Une histoire du photovoltaïque

Un samedi matin, dans la cuisine de la famille Kreutzer, à Forbach. Le devis des Genêts est posé sur la table : 23 modules, 10 kWc, 21 600 € TTC. Monsieur Kreutzer lève les yeux et pose la question qui revient dans une visite sur deux : « Mon beau-frère a fait installer en 2010, il touche encore 58 centimes le kilowattheure. Pourquoi moi, on me propose 4 centimes pour le surplus ? » La réponse tient en une histoire, celle d'une technologie qui a mis un siècle à sortir du laboratoire, vingt ans à sortir de l'espace, et quinze ans à diviser son prix par dix.

Vous n'avez pas besoin de réciter des dates pour vendre ou poser une installation. Mais un client qui entend parler de moratoire, de tarifs d'achat, de panneaux chinois ou de « bulle solaire » attend de vous que vous sachiez de quoi il retourne. Ce chapitre vous donne cette épaisseur.

1839 : un jeune homme, deux électrodes, un bocal

L'effet photovoltaïque a été observé pour la première fois à Paris, en 1839, par Edmond Becquerel, dix-neuf ans, dans le laboratoire de son père au Muséum d'histoire naturelle. Il plonge deux électrodes de platine recouvertes de chlorure d'argent dans une solution acide et constate qu'un faible courant apparaît quand on éclaire le dispositif. Il ne comprend pas le mécanisme, personne ne le comprendra avant Einstein, mais l'observation est faite : la lumière peut produire directement de l'électricité, sans chaleur, sans mouvement.

Rien n'en sort pendant quarante ans. En 1873, l'ingénieur britannique Willoughby Smith remarque que la résistance électrique du sélénium chute quand on l'éclaire. En 1883, l'Américain Charles Fritts fabrique la première cellule solide : une fine couche de sélénium prise entre deux feuilles de métal. Son rendement est de l'ordre de 1 %. Elle produit à peine de quoi faire frémir un galvanomètre, mais elle existe, et elle est posée sur un toit new-yorkais. Le mot « photovoltaïque » lui-même vient de Becquerel et de Volta : la lumière et la pile.

En 1905, Albert Einstein explique l'effet photoélectrique : la lumière est faite de quanta d'énergie, les photons, et un photon suffisamment énergétique peut arracher un électron à un matériau. C'est ce travail, et non la relativité, qui lui vaut le prix Nobel de physique en 1921. Il donne au photovoltaïque son fondement théorique, celui que vous retrouverez au chapitre 12 quand nous parlerons de cellule et de jonction.

1954 : Bell Labs et la cellule au silicium

Le vrai départ a lieu le 25 avril 1954, aux Bell Telephone Laboratories, dans le New Jersey. Trois chercheurs, Daryl Chapin, Calvin Fuller et Gerald Pearson, présentent la première cellule au silicium dopé, avec un rendement d'environ 6 %. Le silicium n'est pas choisi par hasard : le transistor vient d'être inventé dans le même laboratoire, sept ans plus tôt, et l'on sait désormais fabriquer des jonctions p-n. La cellule de Bell est un sous-produit de l'électronique naissante, et elle en gardera longtemps la logique industrielle.

Le journal The New York Times écrit alors que l'humanité entrevoit « la réalisation d'un des rêves les plus chers, capter l'énergie presque illimitée du soleil ». Le prix, lui, est vertigineux : de l'ordre de plusieurs centaines de dollars par watt. Aucun usage terrestre n'est envisageable. Un seul client peut payer ce prix : l'espace.

L'espace, premier marché

En mars 1958, le satellite américain Vanguard 1 embarque six petites cellules au silicium pour alimenter son émetteur radio. Les batteries chimiques de son émetteur principal s'épuisent en quelques semaines ; l'émetteur solaire, lui, fonctionne pendant plus de six ans. La démonstration est faite : dans l'espace, où le soleil ne se couche jamais et où le poids coûte une fortune, la cellule solaire n'a pas de concurrent.

Pendant vingt ans, le photovoltaïque est une technologie spatiale. Les rendements progressent (10 % au début des années 1960, 14 % à la fin), la fiabilité devient un critère de conception, et les cellules apprennent à résister aux cycles thermiques brutaux et aux radiations. Ce sont ces exigences qui ont donné au module PV ses traits de caractère : pas de pièce mobile, une durée de vie de plusieurs décennies, une dégradation lente et prévisible. Quand vous garantissez à un client 87 % de la puissance initiale au bout de 30 ans, vous héritez de cette culture.

1973 : les chocs pétroliers ramènent le solaire sur terre

En octobre 1973, l'embargo pétrolier arabe quadruple le prix du baril en quelques mois. Le second choc, en 1979, le double encore. Les pays importateurs découvrent leur dépendance et les gouvernements financent, pour la première fois, la recherche sur les énergies renouvelables. Aux États-Unis, le président Carter fait poser des capteurs solaires sur le toit de la Maison-Blanche en 1979 (ce sont des capteurs thermiques, nous y reviendrons au chapitre 2 ; la confusion date de là). Le Japon lance le programme Sunshine. L'Europe finance des pilotes.

Pour le photovoltaïque, cette décennie est celle du passage au terrestre : le prix du watt tombe autour de 20 dollars vers 1980, et un marché de niche apparaît là où le réseau n'arrive pas. Relais de télécommunication en montagne, balises maritimes, pompes d'irrigation en Afrique, chalets isolés, calculatrices. Le PV est encore, et pour longtemps, l'électricité des sites isolés. Le premier bâtiment raccordé au réseau avec des modules photovoltaïques date de 1980 environ, mais l'idée d'injecter du courant solaire sur le réseau reste marginale jusqu'aux années 1990.

Le contre-choc pétrolier de 1986 coupe une bonne partie des budgets. La décennie qui suit est lente. Elle prépare pourtant le grand tournant : l'Allemagne teste, entre 1990 et 1995, un programme de « mille toits » puis, en 1999, un programme de « cent mille toits » subventionnés. La France, elle, mise sur le nucléaire et n'a pas de raison énergétique d'y aller. Les premières installations françaises raccordées au réseau sont l'œuvre de militants et de collectivités, à l'unité.

2000 : l'Allemagne invente le tarif d'achat moderne

Le 1er avril 2000 entre en vigueur en Allemagne la loi sur les énergies renouvelables, l'Erneuerbare-Energien-Gesetz, connue sous son sigle EEG. Son principe est simple et il va faire le tour du monde : quiconque produit de l'électricité solaire a le droit de l'injecter sur le réseau, le gestionnaire est obligé de l'acheter, et le prix est garanti pendant 20 ans à un niveau qui rend l'investissement rentable. En 2004, le tarif photovoltaïque allemand dépasse 50 centimes d'euro par kilowattheure. Le surcoût est réparti sur tous les consommateurs allemands.

L'effet est immédiat. L'Allemagne, pays peu ensoleillé, devient le premier marché mondial. Les fabricants allemands et japonais montent des usines, les installateurs se forment par milliers, et surtout une chaîne industrielle complète se met en place, du silicium polycristallin au module. Le tarif est dégressif : il baisse chaque année d'un pourcentage annoncé d'avance, ce qui oblige la filière à réduire ses coûts pour rester rentable. Cette dégressivité programmée est le vrai génie de l'EEG.

2006-2010 : la France suit, puis s'emballe

La France copie le modèle avec quelques années de retard. Un premier tarif existe depuis 2002, mais c'est l'arrêté du 10 juillet 2006 qui ouvre le marché : 30 centimes par kilowattheure pour une installation classique, et 55 centimes pour une installation « intégrée au bâti », c'est-à-dire dont les modules remplacent la couverture. Cette prime à l'intégration est une exception française. Elle vise à protéger l'esthétique des toitures et à favoriser une industrie nationale de modules-tuiles. En pratique, elle pousse toute la filière vers des poses en intégration, plus chères, plus délicates à étancher, et parfois moins bien ventilées, donc moins productives.

Entre 2008 et 2010, les prix des modules chutent alors que les tarifs, eux, ne baissent presque pas : jusqu'à 60 centimes le kilowattheure pour le résidentiel intégré en 2010, contre un prix de l'électricité pour le particulier d'environ 12 centimes. La rentabilité devient énorme et les demandes de raccordement explosent : la file d'attente dépasse plusieurs gigawatts en quelques mois. Les banques montent des produits « toiture solaire » clés en main, des sociétés démarchent à domicile, et un certain nombre de poses de mauvaise qualité, en intégration, produisent les fuites et les incendies qui abîment durablement la réputation du métier. C'est le beau-frère de Monsieur Kreutzer.

Le gouvernement réagit par le décret du 9 décembre 2010 : c'est le moratoire. Pendant trois mois, plus aucun contrat d'achat n'est signé pour les installations de plus de 3 kWc, les projets en file d'attente sont annulés et doivent redéposer. Le 4 mars 2011, un nouveau cadre s'applique : tarifs fortement réduits, révision trimestrielle automatique en fonction du volume des demandes, appels d'offres pour les grandes installations. Des milliers d'entreprises créées depuis 2008 ferment dans les deux années qui suivent. La filière française perd, selon les estimations, entre 10 000 et 15 000 emplois^v01.1. Le moratoire est encore, quinze ans plus tard, la référence de tout installateur qui a connu cette période, et l'une des raisons pour lesquelles la qualification RGE (chapitre 4) a été rendue obligatoire pour accéder aux aides.

2010-2020 : l'essor chinois et la chute des coûts

Pendant que l'Europe régule sa demande, la Chine construit l'offre. Au tournant des années 2010, le gouvernement chinois classe le photovoltaïque parmi les industries stratégiques et finance à grande échelle les usines de silicium, de lingots, de plaquettes, de cellules et de modules. En 2011-2012, la surcapacité mondiale fait s'effondrer les prix ; de grands fabricants allemands et américains disparaissent, l'Union européenne impose des droits antidumping sur les modules chinois de 2013 à 2018, sans grand effet sur la tendance. À partir de 2015, la Chine est aussi le premier marché mondial en installation, avec plus de 50 GW posés certaines années, puis plus de 200 GW par an au début des années 2020^v01.2.

La conséquence pour vous tient en un chiffre : le prix d'un module photovoltaïque est passé d'environ 4 €/Wc en 2008 à moins de 0,15 €/Wc en 2024^v01.3. Une division par vingt-cinq en quinze ans. Aucune autre technologie énergétique n'a connu cela. Cette baisse suit ce que l'on appelle la loi de Swanson, du nom du fondateur d'un fabricant américain de cellules : chaque doublement de la production cumulée mondiale fait baisser le prix des modules d'environ 20 %.

Le module Helios TN-435 des Genêts, un TOPCon biverre de 435 Wc et 22,3 % de rendement, coûte 118 € HT à l'installateur. À 4 €/Wc, le même wattage aurait coûté 1 740 €. Et il n'existait pas : les modules courants de 2008 faisaient 180 à 220 Wc pour la même surface, en polycristallin, à 14 % de rendement.

Époque	Technologie courante	Puissance d'un module	Rendement	Prix du module
1958 (Vanguard)	Silicium monocristallin	quelques dizaines de mW	8-10 %	hors de prix
1980	Mono/poly	30-40 Wc	10-12 %	~ 20 $/Wc
2008	Polycristallin	180-220 Wc	13-15 %	~ 4 €/Wc
2015	Polycristallin, mono naissant	250-270 Wc	15-17 %	~ 0,6 €/Wc
2020	Mono PERC	330-400 Wc	19-21 %	~ 0,2 €/Wc
2024	TOPCon, biverre	420-450 Wc	21-23 %	~ 0,12-0,15 €/Wc

Les prix sont des ordres de grandeur en sortie d'usine, hors transport et marge^v01.4.

Le module n'est plus qu'une petite part du prix d'une installation. Aux Genêts, les 23 modules représentent 2 714 € HT sur 18 000 € HT : 15 % du total. Le reste, c'est l'onduleur, la structure, le câblage, la main-d'œuvre, l'étude, le raccordement, la marge et la garantie. Quand un client vous dit qu'il a vu des panneaux à 80 € sur internet, il a raison, et cela ne change presque rien au devis. Vous y reviendrez au chapitre 2 du livre « Économie, conseil et épreuve ».

Les années 2020 : la parité, la crise, l'autoconsommation

Trois faits dominent la décennie en cours.

Le premier est la parité réseau. Depuis le milieu des années 2010, un kilowattheure produit sur un toit résidentiel en France coûte moins cher que le kilowattheure acheté au fournisseur. Le tarif d'achat n'est donc plus le moteur ; c'est l'autoconsommation qui l'est. Depuis l'arrêté du 9 mai 2017, la France a un cadre spécifique : prime à l'investissement versée sur les premières années, tarif de rachat du surplus faible (les 4 centimes des Genêts pour le résidentiel en 2025, l'arrêté de 2017 avait démarré à 10 centimes^v01.5) et injection du reste sur le réseau. L'économie d'une installation se calcule d'abord sur ce que le client ne paie plus, puis sur ce qu'il vend. C'est tout le chapitre 7 du livre « Dimensionnement ».

Le deuxième est la crise énergétique de 2021-2022. La reprise post-Covid, puis l'invasion de l'Ukraine, font exploser les prix de gros de l'électricité en Europe, jusqu'à plus de 1 000 €/MWh à certaines heures d'août 2022^v01.6. Le tarif réglementé français est bloqué par le bouclier tarifaire, puis rattrape en partie : le prix du kilowattheure résidentiel passe d'environ 17 centimes début 2021 à 25 centimes en 2024. Chaque hausse raccourcit mécaniquement le temps de retour d'une installation. La demande résidentielle française double en deux ans, et les délais Enedis avec elle. La loi d'accélération des énergies renouvelables de mars 2023 impose par ailleurs des panneaux sur les grands parkings et facilite l'agrivoltaïsme.

Le troisième est la maturité. En 2024, la France compte plus de 20 GW photovoltaïques raccordés, contre 1 GW en 2010, et le solaire produit entre 4 et 5 % de l'électricité nationale^v01.7. L'Allemagne dépasse 100 GW, la Chine 800 GW, le monde 1 500 GW^v01.8. Le photovoltaïque est devenu la première source de nouvelle capacité électrique installée dans le monde, chaque année, devant toutes les autres réunies. Le métier que vous apprenez est celui d'une industrie ordinaire, avec ses normes, ses qualifications, ses contrôles, et ses concurrents. Ce n'est plus un pari, c'est un chantier.

Sur le chantier — Un installateur lorrain raconte une visite en 2023 : le client, un ancien du BTP, refuse d'emblée « les panneaux, c'est une arnaque, mon voisin a eu son toit qui fuit en 2011 ». Il a fallu vingt minutes pour établir que le voisin avait une pose en intégration au bâti sur un rampant de 20°, faite par une société disparue six mois après. L'installateur a proposé une surimposition, montré les crochets et les rails, et expliqué que plus personne ne posait en intégration depuis 2018 sur ce type de toit. Le devis a été signé. L'histoire de la filière est aussi un argument de vente.

Mots du chapitre

• Effet photovoltaïque : conversion directe de la lumière en électricité dans un matériau semi-conducteur, observée par Becquerel en 1839.
• Cellule de Bell (1954) : première cellule au silicium à rendement utile (6 %), point de départ de la filière.
• Tarif d'achat : prix garanti sur une longue durée (20 ans en général) auquel le gestionnaire ou le fournisseur obligé rachète l'électricité produite.
• EEG : loi allemande de 2000 qui a fixé le modèle du tarif d'achat dégressif.
• Intégration au bâti (IAB) : pose où les modules assurent la fonction de couverture ; fortement primée en France de 2006 à 2010, abandonnée pour le résidentiel depuis.
• Moratoire (décembre 2010) : suspension de trois mois des contrats d'achat en France, suivie d'une refonte des tarifs.
• Loi de Swanson : baisse d'environ 20 % du prix des modules à chaque doublement de la production cumulée.
• Parité réseau : moment où le coût du kilowattheure solaire produit sur place devient inférieur au prix du kilowattheure acheté.
• Autoconsommation : usage direct de sa propre production ; cadre français depuis 2017, avec prime et rachat du surplus.

À retenir

• L'effet photovoltaïque date de 1839 (Becquerel) ; la première cellule au silicium utilisable date de 1954 (Bell Labs, 6 %).
• Le premier marché du PV a été l'espace, à partir de Vanguard 1 en 1958 ; les chocs pétroliers de 1973 et 1979 l'ont ramené sur terre, pour les sites isolés.
• Le tarif d'achat garanti et dégressif, inventé par l'Allemagne en 2000, a créé le marché de masse.
• La France a ouvert son marché en 2006 avec une prime à l'intégration au bâti ; la bulle de 2008-2010 s'est terminée par le moratoire de décembre 2010.
• Le prix des modules a été divisé par plus de vingt entre 2008 et 2024, grâce à l'industrialisation chinoise ; le module ne pèse plus que 10 à 20 % du prix d'une installation.
• Depuis 2017, le modèle français est l'autoconsommation avec vente du surplus, et non plus la vente totale à tarif élevé.
• Le photovoltaïque est aujourd'hui la première source de nouvelle capacité électrique installée dans le monde.

Exercice en ligne

Sur le site, chapitre 1 : vous replacez les grandes étapes de la filière dans l'ordre, vous comparez le coût des modules de votre projet à ce qu'ils auraient coûté en 2008, et vous rédigez en quelques lignes la réponse que vous feriez à votre client s'il vous parlait du tarif d'achat « de 2010 ».