Dans les années 80, l’énergie solaire n’intéressait presque personne. « Dans les conférences, j’étais l’hurluberlu de service », raconte Benoît Marsan, professeur au Département de chimie de l’Université du Québec à Montréal (UQAM).
Trente ans plus tard, tout a changé. Les énergies propres ont maintenant la cote. Or, le chimiste de l’UQAM vient de contribuer à la conception d’une pile solaire capable de conquérir la planète, rien de moins.
Sa découverte vient d’être publiée dans la prestigieuse revue Nature Chemistry, réservée aux percées mondiales dans le domaine de la chimie.
La plupart des piles solaires utilisées sont faites à base de silicium, un matériau semi-conducteur cher et peu disponible. « Le coût de production de ces piles est d’environ six dollars du watt produit", estime le chercheur. "Pour concurrencer le charbon et le nucléaire, il faudrait que leur prix soit inférieur à deux dollars du watt.»
Depuis trente ans, Benoît Marsan et quelques autres tentent donc de trouver un matériau moins cher que le silicium, pour que les piles solaires deviennent enfin abordables. Coup de théâtre : au début des années 90, un scientifique suisse, Michael Grätzel, annonce qu’il a mis au point un tout nouveau type de piles sensibilisées par un colorant.
Ce type de piles est composé de deux électrodes (l’anode et la cathode) placées en sandwich autour d’un liquide conducteur (l’électrolyte). Les rayons du Soleil traversent la cathode, qui est généralement transparente, puis l’électrolyte, pour ensuite arracher des électrons à l’anode, un semi-conducteur situé au fond de la pile. Ces électrons voyagent dans un fil, de l’anode à la cathode, ce qui crée un courant électrique. C’est ainsi que l’énergie du Soleil est convertie en électricité.
L’intérêt des piles sensibilisées par un colorant, c’est qu’elles utilisent des matériaux faciles à synthétiser en laboratoire. Elles sont aussi flexibles, ce qui permet de les intégrer sur toutes sortes d’objets et de matériaux. Sur papier, la pile Grätzel est une vraie merveille.
Mais, en pratique, il en va tout autrement. Benoît Marsan explique : « Le problème principal, c’est que l’électrolyte est très corrosif et attaque les connexions électroniques de la pile. » Autre point faible : l’électrolyte est très coloré, ce qui empêche une partie des rayons solaires de passer. Le rendement de la pile s’en donc trouve réduit. Finalement, la cathode est couverte de platine, un matériau cher, non-transparent et rare. Bref, la pile Grätzel n’est pas commercialisable.
Cependant la fameuse pile suisse a le mérite d’avoir fouetté les ardeurs de milliers de chercheurs qui ont tenté d’en optimiser le principe. Or, malgré tous les efforts, personne n’y était encore parvenu. Personne avant Benoît Marsan et son équipe!
Le chimiste de l’UQAM a carrément réinventé la pile Grätzel en modifiant deux de ses composantes de base : la cathode et l’électrolyte. Son équipe a d’abord remplacé, le platine de la cathode, par du sulfure de cobalt (CoS), qui est meilleur marché, plus performant, plus stable et facile à produire en laboratoire.
Pour l’électrolyte, l’équipe a créé en laboratoire de toutes nouvelles molécules. De plus, grâce à l’apport du professeur Livain Breau, du Département de chimie, leur concentration a pu être accrue. Le liquide ou gel qui en résulte est transparent; il laisse passer la lumière et améliore ainsi le rendement de la pile. Mais, point majeur : il n’est pas corrosif, ce qui rend la pile stable et commercialement viable.
« Derrière chaque composante, il y a des milliers d’heures de travail », précise le chercheur. Totalement innovatrices, les deux composantes de la pile sont brevetées – au Canada et aux États-Unis – ou sont en instance de brevets – en Europe, en Chine et au Japon.
Pour que ces piles solaires bon marché et viables arrivent sur le marché au plus vite, les chimistes de l’UQAM – dont la spécialité, rappelons-le, est de créer des matériaux – se sont alliés aux meilleurs fabricants de piles sensibilisées par un colorant au monde: l’équipe de Michael Grätzel.
Cette collaboration a donné naissance à deux nouvelles piles. Dans la première, seule la cathode a été remplacée, et le Journal of the American Chemical Society en a fait état en 2009. Dans la deuxième, c’est l’électrolyte transparent qui est utilisé plutôt que le coloré – et c’est la découverte qui vient d’être publiée dans Nature Chemistry, la revue la plus cotée au monde en chimie. « Les commentaires des évaluateurs sont unanimes. Cette pile performante, ni colorée, ni corrosive, est une première! Nous avons réglé d’un coup deux problèmes de taille de la pile suisse ! »
Benoît Marsan a hâte de mesurer les performances d’une prochaine pile qui combinerait cette fois la nouvelle cathode et le nouvel électrolyte. Il croit pouvoir ainsi dépasser largement le taux d’efficacité actuel des piles de ce type et atteindre un coût de production de l’ordre d’un dollar du watt, ce qui ferait du solaire une énergie meilleure marché que le charbon ou le nucléaire. Toute une révolution!
Si les pouvoirs politiques et les investisseurs s’y intéressent, on verra peut-être bientôt des piles solaires signées Marsan et Grätzel un peu partout : sur les calculatrices, les ordinateurs portables, les vêtements, les fenêtres, les matériaux de construction, ou les voitures comme énergie d’appoint.
On aurait aimé savoir quel rendement ils obtiennent, à quel coût, ainsi que la durée de vie du produit. Et eventuellement le delai estimé avant la commercialisation.
Notre génial hurluberlu dit : « Pour concurrencer le charbon et le nucléaire, il faudrait que leur prix soit inférieur à deux dollars du watt. » Admettons que le Wc soit à 2 dollars (1,5 Euros) tout compris (Installation, périphériques et TVA) et comparons avec les filières charbon et nucléaire. En photovoltaïque, avec 1 000 heures par an d’équivalent pleine puissance, une centrale de 1 GW produira 1 TWh par an pendant 20 ans pour un investissement initial de 1,5 milliard d’Euros soit 75 M€/TWh. Pendant leur durée de vie, les centrales à charbon ou nucléaire produiront au moins 7 TWh par an. Une centrale à charbon pouvant coûter aux alentours de 1,5 milliards d’Euros le GW pour une durée de vie de 35 ans, on aura donc 245 TWh pour 1,5 G€ soit 6,1 M€/TWh. Un EPR pouvant valoir de 3 à 5 milliards d’Euros (disons 4), on aura donc le GW à 2,5 G€ pour une durée de vie de 60 ans. Au total on aura 420 TWh et pour 2,5 G€ soit 5,9 M€/TWh. Cette analyse extrèmement simpliste ne concerne que le coût d’investissement initial, mais elle suffit pour cerner les ordres de grandeur. Je voudrai bien que notre génie nous explique avec quelle calculette il trouve le PV à 2 $/Wc concurrentiel avec le charbon et le nucléaire à service rendu équivalent ? A 0,2 $/Wc, par contre, ça prend une bonne tournure. Est-ce une erreur de virgule ?
Bonne remarque de Dan1. A 0,2 $/Wc, par contre, ça prendra une bonne tournure.Je souscris entièrement. Cordialement !
Ouille, encore un qui n’a pas trempé sa plume dans l’encre de la modestie, il y en a de plus en plus à notre époque, qui croient avoir trouvé le Saint-Graal, mdr !!!
En quoi cette pile miracle résout-elle le problème posé par l’intermittence du solaire?
Je ne sais pas si cette découverte est importante, je ne suis pas assez compétent sur le sujet … sur vos calculs en revanche je crois etre capable de dire que ca tient de la bétise… 75 M€ / Tw/h ca ne me parrait pas exhorbitant pour une énergie propre. pour le charbon… ben c bien gentil votre calcul, mais outre le fait que c’est très poluant, votre centrale elle fonctionne a l’air du temps ? parce que nulle part vous n’intégrez le cout de celui ci dans vos calculs… En outre pour que votre calcul fonctionne elle doit etre en fontionnement (à 100%) 80 % du temps, ca me semble beaucoup non ? Les calculs de coins de table c’est utile mais ca trouve ces limites, surtout quand on s’en sert pour traiter les autre de rigolos.
Bonjour, En effet, il s’agit bien de 0,2$ du W et non pas de 2$. Il y a eu erreur et je n’ai pas eu le temps de relire attentivement avant la diffusion de l’article. Désolé. Je crois cependant qu’à 1$ du W, l’intérêt sera là considérant l’impact environnemental négatif du charbon. Ce que l’on doit comprendre c’est que les nouvelles technologies permettront d’accroître de façon très importante l’efficacité de ce type de pile. Des travaux en cours vont dans ce sens. Sincèrement
A EnerZ: Cher EnerZ;le dénommé (via son pseudo) »Bonjour »,(avec statut d’invité),est t’il réellement membre de la rédaction ou est-ce un plaisantin. En tout cas,si jamais il est vrai qu’il s’agit bien de 0,2$ du W et non pas de 2$(il y aurait donc eu erreur de la rédaction).Alors ça serait une très bonne nouvelle à propos du photovoltaique… Maintenant à vous de confirmer (avec votre vrai statut « EnerZ « ,et non pas celui d’invité)si c’est de la part du dit « Bonjour » de l’info ou de l’ intox !!! Cordialement !
Je vous laisse le soin d’apprécier mes méthodes. Sachez simplement qu’aborder globalement l’énergie sans présenter les ordres de grandeur n’a aucun sens et relève de la discussion de coin de table… de bar ! Je suis aussi capable de présenter des calculs plus élaborés en coût complet de fonctionnement pour le nucléaire et le charbon, je l’ai déjà fait abondamment sur Enerzine avec force référence. Faites comme moi, lisez les études de coûts de la DIGEC (dernière publication en 2008). Seulement, il faudrait que notre génie hurluberlu le fasse aussi avec son PV et il ne le fait pas. Il ne parle que du prix d’investissement dans le seul module photovoltaïque et même pas du prix d’installation du Wc prêt à produire. Donc comparons ce qui est comparable. Votre assertion : « 75 M€ /Tw/h ca ne me parait pas exorbitant pour une énergie propre. » ne veut rien dire sans comparaison avec les autres filières dont certaines sont aussi « propres » (et l’éolien ?). Remarque : c’est TWh et non Tw/h (parce que le Watt est une unité dérivée d’un nom propre et qu’une quantité d’énergie s’exprime par la puissance que multiplie le temps). 7 TWh pour un GW de puissance installé, ça représente simplement un fonctionnement de 7000 heures par équivalent puissance nominale et un facteur de charge de 7000 / 8760 = 80 % ce qui est tout à fait moyen pour des grosses installations de production en base. Le charbon et le nucléaire font régulièrement mieux, il n’y a rien d’extraordinaire.
A EnerZ. Précision. Je voulais dire: si Benoît Marsan a réussi à fabriquer une photopile à 0,2$ du W et non pas de 2$.Mais il ne semble pas que ce soit ce que dit l’article.L’intervention de ce dénommé « Bonjour » m’a semble t’il embrouillé,mais enfin c’est pas grave. Cordialement.
Benoît Marsan croit pouvoir atteindre un coût de production(pour les photopiles) de l’ordre d’un dollar du watt crête,voilà ce que dit l’article.Il ne s’agit même pas du prix d’installation du Wc prêt à produire.De plus pour que ce soit sérieusement concurentiel avec le charbon et le nucléaire à service rendu équivalent,ça sera plutôt vers les 0,2 $/Wc.Bref encore des progrés à faire,mais dans quelques temps,ça sera peut-être bien du réellement vrai les 0,2 $/Wc.Un peu de patience,donc,à suivre… Cordialement!
Le principe en est intéressant mais on va s’apercevoir que la durée de vie pose problème , que le rendement n’est pas au rendez vous , que le prix est plus élevé que prévu. Le jour où l’on me fournira des panneaux solaires à 200 euro le kW ,faciles à intaller sans payer un bras pour la pose , j’achète et j’en mets de partout y compris sur ma future voiture électrique. Il s’agit malheureusement d’un probable effet d’annonce classique d’un inventeur à la recherche de fonds pour développer ses travaux préliminaires. MC
Ca baisse de niveau, là! Entre Dan1 qui a décidé depuis quelques jours ne ne parler qu’en cout d’investissement et les erreurs d’un facteur 10, on est mal parti…Il faut se ressaisir!
si ça marche , tous les pros du nucléaires vont se faire griller ! prenez un n° d’ordre, il n’y en aura peut-être pas assez pour tous.
Ce n’est pas moi qui décide de parler en coût d’investissement… c’est l’auteur. Nuance ! S’il veut attaquer sous l’angle de coût complet de production sur la durée de vie libre à lui de nous fournir les données. Dans l’article, il n’y en a aucune. Pour ceux qui savent lire, je reprends les termes de l’article : « « Le coût de production de ces piles est d’environ six dollars du watt produit », estime le chercheur. « Pour concurrencer le charbon et le nucléaire, il faudrait que leur prix soit inférieur à deux dollars du watt. »» Qui parle de coût de production ??
Franchement Dan1 ça vous arracherait la peau des doigts de reconnaitre que pour faire fonctionner une centrale charbon il faut du charbon et que pour faire de l’électricité avec un cycle thermique il faut énormément de maintenance à cause des mouvements mécaniques utilisés ?
Et ne serait-ce que pour installer 1 GW de panneaux solaire (ce qui ferait aux alentours de 600 hectares de surface), ça coûte combien ? Et ensuite pour les faire fonctionner ? Ca lui arracherait la peau de l’intégrer dans la comparaison permettant de concurrencer le charbon.
Respirez un peu, faites quelques pompes … et acceptez de regarder le dynamisme de la R&D dans le domaine du PV ! C’est ce dynamisme qui est important, le futur est en route et les rendements augmentent, pas à pas, …, un peu de joie les amis !
Du calame Dan 1 nous somme ici pour discuter… les 600 hectars sont des desert ..on s en sert meme pas.. De plus il y a deja des panneaux solaire commerciale de Konarka.com . ces panneaux solaire sont flexinles et en plastiques. vous pouvez commander de petits panneaux que tu peux les coller sur votre sac a dos pour charger votre cellulaire. C est vrai que nous sommes pas rendu au rendement global qui dépasse le 10 % mais oon est proche. l essentiel que cette énérgie est propre. je pense que vous devriez ajouter a vos calculs le traitement des dechets nucleaire et le cout de la polution radiative. evidement on jette pas ces dechets chez vous a cote de votre maison mais dans les pays pauvre comme en Afrique.