Que nous manque-t-il pour réussir la transition énergétique ? Les technologies de production et de stockage des énergies renouvelables existent et sont en constante évolution. La difficulté réside dans la mise en œuvre. Il s'agit de réunir sous un même toit (solaire) l'économie, la politique et le public, dont les intérêts sont parfois opposés. Les chercheurs de l'Empa Harald Desing, Hauke Schlesier et Marcel Gauch du département « Technologie et société » ont élaboré une proposition sur la manière dont le tournant énergétique pourrait être maîtrisé rapidement, durablement et de manière socialement acceptable – que ce soit dans le monde entier, en Suisse ou même dans une seule commune. L'étude à ce sujet a été publiée dans la revue spécialisée « Progress in Energy ».

Les chercheurs appellent leur modèle « l'approvisionnement solaire de base ». Selon ce modèle, chaque personne recevrait un budget personnel d'électricité solaire de 500 watts (ce qui correspond à 4400 kilowattheures par an) – financé par la collectivité. « De nombreux services essentiels sont déjà mis à disposition en tant qu'approvisionnement de base, comme les routes, l'éducation, l'approvisionnement en eau et les canalisations. Pourquoi pas la base de la transition énergétique ? », explique Harald Desing, premier auteur de l'étude. « Base » est un mot-clé important. En effet, l'approvisionnement solaire de base ne signifie pas que l'État couvre gratuitement tous les besoins énergétiques de la société. Les 500 watts suffisent – du moins en Suisse – pour combler le manque d'électricité dû à la disparition des énergies fossiles. Le modèle ne prévoit toutefois pas de stockage public de l'électricité. Cela signifie que : L'électricité publique n'est librement disponible que lorsque le soleil brille.

Cette restriction remplit deux fonctions importantes : D'une part, elle doit motiver les individus et les entreprises à adapter leur comportement et surtout à consommer de l'électricité lorsqu'elle est disponible gratuitement. Les chercheurs parlent d'une « société du tournesol » qui, comme son homonyme, s'oriente toujours vers le soleil. D'autre part, le fait de renoncer permet d'économiser de l'argent. « La construction d'accumulateurs renchérit le tournant énergétique », dit Harald Desing. « C'est pourquoi, dans notre modèle, le stockage de l'énergie ne fait pas partie de l'approvisionnement de base, mais constitue plutôt une commodité qui nécessitera d'autres investissements privés ».

Réalisable en cinq ans

Comme 500 watts sont un peu plus que ce qui est nécessaire pour couvrir les besoins énergétiques de base, les citoyens peuvent vendre leur énergie inutilisée. Il serait par exemple envisageable d'utiliser les équivalents énergétiques comme moyen de paiement pour l'électromobilité ou les transports publics. Les personnes qui consomment peu d'énergie en profitent le plus – un facteur d'équilibre social important, selon les chercheurs. « Aujourd'hui, l'État incite à la transition énergétique par le biais de subventions », explique Harald Desing. « Mais seule la partie aisée de la société en profite, car il faut posséder le sol et fournir le capital restant. Dans notre modèle, les locataires et les personnes qui n'ont pas de grandes économies profitent aussi de l'investissement commun ».

Les chercheurs ont calculé pour la Suisse ce que cela signifierait concrètement de faire de l'approvisionnement solaire de base une réalité. 500 watts d'électricité solaire correspondent à environ 21 mètres carrés de surface solaire par personne. « En Suisse, cela représenterait environ un toit sur trois », explique Harald Desing. Les parkings, les murs antibruit et les surfaces inutilisées le long des autoroutes et des voies ferrées pourraient également être utilisés – l'important étant que la surface déjà construite soit utilisée pour l'installation des panneaux solaires et qu'aucun nouveau terrain ne doive être utilisé à cet effet, souligne Harald Desing. C'est aussi pour cette raison que l'approvisionnement de base repose sur l'énergie solaire : le photovoltaïque peut être installé rapidement, facilement et de manière décentralisée, il s'intègre bien dans le paysage urbain, ne nécessite que peu d'entretien et ne provoque ni bruit ni gêne visuelle.

Pour mettre en place une installation solaire publique en Suisse en l'espace de cinq ans, un investissement d'environ 58 milliards de francs serait nécessaire. Cela correspond à environ 1% du produit intérieur brut sur cinq ans – comparable aux investissements annuels dans les routes (source) ou au double des dépenses militaires (source). L'investissement serait déjà rentabilisé dans les six à sept ans suivant la mise en service – bien que l'installation solaire publique ne soit pas conçue pour générer des bénéfices. « Les consommateurs finaux dépensent aujourd'hui environ 20 milliards de francs par an en énergies fossiles. L'approvisionnement solaire de base fournit suffisamment d'électricité pour que ces dépenses puissent être réduites à zéro ». Les coûts de renouvellement régulier de l'installation solaire publique s'élèveraient à environ 6600 francs par personne tous les 30 ans, calculent les chercheurs.

Assurer le personnel et le matériel

Même si c'est tout à fait faisable, la mise en place d'une installation solaire de cette taille ne se ferait évidemment pas sans défis. L'un des obstacles est le personnel qualifié. Les chercheurs plaident pour une mise en place aussi rapide que possible, afin de pouvoir profiter rapidement de l'abandon des combustibles fossiles. Environ 50 000 spécialistes seraient nécessaires pour faire passer la Suisse à l'énergie solaire de base en l'espace de cinq ans. Toutefois, seule une fraction d'entre eux a besoin d'une formation approfondie. Le gros du travail d'installation peut être effectué de manière compétente après quelques semaines de formation seulement. « Il existe déjà aujourd'hui des camps solaires où l'on apprend à installer des panneaux solaires en très peu de temps », explique Harald Desing. Le chercheur imagine par exemple une « année solaire », au cours de laquelle les jeunes travailleraient dans l'intérêt de la communauté, par exemple comme alternative au service militaire ou civil. Un autre avantage : alors que des fonds suisses partent à l'étranger pour les combustibles fossiles, une grande partie de l'investissement pour l'installation solaire – à savoir les coûts d'installation – reste en Suisse.

Les matériaux utilisés pour les panneaux représentent un autre défi – mais les chercheurs sont convaincus qu'il est lui aussi possible de le relever. Le composant principal des cellules, silicium, est l'élément le plus abondant de la croûte terrestre et est présent partout dans le monde. L'argent, l'étain et l'aluminium sont plus critiques, car ils sont utilisés respectivement comme conducteurs de courant, soudure et matériaux de cadre et de fixation. Les besoins en étain et en aluminium peuvent être fortement réduits en améliorant la conception des panneaux. Des recherches sont en cours pour trouver des matériaux de substitution à l'argent – mais cela ne serait même pas nécessaire pour la construction de l'installation solaire publique : « Dans le monde entier, il y a plus d'argent dans les tiroirs à couverts qu'il n'en faudrait pour fournir 500 watts d'électricité solaire à tous les habitants de la planète », explique Harald Desing. La production des panneaux solaires, qui se fait aujourd'hui principalement en Chine, pourrait être transférée en Europe dans le cadre de la reconversion et renforcer l'industrie locale.

Inverser le changement climatique

Le modèle décrit dans l'étude est une première proposition et est flexible sur de nombreux points, explique Harald Desing. Sa mise en œuvre exacte doit être clarifiée dans le cadre du débat public, ajoute-t-il. Le grand avantage de l'approvisionnement solaire de base réside dans le fait que la commune, le canton ou le pays qui le met en œuvre en profite directement et immédiatement. Toutefois, pour que le modèle puisse déployer les effets escomptés, certains points doivent faire l'objet d'une attention particulière. « L'énergie gratuite ne doit pas inciter à la gaspiller », avertit Harald Desing. « En outre, la mise en place de l'approvisionnement solaire de base doit clairement aller de pair avec le renoncement aux combustibles fossiles ». Il faut également, selon lui, accorder une attention particulière à l'équité sociale.

Le chercheur est convaincu que l'approvisionnement solaire de base rendrait plus intéressants les investissements dans d'autres énergies renouvelables telles que l'éolien et l'hydraulique, car elles complètent l'énergie solaire et sont disponibles même lorsque l'électricité solaire se fait rare. Il serait également intéressant, dans certains cas, de continuer à développer les capacités solaires. « Plus nous avons de capacité solaire, plus nous avons d'électricité, même aux heures creuses ou par mauvais temps, lorsque les panneaux solaires produisent moins », explique Harald Desing. Et lorsque le soleil brille à nouveau ? « L'excédent d'électricité pourrait servir à extraire de l'atmosphère les émissions de CO₂ du passé et à les transformer en matériaux fixant le carbone ». C'est également un sujet de recherche actuel à l'Empa dans le cadre de l'initiative de recherche « Mining the Atmosphere ».