28 février 2018

Mohammad Nazeeruddin: «Le futur de l’énergie solaire s’annonce brillant»

Avec son équipe à l’EPFL de Sion, le professeur Mohammad Nazeeruddin est en train de mettre au point un nouveau type de cellules photovoltaïques bon marché, faciles à produire et dont la commercialisation pourrait avoir lieu rapidement. De quoi booster l'énergie renouvelable?

Le Pr. Mohammad Nazeeruddin devant un paneau solaire fait à base de pérovskite.
Grâce à la pérovskite, les panneaux solaires imaginés par Mohammad Nazeeruddin et son équipe pourraient être fabriqués n’importe où et pour un coût bien moindre.
Temps de lecture 7 minutes

Mohammad Nazeeruddin, depuis quand travaillez-vous en Suisse sur les cellules solaires?

Depuis mon arrivée en 1987. Mais la technologie que nous utilisons aujourd’hui n’est plus la même. Les procédés sont un peu semblables, mais les matériaux diffèrent complètement, ainsi que leur efficacité. Les traditionnelles cellules en silicium existant sur le marché nécessitent un gros apport énergétique pour être produites. Ce que nous avons essayé de développer, ce sont des cellules photovoltaïques avec un matériau comparable au silicium, mais qui serait nettement meilleur marché, facile à obtenir, et qui pourrait être fabriqué n’importe où, localement, avec une technologie qui ne soit pas trop spécialisée.

Et vous avez trouvé?

Au début, nous utilisions des matériaux qu’en chimie on appelle des complexes et qui absorbent la lumière. Aujourd’hui nous ne travaillons plus qu’avec la pérovskite, une sorte de pigment dont la formule est très simple. En la combinant avec un seul autre élément, nous arrivons à produire des cellules solaires dont l’efficacité est comparable à celles en silicium, mais dont les coûts de production s’avèrent bien plus bas.

Les nouvelles cellules photovoltaïques produites avec de la pérovskite sont très prometteuses.

Pourquoi est-ce moins cher à produire?

La procédure de transformation du silicium pour un usage électronique est complexe et énergivore. Il faut importer le silicium et le fondre, tout cela requiert une technologie pointue. Avec le matériau que nous utilisons, il suffit de mélanger deux composants à une température n’excédant pas les 100 °C, donc sans grande consommation d’énergie.

Quand ces cellules photovoltaïques en pérovskite pourront-elles commencer à être commercialisées?

Dans les trois ans à venir. Jusqu’ici, nous avons travaillé en laboratoire et nous avons validé cette technologie. Son efficacité et sa stabilité ont été prouvées. Nous devons maintenant valider tout cela en extérieur grâce à une installation pilote de 1000 m², que nous allons tester en conditions réelles avec des variations de climat et de températures, c’est-à-dire avec un temps parfois très chaud ou au contraire du gel, etc., et examiner les performances. Lorsque ce prototype sera prêt et que la technologie aura été validée en conditions extérieures, la production de masse sous licence pourra commencer dans différents pays et différents endroits.

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Qui produira ces panneaux?

Plusieurs industries. C’est une technologie tellement simple que tous ceux qui voudront se lancer dans ce business pourront commencer à produire des cellules solaires et à les vendre. C’est un genre de commerce qui peut se révéler hautement rentable. Il est assez difficile de lancer une compagnie qui produit des panneaux en silicium, vous avez besoin de plusieurs millions de dollars.

Avec notre technologie, un demi-million de dollars suffit pour que vous puissiez commencer à produire.

Mohammad Nazeeruddin

Cette technologie peut-elle connaître d’autres applications?

Oui, ce matériau peut être notamment utilisé dans la technologie des LED, par exemple pour les télévisions LED en remplacement des matériaux utilisés actuellement. Mais comme notre intérêt ici est focalisé sur l’énergie, nous travaillons uniquement sur le photovoltaïque.

De combien meilleur marché les cellules en pérovskite seront-elles par rapport à celles en silicium?

Pour produire 1 watt, vous avez besoin de 6 grammes de silicium alors que 0,006 gramme de pérovskite suffisent. Cela, c’est pour le matériau. Si l’on regarde aussi les coûts effectifs, avec les cellules en silicium, le kilowattheure revient à 8 centimes. Avec nos cellules en pérovskite, nous estimons le coût à 3 centimes.

Les Chinois cependant produisent des panneaux en silicium à très bas prix: n’est-ce pas un obstacle au développement de la technologie sur laquelle vous travaillez?

Il y a une explication derrière ces prix très bas. Les Chinois ont investi massivement dans l’industrie des cellules solaires en silicium avec des technologies prises en Occident. Comme ils ont beaucoup investi, ils doivent produire beaucoup, c’est pourquoi les prix sont bas, de façon à avoir la mainmise sur cette industrie. Mais ce ne sont pas des coûts réels, ce sont des coûts artificiels. Les profits ou les pertes, pour l’instant, les Chinois ne s’en préoccupent pas.

Quelqu’un qui se lancerait de nos jours dans la production de panneaux en silicium en pratiquant les prix des Chinois ne ferait aucun profit.

Mohammad Nazeeruddin

Jusqu’à quand?

Cela pourrait encore durer une dizaine d’années. Jusqu’au moment où ils devront renouveler les installations et les industries mises en place dans les années 1990. Ils ne pourront alors plus maintenir des prix aussi bas, surtout que nous serons là sur le marché avec nos cellules tout aussi performantes mais moins chères à produire. Si les prix actuels sont bas, c’est aussi parce que les Chinois vendent et que nous leur achetons ce qu’ils produisent. Mais qui, dans le futur, investirait dans une technologie qui n’est pas rentable plutôt que dans une autre qui, elle, l’est tout à fait?

Les Chinois ou d’autres mènent-ils aussi des recherches sur les cellules en pérovskite?

Tout le monde travaille là-dessus, le monde entier s’y intéresse: les États-Unis, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, l’Europe. Par bonheur, l’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) possède pas mal d’avance dans la maîtrise de cette technologie et la production de nouveaux matériaux.

Parce que vous êtes plus intelligents que les autres?

Ce n’est pas une question d’intelligence, mais d’un savoir et de connaissances bien antérieurs, ce qui nous aide beaucoup.

Vos cellules vont-elles aider l’énergie solaire à franchir un cap, à progresser dans son développement notamment face à l’industrie nucléaire et aux énergies fossiles?

Le futur de l’énergie solaire s’annonce brillant. Certes, l’énergie nucléaire est bon marché, mais elle a ses conséquences, ses risques et ses menaces de catastrophe. Et surtout, elle n’est pas inépuisable puisqu’elle dépend aussi des minerais. Si tout le monde veut utiliser l’énergie nucléaire, les réserves de minerai ne seront pas suffisantes, notamment celles d’uranium. Nous avons donc besoin de l’énergie solaire.

L’énergie solaire ne pourra sans doute pas répondre seule à tous les besoins, mais peut coexister avec d’autres technologies.

Mohammad Nazeeruddin

Elle sera en tout cas certainement essentielle, surtout que le matériau que nous utilisons est particulièrement approprié.

Ainsi, il n’y a pas de risque de pénurie avec la pérovskite?

Non. Pour un mètre carré de panneaux solaires, nous en utilisons 1 gramme et obtenons une efficacité équivalente à celle des cellules en silicium. De très petites quantités sont donc nécessaires pour arriver à des performances égales.

Ces technologies ont-elles la même efficacité sous n’importe quel climat?

Les caractéristiques de l’énergie solaire sont telles qu’il faut évidemment toujours prévoir des énergies alternatives. Mais même s’agissant de l’énergie nécessaire pour produire ces cellules, elle est si insignifiante que nous pouvons les produire dans n’importe quelles conditions. Alors que pour produire des cellules en silicium, il faut des températures de 1400 °C, contre seulement 100 °C pour la pérovskite. Ainsi, pour récupérer l’énergie que nous utilisons à produire nos cellules, six mois suffisent, alors que pour récupérer l’énergie utilisée à produire des cellules en silicium, il faut de deux ans et demi à trois ans. Ce qui signifie concrètement que pour être rentable avec un panneau solaire d’un mètre carré en cellules de silicium, je dois faire fonctionner ce panneau pendant deux ans et demi alors qu’avec le même panneau en pérovskite, je rentre dans mes frais après six mois d’utilisation.

Bref, on peut imaginer dans cinq ans un monde couvert de panneaux solaires, partout, sur chaque toit?

Pas seulement sur les toits, ils pourront aussi être intégrés dans l’architecture des bâtiments, ces cellules sont en effet transparentes comme le verre. En plus, contrairement aux cellules en silicium, elles n’ont pas besoin d’être transportées, elles peuvent être produites localement n’importe où, là où elles seront utilisées, donc sans frais de transport.

Cela paraît presque trop beau pour être vrai, non?

Oui, trop beau pour être vrai: il reste encore quelques problèmes, notamment de stabilité et de toxicité. Les problèmes de stabilité, nous les avons résolus. Reste la toxicité due au plomb, qui peut provoquer des nuisances à la santé humaine, notamment d’ordre neurologique. C’est un problème que nous ne pouvons pas résoudre. Mais il suffit de prendre des précautions à l’avance, de s’assurer que le matériel soit protégé. Il faut que les panneaux n’aient pas de contact avec le sol et ne puissent pas contaminer l’eau en cas d’accident.

Qui vous soutient financièrement?

L’essentiel du financement pour mes recherches et celles des vingt-deux étudiants et postdoctorants qui travaillent avec moi vient du Fonds national suisse de la recherche scientifique, de l’Union européenne et de partenaires industriels, notamment suisses.

Ces partenaires industriels sont-ils ceux qui vont ensuite produire les cellules en pérovskite?

Ce qu’ils feront, c’est en prendre le savoir- faire, ils pourront ensuite collaborer avec d’autres partenaires industriels ou produire eux-mêmes les panneaux solaires.

Qui détient les brevets?

L’EPFL en a un certain nombre, nos partenaires industriels aussi.

Vous travaillez également en Corée du Sud ainsi qu’en Arabie saoudite. Qu’y faites-vous?

Nos publications ont été très remarquées et bien évaluées. C’est pourquoi des universités souhaitent m’avoir comme professeur pour faire monter leur rating. J’enseigne quelques semaines là-bas. On utilise mon nom.

Avez-vous été surpris d’être désigné l’an dernier par Calrivates Analytics comme l’un des cinq scientifiques les plus influents du monde avec des publications partagées plus de 70 000 fois sur internet?

À la fois oui et non. C’est un fait que nous travaillons dur, que nous sommes publiés, que les gens nous lisent, qu’ils sont assez enthousiastes devant cette technologie simple, bon marché et efficace et qu’ils souhaitent la pousser le plus loin possible. Mais surpris quand même, parce qu’il est assez rare que la recherche soit mise en avant.

Accéder au site web (en anglais) du Group for molecular engineering of functional materials, que dirige Mohammad Nazeeruddin à l'antenne valaisanne de l'EPFL

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