Solar Snake : l’avenir des autoroutes ?

Les idées les plus simples sont souvent les meilleures – encore fallait-il y penser ! Måns Tham a imaginé le concept de « serpent solaire », une gigantesque ombrière composée de panneaux photovoltaïques posée au-dessus d’une route ou d’une autoroute. Ce serpent solaire, en plus de produire de l’énergie, réduit la pollution de l’eau, le bruit et les particules fines.

Solar Snake : un concept écologique et économiquement viable

L’architecte suédois Måns Tham a une idée brillante : recouvrir les routes par des panneaux solaires photovoltaïques (PV). Ce procédé baptisé « serpent solaire » (Solar Serpent, Solar Snake, reptile solaire…) a reçu un accueil très favorable du public dès sa première présentation en juin 2010 à l’université Berkeley de Californie. Depuis le succès ne s’est pas démenti : le concept a été adapté à Montpellier, en Belgique et au Liban.

Le projet imaginé par l’architecte suédois est de construire une armature en acier ou en bois sur laquelle reposerait une « peau » constituée « d’écailles » en panneaux solaires PV. Les panneaux seraient ajourés afin de laisser passer un peu de lumière du soleil et de ne pas se sentir enfermé comme dans un tunnel. Les côtés de l’ombrière seraient également ouverts afin que les usagers de la route puissent voir le paysage alentour ; ainsi pas de sentiment de claustrophobie. Par ailleurs, les cellules PV peuvent désormais être transparentes ce qui réduirait d’autant le sentiment de « tunnel », bien que l’ombrière perdrait alors de son efficacité.

La Belgique a été la première à manifester son intérêt pour ce concept révolutionnaire et à le faire sien. Un an après la divulgation de son prototype, le premier serpent solaire voyait le jour au-dessus d’une ligne de TGV. En tout, ce sont 16 000 panneaux photovoltaïques qui ont été posés sur une surface de 50 000 m² pour un coût avoisinant les 15,6M€ pour une puissance installée de 4MW soit un coût de revient de 3.9€/W. Toutefois, aujourd’hui, avec la chute des prix du solaire PV, ce projet coûterait entre 2 et 2,5€/W.

Le reptile solaire a également été installé sur le parking de l’aéroport de Montpellier. Installées entre novembre 2014 et novembre 2015, les ombrières solaires recouvrent 1800 places de parking. Cette plus vaste centrale solaire en milieu urbain du Languedoc-Roussillon est composée de 16 000 modules munis d’un verre anti-éblouissement afin de ne pas gêner les avions. D’un coût total de 8,1M€ pour 4,5MW installés, le coût de revient de ce Solar Snake est de 1,8€/W, lequel pourrait être abaissé à 1,5€/W si le projet avait été construit avec des matériaux au prix du marché actuel.

Le Beirut River Solar Snake comblera les besoins énergétiques d'un millier de foyers.

Le Beirut River Solar Snake comblera les besoins énergétiques d’un millier de foyers.

Au Liban, un projet similaire a été mené au-dessus de la rivière qui parcourt Beyrouth : le Beirut River Solar Snake. Ce serpent solaire est composé de 3600 panneaux solaires PV pour une puissance installée de 1MW et un coût de 3.1 M$. Cette gigantesque ombrière de 325 mètres de long pour 32 mètres de large donne de l’ombre à la rivière s’écoulant dessous, l’évitant ainsi de s’évaporer. A terme, le projet devrait générer 10MW, assez pour subvenir aux besoins énergétiques de 10 000 foyers.

L’avantage d’élever le serpent solaire au-dessus de la route, comparé à la solution proposée par plusieurs sociétés de construire des routes solaires, est de plusieurs ordres : pas d’ombre portée sur les panneaux, moins de salissure, refroidissement aérien optimisant le rendement, durée de vie élevée, etc. Par ailleurs, le Solar Snake coûte bien moins cher comparé aux solutions évoquées par Roadways aux Etats-Unis, SolarRoad aux Pays-Bas ou Wattway en France (6€/W contre environ 2€/W pour le solar serpent).

Réduire le coût de maintenance et rallonger la durée de vie des routes

Outre le coût d’installation réduit, plusieurs avantages peuvent être tirés du serpent solaire, notamment une durée de vie accrue et une réduction de la maintenance des routes. En effet, la toiture solaire permet de protéger le bitume des agressions météorologiques.

Parmi les dégâts évités grâce à ce solar snake, on peut noter :

  • Le bitume n’est pas soumis aux fortes chaleurs estivales ; il ne fond pas.
  • L’eau ne tombe plus sur la route, évitant l’érosion par ruissèlement et le gel l’hiver.
  • Moins de variation de température du bitume permet d’éviter des cycles de dilatation/contraction très préjudiciable pour le revêtement routier.
  • Les ultra-violets sont neutralisés.
Serpent solaire au-dessus d'une autoroute

Serpent solaire au-dessus d’une autoroute

Dans une hypothèse basse, le coût de construction d’une autoroute 2×2 voies est de 5 millions d’euros pour un coût d’entretien de 70 000€ annuels. Exploiter un moyen qui protègera la route des assauts météorologiques peut donc être quantifié économiquement.

Il existe en France 8 950 km d’autoroutes. Ainsi, pour maintenir ce réseau sur 3 ans, il faut un budget de 2,3 milliards d’euros. En tenant compte d’une fourchette basse du coût de construction, 5M€ du kilomètre, il faut par conséquent une enveloppe substantielle de 45 milliards d’euros. D’où l’intérêt économique évident pour les collectivités de protéger ce réseau routier.

Si l’on décidait d’installer un serpent solaire sur l’intégralité du réseau autoroutier, et en prenant l’hypothèse réaliste que ce toit solaire s’étende au-delà de la bande de circulation (16 mètres au lieu des 11 mètres de l’autoroute), on obtiendrait 143 km². Avec une puissance photovoltaïque installée de 115W/m², ce Solar Snake géant produirait 16 GW, soit deux fois et demi la puissance PV totale actuellement installée en France.

A 2,5€/W, le coût d’installation d’une telle centrale solaire de 16GW coûterait 40 milliards d’euros à construire. En comparant les 2,5€/W aux 0,8€/W que coûte une installation PV au sol classique, on obtient un surcoût de 1,7€/W. Toutefois ce surcoût peut être largement compensé par la réduction du coût de maintenance et l’augmentation substantielle de la durée de vie de l’autoroute. Ainsi, pour 16GW rapporté à 1,7€/W, on obtient un surcoût de 27,2 milliards d’euros, soit 60% du coût d’investissement des 8 950km d’autoroute. Mais, en tenant compte d’un rallongement de la durée de vie de l’autoroute d’un facteur 1,6, le surcoût de la structure porteuse serait entièrement compensé. Et à cela, il faut ajouter l’économie réalisée par les frais de maintenance… Et ce n’est pas tout !

Le Solar Serpent améliore la qualité de l’air

D’après une étude publiée de juillet 2015, le coût annuel de la pollution causée par les voitures en France est de 101,3 milliards d’euros. Soit deux fois plus que les dégâts causés par le tabagisme (47 milliards d’euros). Quel est le lien entre réduction de la pollution et serpent solaire ? La qualité de la chaussée. En effet, la consommation de carburant est réduite de 7% sur une route de qualité, non dégradée par les agressions météorologiques. Par conséquent, grâce à l’ombrière solaire PV, la qualité de la chassée est préservée, ce qui conduit à une baisse de 7% de la consommation automobile, entrainant une baisse de la pollution, d’où une baisse des maladies liées à la pollution atmosphérique.

Le Solar Serpent joue également un rôle de brise-vent, ce qui a une incidence sur la consommation en carburant des automobiles. Ainsi, même lorsque le vent latéral ou de face est faible, il a une répercussion immédiate et importante sur la consommation des véhicules souhaitant garder la même allure.

Grâce à la production gratuite d’électricité, des systèmes de filtration de l’air pourraient être installés tout le long du serpent solaire. Ces systèmes d’épuration  de l’air ont été utilisés dans le tunnel du Mont Blanc et permettent d’éliminer 90% des particules.

Le CO2 est aspiré sous l'ombrière et injecté vers des bassins adjacents où poussent les micro-algues.

Le CO2 est aspiré sous l’ombrière et injecté vers des bassins adjacents où poussent les micro-algues.

Comme dans un tunnel, le CO2 risque de s’accumuler sous l’ombrière. Måns Tham a imaginé une solution écologique de séquestrer le CO2 qui consiste à injecter le gaz aspiré sous l’ombrière vers des bassins où sont cultivées des micro-algues. Les micro-algues ont besoin du dioxyde de carbone pour la photosynthèse. Cette technique a été utilisée dans de nombreuses occasions, notamment par l’entreprise Greenfuel qui transforme le CO2 en biocarburants. Par ailleurs, l’ossature du Solar Snake pourrait très bien être conçue en bois, piège naturel du dioxyde de carbone.

Limiter la pollution sonore et aquifère grâce à l’hélio-reptile

La forme de l’ombrière solaire PV permet de protéger la route des eaux de ruissellements, responsable de la pollution des sols aux abords d’une route. Ainsi, comme le faisait remarquer une étude publiée dans la revue Vertigo : « La pollution d’origine routière, liée aux émissions du moteur à l’échappement, à l’usure des véhicules, de la chaussée et des équipements de la route, constitue une pollution chronique qui affecte directement l’environnement de proximité via les eaux de ruissellement et les dépôts atmosphériques secs et humides » et d’ajouter : « Les milieux impactés sont les hydrosystèmes superficiels et/ou souterrains, l’atmosphère, les sols et les végétaux qu’ils supportent. » Ainsi, grâce à cette installation photovoltaïque révolutionnaire, l’eau de pluie serait collectée et stockée pour pouvoir ensuite être utilisée par les agriculteurs alentour plutôt que de venir laver la route et de déposer les substances polluantes sur l’environnement immédiat.

L'eau de ruissellement pourrait être évitée grâce au serpent solaire - Flickr - faungg's photos

L’eau de ruissellement pourrait être évitée grâce au serpent solaire – Flickr – cc faungg’s photos

Autre conséquence positive : la sécurité routière en sortirait renforcée puisque l’eau ne tomberait plus sur la route, réduisant l’aquaplaning et le verglas. Rappelons que selon l’Observatoire National Interministériel de la Sécurité Routière, un tué sur la route coûtait 1,2 million d’euros en 2007.

Outre la réduction de la pollution aquifère et le risque d’accident sur autoroute, le serpent solaire pourrait limiter les nuisances sonores liées au trafic routier. D’après une étude récente, le bruit généré par les transports routier et ferroviaire dans l’Union européenne pèserait à hauteur de 40 milliards d’euros ! Et lorsque l’on sait que le prix d’un écran acoustique est de 600€ HT/m², on imagine les économies réalisées par le Solar Snake.

Le Solar Snake pourrait avoir d’autres débouchés

Fournir de l’électricité à bas coût et protéger du soleil, de la pluie et du vent ne sont pas les seuls avantages possibles du serpent solaire. Il peut soutenir l’innovation, comme ces camions développés par Siemens et mus par électricité via un pantographe, ce bras télescopique relié à une ligne électrique.

Testé actuellement sur une autoroute californienne, ce procédé prometteur pourrait parfaitement être adapté au serpent solaire qui délivrerait en continu l’électricité nécessaire pour faire déplacer les véhicules. L’avantage de ce procédé est que les camions n’ont pas besoin d’embarquer de volumineuses et coûteuses batteries. Le serpent solaire pourrait également être équipé de capteurs permettant au camion d’être 100% autonome (véhicule sans chauffeur).

Le Solar Serpent pourrait aussi soutenir d’autres inventions innovantes comme par exemple les superchargeurs Tesla. Ces bornes de recharges pourraient être alimentées par l’énergie solaire captée par l’ombrière et délivrer de l’électricité à bas coût aux véhicules électriques.

Le serpent solaire pourrait également permettre d’éclairer l’autoroute au-dessus de laquelle il est construit. Il suffirait pour cela de brancher directement des lampes sous l’ombrière pour éclairer : pas besoin de lampadaires plus coûteux ni de câbles ou de pylônes de lignes à haute tension.

Dépasser les forces résistantes au changement

Il y a fort à parier que de nombreux détracteurs viendront critiquer un projet si ambitieux. Pourtant les avantages tellement nombreux de ce concept novateur pourraient peser favorablement dans la balance. Il faut espérer que les lobbys réticents au changement ne viendront pas contrecarrer ce serpent solaire.

Ce pourrait par exemple être le cas de Colas qui a présenté le Wattway. Ce projet plus onéreux et plus contraignant que le serpent solaire a fait beaucoup parler de lui. Toutefois, pour le mettre en place Colas indique sur son site que « les surfaces pouvant accueillir des dalles Wattway devront être enrobées et récentes. Elles ne devront pas présenter de fissures, d’orniérages, de déformations, ni contenir de l’amiante, et elles devront répondre à un cahier des charges technique et commercial ». Pour résumer, il faut que la route soit neuve… Pas étonnant lorsque l’on sait que le cœur de métier de Colas est de vendre du gravier, du bitume et de l’enrobé…

Il faut par conséquent que les politiques initiatrices de changement dépassent les clivages et les pressions lobbyistes et fassent le bon choix. Chaque euro dépensé dans une technologie moins efficiente est un budget détourné d’un autre projet. Ainsi, si l’Etat décide d’encourager l’innovation de Colas, ce sont des euros en moins pour l’installation du Solar Snake.

Il est du devoir de l’Etat Français de choisir en tout état de cause les meilleurs projets sur lesquels investir ; il en va de notre avenir et de l’émergence d’un nouveau mix énergétique plus responsable. Chez Agexis, nous croyons avec fermeté que le solaire photovoltaïque est l’avenir. Notre domaine d’expertise nous permet d’ores et déjà de participer à ce type de projets d’envergure. En effet, nous maitrisons l’ingénierie des structures métalliques et en bois ainsi que toute l’expertise nécessaire pour mener les études liées à l’énergie photovoltaïque. N’hypothéquons pas l’avenir de nos enfants, produisons dès aujourd’hui l’énergie de demain !

Source : techniques-ingénieur.fr