Saturne et les cellules solaires

La planète Saturne, avec son système d'anneaux de poussières et de roches.

En l'étudiant, les astrophysiciens viennent de découvrir un état de la matière complètement nouveau : Ils ont tenté de reproduire en laboratoire les états de différents nuages de poussières qui composent les anneaux de Saturne, en utilisant ce qu'on appelle des plasmas.

Un plasma est un amas de particules tourbillonnantes chargées d'électricité.

Une réaction s'est alors produite : dans certaines conditions, qui n'existent d'ailleurs pas dans les anneaux de Saturne, les particules ont formé un cristal capable de flotter dans l'espace : Un nouvel état de la matière. Avec ces cristaux flottants, les chercheurs peuvent revêtir des surfaces par une technique tout à fait nouvelle.

L'étude de ce nouvel état de la matière nous permet, si nous parvenons à contrôler ces particules, de produire de nouveaux matériaux. Le point le plus intéressant est de constater que des résultats issus de l'astrophysique et de l'étude de l'espace ont maintenant une application très terre à terre dans la science des matériaux, et qu'ils vont peut-être déboucher sur le développement d'une nouvelle pile solaire.

La découverte des cristaux plasmatiques a ouvert la voie, que des chercheurs parisiens ont suivi. Ils ont mis au point une cellule solaire, revêtue de cristaux produits à partir d'un plasma. Lors des essais, elle a présenté un rendement deux fois plus élevé que les cellules traditionnelles.

Il est urgent de développer des cellules solaires plus performantes et moins coûteuses – comme l'a montré l'exemple de l'installation expérimentale de Neunburg vorm Wald, dans le Haut-Palatinat, en Allemagne. Depuis plus de dix ans, on y teste des cellules solaires.

Résultat : la technique est de plus en plus fiable, de moins en moins sensible aux effets de l'environnement. Mais elle reste encore beaucoup trop coûteuse.

Nous espérons une baisse des prix et c'est ce que nous demandons à l'industrie : une diminution d'au moins un tiers. En même temps, ces cellules solaires doivent présenter un meilleur rendement. Nous espérons des valeurs qui dépassent les dix pour cent.

Il n'existait jusque-là que deux types de cellules solaires. Les premières présentent le rendement souhaité, mais le coût de fabrication est trop élevé. À l'inverse, les autres sont peu coûteuses, mais ont un rendement insuffisant.Des chercheurs du monde entier tentent donc de résoudre la quadrature du cercle : fabriquer des cellules solaires bon marché et à rendement élevé.

Les scientifiques parisiens ont eu une idée simple : exploiter les résultats de l'astrophysique sur les cristaux plasmatiques et les appliquer dans le domaine de l'énergie solaire. Dans une sorte de four à micro-ondes, on produit un plasma d'atomes de silicium. Sous l'effet du rayonnement électromagnétique, les atomes chargés et les électrons tourbillonnent en l'air. Dès que l'on supprime le champ, les atomes retombent en pluie sur le fond et forment une couche mince, qui va constituer le matériau de base de la cellule solaire.

Mais voici la nouveauté : les chercheurs modifient certaines conditions comme la température ou la pression. Dans le plasma se forment alors de minuscules cristaux : des cristaux plasmatiques. Avant que tous les atomes ne se regroupent dans de tels cristaux, les scientifiques parisiens coupent l'alimentation de leur plasma. Les atomes encore libres et les petits cristaux retombent en pluie et forment une couche d'un type nouveau : semi-cristalline, semi-amorphe, une sorte d'état hybride de la matière.

Les chercheurs parisiens ont comparé la nouvelle cellule solaire à des cellules traditionnelles fabriquées dans la même installation. Résultat : un rendement deux fois plus élevé et plus constant.

En outre, le cœur de la cellule peut être fabriqué à température ambiante. Économie d'énergie estimée : un tiers. Une percée décisive pour les piles photovoltaïques ?

Paris ? Un hasard, pourrait-on penser. La capitale de l'énergie nucléaire à l'origine d'une nouvelle génération de cellules solaires ?Mais les cellules solaires pourront-elles jamais produire des flots de lumière comme ceux qui inondent la capitale pendant la période de Noël ? 80 000 ampoules électriques illuminent les Champs-Elysées. Car on a aussi besoin d'électricité la nuit. Et le problème du stockage n'est toujours pas résolu par les nouvelles cellules solaires.

Solution proposée par les ingénieurs : le cycle solaire de l'hydrogène. Les cellules solaires produisent de l'énergie électrique qui sert à scinder l'eau en ses composants gazeux : hydrogène et oxygène.

Comme le gaz naturel, l'hydrogène peut être stocké dans des réservoirs et être retransformé en énergie à tout moment. Le cycle solaire de l'hydrogène : un système dont de nombreuses composantes méritent encore d'être améliorées.

Mais le premier pas vers un avenir solaire a été franchi avec l'obtention de ces piles solaires améliorées.Les découvreurs des cristaux plasmatiques, les astrophysiciens de Garching, tentent maintenant de fabriquer un grand nombre de composés cristallins différents par la méthode du plasma. L'étude des anneaux de Saturne et la découverte d'autres cristaux plasmatiques permettra donc de fabriquer des revêtements sur mesure pour les piles solaires.

La source d'énergie de l'avenir : le Soleil, notre étoile. Comme Saturne, il intéresse au plus haut point les astrophysiciens de Garching.