Quelle surface de panneaux solaires pour produire l'énergie du monde entier ?

jeudi 08 mai 2008 Écrit par  Romain Houette

consommation energetique mondiale

Le « Solar Grand Plan » dont nous avons parlé dans nos colonnes, consisterait à couvrir de panneaux photovoltaïques plusieurs dizaines de milliers de kilomètres carrés de terres désertiques du Sud-Ouest des Etats-Unis pour produire l'énergie totale du pays. Les scientifiques pères du projet pensent ainsi que le pays aurait ainsi la capacité de se passer de pétrole ! Et pourquoi la planète entière ne subviendrait-elle pas à ses besoins énergétiques en utilisant uniquement l'énergie renouvelable du soleil ? C'est certes une utopie, mais juste pour se faire une idée, quelle surface faudrait-il couvrir pour répondre aux besoins énergétiques de la planète ? La surface d'un pays, d'un continent, d'un océan ?

Consommation totale de la Terre, toutes énergies confondues

consomation energetique mondialeD'après l'Energy Information Administration (EIA), les besoins mondiaux en énergie de l'année 2007 ont été de l'ordre de 500 quadrillions de BTU1 c'est-à-dire 146 000 térawatt-heures2, soit le nombre 146 suivi de 15 zéros. Arrondissons à 150 000 TWh et essayons de nous représenter ce chiffre astronomique.

150 millions de millions de kWh

A considérer qu'un réacteur nucléaire fonctionne à plein régime 8 000 heures par an (90% du temps), il en faudrait 18 750 pour couvrir les besoins de la terre. Par habitant (6 milliards), ça nous donne 25 000 kWh d'énergie consommée par an, soit encore un générateur permanent de 3,1 kW par habitant. Pour être plus réaliste, limitons nous à la population des pays les plus riches, soit environ 1 milliard d'êtres humains. Chacun de ces êtres humains fait donc fonctionner à plein régime, et tout au long de l'année, un générateur de 18,6 kW ; soit l'équivalent d'une chaudière typique d'un appartement de 100 m² qui brûlerait deux litres de pétrole à l'heure, toute l'année. Multipliez par quatre pour une famille avec deux enfants.

Surface de panneaux pour 1000 kWh / an

Revenons à nos panneaux solaires. D'après le guide pratique de DDmagazine sur le photovoltaïque, nous savons que l'énergie annuelle moyenne produite par 1 kWc de panneaux solaires, soit aujourd'hui une surface d'environ 7 m², est de l'ordre de 1 000 kWh. Pour une même surface de panneaux, du fait de l'intensité d'irradiation solaire, 1 650 kWh sont produits dans le Sahara. On peut retrouver ces chiffres sur le site de simulation PV GIS créé par l'Union Européenne. Poursuivons. Par un simple calcul, on peut déterminer la surface nécessaire de panneaux solaires pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux : en se situant en France, il faut 1 050 000 km², c'est-à-dire qu'il faudrait pratiquement recouvrir deux fois la surface de la France métropolitaine pour alimenter la planète. Placée au cœur du Sahara, il ne faut plus que 636 000 km², soit à peu près la surface de la Somalie.

CQFD

Il suffirait donc de construire un champ de panneaux photovoltaïques de 1 000 km de longueur et 636 km de largeur pour fournir l'énergie nécessaire à l'intégralité des activités humaines. Surface que nous avons représentée par le carré numéro 3 sur notre figure d'introduction en forme de devinette.

En considérant de nouveau les travaux des scientifiques américains, et sachant que les états-unis ont consommé globalement 100 quadrillions BTU en 2005 (Source EIA), on peut estimer la surface à recouvrir de panneaux solaires nécessaires pour subvenir aux besoins énergétiques américains, à 150 000 km². Cela représente un peu moins d'un état comme l'Oklahoma.

Pour finir, on peut également considérer des panneaux photovoltaïques dotés d'un meilleur rendement. Tous les calculs ont été jusqu'à présent fondés sur un rendement des panneaux de 13 à 15%. Mais on obtient déjà plus de 30 % en laboratoire. Avec un tel rendement, il suffirait alors d'une surface, placée au cœur du Sahara, de 315 000 km² (les 3/4 du Maroc) pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux. Il est vrai que lorsque les panneaux auront un rendement de 30% (dans 5 ou 6 ans ) la consommation énergétique de la planète aura probablement augmenté de 10%. Sauf si nous sommes tous devenus complètement DD et que nous commençons par augmenter la productivité de l'énergie en gaspillant moins. En toute logique il faudrait aussi considérer que pour le chauffage, les panneaux solaires thermiques sont bien plus appropriés, avec un rendement de l'ordre de 70%. Et que les centrales solaires thermique (voir un exemple ici) sont elles aussi bien plus performantes, et permettent même de produire de l'electricité la nuit. Donc finalement, le mieux que nous puissions espérer, c'est un prix du baril à 200 dollars.

Références
1 BTU Britist Thermal Unit, voir la définition dans Wikipedia. Pour comparer les besoins en énergie, les économistes utilisent souvent la tonne équivalent pétrole (Tep). Une Tep correspond à une énergie de 11 626 kWh; c'est aussi l'énergie dégagée par 1,615 tonne de charbon, ou 1000 m3 de gaz. Conventionnellement un tonne de pétrole = 7,33 barils.
2 Voir le tableau de calcul ici. Il s'agit de l'énergie primaire toutes sources confondues. Pour une explication de l'énergie primaire, reportez-vous par exemple à notre article. "Qu'est-ce qu'un kWh".

Lien(s) Utile(s)
Outil de conversion entre unités d'energie.

15 Commentaires

  • Lien vers le commentaire vendredi 05 juillet 2013 Posté par hrrrr

    Bonjour, j'aimerai apporter quelques indications au lecteur de l'article.
    D'une l'idée de poser des capteurs photovoltaïques dans le sahara est une grosse fausse bonne idée, il faut savoir qu'au plus il fait chaud au moins les capteurs photovoltaïques sont performant. L'idéal serai donc de les poser au extrême pôle de la planète (Arctique, Antarctique). De plus les tempêtes de sable régulière dans le désert rendrai abimerai les panneaux et rendrai la maintenance horrible ! Ensuite le problème de ce genre de projet c'est le transport de l'énergie qui pose énormément de problème aux ingénieurs (effet joules)!
    Pour finir les panneaux photovoltaïques sont très polluant à  la fabrication et possèdent un rendement très faible.Pas si "DD" tous ça...

    élève en BTS fluides énergies environnements

    Nota à  l'auteur: pourquoi espérer un prix du baril à  200 dollars ?

  • Lien vers le commentaire mercredi 27 avril 2011 Posté par Twelss

    La terre tourne autour du soleil, il fait donc toujours nuit et jour quelque part sur terre ! Un peu de bon sens ferait envisager de répartir des panneaux sur la terre de manière à  constamment emmagasiner l'énergie.

  • Lien vers le commentaire jeudi 31 mars 2011 Posté par yves

    Cet article est fait pour saisir les esprits, il n'est pas question d'alimenter le monde à  partir du Sahara, même si le projet Desertec envisage très sérieusement des installations géantes de ce type. Pour le transport, les lignes très hautes tensions à  courant continu sont envisagées. En ce qui concerne le stockage, il ne faut pas oublier que le pétrole, le charbon, sont de l'énergie solaire stockée grâce à  la photosynthèse. On peut aussi convertir en hydrogène avec des rendements qui progressent. Nous vous renvoyons à  cet article :
    http://www.ddmagazine.com/1773-Le-stockage-de-lenergie-solaire-a-portee-de-main.html">Le stockage de l'énergie solaire à  portée de main
    Et puis enfin le solaire thermique est lui capable de faire de l'électricité la nuit en stockant la chaleur du soleil..

  • Lien vers le commentaire jeudi 31 mars 2011 Posté par snow62fr

    il y a effectivement des perspectives très interessantes du coté du solaire dans le sahara ou autres régions bien ensoleillées, mais cet article fait completement l'impasse sur les problemes de stockage et de transport de l'énergie. La nuit, ces panneaux ne produirons rien!

  • Lien vers le commentaire lundi 22 mars 2010 Posté par joe

    Pour une maison de 4 piéces, avec un pic 18 kwh par jour, quelle surface de panneaux solaires ?

  • Lien vers le commentaire mardi 05 janvier 2010 Posté par Tanguy

    Il faudrait calculer le prix aussi, si c'est les prix pratiqué ici (panneaux solaires), ça risque de faire un peu cher comme idée. Mais l'idée est marrante tout de même

  • Lien vers le commentaire mercredi 02 septembre 2009 Posté par Simon Caron

    Le photovoltaique concentré, c'est une technologie en émergence mais qui a un potentiel incroyable. Imaginez que l'on puisse concentrer l'énergie de 1000 soleils sur une surface équivalente à  l'aide d'un dispositif optique (faire converger les rayons sur une cellule photovoltaique). Pour éviter des défaillances du aux fortes températures, la surface de la cellule est réduite (4mm de coté au lieu de 16cm). La cellule étant plus fine, moins de silicium. Si on optimise la cellule en utilisant un matériau semi-conducteur à  triple jonction et un dispositif qui permet de suivre la course du soleil, on a rendement qui triple... CQFD

  • Lien vers le commentaire samedi 30 mai 2009 Posté par Frederic HARDES

    Ce calcul et cet article sont plus que justes mais il faut tenir compte de la distribution et de la géopolitique.
    Sur la distribution connaissez vous le phénomène de perte en ligne? Ben imaginons qu'un iceberg peut faire vivre 1000 habitant dans le désert, combien ferait t-on vivre après 20 jours de transport vers le Sahara?
    Sur la géopolitique à  qui appartient le Sahara? Combien serait d'accord parmi les propriétaires du Sahara à  mettre fin à  l'énergie de source pétrolière?

  • Lien vers le commentaire samedi 16 mai 2009 Posté par yves

    Allez on reprend plus lentement ( j'emploie le symbole ^ pour puissance).
    15 000 Twh = 150.10^15 wh = 150.10^12 Kwh (1)
    il faut 7mò pour produire 1000 Kwh
    Je divise le résultat de (1) par 1000 et je multiplie par 7
    J'obtiens 150.10^9 * 7 = 1050.10^9 mò (2)
    1 kmò = 10^6 mò
    L'équation 2 en kmò devient 1050.10^3 kmò = 1 050 000 kmò
    Non ?

  • Lien vers le commentaire vendredi 15 mai 2009 Posté par adc

    Au vu des chiffres annoncés dans l'article, il y a une sérieuse erreur de calcul dans le nombre de km carrés de panneaux solaires nécessaires pour alimenter la planète.Ce n'est pas 1 000 000 km2 mais 700 000 000 km2.

  • Lien vers le commentaire vendredi 30 janvier 2009 Posté par Choix Energétique

    Il est vrai qu'il faudrait 2 fois la surface de la France pour alimenter les besoins mondiaux ; mais si on souhaite seulement produire de l'énergie solaire pour l'Europe il faudrait l'équivalent d'une superficie comme le Portugal installé au Sahara.

  • Lien vers le commentaire samedi 13 décembre 2008 Posté par Yves Heuillard

    Pour tout ce qui concerne le calcul photovoltaà¯que, vous trouvez les réponses dans notre dossier [url]http://www.ddmagazine.com/2008012991/Guides-pratiques/Toutes-les-reponses-a-vos-questions-sur-les-panneaux-photovoltaiques.html[/url]

    En ce qui concerne la suggestion d'utiliser des tubes sous vide. Il y a confusion je crois. Les tubes sous vide servent à faire de l'eau chaude sanitaire, pas de l'électricité. Ceci étant dit, si au lieu de centrales photovoltaà¯ques, on basait le calcul sur des centrales solaires thermiques ( elles produisent de la vapeur qui fait trourner des alternateurs) le résultat se trouverait encore amélioré.

  • Lien vers le commentaire jeudi 11 décembre 2008 Posté par gbefami2002@gmail.com

    Pourquoi ne pas utiliser le capteur sous vide? au lieu de capteur solaire.

  • Lien vers le commentaire vendredi 24 octobre 2008 Posté par amaury1012@hotmail.fr

    les panneaux solaire résistes t'ils beaucoup à la gréle?
    quel est le prix au m2, et combien faut'il de m2 pour produire 9 à 12 kw/h?
    combien edf peut me racheter cette nrj / kwh?
    pouvez vous me donner une étude théorique à ce sujet qui m'aide à mieux comprendre l'nrj solaire?
    merci

  • Lien vers le commentaire dimanche 19 octobre 2008 Posté par jluc

    et les océans ? pas assez de place peut etre ? ils vont se bouger quand tous ces cons qui nous gouvernent ... désolé .

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