fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université Leibniz de Hanovre (Leibniz University Hannover) en Allemagne et de l'Université de technologie de Lappeenranta-Lahti (LUT University) en Finlande ont procédé à une revue systématique de 60 études de recherche sur la transition énergétique évaluées par des pairs. La plupart des études estiment qu'à l'horizon 2050, le solaire photovoltaïque et l'éolien représenteront ensemble 80 % à 99 % de la production d'électricité ; les résultats des modèles concernant la part du photovoltaïque seul varient quant à eux entre 5 % et 98 %. Ces écarts de conclusions proviennent principalement du nombre d'heures de pleine charge solaire dans chaque pays, des hypothèses technico-économiques retenues par les modèles et du degré de complexité de la modélisation.
Cette étude est intitulée « Perspectives du solaire photovoltaïque comme source d'énergie dominante à l'avenir dans des scénarios de transition vers des énergies hautement renouvelables ». Les 60 études incluses ont toutes été évaluées par des pairs, chacune couvrant au moins les secteurs de l'électricité, de la chaleur et des transports, et fixant un objectif d'au moins 95 % d'approvisionnement en énergies renouvelables d'ici 2050. Outre la synthèse des conclusions de chaque étude, ce travail analyse en particulier les hypothèses clés à l'origine de la divergence des résultats. Dans un contexte où le monde cherche à limiter le réchauffement bien en dessous de 2 °C, la décarbonation des systèmes énergétiques dépend fortement du solaire photovoltaïque et de l'éolien ; le photovoltaïque pénètre le système énergétique à un rythme qu'aucune autre source d'électricité n'a jamais connu dans l'histoire, grâce à la baisse des coûts, à sa disponibilité quasi universelle et à la diversification de ses applications.
Les hypothèses de coûts constituent une cause importante des divergences entre les conclusions des différents modèles. Dans les études examinées, les dépenses d'investissement (capex) pour le photovoltaïque à grande échelle à l'horizon 2050 sont fixées entre 151 euros (174,1 dollars) par kilowatt et 720 euros par kilowatt, environ 18 % de ces études supposant encore un niveau supérieur à 500 euros par kilowatt, alors que le coût réel actuel du photovoltaïque est déjà inférieur à 500 euros par kilowatt. Étant donné que la baisse des coûts du photovoltaïque est plus rapide que ce que prévoient la plupart des scénarios, les modèles qui s'appuient sur ces données obsolètes sous-estiment systématiquement le rôle futur du photovoltaïque.
Les performances techniques sont tout aussi cruciales que les hypothèses de coûts. Environ un tiers des études ne modélisent qu'une seule technologie photovoltaïque générique, sans intégrer des formes d'application telles que le suivi à un axe, les modules bifaciaux, le photovoltaïque flottant, l'agrivoltaïsme et les producteurs-consommateurs (prosumers) de systèmes en toiture. La résolution temporelle influence également les résultats : par rapport à une simulation horaire, l'utilisation de périodes représentatives peut considérablement fausser l'évaluation d'une ressource variable comme le solaire ; 80 % des études examinées ont adopté une résolution horaire. Les modèles qui combinent un portefeuille diversifié de technologies photovoltaïques avec un couplage sectoriel complet donnent généralement les parts de photovoltaïque les plus élevées et probablement les plus réalistes.
Le couplage sectoriel élargit le champ d'utilisation du photovoltaïque. Les voies Power-to-X peuvent convertir l'électricité solaire à bas coût en hydrogène, carburants de synthèse, produits chimiques de synthèse, matériaux de synthèse, aliments de synthèse, eau propre et forêts de synthèse, remplaçant ainsi les segments difficiles à électrifier des transports et de l'industrie qui dépendaient auparavant des importations de biocarburants ou de combustibles fossiles. Un peu plus de la moitié des études examinées incluent au moins une voie de carburant de synthèse, et dès lors qu'une telle voie existe, la valeur du photovoltaïque pour le système énergétique augmente. L'élimination du dioxyde de carbone, généralement dominée par la bioénergie, se voit aujourd'hui offrir des opportunités sans précédent dans la restauration climatique. L'étude considère qu'un tel système énergétique peut être vu comme une économie Power-to-X émergente, dont la nature est souvent une économie Solar-to-X.
Les chercheurs ont également dérivé une relation empirique entre les heures de pleine charge et la part du photovoltaïque, et l'ont appliquée à l'échelle mondiale, pondérée par la population, pour estimer qu'à l'horizon 2050, le solaire photovoltaïque fournira environ 61 % de l'électricité mondiale. Cette valeur ne provient pas d'un modèle unique, mais d'un résultat agrégé de dizaines d'équipes indépendantes et de méthodologies différentes ; certains modèles mondiaux individuels prévoient jusqu'à 70 % ou plus. La communauté photovoltaïque mondiale a déjà fixé comme objectif une capacité installée de 75 térawatts au milieu du siècle.
Des prévisions économiques indépendantes montrent que le « point de bascule solaire » mondial a probablement déjà été franchi : même sans politiques climatiques supplémentaires, le solaire dominera progressivement le marché de l'électricité. D'ici 2025, la capacité photovoltaïque cumulée installée dans le monde est d'environ 3 térawatts, avec environ 700 gigawatts ajoutés cette seule année ; environ 70 % des nouvelles capacités électriques installées dans le monde en 2025 proviennent du solaire photovoltaïque.
Dans les modèles utilisés par l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), le rôle futur du photovoltaïque est souvent sous-estimé. Après avoir corrigé les données de coûts obsolètes et les méthodes de modélisation trop simplifiées, l'étude conclut que le photovoltaïque deviendra la source d'énergie dominante des prochaines décennies. Pour les modélisateurs, il faut abandonner les courbes de coûts pessimistes et intégrer toutes les technologies photovoltaïques disponibles ; pour les décideurs politiques, planifier sur la base des hypothèses d'hier pourrait conduire à construire le système énergétique d'hier, plutôt que celui qui est sur le point d'arriver.
Une autre étude, menée en collaboration par l'Université LUT, l'Université Leibniz de Hanovre, le Centre commun de recherche (Joint Research Centre) de la Commission européenne et l'Université technique du Danemark (Technical University of Denmark), s'appuie sur une base de données de plus de 1 000 articles d'analyse de systèmes énergétiques 100 % renouvelables pour retracer l'évolution du rôle du photovoltaïque dans ces recherches au cours des cinquante dernières années. Dans les premières études, la part du photovoltaïque était généralement négligeable, tandis que les études récentes situent la part de l'approvisionnement photovoltaïque mondial entre 60 % et 80 %. L'étude a identifié 29 articles marquants dans la base de données, chacun ayant introduit de nouveaux éléments liés au rôle du photovoltaïque ; ces jalons peuvent être classés en quatre catégories : les approches visionnaires du rôle du photovoltaïque, les progrès dans les applications des systèmes photovoltaïques, l'expansion des connaissances économiques, et les avancées méthodologiques permettant une description plus réaliste du photovoltaïque dans le système énergie-industrie.
Dans les analyses les plus avancées de systèmes énergétiques 100 % renouvelables, le photovoltaïque peut être décrit par jusqu'à huit applications système, avec une résolution horaire et des conceptions d'étude interconnectées multi-nœuds ; les modèles peuvent couvrir tous les secteurs — électricité, chaleur, transports, industrie, dessalement de l'eau de mer et élimination du dioxyde de carbone — tout en intégrant des voies Power-to-X complètes, ainsi qu'une combinaison de flexibilités telles que les réseaux, le stockage et la gestion de la demande, et des voies diversifiées de couplage sectoriel et de conversion énergétique. Cependant, la distinction entre les systèmes photovoltaïques au sol, à grande échelle et en toiture est loin d'être une pratique standard, seulement 16 % de toutes les études effectuant cette distinction. À l'échelle mondiale, les recherches constatent de plus en plus que, d'ici le milieu du siècle ou au-delà, le photovoltaïque représentera 60 % à 80 % de l'approvisionnement énergétique total ; la prévision moyenne des études de transition est de 61 %.
La correspondance entre ces 29 articles marquants et les différents éléments est la suivante : 13 sont liés aux approches visionnaires, 16 aux progrès dans les applications des systèmes photovoltaïques, 15 à l'expansion des connaissances économiques, 13 aux avancées méthodologiques et 4 à d'autres contributions spécifiques ; un article peut appartenir simultanément à plusieurs catégories. Sur le plan de la répartition temporelle, les années 1970 étaient dominées par les approches visionnaires ; des années 1980 aux années 2000, l'activité de recherche dans ce domaine était limitée ; les années 2010 ont vu apparaître des avancées méthodologiques diversifiées, posant les bases des analyses modernes de systèmes énergétiques 100 % renouvelables ; et depuis les années 2020, presque tous les jalons étendent les méthodes, les connaissances économiques et la diversité des systèmes photovoltaïques.
Les articles considérés comme des jalons ont poussé les perspectives de recherche vers des parts photovoltaïques très élevées, d'abord par des fondements conceptuels à la fin des années 1970, puis par des analyses quantitatives au milieu des années 1990. L'introduction de la résolution horaire a rendu possibles des analyses détaillées de faisabilité technique ; la valeur du photovoltaïque distribué en toiture a été reconnue très tôt et a finalement été quantifiée comme faisant partie des solutions de systèmes énergétiques au coût minimal, bien que les systèmes photovoltaïques à grande échelle aient un coût de production d'électricité plus faible. En intégrant des voies Power-to-X diversifiées et des options de flexibilité dans des modèles d'optimisation visant à minimiser les coûts, tout en tenant compte de contraintes technologiques et sociales spécifiques, les recherches montrent un potentiel de contribution du photovoltaïque de 60 % à 80 % pour répondre à l'ensemble des besoins énergétiques humains. Près de cinquante ans de recherches pertinentes ont jeté les bases d'analyses globales aboutissant à des prévisions de parts photovoltaïques de 61 % ou plus, et contribuent également à reconnaître le rôle de l'énergie solaire photovoltaïque dans l'établissement d'une civilisation durable — l'avènement de l'ère solaire.
