toitures des maisons jusqu’aux grandes centrales électriques. La Régie canadienne de l’énergie (auparavant l’Office national de l’énergie) prévoit que l’énergie solaire représentera 3 % de la capacité totale de production d’électricité du Canada d’ici 2040.



Centrale solaire
À Sarnia, des acres de terres sont couvertes de panneaux solaires pour produire de l'énergie à partir du soleil. Photo prise le 10 mai 2012.
Énergie solaire
L'usine de pâtes et papiers MacLaren à Masson, au Québec. Des panneaux solaires sont utilisés pour obtenir une eau préchauffée.

Qu’est-ce que l’énergie solaire?

L’énergie solaire est produite par le soleil et irradiée dans l’espace, essentiellement sous forme de lumière visible et infrarouge proche. Elle nourrit pratiquement toute la vie présente sur terre. Lorsque la lumière solaire frappe une surface sur notre planète, elle produit de l’énergie thermique, ou chaleur, qui est à l’origine de nombreux phénomènes planétaires, dont le cycle de l’eau, la configuration des vents et les courants océaniques. La photosynthèse, processus par lequel les plantes produisent leur propre nourriture, s’opère par la conversion de la lumière solaire en énergie chimique.

Comment l’énergie solaire est-elle captée et emmagasinée?

La conversion de la lumière solaire en d’autres formes d’énergie a inspiré aux humains des moyens de capter et d’exploiter cette énergie. Les méthodes d’exploitation de l’énergie solaire se divisent en deux grandes catégories : passives et actives. Les méthodes passives sont celles qui utilisent directement la lumière du soleil (p. ex., pour éclairer et chauffer une pièce à travers une fenêtre). Les méthodes actives font appel à la technologie pour transformer l’énergie solaire en une forme secondaire (p. ex., un fluide ou un courant électrique) qui a son propre usage.


Énergie solaire passive

Les humains font un usage passif du rayonnement solaire depuis des milliers d’années pour accomplir sans trop d’effort des tâches autrement exigeantes en énergie. Les exemples les plus anciens comprennent le séchage au soleil des fruits et des légumes ou l’évaporation de l’eau pour obtenir du sel comestible propre à préserver les viandes.

En devenant plus complexes, les sociétés humaines ont mis au point de nouvelles techniques passives, dont une application principale a été de régler la lumière et le chauffage dans les immeubles. Un exemple bien simple est celui de la fenêtre de verre, qui laisse passer les rayons solaires à travers un mur et procure lumière et chaleur sans brûler de combustible.

Aujourd’hui, un principe clé de l’aménagement durable est d’orienter les immeubles de manière à faire entrer par les fenêtres un maximum de lumière du jour, ce qui réduit d’autant le recours à l’éclairage électrique. On épargne aussi de l’énergie en tenant compte des variations saisonnières de l’angle d’ensoleillement. En hiver, des surfaces intérieures peuvent absorber l’énergie thermique du soleil et la libérer sous forme de chaleur durant la soirée. À l’inverse, en réduisant ces mêmes facteurs en été, on épargne la climatisation.

Séchoir à poisson

Saumons et truites filetés et mis à sécher au soleil et au vent, à Bernard Harbour, dans les Territoires du Nord-Ouest (maintenant au Nunavut), le 20 juillet 1915.

Énergie solaire active

Thermique

Les systèmes thermiques actifs utilisent indirectement l’énergie solaire. Ils captent le rayonnement solaire pour chauffer une substance telle que l’eau ou l’air, qui peut ensuite chauffer un espace, actionner une turbine ou servir à d’autres usages.

On trouve couramment au Canada des capteurs solaires de conception toute simple. Des tuyaux remplis d’un fluide caloporteur, comme l’eau, sont placés sur un toit. Le soleil chauffe ce liquide, qui est ensuite pompé dans un réservoir de stockage. On s’en sert alors directement ou pour toute opération qui exige de la chaleur. Ces capteurs sont populaires pour chauffer l’eau ou l’air ambiant dans nos maisons.

Des versions plus élaborées de ces systèmes peuvent concentrer assez d’énergie solaire pour alimenter une petite ville. À l’aide de centaines de miroirs, des centrales ou parcs solaires font converger la lumière du soleil vers un grand réservoir empli d’un fluide caloporteur. Ces grandes installations produisent de l’électricité en faisant bouillir l’eau, tout comme les centrales classiques. La seule différence est qu’au lieu de brûler des combustibles fossiles, elles utilisent l’énergie solaire pour produire la vapeur qui fait tourner une turbine. On les construit le plus souvent dans les déserts parce qu’elles ont besoin de beaucoup de soleil avec peu de nuages.

Un des dispositifs les plus efficaces pour recueillir l’énergie solaire est le capteur à plaques perforées inventé par le Canadien John C. Hollick. Il s’agit simplement d’une pièce de métal percée de milliers de trous minuscules et appliquée contre un immeuble. Sous l’effet du soleil, le métal s’échauffe et chauffe l’air environnant, qu’on peut alors utiliser pour chauffer l’intérieur. Des systèmes de ce genre peuvent convertir jusqu’à 80 % de l’énergie solaire en énergie thermique exploitable.


Photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est l’un des outils les plus perfectionnés pour capter l’énergie solaire. Son élément principal est une mince plaquette de semiconducteur, un matériau qui permet d’agir sur les électrons. Deux de ces plaquettes sont collées ensemble à l’intérieur de la cellule. L’une d’elles est chargée positivement, de sorte qu’elle a un électron en sus qui peut être libéré ou éjecté du semiconducteur. Lorsque l’énergie solaire excite et libère cet électron, il laisse une place qu’un électron de la seconde plaquette s’empresse d’occuper. Le mouvement des électrons dans l’espace entre les deux plaquettes crée un petit courant électrique. Le courant continu provenant de cellules photovoltaïques peut alimenter une infinité de choses, depuis les ampoules d’éclairage domestique jusqu’aux machines d’usine. Cependant, comme la plupart des maisons et des entreprises fonctionnent au courant alternatif, il faut transformer le courant continu à l’aide d’un appareil électrique appelé convertisseur. (Voir aussiTransport de l’électricité.)


Le matériau semiconducteur le plus répandu en photovoltaïque est le silicium (voirSilice). Les cellules au silicium, petites en général, peuvent être réunies en panneaux de différentes tailles pour répondre à la plupart des besoins énergétiques. D’autres semiconducteurs peuvent être imprimés sur une fine pellicule pour faire des cellules photovoltaïques de pratiquement toute taille.

Le saviez-vous?
La technologie photovoltaïque a été conçue dans les années 1950 afin de permettre aux satellites d’exploiter l’énergie solaire pour se mouvoir dans l’espace.

Avantages de l’énergie solaire

Le principal avantage de l’énergie solaire est qu’elle contribue à réduire la pollution découlant de la production d’électricité. L’énergie solaire est une ressource gratuite. Elle arrive au lieu de production sans la moindre intervention humaine. La production d’électricité à partir d’appareils solaires est exempte d’émissions nocives. Par contre, brûler des combustibles pour produire de l’électricité libère des polluants comme des particules en suspension, du dioxyde de soufre (SO2), du dioxyde de carbone (CO2) et des déchets dangereux. (Voir aussi : Pétrole; Charbon; Gaz naturel.)

Inconvénients de l’énergie solaire

Comparé aux combustibles fossiles, le rayonnement solaire comme source d’énergie présente plusieurs inconvénients, les deux premiers étant sa faible densité énergétique et son intermittence.

La densité énergétique est la quantité d’énergie potentielle que recèle une quantité donnée de combustible. Aucune technologie ne peut convertir intégralement l’énergie primaire d’un combustible en énergie exploitable. Les combustibles fossiles ont une très haute densité énergétique. Ils produisent beaucoup d’énergie exploitable, même si la transformation est inefficace. L’énergie solaire a une densité énergétique relativement faible, que la transformation vient encore réduire. Les technologies de transformation de l’énergie solaire les moins efficaces sont celles qui produisent de l’électricité. Les plus efficaces sont celles qui la transforment en énergie thermique.

L’ensoleillement n’est pas constant. Il varie tout le jour en raison de l’ennuagement et il est absent la nuit. Un autre mot pour décrire sa nature variable est l’intermittence. Au Canada, il varie aussi en nombre d’heures et en intensité selon les saisons. Comme la lumière solaire est intermittente, on ne peut en tirer l’énergie de façon aussi constante et prévisible que d’autres sources.


Si l’énergie solaire elle-même est propre, certains matériaux et procédés de fabrication polluent l’environnement. Ils peuvent nuire à la santé humaine et écologique sur les lieux de fabrication et en fin de vie utile (c’est-à-dire lorsque les matériaux se brisent). La fabrication exige aussi de grandes quantités d’énergie, et de nombreux dispositifs solaires de grande envergure ont des incidences environnementales comme la perturbation des habitats.

Énergie solaire au Canada

En énergie solaire, le Canada a accès à d’immenses ressources. De plus, la technologie devient plus abordable et disponible. Les systèmes se multiplient et les gouvernements ont adopté des politiques pour en favoriser l’installation. La promotion des énergies solaire et autres qui sont renouvelables est un moyen de réduire les émissions de gaz à effet de serre, comme le Canada s’y est engagé dans des accords sur les changements climatiques.

Au Canada, le plus grand potentiel de production d’énergie solaire réside dans les Prairies, parce que le couvert nuageux y est moins présent que dans les régions côtières et centrales. Malgré la multiplication des technologies mises en œuvre depuis quelques années, l’énergie solaire affiche encore un bien maigre bilan : en 2017, les parcs solaires représentaient à peine plus de 1 % de la capacité totale de production d’électricité au Canada.


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