Photovoltaïque : presque cent ans de grands physiciens pour poser les bases théoriques
Nous devons la première observation du phénomène à une illustre famille de scientifiques français. En 1839, Antoine Becquerel, aidé de son fils Alexandre Edmond Becquerel (futur père d’Henri Becquerel, qui décrira la radioactivité en 1896), se rendit compte qu’un matériau semi-conducteur suffisamment éclairé produit de l’électricité : c’est l’effet photovoltaïque. Cela resta cependant à l’état de constat, suscitant tellement peu d’intérêt, faute d’application pratique, que personne ne s’y intéressa pendant plus de trente ans.
Le principe n’a lui été décrit précisément qu’en 1887, sous le nom de photoélectricité, par un certain Heinrich Rudolf Hertz. Ce patronyme vous est certainement familier car Hertz est plus connu pour avoir prouvé que la lumière était une onde électromagnétique et surtout pour sa découverte des ondes radio. Eh oui, les ondes hertziennes, c’est lui aussi.
Décrire est une chose, comprendre le phénomène en est une autre. C’est là qu’intervient un autre grand nom de la physique : Albert Einstein. Il publie une première explication en 1905, faisant appel au concept novateur de « particule de lumière », qui lui vaudra le prix Nobel de physique en 1921. Depuis, on utilise plutôt le terme de photon.
Des premières cellules photovoltaïques à l'installation sur votre toit
Longtemps considéré comme anecdotique, car sans utilité directe, l’effet photoélectrique n’a été exploité que tardivement.
Le premier inventeur de la cellule solaire, l’américain Charles Fritts, avait réussi un prototype fonctionnel dès 1883, mais la complexité de la fabrication et le coût des matériaux choisis (de l’or et du sélénium) associés au faible rendement (1% dans de bonnes conditions), empêchèrent la technologie de se répandre pour la production d’électricité. Trop cher, peu pratique, le photovoltaïque d’alors n’était pas concurrentiel face aux dynamos d’Edison et aux alternateurs de Westinghouse et Tesla et l’idée fut cantonnée au succès de laboratoire.
Pourtant la recherche continua, et aboutit en 1914 à la production de posemètres pour la photographie. Ce que l’on appellerait aujourd’hui un marché de niche.
Amélioration après amélioration, la cellule photoélectrique progressa lentement jusqu’en 1946, quand le chercheur Russel Ohl fit enregistrer le brevet qui fit de lui le père de la cellule solaire moderne.
Le premier véritable succès commercial, on le doit à l’équipe de Gerald Pearson, Darryl Chapin et Calvin Fuller (laboratoires Bell) qui améliora en 1954 les cellules avec d’autres matières premières, dont du silicium modifié : ce dopage augmenta le rendement jusqu’à 6 %. Destinée au départ à des postes de téléphone en milieu isolé, la technologie employée fut enfin prise au sérieux.
À tel point que la recherche spatiale s’en empara : dès 1958, un satellite de la taille d’un ballon de handball, Vanguard I, embarqua plusieurs cellules au rendement exceptionnel pour l’époque de 9 % . Les huit ans de fonctionnement dans l’espace prouvèrent alors au monde entier la fiabilité du procédé.
La suite, vous la connaissez. On eut l’idée de coupler plusieurs cellules afin de constituer des panneaux photovoltaïques, et c’est ainsi que l’université de Delaware construisit en 1973 la première maison à en être munie. Depuis les coûts industriels ont été très fortement réduits et l’usage de électricité solaire s’est démocratisée. La prochaine habitation équipée en panneaux photovoltaïques sera-t-elle la vôtre ?
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