Énergie solaire thermique : une révolution verte dans l'énergie thermique propre

Dans le contexte mondial de transition énergétique bas carbone, l'énergie solaire, ressource renouvelable inépuisable, est devenue un moteur essentiel de la révolution énergétique. Parmi ses applications, la technologie solaire thermique, qui présente des avantages uniques en matière de conversion thermique directe, de stockage d'énergie performant et de vastes possibilités d'application, est progressivement passée du statut d'acteur potentiel à celui d'acteur clé du secteur énergétique, offrant une solution concrète aux pénuries d'énergie et à la pollution environnementale.

Le principe fondamental de l'énergie solaire thermique est de convertir directement le rayonnement solaire en énergie thermique grâce à des dispositifs spécifiques, contrairement à la technologie photovoltaïque (PV) qui le convertit d'abord en électricité. Ce processus repose sur le fonctionnement coordonné de trois éléments clés : la collecte, le transfert et le stockage de la chaleur. Composant central, le capteur de chaleur capte la lumière solaire grâce à des technologies telles que des revêtements absorbants et des miroirs concentrateurs, convertissant l'énergie lumineuse en énergie thermique et la transférant à un fluide caloporteur (comme l'eau ou l'huile thermoconductrice). Ce fluide transporte ensuite la chaleur vers un dispositif de stockage par canalisations ou la fournit directement aux utilisateurs finaux. Le système de stockage de la chaleur, utilisant des matériaux à changement de phase ou des réservoirs d'eau isolés, permet un stockage à long terme de la chaleur, garantissant un approvisionnement énergétique stable, même la nuit ou par temps nuageux. Par rapport à la technologie photovoltaïque, l'énergie solaire thermique présente un avantage certain : l'utilisation directe de l'énergie thermique. Elle évite les pertes d'énergie liées à la conversion électrique et atteint un rendement thermique de 50 % à 80 %, ce qui la rend particulièrement adaptée aux scénarios nécessitant un approvisionnement thermique continu et stable.

En termes de développement technologique, l'énergie solaire thermique a formé un système technique multidimensionnel permettant de répondre à des besoins énergétiques de différentes échelles. Pour les applications de petite et moyenne taille, les capteurs plans et les capteurs à tubes sous vide sont les plus répandus. Les capteurs plans, de structure simple et peu coûteux, sont largement utilisés pour la production d'eau chaude sanitaire. Par exemple, dans les zones rurales du nord de la Chine, les chauffe-eau solaires, installés sur les toits, répondent aux besoins quotidiens comme le lavage et le chauffage. Grâce à leur couche de vide isolée, les capteurs à tubes sous vide offrent de meilleures performances à basse température (fonctionnant normalement même à -20 °C), ce qui en fait le choix idéal pour les régions de haute latitude. Dans les projets énergétiques à grande échelle, la technologie solaire thermique à concentration (CSP) présente un fort potentiel : elle utilise de nombreux héliostats pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur central, générant ainsi une énergie thermique à haute température (plus de 400 °C) qui peut non seulement alimenter des turbines à vapeur pour la production d'électricité, mais aussi soutenir la production de vapeur industrielle et le dessalement de l'eau de mer. La centrale solaire thermique espagnole PS10, par exemple, utilise 1 250 héliostats et un récepteur central à tour pour assurer une production d’électricité continue 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec une production annuelle de 23 millions de kWh, établissant un modèle pour l’exploitation commerciale de projets solaires thermiques à grande échelle.

Avec des applications en pleine expansion, l'énergie solaire thermique dépasse le simple approvisionnement en eau chaude pour devenir une utilisation intégrée multi-sectorielle, devenant un maillon essentiel reliant les besoins de subsistance de la population à la production industrielle. Dans le secteur civil, outre les chauffe-eau domestiques, les systèmes de chauffage solaire thermique ont été largement promus dans les villes du nord de la Chine. À Pékin, par exemple, plus de 5 millions de mètres carrés de nouvelles zones de chauffage solaire thermique ont été ajoutées en 2024. Grâce à un modèle combiné « capteurs de chaleur + ballons de stockage de chaleur + pompes à chaleur auxiliaires », la consommation d'énergie de chauffage en hiver a été réduite de plus de 60 % par rapport aux chaudières à gaz traditionnelles, tandis que les émissions de carbone ont diminué d'environ 300 000 tonnes. Dans l'industrie, l'énergie solaire thermique offre une nouvelle approche pour les secteurs à forte consommation d'énergie afin de « réduire les émissions de carbone ». Des industries comme le textile et l'agroalimentaire nécessitent de grandes quantités de chaleur industrielle (100-200 °C) ; l'installation de capteurs de chaleur à moyenne température peut remplacer directement les chaudières à charbon ou à gaz, réduisant ainsi les coûts énergétiques et les émissions polluantes des entreprises. De plus, dans l'agriculture, l'énergie solaire thermique est utilisée pour le chauffage des serres et le séchage des produits agricoles. Une exploitation de cerises de la province du Shandong a adopté un équipement de séchage solaire thermique, raccourcissant le cycle de séchage des cerises de 7 jours (méthode traditionnelle) à 3 jours, évitant ainsi la perte de qualité due au séchage au charbon et augmentant les primes de 20 %.

La valeur environnementale de l'énergie solaire thermique réside non seulement dans son caractère « zéro émission de carbone », mais aussi dans son effet de substitution aux systèmes énergétiques traditionnels. Les données de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) montrent que la consommation d'énergie thermique dans les bâtiments et l'industrie à l'échelle mondiale représente plus de 50 % de la consommation totale d'énergie, principalement grâce aux combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel. Si le taux d'application de l'énergie solaire thermique est porté à 20 %, les émissions mondiales de carbone pourraient être réduites d'environ 3 milliards de tonnes par an, soit l'équivalent de l'effet de séquestration du carbone de la plantation de 16 milliards d'arbres. Dans le cadre des objectifs « double carbone » de la Chine (pic carbone d'ici 2030 et neutralité carbone d'ici 2060), l'énergie solaire thermique a été intégrée aux plans de développement énergétique. Le 14e Plan quinquennal pour le développement des énergies renouvelables indique clairement que d'ici 2025, la capacité installée d'énergie solaire thermique atteindra 5 millions de kilowatts, et que la surface de chauffage solaire thermique et d'approvisionnement en chaleur industrielle dépassera 1 milliard de mètres carrés, ce qui donnera une forte impulsion à l'industrialisation de la technologie solaire thermique.

Bien sûr, l'énergie solaire thermique reste confrontée à des défis : un investissement initial élevé pour les projets de grande envergure, des marges de progression dans les performances des matériaux de stockage de chaleur et une dotation en ressources solaires limitée dans certaines régions. Cependant, grâce aux progrès technologiques et au soutien des politiques publiques, ces problèmes sont progressivement résolus. De nouveaux capteurs à nano-revêtement ont permis d'augmenter le rendement thermique à plus de 85 %, la technologie de stockage de chaleur par sels fondus permet un stockage de chaleur à très long terme, et les systèmes hybrides « solaire thermique + photovoltaïque » complètent les avantages des deux technologies pour améliorer encore la stabilité de l'approvisionnement énergétique.

Des chauffe-eau domestiques sur les toits aux grandes centrales solaires thermiques dans les déserts, l'énergie solaire thermique transforme les modes de consommation énergétique de l'humanité de manière visible et exploitable. Il s'agit non seulement d'une technologie énergétique propre, mais aussi d'un moteur essentiel du développement vert. À l'avenir, grâce aux avancées technologiques continues et à l'expansion des applications, l'énergie solaire thermique jouera sans aucun doute un rôle plus important dans la transition énergétique mondiale, fournissant un soutien thermique solide à la construction d'une « Terre zéro carbone ».