Le solaire, l’énergie renouvelable qui pourrait -rapidement- nous sauver de la crise énergétique

Atlantico : Un article de Bloomberg l’affirme, la chaîne d'approvisionnement dont nous avons besoin pour atteindre nos objectifs climatiques est déjà en cours de construction, par le biais du solaire et de l’industrie du polysilicium. Quelle est la réalité de la situation ?

Myriam Maestroni : Avant de répondre à la question des approvisionnements il me parait nécessaire de reprendre quelques éléments de marché, car il parait assez difficile de dissocier ces deux questions. Cela est d’autant plus fondamental dans le contexte actuel où il semblerait que nos économies aient découvert leur cruelle dépendance aux importations d’énergie fossiles et notamment au gaz russe. Nous allons d’ailleurs voir qu’il ne faudrait pas passer d’une dépendance aux hydrocarbures à d’autres dépendances qui pourraient hypothéquer nos ambitions de déploiement des énergies renouvelables.

Il est aujourd’hui clairement établi que les énergies renouvelables ont vocation à constituer le socle du nouveau paradigme écoénergétique de la neutralité carbone.  Parmi ces dernières, le solaire et l’éolien sont d’ailleurs devenus les sources d’énergie primaire -permettant de produire de l’électricité- les moins chères du monde, en tout cas dans plus de 90% des territoires de la planète. En 2022, plus de 80% des nouvelles capacités de production électrique renouvelables installées -soit près de 320 gigawatts vs 295 GW en 2021- proviendront de centrales solaires photovoltaïques et éoliennes terrestres, plus compétitives que l’option fossile la moins chère, selon l’Agence Internationale de l’Energie Renouvelable. C’était déjà, d’ailleurs, le cas depuis 2018 contrairement à l’éolien marin -offshore- ou aux centrales à biomasse qui avaient encore besoin d’aides financières. Les hausses spectaculaires des prix des énergies fossiles depuis l’an dernier viennent accroitre ces niveaux de compétitivité déjà ancrés.

L’accroissement de la part des énergies renouvelables, -notamment du solaire qui arrive largement en première position (+133 GW installés en 2021) devant l’éolien (+33 GW installés en 2021), loin devant l’hydroélectricité (+19 GW), les biocarburants (+10GW) ou la géothermie (+1,6GW)-, dans les capacités mondiales de production d’électricité bat de nouveaux records d’année en année.L’Agence Internationale pour l’Energie (AIE) a ainsi prévu que les énergies renouvelables fourniraient 90% de la hausse de production dans les prochaines années, forcément aidées par le déclin de la part des énergies fossiles qui doit s’accélérer dans le contexte de lutte climatique.

Les opportunités de croissance sont donc gigantesques. La part des énergies renouvelables dans le mix électrique encore très en deçà des niveaux visés dans le futur doit forcément s’envoler. En 2021, ces dernières ne représentaient que 28,5% du total de la production électrique mondiale, mais avec, encore, une sur-représentation de l’hydroélectricité, énergie renouvelable historique qui pèse 1230 GW sur une capacité mondiale renouvelable de 3.064GW(soit 40% du total), le solaire arrivant encore en 2^ème position (28% du total avec 849 GW) suivi de l’éolien (27% avec 825 GW) loin devant les autres énergies renouvelables qui représentent moins de 10% -biomasse (143GW), géothermie (16GW) et énergies marines (524MW)-. Cette tendance est mondiale, avec de très fortes disparités entre les différents pays du monde en matière de recours aux énergies renouvelables. Le Brésil, par exemple, est l’un des pays tête de peloton avec 46% de part de renouvelables dans sa consommation d’énergie finale en 2020. L’Inde pourtant accusée pour ses consommations de charbon vient de dépasser 50GW de capacité solaire, en mars 2022 avec des projets qui se multiplient partout sur le territoire… mais reste encore bien loin derrière la Chine qui atteindrait une puissance solaire installée de près de 350 GW.

L’Union Européenne, quant à elle, doit s’attaquer a un énorme chantier pour accroitre la part des renouvelables dans son mix d’énergie finale et électrique. Aujourd’hui ces dernières représentent, en moyenne, 22% de la consommation finale d’énergie mais cette proportion cache également une réalité d’écart type difficile à imaginer. Certains pays ne comptent vraiment qu’à la marge sur le renouvelable avec plus ou moins 15% -Malte 11%, Luxembourg 12%, Belgique 13%, Hongrie et Pays Bas 14%, Pologne et Irlande 16%) tandis que d’autres tels que la Suède compte sur les énergies renouvelables rpour produire 60% de sa consommation finale. Curieusement d’autres pays nordiques montrent également la voie, notamment l’Islande qui produit 83% de sa consommation finale à partir d’EnR ou la Norvège, pourtant pays producteur de pétrole-, pour qui elles comptent pour 70%.^[1]. 

A horizon 2030, la part des EnR dans l’Union Européenne devrait atteindre 40% a minima. C’est en tout cas l’objectif fixé au niveau européen par la feuille de route initiale du FitX55 à horizon 2030. Notre pays a un énorme effort à réaliser en la matière. Pointée du doigt comme étant le seul pays européen à n’avoir pas atteint le niveau de 23% que lui fixait la directive européenne^[2] de 2009, pour 2020, la France affiche 19% d’énergies renouvelables dans sa consommation brute d’énergie, et doit désormais atteindre 32% en 2030 ( 40 % de la production d’électricité d’origine renouvelable en 2030). 

Bref, le tournant des énergies renouvelables est pris. On est face à une course contre la montre, boosté par l’urgence climatique d’une part, et les tensions d’approvisionnement et les prix des énergies fossiles, d’autre part. Cela va se traduire par des niveaux d’hyper croissance de ces marchés de production d’énergies renouvelables, dont celui du solaire qui pourrait voir sa part quadrupler d’ici à 2040 avec des niveaux d’investissements extrêmement significatifs. 

La question de la chaine d’approvisionnement est bien désormais celle de pouvoir faire face à une telle croissance en réussissant garantir les quantités nécessaires, la fiabilité et la diversité des approvisionnements, afin de pouvoir construire au mieux et au plus vite les capacités de production nécessaires. 

Pour faire face à cette immense demande, la clef de voute de la chaine d’approvisionnement est, notamment, la disponibilité des panneaux solaires qui eux-mêmes requièrent des cellules photovoltaïques capables de transformer la radiation solaire en électricité. Ces cellules sont issues du silicium appelé monocristallin quand il provient d’un seul cristal de silicium homogène ou polycristallin s’il provient de plusieurs cristaux de silicium (on parle également de multicristallin ou de polysilicium ou de Poly-Si). Les technologies cristallines à base de silicium restent aujourd’hui les plus utilisées même si on voit se développer des technologies "couches minces" ou basées sur l’utilisation de colorants ou de matériaux organiques.

Si on regarde plus spécifiquement la production et la disponibilité de silicium, on constate que cette dernière a connu une croissance relativement stable, autour de 5% annuel, sur les 30 dernières années. Cependant c’est la Chine, qui en ayant fortement investi pour développer ses capacités de production, est devenue le plus gros producteur mondial avec 2,2 Mt en 2019. Le pays a ainsi vu sa part dans le production mondiale passer de 30% en 2000 à 71 % en 2019, suivi par le Brésil (200 kt), la Norvège (170 kt), les États-Unis (135 kt), et la France (100 kt). La Chine, qui dispose d’importantes capacités de production de silicium continue d’ailleurs à investir massivement^[3], et utilise sa production pour satisfaire sa propre demande intérieure (solaire et autres industries) en forte expansion et le reste est exporté, avec des réserves de surcapacités. Ainsi, même si la série actuelle d’usines de silicium polycristallin ne fonctionne que 70% du temps (chiffre qui peut également varier pour des raisons d’approvisionnement en énergie), la chaîne d’approvisionnement solaire nécessaire pour déployer des capacités suffisantes pour renoncer aux énergies fossiles est effectivement déjà en construction et va continuer à se développer. Néanmoins, le risque de dépendance vis-à-vis de la Chine est majeur, car les grands fabricants chinois intégrés contrôlent plus de 90% du marché mondial des wafers, de cellules et de modules, ainsi qu’une grande partie des onduleur solaires aux côtés de quelques pays d’Asie du Sud-Est. Il faut, par ailleurs, noter que près de la moitié de la production chinoise de silicium polycristallin se fait au Xinjiang, où la production de panneaux est soumise à une interdiction d’importation des Etats-Unis, en raison de préoccupations concernant le recours au travail forcé. 

L’enjeu est d’autant plus délicat que, depuis une quinzaine d’années, les fabricants de photovoltaïque en Europe (tels que Q Cells ou SolarWorld…) ont disparu et que les investissements prévus ont été stoppés (c’est le cas de Bosch qui a renoncé à investir 2 Mds d’€ en Allemagne). En clair, l’Europe pourrait ne plus vraiment être en mesure de fabriquer elle-même les composants nécessaires à une accélération massive de ses capacités photovoltaïques, même si elle continue d’afficher d’importantes dépenses en R&D en la matière et serait donc dépendante des importations. 

La mesure du problème a été prise, car en mars 2022, la commissaire européenne à l’énergie Kadri Simson s’est engagée à faire « tout ce qu’il faut » pour s’assurer que la fabrication du solaire soit relocalisée dans la région, et on a vu apparaitre de nouveaux acteurs, qui, pour émerger, devront déployer des capacités de production annuelle de l’ordre de plusieurs gigawatts pour avoir le moindre impact sur le marché et devenir compétitifs par rapport à leurs concurrents asiatiques. On a également vu arriver sur le marché des entreprises turques, en passe de mettre en place des capacités de production de cellules et de modules de l’ordre de 2 à 2,5 GW, sans subventions directes de l’État. L’une d’entre elles, Smart Solar Technology, a été fondée en 2009 en Bulgarie. En 13 ans d’existence, l’entreprise a d’abord été producteur d’énergie indépendant dans l’est de l’Europe, puis également contractant EPC fournissant des services à des tiers dans cette région en 2013-14, avant de se lancer dans la fabrication de modules en 2016-17.

À l’origine, la capacité annuelle de production de l’usine de modules, située à l’est d’Istanbul, était d’environ 400 MW. Depuis, l’usine a augmenté sa capacité à deux reprises et produit aujourd’hui des modules à la pointe de la technologie totalisant plus de 1 GW par an.

Plus généralement, la volonté de construire des panneaux solaires localement plutôt que de dépendre de Pékin commence à prévaloir aux États-Unis, en Inde ou en Arabie saoudite en passant par l’Indonésie. Affaire à suivre… 

Est-il réaliste d’imaginer que, comme le pense l’industrie du polysilicium, on installe pour 1TW d’énergie solaire chaque année ?

Selon Yali Jiang de Bloomberg NEF les capacités actuelles devraient permettre de fabriquer 940 GW de panneaux solaire chaque année (soit un niveau environ équivalent à la capacité cumulée installée à date). C’est sur cette base, que Bloomberg réalise un calcul avec les hypothèses suivantes : en produisant de l’électricité 20% du temps (un chiffre assez typique pour l’énergie solaire), 940 GW de panneaux connectés seraient suffisants pour fournir environ 5,8% de la demande mondiale actuelle d’électricité, puis 5,8% l’année prochaine, et la suivante.

Cela équivaudrait, selon Bloomberg, à ajouter à la production de l’ensemble du parc mondial l’équivalent de 438 centrales nucléaires tous les 20 mois.

Bloomberg reprend des données de l’AIE et du FMI qui considèrent qu’en théorie « seulement » 630 GWc d’énergie solaire seraient nécessaires chaque année de 2030 à 2050 pour que les émissions mondiales atteignent zéro net. Cette étude publiée par l’AIE en mai 2021 met, en effet, en avant, un scenario permettant d’atteindre la neutralité carbone d’ici à 2050. Ce dernier estimait que les énergies solaire photovoltaïque et éolienne devraient représenter 70 % du mix électrique à cette date. Cela supposerait de multiplier par 4 le parc solaire et éolien actuel pour atteindre 630 GWc par an pour le solaire (vs 134 GWc en 2020) et 390 GW pour l’éolien d’ici à 2030. Pour le photovoltaïque, cela équivaudrait à installer chaque jour plus de 1000 MWc , « soit l’équivalent des plus grands parcs solaires actuels », précise l’AIE. Le nombre de foyers possédant des panneaux photovoltaïques en toiture devra passer de 25 millions en 2020 à 100 millions en 2030 puis à 240 millions en 2050. L’objectif étant d’aboutir à cette date à une « économie dominée par les énergies renouvelables », qui représenteraient 90 % du mix électrique, dont 70 % pour l’éolien et le solaire et la majeure partie du reste en nucléaire. L’AIE, dans une étude conjointe avec le Fonds Monétaire International (FMI) chiffrait l’investissement pour y parvenir entre 2 000 et 5 000 milliards de dollars par an d’ici 2030. 

Dans la pratique et indépendamment des plans du secteur du silicium polycristallin, aucun prospectiviste ne prévoit actuellement 940 GW d’installations solaires en 2025, ou 2030, ou dans un avenir proche. La propre estimation centrale de BloombergNEF est de 461 GW en 2030. Néanmoins de telles estimations sont régulièrement révisées à la hausse en ce qui concerne l’énergie solaire(les prévisions de l’AIE en 2017 pour la capacité de 2022 étaient environ 40% inférieures à celles où nous en sommes actuellement), et on ne peut donc écarter aucune hypothèse. 

Ces quantités supposent également, au-delà du polysilicium, de produire de plaquettes, les fabricants de cellules et les fabricants de modules ne puissent atteindre le même rythme de production. Les chiffres sur ce front sont largement supérieurs à la demande, mais bien en deçà d’un rythme net zéro. 

La dépendance à la Chine en la matière est-elle notre principal frein ?

C’est un sujet majeur, car on a du mal à imaginer passer d’une dépendance aux pays producteurs d’énergies fossiles aux pays disposant des filières industrielles nécessaires à la transition énergétique dont la fabrication des panneaux photovoltaïques.

Au-delà de cet aspect majeur, il s’agit également d’accélérer les démarches administratives d’obtention des permis nécessaires à la construction des centrales de production. En effet, les obstacles réglementaires et la dilatation des délais sont susceptibles d’être la contrainte beaucoup plus grande sur l’énergie solaire que les goulots d’étranglement dans la chaîne d’approvisionnement de la fabrication. Dans le réseau PJM dans le nord-est des États-Unis, 24% des générateurs à combustibles fossiles qui ont postulé depuis 2017 ont reçu l’autorisation de se connecter au réseau, contre un taux de 0,4% pour les projets renouvelables, selon BloombergNEF.En France, il y a, à peine quelques jours, Eric Scotto, le président d’Akuo,soulignait l’intérêt des renouvelables « épargnés par la volatilité du prix des intrants et des possibles décisions géopolitiques », tout en invitant à « simplifier drastiquement les procédures administratives en France et plus largement en Europe ».

Le niveau et la priorisation dans le fléchage des investissements est un sujet également majeur. 

Enfin on aura certainement besoin d’impliquer les citoyens consomm’acteurs. Trop longtemps négligée l’option de production d’électricité par les particuliers avec de véritables gisements d’autoproduction et d’autoconsommation latents est indispensable à creuser. En fonction des régions un panneau solaire de 10m2 produit entre 850 et 1350kWh d’électricité par an^[4]. C’est loin d’être anecdotique puisque selon la CRE (Commission de Régulation de l’Energie) la consommation moyenne d’électricité par foyer en France est de 4.679kWh/an. Le niveau d’autoproduction peut donc représenter de de 15 à 30% de la consommation moyenne. Bien entendu le rendement peut varier en fonction des régions qui ne sont pas toutes égales en termes d’ensoleillement, de la puissance des panneaux (exprimé en Wc -watts-crête) ou de l’exposition du toit au soleil. En France plus de 4 millions de logements sont éligibles à l’installation de panneaux solaires pour leur autoconsommation mais on est à moins de 200.000 installés. L’autoconsommation collective est également une piste très importante à développer mais qui n’en est pourtant encore qu’à ses balbutiements. 

Aux Etats-Unis, l'Inflation Reduction Act prévoit un dispositif visant à renforcer les dispositions du "Solar Energy Manufacturing for America Act". Les aides à la production de panneaux solaires sous forme de crédits d’impôts pourraient aller jusqu'à la moitié du coût d'un module afin de contribuer à la constitution d’une capacité de production domestique de 50 GW par an d'ici 2030. 

En définitive, le net zéro est-il atteignable en misant, notamment, sur la filière solaire ?

En théorie c’est possible. Dans la pratique il existe plus de 100 scénarios crédibles de net zéro à 2050, dont ceux de l’AIE. Tous supposent de renoncer aux énergies fossiles en stoppant les investissements dans de nouvelles installations pétrolières et gazières (hormis les projets déjà approuvés), ainsi que dans de nouvelles centrales à charbon qui n’ont pas prévu de système de captage et de stockage de CO₂ (CCUS).Tous parient également sur l’accroissement sensible de la part des énergies renouvelables dont le solaire ayant vocation à se développer fortement comme on l’a déjà expliqué. En outre, il faut augmenter l’efficacité énergétique de 4 % par an a minima(selon l’AIE) dès la décennie 2020-2030 (soit trois fois plus que pendant la décennie 2010-2020), puis revenir à un rythme de 2,7 % entre 2030 et 2050. Avec la guerre ukrainienne, on a vu que le levier de l’efficacité énergétique trop longtemps négligé devenait très important, en espérant qu’il pourra s’inscrire dans la durée et avec des mesures allant au-delà de la sobriété forcée.

L’Agence internationale de l’énergie anticipe un système énergétique de 2050 très différent de celui d’aujourd’hui. « La demande globale en énergie aura diminué de 8 % et la demande en électricité aura doublé », souligne l’organisation. Dans 30 ans, l’économie misera également sur d’autres énergies, « les besoins en hydrogène devraient ainsi être multipliés par six ». Enfin on doit s’attaquer à l’amélioration des puits de carbone naturels et artificiels, avec également l’émergence de systèmes de capture de CO2 directement dans l’atmosphère qui pourraient également contribuer. Bref, les pistes pour parvenir au « net zero » sont aujourd’hui clairement identifiées, reste à bien caler les meilleures politiques de mise en œuvre possibles et à flécher les investissements en conséquence…. et ce, tout au long des chaines d’approvisionnements avec des filières à créer ou a recréer, des enjeux de relocalisation (ou démondialisation) forts qui suppose notamment de gros efforts de coordination et de planification, une plus grande agilité dans les décisions et les autorisations administratives, véritables parcours du combattant, mais aussi et surtout une mobilisation des talents et de compétences nécessaires et pas forcément encore au rendez-vous.