Energie solaire pour les pauvres: faits et chiffres

L’énergie solaire pourrait contribuer à la réduction de la pauvreté en milieu rural. David J. Grimshaw et Sian Lewis parlent de sa progression, de son potentiel et des problèmes qu’elle pose.

L’accroissement de l’accès à l’énergie est essentiel pour assurer le développement socio-économique dans les pays les plus pauvres du monde.

D’après les estimations, 1,5 milliard de personnes dans les pays en développement n’ont pas accès à l’électricité, 80 pour cent d’entre eux vivant en Afrique sub-saharienne ou en Asie du Sud. [1

Le problème est plus important dans les régions éloignées: 89 pour cent de la population rurale en Afrique sub-saharienne vit sans électricité, ce qui représente plus du double de la proportion (46 pour cent) des zones urbaines. [1] Pour ces personnes, même l’accès à une quantité réduite d’électricité pourrait conduire à des améliorations salutaires dans les domaines de la productivité agricole, de la santé, de l’éducation, des communications et de l’accès à l’eau potable.

Les options visant à accroître l’accès à l’électricité dans les pays en développement se concentrent surtout sur l’augmentation de l’énergie centrale produite à partir des combustibles fossiles comme le pétrole, le gaz et le charbon, en étendant le réseau électrique. Mais cette approche comporte peu d’avantages pour les pauvres en milieu rural. L’extension du réseau dans ces zones est soit impossible à réaliser soit trop coûteux.

Cette stratégie ne contribue pas non plus à la lutte contre les changements climatiques. L’énergie est déjà responsable de 26 pour cent des émissions mondiales de gaz à effet de serre et alors que la majeure partie de cette énergie est produite dans les pays industrialisés, d’ici 2030, les pays en développement utiliseront selon les prédictions 70 pour cent d’énergie annuelle totale de plus que les pays développés. [2]

Il y a donc un besoin évident de trouver des moyens d’améliorer l’accès à l’électricité dans le monde en développement, qui soient avantageux pour les pauvres et à faible émission de carbone – l’énergie solaire pourrait être une solution.

La place du soleil

La Terre reçoit en une heure plus d’énergie solaire que la population mondiale n’en consomme en toute une année.

Presque tous les pays en développement ont un énorme potentiel en énergie solaire – la majeure partie de l’Afrique, par exemple, compte environ 325 jours de fort ensoleillement par an, recevant  en moyenne, plus de 6 kWh d’énergie par mètre carré par jour (voir Figure 1). L’association DESERTEC, un consortium jordano-allemand, estime que l’installation de panneaux solaires sur un pour cent de la surface désertique de la planète pourrait alimenter le monde entier en énergie. [3]

Figure 1: Carte mondiale de l’énergie solaire potentielle (insolation en kWh/m2/jour) (crédit: Hugh Ahlenius, PNUE / GRID-Arendal Maps and Graphics Library).

Et pourtant, les pays qui reçoivent le plus d’énergie solaire sont aussi souvent les moins aptes à en tirer profit, en raison du manque de connaissances et de capacités moyens pour l’exploiter et la transformer en électricité.

La technologie

Il existe deux manières d’utiliser l’énergie provenant du soleil: recueillir sa chaleur (héliothermique) ou transformer sa lumière en électricité (photovoltaïque).

Les appareils solaires thermiques utilisent des  ‘capteurs’ — allant de panneaux plats posées sur les toits aux antennes paraboliques, aux centrales à tour ou aux pyramides solaires utilisées dans les centrales solaires — pour absorber la lumière du soleil et produire de la chaleur.

Les appareils solaires thermiques peuvent être utilisés simplement pour chauffer ou refroidir, mais ils sont également appropriés pour le séchage des récoltes, la pasteurisation de l’eau ou la cuisine (voir tableau 1). A travers des systèmes de concentration de l’énergie solaire (CES), qui associent des lentilles optiques ou des miroirs à des systèmes de suivi pour concentrer une grande surface de lumière du soleil en un petit faisceau, ils peuvent également être utilisés pour produire de l’électricité. La lumière du soleil concentrée chauffe l’eau pour produire de la vapeur utilisée pour alimenter une turbine, qui est connectée à un générateur.

Les systèmes photovoltaïques solaires (PV) utilisent des cellules solaires, reliées entre elles en ‘modules’ (panneaux solaires), pour transformer la lumière en électricité. Cela peut être des petites cellules qui peuvent faire fonctionner une calculatrice à d’immenses centrales solaires utilisant des milliers de panneaux solaires.

Plus de 90 pour cent des systèmes photovoltaïques sont à base de matériaux en silicium. Les systèmes PV qui sont connectés au réseau électrique comprennent un dispositif appelé onduleur qui sert à transformer le courant électrique continu (CC) produit par des panneaux solaires en courant  électrique alternatif (CA) utilisée sur le réseau.

Les systèmes photovoltaïques hors réseau peuvent également comprendre un onduleur, mais necessitent aussi des piles pour stocker le surplus d’énergie, et un contrôleur de charge électronique pour empêcher la surcharge des piles.

À l’heure actuelle, les systèmes solaires thermiques sont 30 pour cent plus efficaces pour transformer la chaleur en électricité  que les systèmes photovoltaïques qui le sont à environ 15 pour cent. Mais, à long terme, le développement de nouveaux matériaux pour les systèmes photovoltaïques, tels que les polymères et les nanoparticules, devrait accroître leur efficacité.

Un intérêt croissant

Ni le système solaire thermique, ni le photovoltaïque ne sont des technologies nouvelles, mais ils sont relativement peu utilisés pour produire de l’électricité parce que, comparés aux approvisionnements en énergie à base de carbone, ils restent relativement chers.

L’Agence internationale de l’énergie a estimé qu’en 2007, les solaire photovoltaïque et thermique ont fourni moins de 0,2 pour cent de la production brute d’électricité dans le monde. [4]

Pourtant, avec les coûts croissants des combustibles fossiles, les préoccupations croissantes concernant les approvisionnement (certains analystes suggèrent qu’on pourrait manquer de pétrole dès 2025) et l’accroissement de la sensibilisation sur le rôle de combustibles fossiles dans les changements climatiques, les conditions de marché favoriseront progressivement l’utilisation de l’énergie solaire. Les subventions publiques peuvent également contribuer à encourager  la progression de l’énergie solaire.

Certes, l’intérêt pour l’énergie solaire explose au cours des cinq dernières années. Le montant total des nouveaux investissements financiers dans l’énergie solaire s’élevait à  US$ 33,5 milliards en 2008 – soit une augmentation de 172 pour cent par rapport au US$ 0,6 milliard d’euros investis en 2004. [5] Il y a eu une augmentation tout aussi impressionnante de la capacité en énergie solaire photovoltaïque, qui a été multipliée par six entre 2004 et 2008 pour atteindre plus de 16GWh (voir Figure 2). [6]

Figure 2: Capacités mondiales en solaire photovoltaïque de 1995-2008. Source: Réseau mondial de promotion des énergies renouvelables pour le 21e siècle (REN21) [6]

L’intérêt devrait davantage augmenter avec le perfectionnement des technologies, l’augmentation de la production et la baisse des coûts. L’objectif à atteindre pour une énergie solaire économique est de parvenir à la parité des réseaux – lorsque le coût non subventionné de l’énergie solaire sera égal ou inférieur au coût de l’électricité du réseau conventionnel.

Une analyse effectuée par la société de conseil en gestion McKinsey & Company prévoit que "d’ici 2020, au moins dix régions jouissant d’un fort ensoleillement auront atteint la parité des réseaux". [7] Mais celles-ci se trouveront principalement dans des pays développés comme l’Italie, le Japon, l’Espagne et les États-Unis.

Quant aux pays en développement, même une fois la parité atteinte, des solutions hors-réseau seront encore nécessaires pour alimenter les communautés éloignées.

Alors que le coût des grands systèmes solaires connectés aux réseaux baissera à mesure que baisseront les prix des panneaux solaires, il est peu probable que des systèmes hors-réseau plus petits connaissent des réductions de coûts semblables, en partie parce que le prix des piles restera élevé.

Les piles peuvent représenter jusqu’à 40 pour cent du coût d’un système solaire hors-réseau. Sans compter le coût supplémentaire lié à leur remplacement, parce qu’il est peu probable que les piles durent aussi longtemps que les panneaux solaires.

L’efficacité des appareils électriques peut aussi faire une énorme différence dans le coût de la fourniture de l’électricité par le biais des systèmes solaires hors réseau électrique. Par exemple, un ingénieur allemand jouissant d’une expérience dans la livraison des systèmes PV aux pays en développement, estime que le coût de la fourniture hors réseau de l’électricité solaire à un seul village passerait de US$ 35 000 à peine à US$ 8 300 si le village a installé séparément des lampes fluorescentes compactes éconergétiques efficaces  et des modèles de réfrigérateurs et d’ordinateurs plus récents. [8]

Systèmes solaires domestiques

Le système solaire photovoltaïque le plus courant en milieu rural est le système solaire domestique, constitué d’un panneau solaire relié à une batterie et à un contrôleur de charge. Il comprend généralement au moins une lampe et une prise pour alimenter d’autres appareils électriques tels que la radio, le téléviseur ou le chargeur du téléphone cellulaire (voir figure 3).

Figure 3: Composants du système solaire domestique. Source: Household Energy Network

PV generator = Générateur photovoltaïque

Regulator = Régulateur

Battery = Pile/Batterie

Incandescent lamp = Lampe à incandescence

Radio = Radio

TV = Télévision

Avant 2007, plus de 2,5 millions de foyers dans les pays en développement avaient accès à l’électricité à partir des systèmes solaires domestiques. [9]

L’expansion des systèmes solaires domestiques a été particulièrement forte en Asie – plus

particulièrement au Bangladesh, en  Chine et en Inde – où les systèmes de microfinance et l’appui des gouvernements et des donateurs ont facilité l’accès. En 2008, la Banque mondiale a approuvé deux projets au Bangladesh visant à installer 1,3 million de systèmes solaires domestiques. Et son projet de développement des énergies renouvelables en Chine, qui a pris fin à la mi-2008, a permis d’installer plus de 400.000 systèmes solaires domestiques dans le nord-ouest de la Chine. [6]

En Afrique, l’évolution des systèmes solaires domestiques a été plus lente. Mais avant 2007, le continent comptait encore plus de 500.000 systèmes en activité, avec plus de la moitié de ces

systèmes au Kenya et en Afrique du Sud. [9] La plupart des projets en Afrique rurale en dehors de ces deux pays sont relativement modestes.

Par exemple, Zara Solar Ltd est une petite entreprise qui vend des systèmes solaires photovoltaïques aux communautés rurales en Tanzanie. Créée par un entrepreneur local, cette société a reçu l’appui de plusieurs donateurs, dont la Banque mondiale, Lighting Africa et un Ashden Award pour l’énergie durable et a installé plus de 4000 systèmes solaires dans le nord de la Tanzanie.

Malgré de fortes dépenses en capital et des coûts incompressibles pour les batteries et l’entretien, les systèmes solaires hors réseau peuvent faire économiser de l’argent. Les clients de Zara Solar Ltd peuvent rembourser le coût d’un système solaire domestique en moins de deux ans grâce aux bons mécanismes de financement.

Les systèmes solaires peuvent également alimenter les bâtiments publics comme les écoles ou les dispensaires ruraux. Le Solar Electric Light Fund, par exemple, soutient l’installation de systèmes hybrides solaire-diesel – qui génèrent plus de 90 pour cent de leur électricité à partir du soleil – pour alimenter des cliniques de santé dans plusieurs pays, dont le Burundi, le Lesotho, le Rwanda et, plus récemment, Haïti, à la suite du tremblement de terre dévastateur qui a frappé Port-au-Prince en Janvier 2010.

L’éclairage de nuit

Dans de nombreux cas, une lumière pure de bonne qualité peut être fournie avec très peu d’électricité – et à faible coût – avec un grand impact sur la qualité de vie.

La plupart des villages en Afrique, en Asie et en Amérique latine dépendent des lampes à pétrole et des bougies pour leur éclairage. Ces derniers coûtent au ménage moyen US$ 40-80 dollars chaque année, émettent des polluants qui font courir de graves risques pour la santé, parmi lesquels  les infections respiratoires ou oculaires, les problèmes rénaux et hépatiques et être à l’origine d’incendies de maison, provoquant la mort de gens.

Les lampes solaires offrent une alternative plus sûre et meilleur marché. La société indienne NEST Ltd fabrique des lanternes solaires de petite taille, pratiques et bon marché : ne coûtentUS$ 35 pièce.Elles peuvent être payées par des versements échelonnés sur un ou deux ans, grâce aux économies faites sur le pétrole. Plus de 100.000 maisons dans les Etats d’Andhra Pradesh et Maharashtra utilisent des lanternes NEST, épargnant plus de 20.000 tonnes de dioxyde de carbone chaque année. [10]

Les lanternes solaires offrent une alternative plus sûre, moins chère aux lampes à pétrole

SELCO/Ashden Awards for Sustainable Energy

L’an dernier, IEEE Spectrum a signalé que le laboratoire danois, Risø National Laboratory for Sustainable Energy avait développé une "lampe potentielle de secourisme" à l’aide de diodes électroluminescentes (DEL), de cellules photovoltaïques et de piles ultralégères au lithium. [11]

Il s’agit d’une plaque souple de cellules photovoltaïques qui, lorsque les bords sont pincés ensemble, se transforme en une liseuse de qualité. Les prototypes coûtent  US$ 27 par lampe et peuvent durer un an. L’équipe de développement est persuadée que les coûts peuvent être ramenés à US$ 7 – peut-être même à la moitié s’il externalise la production vers la Chine – ce qui offrirait un avantage significatif en matière à la fois de coûts et de santé pour les populations locales.

En effet, l’énergie solaire est de plus en plus utilisée dans une large gamme d’applications hors réseau. (voir Tableau 1).

Tableau 1: applications hors-réseau de l’énergie solaire

L’énergie solaire est également utilisée pour apporter d’autres avantages – dans de nombreux cas, elle représente la première étape pour sortir de la pauvreté en apportant de nouvelles compétences et de nouvelles sources de revenus.

Par exemple, l’organisation non gouvernementale SolarAid forme des entrepreneurs  dans les pays dans les domaines de la planification d’entreprise et les études de marché pour les aider à créer des petites entreprises solaires pour transformer les lampes à pétrole en lanternes solaires et fabriquer des chargeurs ou des radios solaires à partir des matériaux locaux.

De même, l’organisation non gouvernementale Barefoot College forme ‘Barefoot Solar Engineers’ (venant pour la plupart des villages ruraux d’Afrique et d’Asie) dans les domaines de l’installation, la réparation et l’entretien de dispositifs d’éclairage solaire pour essayer de promouvoir l’électrification solaire en milieu rural et d’améliorer les revenus des villageois pauvres.

À la fin de l’année 2009, le collège avait formé 461 ingénieurs solaires, dont 211 femmes et, selon le collège, près de 900.000 personnes ont tiré profit de cette formation.

Le Barefoot College a formé en énergie solaire 461 ingénieurs venant des villages ruraux  d’Afrique et d’Asie

Flickr/Barefoot Photographers of Tilonia

Le financement et au-delà

L’amélioration de l’accès à l’énergie solaire pour les paysans pauvres dans les pays en développement reste confrontée à un certain nombre d’obstacles. Au-delà de l’environnement politique qui favorise le développement de combustibles fossiles, l’obstacle le plus important est le financement.

L’accès à l’énergie solaire est soit acheté sur le marché libre soit fourni grâce à l’aide internationale.

Il existe un large éventail de modèles d’aide. Les grands donateurs tels que la Banque mondiale et la Société financière internationale sont d’importants bailleurs de fonds du solaire photovoltaïque dans le monde en développement, subventionnant en Afrique, en Asie et en Amérique latine des projets d’une valeur de plus de US$ 600 millions.

Des organisations spécialisées telles que SolarAid collectent des fonds pour investir dans des systèmes solaires en faveur des écoles ou des communautés en mettant l’accent sur l’amélioration de la santé, de l’éducation et des moyens de subsistance. Les fabricants tels que Sollatek font don d’un certain nombre d’unités à des organisations caritatives chaque mois.

Mais il existe un intérêt croissant pour l’abandon de l’aide directe au profit de stratégies qui permettent aux pauvres de financer leurs propres besoins énergétiques. Par exemple, les fournisseurs de microfinancements, qui offrent de petits prêts – ne reposant souvent sur aucune garantie – aux pauvres, s’avèrent indispensables pour surmonter le coût relativement élevé des investissements des systèmes solaires hors réseau. Beaucoup de ces fournisseurs de microfinancements se  sont installés grâce aux fonds provenant de donateurs importants, comme la Banque mondiale, mais deviennent autonomes sur le long terme grâce aux remboursements des crédits.

Ces fournisseurs de microfinancements qui sont spécialisés dans la vente de systèmes solaires photovoltaïques ont souvent des activités d’appui comme la formation, l’entretien des équipements et le remplacement des pièces ou l’élimination des piles endommagées.Ainsi, Grameen Shakti, un fournisseur de microfinancements au Bangladesh, a installé plus de 320 000 systèmes solaires domestiques sur la base de microcrédits au cours de la décennie écoulée et a l’intention de porter ce nombre à un million d’ici 2012. Il a formé plus de 4 400 techniciens (surtout des femmes) et a créé 45 ‘centres technologiques’ pour installer et entretenir les systèmes solaires localement.

Parmi les fournisseurs de microfinancements peuvent figurer des fondations caritatives telles que Solar Energy Foundation qui a installé plus de 2000 systèmes solaires domestiques en Éthiopie. Les banques peuvent également offrir des microfinancements. L‘Aryavart Gramin Bank, en Inde, passe des commandes de gros de systèmes photovoltaïques et propose des prêts pour leur achat, leur installation et leur entretien à des clients des milieux ruraux. Les remboursements de crédit sont moins chers que le coût mensuel du pétrole et peuvent être étalés sur cinq ans.

Les entreprises solaires privées peuvent aussi faciliter le microfinancement. La société indienne SELCO, par exemple, a vendu plus de 100 000 systèmes solaires domestiques au cours de ces 13 dernières années. Même si elle n’offre pas de prêts, elle aide ses clients à entrer en contact avec des fournisseurs de microfinancements, fournissant dans de nombreux cas une ‘garantie de restitution d’acompte’ pour aider à couvrir les paiements des capitaux en amont.

Les gouvernements devraient également participer aux efforts visant à rendre le solaire financièrement abordable – en soutenant les systèmes qui donne aux pauvres l’accès à la technologie solaire. Cela signifie investir dans la recherche et le développement de la technologie, et utiliser un système de subventions destiné à améliorer l’acceptation de l’énergie solaire et  soutenir les coûts d’installation et d’entretien. Pour s’assurer que les avantages sont répercutés auprès des paysans pauvres des collectivités éloignées, de telles subventions doivent favoriser les petits systèmes solaires décentralisés, hors réseau par rapport aux solutions centralisées basées sur les combustibles fossiles.

Au-delà du financement, il existe d’autres obstacles à l’amélioration de l’accès des pauvres à l’énergie solaire. Ce sont l’amélioration de l’appropriation locale des technologies solaires, l’insertion des systèmes solaires hors réseau dans les politiques sur les changements climatiques et les objectifs de réduction des émissions mondiales ainsi que l’amélioration des technologies de production pour la réduction des coûts des investissements.

La vérité c’est que l’accroissement de l’utilisation de l’énergie solaire par les pauvres dépendra de la combinaison des améliorations scientifiques, des initiatives politiques et des actions collectives visant à lutter contre les changements climatiques et la pauvreté en électricité.

David J. Grimshaw est le directeur du Programme international de Practical Action en matière de technologies nouvelles et chargé de recherche principal dans le domaine des technologies émergentes au ministère britannique du Développement international.

Sian Lewis est éditorialiste à SciDev.Net.