De tous temps, l’homme a grandi et évolué à la lumière du soleil, cet astre situé à 150 millions de km de la Terre qui conditionne la vie sur la planète bleue. Les civilisations antiques avaient ainsi déjà l’intuition qu’il était possible de  contrôler cette source inépuisable d’énergie à différentes fins. Les Grecs utilisaient par exemple le rayonnement du soleil pour chauffer les habitations : l’exemple le plus frappant étant celui de la cité d’Olynthe, dans le nord de la Grèce, où chaque demeure, orientée vers le sud, était construite selon les mêmes principes que ceux utilisés aujourd’hui dans les maisons solaires passives. Une vieille légende – non attestée historiquement – veut également que le célèbre savant Archimède ait utilisé des miroirs pour capter les rayons solaires et incendier des navires romains. Au XVIIIe siècle, ces « miroirs ardents » captivent des physiciens, tels que Antoine Lavoisier, qui parviennent à faire fondre des matériaux grâce à la réflexion du soleil. Si l’idée de capter les rayons s’inscrit donc dans une tradition ancienne, la métamorphose de la lumière en courant électrique demeure le fruit de découvertes scientifiques relativement récentes. Tirant désormais la croissance des énergies renouvelables à l’échelle du globe en capacité installée, l’énergie solaire est utilisée selon trois principes : photovoltaïque (conversion de la lumière en courant électrique), thermique (conversion en chaleur) et thermodynamique (conversion en chaleur, utilisée pour actionner des turbines qui créent ensuite de l’électricité). 

La découverte de l’effet photovoltaïque : convertir la lumière en électricité

L’histoire de l’électricité solaire moderne s’ouvre concrètement en 1839, lorsque le physicien français Alexandre Edmond Becquerel découvre à seulement 19 ans « les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires », du nom du Mémoire qu’il présente cette année-là à l’Académie des sciences. Il vient tout juste de mettre au jour l’effet photovoltaïque, en observant une décharge électrique produite par la lumière dans une solution électrolytique (qui contient des ions). Cette découverte pose les bases de la conversion de l’énergie lumineuse en électricité. Mais il faudra attendre 1905 pour qu’Albert Einstein explique la théorie de cet effet photoélectrique, ce qui lui vaudra plus tard le prix Nobel de physique en 1921. En parallèle ont lieu quelques expérimentations thermodynamiques : alors qu’une pénurie de charbon est redoutée, le Français Augustin Mouchot, professeur en lycée, imagine et construit une machine à vapeur solaire qui fonctionne « sans brûler un gramme de charbon » et qu’il va présenter à l’Exposition Universelle de Paris en 1878. 

Mais les découvertes enthousiasmantes ne s’arrêtent pas là : quelques années plus tard, en 1883, la toute première cellule solaire fonctionnelle « tout solide », en couches minces et à base de sélénium et d’une fine couche d’or, est conçue par l’Américain Charles Fritts à New York. Bien que son rendement soit extrêmement faible (environ 1 % de l’énergie reçue est convertie), cette cellule démontre pour la première fois qu’il est possible de produire de l’électricité à partir du soleil, sans combustion. Cette mise au point, suivie en 1897 de la découverte de l’électron par Joseph John Thomson, signe le début de l’utilisation industrielle de l’énergie solaire.

L’émergence d’applications industrielles

Au cours du XXe siècle, l’énergie solaire sort des laboratoires pour être mise en application : en 1916, le futur Nobel américain Robert Millikan parvient pour la première fois à produire du courant continu grâce à des cellules photovoltaïques. Ces dernières deviennent plus performantes, grâce aux travaux sur les semi-conducteurs. Un tournant décisif a ainsi lieu en 1954, lorsque les Laboratoires Bell, fondés par Alexander Graham Bell, le « père »  du téléphone, créent la première cellule au silicium capable d’alimenter un appareil électrique. Le premier panneau solaire voit le jour, installé à Americus, en Géorgie, avec un rendement de 6 % (une prouesse à l’époque, bien que modeste au regard du rendement moyen actuel et plus encore en comparaison avec le record de 47 % enregistré en laboratoire). Mais le coût de la technologie reste élevé et celle-ci va rester de longues années durant cantonnée au secteur spatial, « sauvée » par la célèbre course à l’espace à laquelle se livrent  la Russie et les États-Unis. En 1958, la NASA équipe ainsi le satellite Vanguard I de panneaux solaires.

Des chocs pétroliers aux politiques de soutien à la filière

Tout comme pour l’énergie éolienne, il faut ensuite attendre les chocs pétroliers, en 1973 et 1979, pour relancer l’intérêt pour l’énergie solaire et les renouvelables en général, car la dépendance aux énergies fossiles est pour la première fois vue comme un risque. En 1981, Markus Real, un ingénieur électricien suisse, fait installer des panneaux solaires sur plus de 300 toits en Suisse, et réussit à injecter pour la première fois du courant solaire dans un réseau public d’électricité. Après de premières alertes scientifiques sur la hausse de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère dès les années 1970, les préoccupations croissantes concernant un changement climatique mondial donnent naissance en 1988 au GIEC (groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat). Au fur et à mesure de la sortie de ses différents rapports, s’impose l’idée d’une nécessaire réduction du recours aux énergies fossiles responsables des émissions de gaz à effet de serre. Dès lors, les énergies renouvelables deviennent un outil incontournable. 

Plusieurs Etats lancent dans les années 2000 des politiques de soutien aux énergies renouvelables, dont l’énergie solaire. L’Allemagne ouvre la voie par l’introduction de tarifs d’achat garantis en 2000, avec la loi EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz), bientôt imitée par l’Espagne et la France. Aux Etats-Unis, le modèle est différent : certains Etats privilégient la « facturation nette », soit une déduction, pour les particuliers, d’une partie de l’électricité produite par leurs panneaux solaires de leur facture. Sous ces impulsions, la puissance des modules photovoltaïques augmente ensuite progressivement pour atteindre aujourd’hui entre 400 et 500 « watt-crête », et des « fermes solaires » toujours plus grandes sont installées. En 2024, la Chine, devenue le leader mondial du solaire, a ainsi augmenté sa capacité solaire de 329 GW, représentant 55 % des installations dans le monde, tandis que l’Inde a augmenté le nombre de ses installations solaires de 145 % en un an, selon un récent rapport de SolarPowerEurope.

L’avenir de l’énergie solaire : entre progrès technique et stockage

De nos jours, si le principe fondamental reste le même, les innovations dans le secteur solaire se concentrent avant tout sur une quête d’efficience technologique . L’objectif principal est d’améliorer les rendements tout en réduisant encore les coûts : parmi les pistes prometteuses, la pérovskite, un matériau cristallin, est particulièrement étudiée car son rendement semble supérieur, en laboratoire, au silicium – et est plus facile à produire. Les cellules « tandem », également appelées cellules multijonctions, qui superposent des couches de différents matériaux semi-conducteurs (par exemple silicium et pérovskite) pour maximiser la captation des rayons solaires, sont également une avancée majeure.

Si l’utilisation des panneaux solaires s’est démocratisée partout dans le monde, notamment sur les toits des maisons, en ombrières sur les parkings d’entreprises ou encore dans les exploitations agricoles, le stockage du solaire doit encore être amélioré. Mieux stocker permet de pallier la variabilité par nature de l’énergie solaire en cas de mauvais temps. Fin 2024, le solaire représentait 46 % de la capacité mondiale renouvelable, avec 2,2 TW de capacité installée. En France, où le plus grand parc solaire flottant d’Europe a été inauguré en juin dernier, l’énergie solaire est pour l’instant la troisième source de renouvelable derrière l’hydraulique et l’éolien, représentant 4,6 % de la production française d’électricité, pour 29,7 GW de capacité installée en 2025.

En résumé

De l’effet photovoltaïque au déploiement industriel des panneaux solaires, l’utilisation humaine des rayonnements du soleil a connu une évolution rapide en seulement deux siècles. Face aux défis climatiques actuels, elle apparaît aujourd’hui comme l’une des alternatives bas-carbone aux énergies fossiles qui connaît la plus forte croissance mondiale.

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Crédits photo : © Bell Laboratories