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

Consommation totale de la Terre, toutes énergies confondues

D'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.