Le potentiel énergétique du soleil est colossal, mais peu exploité. Il envoie 10 000 fois plus d’énergie que ce que l’homme utilise. Les végétaux, quant à eux, récupèrent un millième de cette immense source d’énergie. Du photovoltaïque aux « promesses » de la photosynthèse artificielle, en passant par les biocarburants et la biomasse, zoom sur les procédés d’exploitation de l’énergie solaire et leur potentiel…

L'avis de Pierre Joliot

Professeur honoraire au Collège deFrance, ancien titulaire de la chaire de bioénergétique cellulaire, Pierre Joliot est membre de l’Académie des sciences et de la National Academy of Sciences américaine. Depuis son enfance, la recherche est pour lui une activité proche d’une démarche artistique, une aventure. Spécialiste de la biologie des plantes, il s’est consacré aux mécanismes de conversion et de transfert d’énergie dans l’appareil photosynthétique.

Le soleil représente une source d’énergie inépuisable. Il est à l’origine de la plupart des sources d’énergie disponibles à la surface du globe si l’on excepte le nucléaire et la géothermie. Que sait-on faire aujourd’hui à partir de l’énergie solaire et où en est la recherche ?

Des techniques de récupération d’énergie diversifiées

Parmi les méthodes permettant de récupérer directement l’énergie solaire, trois voies sont actuellement opérationnelles :
- la production d’eau chaude par capteurs. Elle fournit une énergie d’appoint permettant le chauffage des habitations et la production d’eau chaude domestique. Il s’agit de la méthode la moins coûteuse actuellement disponible ;
- les centrales thermiques hautes températures (1 000 °C ou plus). Elles impliquent la concentration de l’énergie solaire par de grands miroirs qui doivent être implantés dans des régions très ensoleillées, de préférence désertiques. Cette technique implique un transport ;
- le photovoltaïque. Il représente la voie la plus prometteuse. Ses limites actuelles ne sont pas d’ordre technique mais économique. On peut espérer que les progrès technologiques permettront de baisser significativement les coûts de production. Dès à présent, dans les zones à faible densité de population, la production d’électricité photovoltaïque représente un appoint significatif. De plus, dans les pays pauvres, une telle production peut répondre aux besoins de première nécessité. Les deux dernières voies nécessitent un stockage (dans la première, c’est le ballon d’eau chaude qui joue ce rôle).

La photosynthèse, source d’énergie renouvelable

Qu’en est-il de la réaction photosynthétique qui assure la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique ? La photosynthèse garantit à la fois la synthèse de produits organiques, le recyclage du gaz carbonique et la régénération de l’oxygène, activités indispensables au maintien de la vie sur terre. On envisage aujourd’hui de produire des énergies renouvelables – essentiellement des biocarburants – par transformation de la biomasse produite par la photosynthèse. La fraction de l’énergie solaire stockée sous forme de matière organique dans les végétaux est le plus souvent inférieure à 1 %. Ce maigre bilan énergétique peut devenir négatif lorsque l’on tient compte de l’énergie consommée lors de la mise en culture, de la récolte du conditionnement et, surtout, si l’on ne collecte qu’une fraction de la matière organique (du maïs ou de l’huile de colza par exemple). Les surfaces et les litres d’eau nécessaires pour produire des quantités significatives de biocarburants introduiraient une compétition inacceptable avec les cultures vivrières, alors qu’une fraction importante et toujours croissante de la population mondiale souffre de sous-alimentation. La seule politique raisonnable consiste donc à améliorer les conditions de récupération et de mise en valeur du bois, ainsi que des résidus de cultures vivrières qui contribuent déjà à hauteur de 10 % à la production mondiale d’énergie.

La photosynthèse artificielle, une méthode proche d’un mode de communication

Enfin, il reste la photosynthèse artificielle. Elle est souvent présentée comme une source d’énergie concurrente de la production photovoltaïque. Il faut tout d’abord rappeler que l’appareil photosynthétique est issu de milliards d’années d’évolution. Comme l’a remarqué François Jacob¹, la photosynthèse, comme tous les grands processus biologiques, représente un « bricolage génial » de la nature, à l’opposé d’un projet d’ingénieur. Ce processus met en oeuvre une cascade de mécanismes de transfert et de conversion d’énergie, subtilement intriqués les uns dans les autres, et il serait vain de tenter de l’imiter. Le terme de « photosynthèse artificielle » reste vide de sens sur le plan technique et relève davantage de la communication. En revanche, il semble possible d’imiter certains éléments présents dans l’appareil photosynthétique comme, par exemple, ceux impliqués dans la décomposition de l’eau en hydrogène et en oxygène. La plupart des pigments susceptibles de capter la lumière ont une durée de vie limitée, car l’absorption répétée de photons s’accompagne de processus de photodestruction progressive (c’est un phénomène de ce type qui est à l’oeuvre quand une affiche jaunit sous l’effet d’une exposition répétée à la lumière).

La recherche doit être poursuivie

De tels processus se produisent dans l’appareil photosynthétique, mais celui-ci est régénéré en permanence par la machinerie cellulaire au prix d’une consommation d’énergie importante. C’est pourquoi il semble justifié de maintenir un potentiel de recherche dans le domaine de la conversion photochimique de l’énergie solaire. Cependant, il paraît peu probable que cette filière puisse entrer en concurrence avec la production d’énergie photovoltaïque mettant en jeu un processus physique relativement simple et dont la faisabilité est déjà bien établie.

1. Biologiste français, il a reçu le prix Nobel en 1965 (avec André Lwoff et Jacques Monod) pour ses travaux en génétique.