Nouvelles technologies de l'Energie - Proposition de programme de recherchel'électricité solaire photovoltaîque en France

L'industrie photovoltaïque est en constante progression, de 25 à 30 % par an dans les pays industrialisés. Les pays moteurs du développement sont en particulier le Japon et l'Allemagne avec des programmes de promotions ambitieux (80 MW installés en Allemagne en 2002 et 130 MW en 2003, 4,8 GW en 2010 pour le Japon). Le Japon, en particulier, est en train de prendre une avance industrielle, technologique et commerciale. On s'attend à des
progrès considérables dans ce domaine au cours des prochaines années. Pour remédier à cette situation, la DG Recherche de la Commission Européenne a proposé la création d'une plate forme technologique européenne dans le domaine photovoltaïque qui a pour objectif de donner une impulsion nouvelle à la Recherche et à l'Industrie Européenne. L'ADEME participe activement à la construction de ce projet.

L'énergie solaire photovoltaïque a donné naissance à une industrie de pointe apparentée aux secteurs de l'électronique et de l'électrotechnique. De part sa nature de production d'électricité décentralisée, le photovoltaïque est créateur d'emplois locaux de plus en plus reliés à l'industrie du bâtiment. La recherche en France a pris du retard dans ce domaine, mais son industrie photovoltaïque s'appuie heureusement sur des PME performantes et couvre l'ensemble du secteur : élaboration de la matière première ; fabrication des divers composants des systèmes photovoltaïques ; installation ; suivi, contrôle réglementaire,...

L'une des conclusions importantes du groupe NTE est la nécessité de rattraper le retard de la France dans le domaine de l'électricité solaire photovoltaïque, par rapport notamment aux USA, au Japon, et à l'Allemagne et l'Espagne en Europe.

Objectifs du programme

Les objectifs généraux à moyen terme (2015) sont les suivants :
- réduction des coûts de fabrication des différents composants d'un système photovoltaïque (modules PV à 2 euros/W soit 200 euros/m²) ;
- augmentation des rendements de conversion des modules photovoltaïques (passer de 13% à 20%), des appareils de conversion/gestion (onduleurs à 5 % de pertes, fiabilité supérieure à 15 ans,...), du stockage pour certaines applications (durée de vie 10 à 15 ans), du système complet (1 500 kWh annuel par kW PV en France métropolitaine) ;
- fiabilité accrue de l'ensemble des composants et des systèmes complets (fiabilité - amélioration de l'intégration du générateur photovoltaïque au bâti (garanties clos et couvert 30 ans)

Le plan national de recherche sur le photovoltaïque s'appuie sur un ensemble de projets portant sur le développement de technologies dans trois filières, chacune correspondant à une génération et à des horizons de déploiement s'étageant du court au long terme.

La première génération (CT) porte sur le silicium cristallin. C'est la technologie la plus développée actuellement, des progrès sont néanmoins nécessaires pour réduire les coûts du kW produit par les modules et pour intégrer ces modules dans des systèmes optimisés. La production du matériau soit à partir de « chutes » de silicium de qualité électronique, soit par amélioration du silicium de qualité « métallurgique » fait partie de ce volet. Les acteurs industriels de cette filière sont essentiellement des PME innovantes, qui ont besoin d'un soutien en R&D pour développer leurs produits ou leurs procédés (Photowatt, Total énergie, Apex-BP solar, Solar Force, EMIX, Apollon Solar...).

La seconde génération (MT) concerne les couches minces déposées sur des substrats. Un laboratoire expérimental réunit EdF et le CNRS autour de la plate-forme CISEL (cellules à base de Cuivre, d'Indium et de Sélénium, sur un substrat verrier produit pas St Gobain). Les rendements au m2 seraient un peu moins bons que ceux obtenus avec le silicium cristallin mais les coûts pourraient être très inférieurs et les progrès technologiques devant soi. Cette filière fait l'objet d'un projet à part entière.

La troisième génération (LT) est davantage prospective. Il s'agit d'utiliser les propriétés électriques des matériaux organiques plastiques pour le développement d'une filière de cellules photovoltaïques plastiques à très bas coût. Le but serait de fabriquer de la surface photovoltaïque comme on produit du film « plastique ». La voie pour des rendements de 10% semble ouverte. Il faut noter la proximité technologique de cette filière avec celle des diodes électroluminescentes polymères qui affichent aujourd'hui des durées de vie qui excèdent les 30.000 heures.

Sur l'ensemble de ces horizons des projets sont déjà définis et ont débuté ou devraient pouvoir être bientôt lancés dans le cadre des financements actuellement disponibles (notamment à l'ADEME, mais aussi à l'ANVAR). Mais seules les phases initiales sont prises en compte et la plupart de ces projets doivent être découpés pour s'inscrire dans des budgets annuels. Ces projets, constitutifs de ce programme, sont décrits dans le tableau de synthèse qui termine ce chapitre Un budget de recherche et développement stabilisé à un niveau de 5 M d'euros/an permettrait de conduire cette partie du programme (Hors INES).

Ce programme de recherche comprend également la mise en place d'un institut de recherche permettant de rassembler les compétences qui permettront à la France de répondre à ses ambitions au niveau international.

Dans les pays les plus avancés, l'efficacité du dispositif national de Recherche / Développement / Innovation industrielle (RDI) repose sur la mise en place d'un ou de plusieurs instituts nationaux. De tels instituts, ayant une taille critique en terme de moyens et de compétences, sont à même de porter une politique d'innovation scientifique et technologique au meilleur niveau mondial de manière pérenne et ainsi d'assurer la compétitivité de la filière industrielle nationale.

A ce jour, la France ne dispose pas d'institut national de ce type et présente un dispositif morcelé sur le territoire qui ne permet pas d'exploiter les effets de masse critique et de synergie. Aussi, plusieurs organismes dont notamment le CEA, le CNRS et le CSTB se sont étroitement coordonnés pour proposer un projet d'Institut National de l'Energie Solaire à Chambéry avec un soutien fort des collectivités locales de la région Rhone-Alpes. La réalisation de ce projet remettra le dispositif français au meilleur niveau international. Au-delà de l'amélioration de l'efficacité opérationnelle, il permettra à la France de participer efficacement à la construction de la plate-forme européenne photovoltaïque qui sera mise en place cet automne.

Création d'un Institut National de l'Energie Solaire : le projet INES

Les acteurs institutionnels nationaux du domaine RDI (CNRS, CEA en liaison avec le CSTB), en concertation avec les ministères concernés (Ministère de la Recherche, Ministère de l'Industrie, ADEME) ont relayé l'initiative commune du Conseil Général de la Savoie, de la Région Rhône-Alpes, Université de Savoie pour constituer l'Institut National de l'Energie Solaire (INES) sur la technopole de Savoie-Technolac à Chambéry.

Cet institut a vocation à regrouper sur le même site la grande majorité des acteurs français du domaine de l'énergie solaire et tout particulièrement de la filière photovoltaïque. Il sera constitué de trois plates-formes complémentaires et en parfaite synergie :
- Une plate-forme « Recherche / Développement / Innovation industrielle (RDI) » portée par les organismes nationaux de recherche, le CEA et le CNRS en liaison avec le CSTB, auxquels se joignent les acteurs universitaires locaux. Cette plate-forme a pour but de constituer le coeur de compétences au meilleur niveau international de l'INES. Il constitue également l'outil de couplage avec le monde industriel sous forme de laboratoires communs avec les industriels de manière à transformer les innovations en réalités industrielles.
- Une plate-forme « Formation » en charge d'une part d'assurer l'enseignement universitaire des futurs acteurs du domaine du solaire en France et d'autre part de former et de sensibiliser les différents utilisateurs de l'énergie solaire (corps de métiers du bâtiment, décideurs et maîtres d'ouvrage,...)
- Une plate-forme « Démonstration » qui constitue le lieu de mise en situation et d'évaluation des produits et procédés issus de la plate forme RDI et le lieu de démonstration de la viabilité des systèmes solaires auprès des différents publics concernés. Cette plate-forme représente le point d'échange naturel entre tous les groupes d'acteurs concernés par la thématique solaire en France.

Dans la phase de mise en place l'INES atteindra rapidement une taille de 80 personnes puis verra ses effectifs croître jusqu'à une taille comprise entre 150 et 200 personnes qui correspond à la masse critique des principaux instituts homologues au niveaux européen et
international.

La proposition de localisation à Savoie Technolac résulte d'une initiative personnelle de Michel Barnier, alors Ministre de l'Environnement et de la conjonction de facteurs différenciant uniques en France :
- La présence en Rhône-Alpes de la plupart des industriels français du demain du solaire
et tout particulièrement de la filière photovoltaïque (PECHINEY AVENSIL / Chambéry ; PHOTO WATT /Bourgoin-Jallieu ; TOTAL ENERGIE / Lyon ; SUNWATT / Annecy ;CLIPSOL/Aix-Les-Bains;...)
- L'existence d'une volonté politique et associative locale ancienne et forte (département de la Savoie, région Rhône-Alpes, ville et agglomération de Chambéry) en faveur du développement des énergies renouvelables et tout particulièrement du solaire qui a conduit à une multiplication des installations collectives et privées faisant de la région Rhône-Alpes la région leader dans le domaine en France
- La présence de nombreux laboratoires de recherche dans le domaine sur le site même de Savoie-Technolac (Université de Savoie, Ecole d'Ingénieurs) mais aussi à Grenoble avec notamment toute la puissance de recherche de ses pôles micro technologiques et énergie et à Lyon principalement dans le domaine des matériaux.

Sur la base de ces constats les différents partenaires ont décidé d'apporter des contributions significatives au projet INES de manière à assurer les conditions de sa viabilité au meilleur niveau international :
- Les collectivités locales (Conseil Général de la Savoie et Région Rhône-Alpes) se sont engagées à créer les conditions d'attractivité du site de Savoie-Technolac pour attirer les meilleurs chercheurs et les activités pilotes avec les industriels. Elles mettront donc à disposition de ces acteurs opérationnels des bâtiments et des équipements pour un montant de 30 M d'euros sur 5 ans.
- Les organismes de recherche CEA et CNRS se sont engagés à mettre en place les compétences de recherche en regroupant dans l'INES la majorité de leurs équipes concernées par le solaire à hauteur de 80 personnes dans un premier temps.
- Les industriels français du domaine s'engagent à créer des laboratoires communs et des lignes pilotes sur le site de l'INES au sein de la plate-forme RDI de manière à maximiser le transfert de technologie.

L'ensemble de ces moyens seront opérationnels à l'échéance 2006-2007, l'année 2005 étant consacrée à une phase de préfiguration de l'INES dans des bâtiments d'accueil provisoires sur le site de Savoie-Technolac.

Dans la perspective d'une politique d'incitation forte en faveur du solaire photovoltaïque en France, il convient d'être attentif au risque de voir des industriels étrangers, Est asiatiques en particulier, racheter les PME françaises du domaine afin de s'assurer de têtes de pont pour la diffusion de leurs propres produits. Pour ces industriels, les réseaux commerciaux des PME françaises, établis de longue date, en métropole, dans les DOM-TOM et dans les pays d'Afrique de pratique francophone, représentent un atout important pour écouler leurs produits à partir de la France. En effet, s'ils ont l'avantage de prix de revient des plus compétitifs grâce à l'effet d'échelle de leurs vastes marchés nationaux et aux années d'expérience acquises, il leur manque, par contre, la culture relative aux activités de services liées à la fourniture d'énergie dans notre pays.

L'Etat qui a soutenu les PME photovoltaïques pendant de nombreuses années serait le premier lésé.

Les collectivités locales apportent un soutien de 30 M d'euros au projet INES. Il serait nécessaire que le financement public (ministères chargés de la Recherche, Industrie, Equipement et Environnement, avec le soutien de l'ADEME) contribue au financement des projets de recherche soit dans la phase d'acquisition d'innovation soit dans la phase de valorisation industrielle à hauteur de 60 M d'euros sur la période 2005-2010, dont 30 M d'euros serait affecté à l'INES. Cela permettrait de construire un programme de 120 à 150 M d'euros, en tenant compte de la part apportée par l'industrie.