Tour d'horizon de l'énergie solaire thermique et de ses perspectives d'avenir en France

Arriver à en valoriser une partie, tel est l'enjeu de la filière solaire thermique.

Le principe de la filière solaire thermique repose sur la conversion du rayonnement solaire en énergie calorifique. En France et plus généralement en Europe, la moitié de l'énergie totale produite est consommée sous forme de chaleur. Cette filière semble ainsi être une candidate idéale pour relever les objectifs environnementaux que se sont fixés les pays européens.
Comment fonctionnent ces équipements ? Pour quelles performances et pour quel prix ? Pourquoi cette filière si prometteuse ne se développe-t-elle pas davantage ?

Le solaire thermique se distingue de la filière photovoltaïque en utilisant la chaleur transmise par le rayonnement plutôt que le rayonnement lui-même. Son principe de fonctionnement est simple : le rayonnement solaire est capté et chauffe un fluide caloporteur. A la différence du solaire thermodynamique où cette chaleur est ensuite destinée à alimenter un cycle vapeur produisant de l'électricité, dans le cas du solaire thermique, le fluide est soit envoyé vers le circuit d'eau du chauffage ou de l'ECS (Eau Chaude Sanitaire), soit envoyé dans un circuit de production de froid.

Les systèmes de climatisation solaire quant à eux sont une alternative prometteuse aux systèmes classiques : consommation, niveau sonore et impact environnemental sont en effet beaucoup plus faibles que pour les systèmes actuels. La technologie reste cependant marginale principalement en raison de son coût (2 500 euros le kW de froid pour une climatisation solaire, contre 800 euros pour une installation classique, source Tecsol) avec seulement environ 80 installations en Europe aujourd'hui. Toutefois, elle est promise à un bel avenir. A la différence des besoins en chaleur, les besoins en froid correspondent aux périodes de l'année où l'intensité du rayonnement solaire est la plus forte, ce qui permet une meilleure exploitation des équipements.
Dans le contexte de transition énergétique actuel, ces technologies, au principe de fonctionnement simple, possèdent un avantage certain.

La filière solaire thermique affiche une performance environnementale très attractive avec un impact très limité en matière de GES ou de pollution visuelle. A la différence de certains moyens de production d'énergie renouvelable comme le photovoltaïque ou les champs éoliens, les technologies du solaire thermique utilisent des matériaux neutres et s'intègrent bien dans le paysage. Son acceptabilité sociale est ainsi très bonne.
Ces technologies « vertes » pourraient ainsi contribuer à réduire l'empreinte écologique des pays et leur permettre de respecter les engagements de réduction de 20% des émissions de gaz à effet de serre fixés pour 2020.

Le solaire thermique est une source d'énergie intermittente. Sur une journée, le soleil ne fournit de l'énergie aux capteurs que quelques heures et ce avec une intensité variable. Il est donc nécessaire pour le bâtiment de posséder soit une capacité de stockage, soit une inertie suffisante afin de subvenir à ses besoins en chaleur. Sur une année, l'intensité du rayonnement solaire varie de façon conséquente d'une saison à l'autre. Ceci soulève des difficultés techniques de dimensionnement des infrastructures afin de pouvoir répondre suffisamment aux besoins en hiver sans pour autant provoquer des surchauffes du système en été. En période froide, le soleil ne couvre que partiellement les besoins en chauffage, les solutions du stockage inter-saisonnier n'étant actuellement pas compétitives, une source d'énergie d'appoint apparaît pour le moment comme indispensable.

Cette nécessité de posséder un dispositif d'appoint dégrade sensiblement la rentabilité et donc l'attractivité des technologies thermiques. Actuellement, malgré les aides financières disponibles, ces technologies n'ont toujours pas atteint un seuil de rentabilité économique acceptable. L'investissement initial important constitue un frein majeur pour la majorité des investisseurs. Par ailleurs, les propriétaires de logements en location ne sont pas incités à réaliser des investissements importants pour diminuer la facture d'énergie de leurs locataires. Enfin la filière aval manque de personnel qualifié, notamment pour l'installation de ces équipements. En résultent des problèmes lors des installations et des actions de maintenance qui réduisent les performances techniques et économiques des systèmes solaires thermiques.
Ces barrières économiques et techniques seront amenées à être levées dans un futur proche avec les progrès techniques et les économies d'échelle potentielles. A titre d'exemple, le coût de production de l'eau chaude sanitaire diminue chaque année et devient de plus en plus compétitif. En France, le coût moyen de production de l'ECS est estimé entre 7 et 12 c le kWh (source Acqualys) selon les sources d'énergies. Ces coûts de production se rapprochent de ceux de la filière solaire thermique et on entrevoit déjà dans certaines régions françaises, un début de rentabilité pour ces installations.

Le solaire thermique suscite l'intérêt dans de nombreux pays. Que ce soit la Chine, leader sur le marché, qui multiplie les installations pour la production d'ECS, l'Allemagne qui se positionne sur le marché et investit massivement ou encore le Danemark qui jumelle ces moyens de production d'énergie thermique avec des réseaux de chaleur pour améliorer leur rentabilité économique, ces pays investissent et croient au développement de cette filière. Dans ce contexte, quel avenir pour le solaire thermique en France ?

Notes

(1) L'énergie finale ou disponible est l'énergie livrée au consommateur pour sa consommation finale (essence à la pompe, électricité au foyer,...).
(2) LCOE : Levelized Cost of Energy est le coût de l'électricité produite en prenant en compte le capital investit, les coûts d'opération, de maintenance, des matières premières utilisées ainsi que le coût d'actualisation.
(3) Estimation par le logiciel calsol de l'INES. Estimations réalisées pour une installation CESI avec ballon de 200 litres et 4m² de panneaux inclinés à 45° et orientés sud.