Énergie solaire

L'article cité dans cette référence vient d'une discussion sur la plateforme de partage de connaissances en ligne Quora, et n'a donc pas été formellement évalué ni publié dans une revue ou un rapport scientifique. Pourtant, il a été largement cité, référencé et republié par Forbes et le New York Times, et l'auteur le présente comme le premier cas où une solution solaire aux besoins énergétiques mondiaux a été proposée et où la faisabilité, le côté pratique et les chiffres d'une « solution Sahara » ont été étudiés. Il a été rigoureusement critiqué et défendu par l'auteur, universitaire et expert du secteur, et soutenu de façon informelle par d'autres universitaires et professionnels du secteur. Certains éléments de la proposition et des calculs associés peuvent être vus comme des calculs hypothétiques « à la louche » ou comme une base pour de vrais scénarios de solutions dans le monde réel, et sont abordés dans ces deux contextes, mais servent ici d'estimation illustrative.

Surtout, l'estimation se base sur la consommation totale d'énergie et suppose l'électrification complète de tous les usages énergétiques, dont le chauffage, les transports et les procédés industriels. La possibilité d'électrifier directement ces usages varie et est parfois peu pratique, voire impossible (même si certains pourraient être alimentés par de l'hydrogène vert produit par électrolyse grâce au solaire). Selon une estimation agrégée (produite par IA), environ 60-70 % de la demande mondiale d'énergie pourraient être électrifiés avec les technologies actuelles et disponibles à court terme, d'après les analyses sectorielles de McKinsey, d'IRENA et des perspectives énergétiques mondiales de l'AIE ^A,B,C, tout en tenant compte des difficultés pratiques. La surface de centrale solaire saharienne nécessaire pour répondre à la demande mondiale d'électricité telle qu'elle est aujourd'hui serait bien plus faible.

L'estimation de 1,2 % du désert du Sahara a été ajustée à 1,5 % pour tenir compte des récentes hausses de la demande mondiale d'énergie (environ 19,6 TW en 2023 ^D,E).

Plusieurs études ont modélisé le potentiel mondial du solaire photovoltaïque (PV) en toiture, mais avec des résultats différents. Une étude ^[19] estime que la surface totale de toits adaptée au PV pourrait produire 27 PWh par an, dépassant la demande mondiale d'électricité de 2018. En raison des variations géographiques et saisonnières de l'ensoleillement, et donc du potentiel PV, la contribution des toits de chaque région à ce potentiel total n'est pas uniforme, c.-à-d. que la capacité d'une région peut être très inférieure à sa demande, tandis que celle d'une autre peut la dépasser et contribuer de façon disproportionnée à l'approvisionnement mondial. Les auteurs estiment qu'au moins 50 % de la surface mondiale des toits serait nécessaire pour répondre à la demande annuelle mondiale d'électricité cumulée entre les régions.

En 2023, la demande mondiale d'électricité a désormais atteint un peu moins de 30 PWh ^F, dépassant le précédent potentiel mondial du PV en toiture indiqué dans [19]. Les besoins totaux en énergie (dont le chauffage, les transports et les procédés industriels, ainsi que l'électricité) atteignaient quant à eux environ 172 PWh ^D,E. Une autre étude ^[20] souligne des incohérences dans la méthodologie de [19] et estime que le potentiel mondial du PV en toiture pourrait atteindre environ 30,5 TW de puissance maximale installable, soit plus de 267 PWh par an, dépassant largement même nos besoins énergétiques totaux. Une troisième étude ^[21] estime que le potentiel mondial du PV en toiture atteindra 175 TWh par an d'ici 2050, un chiffre susceptible de changer selon les différents scénarios d'émissions en cours. Cette prévision suppose d'agrandir les toitures pour accueillir une surface totale de PV bien plus grande que celle actuellement indiquée par [19]. En tenant compte de ces résultats et de leurs méthodes respectives, nous arrivons à la conclusion prudente que seulement la moitié des toits du monde pourrait suffire à répondre aux besoins en électricité de l'humanité.

Dans une étude ^[28], la production d'énergie potentielle d'une couverture maximale de 30 % de la surface par du photovoltaïque flottant (PVF) dans l'ensemble des réservoirs mondiaux (556 111 km² répartis sur 114 555 réservoirs) est estimée à 9 434 TWh par an. Il s'agit d'une estimation prudente, basée sur une couverture limitée de la surface par le PVF (30 %) en raison de contraintes techniques et environnementales. De même, une autre étude ^[29] indique que 25 % de la surface des réservoirs mondiaux pourrait produire 8 000 TWh an^-1. Selon les projections de l'AIE ^G, cela représente au moins un quart de la demande mondiale d'électricité dans un avenir prévisible (presque un tiers de la demande, à la fin de 2023 ^F), et cette capacité pourrait encore augmenter avec la construction de nouveaux réservoirs.

Une étude plus récente ^[30], toutefois, souligne les avancées de la technologie des panneaux solaires qui n'étaient pas prises en compte dans ces études précédentes, notamment les systèmes de suivi du soleil et les panneaux solaires bifaciaux : « Si les systèmes de suivi peuvent accroître les besoins du système en flotteurs et en ancrages et augmenter les coûts globaux, leur important gain d'énergie par rapport aux systèmes à inclinaison fixe, l'évolution des technologies et la baisse des coûts les rendront sans doute plus courants dans les années à venir ». Pour comprendre comment ces nouvelles technologies pourraient fonctionner à l'échelle mondiale, ils ont « analysé la puissance installable et le potentiel de production d'énergie de différentes configurations de PVF, notamment des installations à inclinaison fixe avec différents angles d'inclinaison, différentes approches de suivi, ainsi que différents types de panneaux (monofaciaux ou bifaciaux) sur 249 717 réservoirs intérieurs (artificiels et naturels) dans le monde, d'une superficie totale de 222 623 km² -environ quatre fois plus que ceux analysés dans » ^[28]. Avec ces mises à jour, les auteurs estiment que la puissance totale installable de PVF pourrait atteindre 22 TWc (puissance-crête), ce qui pourrait couvrir toute la demande mondiale d'électricité.

Our World in Data ^[51] compile des données provenant de plusieurs sources, dont IRENA 2024 ^H. Comme indiqué sur la page web, IRENA présente les prix des modules solaires photovoltaïques pour plusieurs technologies différentes. Les données à partir du T4 2013 correspondent au prix annuel moyen des technologies « couches minces a-Si/u-Si », ou à l'indice mondial des prix comme référence pour toutes les technologies solaires, atteignant un prix mondial de 0,31 $/W en 2023. D'autres sources ^I,J,K utilisent comme référence principale la technologie dominante des panneaux monocristallins monofaciaux, dont les prix ont encore plus baissé :

En janvier 2024, le prix des modules à couche mince a-Si/u-Si vendus en Europe est tombé à ~0,16 $/W ^H. En avril 2024, le prix spot mondial des modules monocristallins monofaciaux était de 0,11 $/W ^I. En novembre 2024, les panneaux monocristallins PERC dominants sur le marché et les technologies c-Si TOPCon de nouvelle génération ont atteint respectivement 0,087 $/W, 0,1 $/W et 0,29 $/W en Chine, en Europe et aux États-Unis ^{J,K †}.

^†Les prix à l'export sont généralement plus élevés sur les marchés mondiaux qu'en Chine en raison de la logistique, des droits de douane et de facteurs propres aux marchés régionaux, notamment les Incoterms (FOB pour les exportations chinoises contre DDP pour les États-Unis et l'Europe ^J).

Bloomberg ^[52] indique que le prix moyen mondial des modules est tombé à 0,096 $/W. Par rapport à un prix moyen mondial des modules de 19,48 $/W en 1984 ^[51], les prix des modules ont donc chuté de plus de 99 % en 40 ans.

Pour comparer, le prix moyen des modules aux États-Unis est tombé à 0,29 $/W au T1 2024 ^I. Cela représente une baisse de 96 % en 35 ans, depuis 1989 ^L,M. Les prix plus élevés aux États-Unis sont maintenus par les droits de douane sur les modules chinois et d'autres facteurs liés aux importations ^I.

IRENA Renewable Power Generation Costs 2023 indique que le coût actualisé moyen pondéré mondial de l'électricité (LCOE) du solaire photovoltaïque était de 0,044 USD/kWh. Entre 2010 et 2023, le LCOE moyen pondéré mondial des centrales CSP a baissé de 70 %, passant de 0,393 USD/kWh à 0,117 USD/kWh. Ainsi, en 2023, le LCOE du solaire photovoltaïque à grande échelle représentait un peu plus d'un tiers de celui du CSP. Cependant, les coûts du solaire photovoltaïque continuent de baisser. Entre 2021 et 2023, une seule centrale CSP a été mise en service chaque année, donc ces années ne sont pas forcément représentatives. Comme le déploiement du CSP a ralenti et que la concurrence avec le solaire photovoltaïque est intense, il est plausible que ces centrales aient été des projets avancés, très optimisés, visant à démontrer leur compétitivité. Le LCOE moyen indiqué pourrait donc être plus bas que celui qu'on observerait lors d'une année avec des projets CSP plus classiques ou plus variés.