Planète 4 min
Les plastiques font le plein d’énergie
Formidable paradoxe ! Alors qu’il faut moins de 5% de la production de pétrole pour couvrir notre consommation de plastiques, une quantité minime de ces matériaux polymères permet aujourd’hui de préparer la transition énergétique.
Les plastiques font le plein d’énergie
Les plastiques font le plein d’énergie

Les plastiques sous le soleil, exactement

Photovoltaïque, le plastique prend le dessus

Héritière des technologies spatiales des années 60 basées sur le silicium, la filière photovoltaïque a longtemps privilégié la performance au détriment du coût. Depuis la crise de 2008 et la percée des fabricants asiatiques, le secteur concentre cependant ses efforts sur des matériaux semi-conducteurs moins chers à produire et à mettre en œuvre. Même si leur rendement, à surface égale, est inférieur à celui des cellules silicium de première génération, le seul juge reste le coût, in fine, de l’électricité. 
Dans ce contexte, les plastiques, longtemps cantonnés à un rôle passif, ont pris une part plus active à la conversion de l’énergie photovoltaïque.

 

À l’éthylène acétate de vinyle (EVA) destiné à encapsuler les cellules en silicium cristallin et au polyfluorure de vinylidène (PVDF) des films de protection de la sous-face des panneaux, a succédé le polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Il occupe un rôle de premier plan, au propre comme au figuré, dans la couverture des modules photovoltaïques « à basse concentration ». Ce polymère hautement transparent permet en effet, de concentrer la lumière sur de minuscules cellules. Elles produisent ainsi plus d’énergie sur des panneaux contenant trois fois moins de silicium… Et, donc, bien plus légers !

L'effet photovoltaïque

L’effet photovoltaïque, transformation de l’énergie solaire en électricité, est un phénomène physique propre à certains matériaux, les semi-conducteurs qui, exposés à la lumière, produisent de l’électricité. 
Élément de base de ce processus, la cellule photovoltaïque est constituée de deux couches d’un matériau semi-conducteur, comme le silicium, recouverte chacune, d’une électrode métallique. 
Pour améliorer sa conductivité, ce semi-conducteur est dopé avec du phosphore et du bore, de manière à le rendre, d'un côté plus riche en électrons et donc chargé négativement et de l’autre, plus pauvre en électrons, donc chargé positivement. 
Il suffit alors de connecter les électrodes pour que les molécules de chaque couche, une fois excitées par la lumière, recombinent leurs électrons à travers le circuit en produisant au passage un courant électrique.

Vers un photovoltaïque 100% organique

Les technologies «couches minces» consistent à déposer quelques microns de matériaux semi-conducteurs métalliques sur un support bon marché, souple ou rigide. Elles ont ouvert un nouveau champ d’applications à certains polymères, comme les polyimides ou les polymères fluorés, seuls capables de supporter les températures des traitements par vaporisation sous vide ou par laser.
L’avènement du photovoltaïque 100 % « organique » marque une nouvelle étape. Ce n’est plus seulement le support mais les cellules qui sont composées de deux polymères... Lesquels sont semi-conducteurs. L’un, le polythiophène, est utilisé comme donneur d’électrons, l’autre, de type fullerène, comme accepteur. Ils sont encapsulés entre deux couches minces métalliques qui font office d’électrodes.

Les panneaux organiques sont fabriqués avec des procédés d’enduction, voire d’impression en continu. Ces techniques, plus sobres en matériaux ont permis de réduire considérablement les coûts des panneaux. Seule ombre au tableau, une durée de vie moindre, de 5 ans maximum et un taux de conversion de 4 à 6% bien loin des 20 années d’énergie, avec un rendement de 15 à 20% obtenus avec les bons vieux panneaux de silicium.

Les polymères gagnent de la surface

Avec ces performances énergétiques encore modestes, le photovoltaïque « organique » s’adresse plutôt aux objets nomades et high-tech, à obsolescence rapide. Son avenir, dans des applications plus durables, comme celles de l’habitat, n’est pas pour autant compromis. Des variantes sont envisagées.
Grâce à l'utilisation de cellules hybrides, organiques et inorganiques, comportant une couche centrale en "pérovskite" - un matériau minéral assez bon marché – le rendement énergétique des panneaux pourrait atteindre les 20% et rivaliser avec celui du silicium.
La voie « organique » est également sollicitée dans le registre de l’esthétique, avec de nouveaux procédés, plus facile encore à intégrer aux constructions. En 2013, Mitsubishi Chemical a annoncé la commercialisation de cellules photovoltaïques en spray… Donc invisibles.

Le Centre suisse d’électronique et de microtechnique s’apprête à commercialiser une sorte de bardage blanc dont la surface composée d’un polymère nanostructuré convertit la lumière captée sur toute l’enveloppe des bâtiments. Quant à l’université du Michigan, elle vient de mettre au point un vitrage photovoltaïque transparent composé de molécules organiques qui ne convertit que les rayons invisibles de la lumière.

Ne pas confondre puissance et consommation

Le watt (W) est l’unité utilisée pour quantifier la puissance, le flux énergétique ou thermique. En électricité, le watt est l'unité de puissance d'un système débitant ou absorbant une intensité de 1 ampère sous une tension de 1 volt.
•    Le kilowatt (kW), soit 1 000 watts, est l'unité utilisée pour la puissance des moteurs électriques ou thermiques.
•    Le mégawatt (MW), soit un million de watts, est l'unité de référence pour les générateurs de forte puissance comme l'usine marémotrice de la Rance dont la puissance est de 240 MW.
•    Le gigawatt (GW) correspondant à un milliard de watts est utilisé pour un réacteur nucléaire dont la puissance moyenne est de 1 GW.
•    Le térawatt (TW) soit 1000 milliards de watts est utilisé pour des évaluations de puissances à échelle globale.

Kilowatt (KW) et kilowatt-heure (KWH)

Il ne faut pas confondre le kilowatt (kW), unité de puissance, avec le kilowatt-heure (kWh), unité qui correspond à la consommation d'énergie d'un appareil d'une de puissance de 1000 watts (1 kW) pendant une heure.
Avec 1kWh, on peut regarder la télé entre 3 et 5h, travailler un jour et demi avec un ordinateur portable, faire fonctionner son réfrigérateur pendant une journée, cuire un poulet au four, se raser 2 fois à l'eau tiède, lancer un cycle de lavage du linge ou s’éclairer jusqu'à une journée et demie …

Quelques ordres de grandeur


•    Téléviseur : puissance = de 80 à 300 W – consommation annuelle ± 88 kWh
•    Lave-linge : puissance = de 500 W à 3 kW - consommation annuelle ± 406 kWh
•    Une personne dans un studio : puissance installée 3 kW - consommation annuelle ± 3500 kWh
•    Une famille de 4 personnes dans une maison : puissance installée = 12 à 15 kW - consommation annuelle ± 22500 kWh (soit 15000 kWh pour le chauffage + 4000 kWh pour son eau chaude + 3500 kWh pour son électricité domestique (éclairage, électroménagers...)
•    Une ville de 2000 habitants : puissance installée  ± 2 à 3 MW - consommation annuelle ± 4,5 GWh

Cet article vous a plu ? Vous allez aimer les suivants !
  • Agir pour la Maison Passive
    Planète 4 min
    Agir pour la Maison Passive

    La maison passive, c'est une voie pour l'Europe et un boulevard pour les plastiques. A partir de 2019, toutes les nouvelles constructions européennes devront produire plus d’énergie renouvelable que c...

  • Quand les plastiques subliment ce que nous donne la nature
    Planète 5 min
    Quand les plastiques subliment ce que nous donne la nature

    Qu’est-ce l’énergie durable ? En bref, il s’agit de transformer, souvent en électricité, l’énergie que nous fournissent le soleil, les vents, les courants aquatiques, ou encore la chaleur des sous-sol...

  • Les plastiques veillent au grain
    Planète 5 min
    Les plastiques veillent au grain

    Les exploitants agricoles semblent bien avoir trouvé la recette miracle pour améliorer leurs rendements, et ce en utilisant moins de pesticides et en régulant leur consommation d’eau. Leur formule mag...