04 avr 2016

Route solaire, thermique, hybride : vers une route à énergie positive

  • ENR
Boostée par les ambitions de la transition énergétique, la route à énergie positive fait son chemin. Route thermique, solaire ou hybride : plusieurs projets innovants se concrétisent en dépit d’objectifs technologiques et économiques différents.

La route solaire ou chauffante : une opportunité pour le parc routier existant

Décarboner les transports et les routes, transformer certains tronçons en sources d’énergie propre et renouvelable grâce aux routes solaires et/ou chauffantes… ces objectifs du Ministère de l’écologie et du développement durable se concrétisent : appel à projets « Route du futur » lancé par l’ADEME en juillet dernier20151, signature par la filière route d’une convention d’engagement avec le Ministère de l’écologie pour développer des réseaux routiers innovants en avril 2015. 

Avec la route solaire et/ou thermique, « l’énergie s’avère être un trait d’union pour maintenir en bon état le parc routier malgré des budgets en baisse car elle est reliée aux questions d’infrastructures, tout en s’intégrant aux nouveaux enjeux de transition énergétique », indique Nicolas Hautière de l’IFSTTAR2. De fait, la route à énergie positive figure comme un des projets phares de la Route 5ème génération, avec un dénominateur commun entre route solaire et route chauffante : privilégier les circuits courts d’énergie pour favoriser production et utilisation d’énergie locales. Avec, en bénéfice induit, la valorisation énergétique d’une surface routière existante sans empiéter sur les terres agricoles.

La route chauffante sécurise la circulation

Pour l’IFSTTAR, la priorité est claire : pas question de produire massivement de l’énergie photovoltaïque pour concurrencer les fermes solaires ou éoliennes. « Il s’agit, en premier lieu, d’étudier comment la route peut devenir son propre fournisseur d’énergie, par exemple pour éviter le gel, puis éventuellement pour contribuer à alimenter les réseaux de chaleur à proximité », indique Nicolas Hautière. 

À la fois route solaire et thermique, la route hybride doit avant tout répondre aux besoins de sécurisation et de viabilisation du réseau routier avec le maintien de la route à température constante pour éviter le gel l’hiver et la surchauffe l’été. 

« En période froide, la route récupère la chaleur du sol pour réchauffer les couches supérieures par un circuit d’eau. » Plus besoin de saler en cas de gel, la route est auto-dégivrante. En été, c’est l’inverse, l’eau du sol permet de capter l’énergie solaire à la surface de la route de manière à alimenter en eau chaude sanitaire les immeubles alentour. Une véritable opportunité pour alimenter les territoires isolés des réseaux électriques avec un déploiement à moindre coût. 

« En France, nous disposons de 17 000 km2 de routes, observe Nicolas Hautière. Sur un plan purement théorique, nous savons que 3 100 km2 de panneaux solaires avec un rendement de 15 % permettrait de couvrir les besoins en électricité du territoire. » Mais ce potentiel considérable n’est pas viable à grande échelle. Pour l’instant, l’intérêt d’une route solaire réside surtout dans les zones urbaines ou les régions fortement isolées pour alimenter l’éclairage public, la signalisation routière, les bâtiments publics ou les bureaux. La faisabilité technologique est déjà à l’étude à travers plusieurs démonstrateurs (voir encadré).

La route solaire de Colas pour une production d’électricité locale

Du côté de Colas et de la route solaire Wattway, le parti pris technologique est sensiblement différent. « Actuellement le maillage routier français est mature et adapté aux besoins, considère Philippe Raffin, directeur technique et R&D de Colas. Équiper une route existante qui regarde le ciel 90 % du temps confère à la route une nouvelle fonction de production d’énergie électrique. » 

Particularité de la technologie Wattway : des dalles de 7 mm d’épaisseur composées de cellules photovoltaïques. Pour créer une route solaire, pas besoin de travaux lourds de génie civil, « notre revêtement vient s’appliquer sur une chaussée existante ». 

Concrétisée depuis cinq ans avec le soutien de l’Institut National de l’Énergie Solaire (INES), la technologie de route solaire Wattway commence sa phase de co-développement au 2e trimestre 2016. Le principe est simple : Wattway va faire l’objet de chantiers d’application pour le compte de co-développeurs désireux de disposer d’électricité verte (communes, communautés d’agglomération pour des tronçons de voirie, mais aussi centres commerciaux ou entreprises pour équiper les parkings) selon l’usage souhaité (éclairage urbain, bureaux, magasins ou logements). 

« Pour donner un ordre de grandeur, équiper deux places de parking permet d’alimenter un foyer moyen pendant un an hors chauffage », précise Philippe Raffin. L’ADEME, quant à elle, estime qu’un kilomètre de route solaire pourrait assurer l’éclairage urbain de 5 000 habitants.

Entre transparence et adhérence, les dessous du défi technologique

Restait une difficulté technologique de taille pour les routes solaires et thermiques : concilier solidité, sécurité et transparence du revêtement.

Première contrainte : la couche de roulement doit être à la fois très solide et très fine pour laisser passer la lumière. « Nous avons trouvé une solution avec des résines translucides permettant une protection et une étanchéité totale des cellules », explique Philippe Raffin. Car une cellule photovoltaïque mesure 200 microns d’épaisseur, c’est un silicium polycristallin, aussi fragile que le verre. « Il a donc fallu mettre au point un mille-feuille pour assurer la résistance, l’étanchéité, la transparence, mais aussi l’adhérence du produit final, finalement obtenue par des granulés de verre recyclés. » 

De fait, après avoir testé les technologies sur des « routes martyres » à l’épreuve de poids légers et de poids lourds, puis simulé les passages d’un million de poids lourds (soit une durée de vie de plus de 10 ans), les résultats sont là : les performances électriques restent intactes. 

Entre routes solaires et routes thermiques, la technologie est proche. La route chauffante propose une brique supplémentaire avec un système de pompes à chaleur et/ou, éventuellement, de géothermie permettant d’alimenter les réseaux de chaleur en faisant circuler les flux thermiques, à l’image des planchers chauffants.

Un modèle économique en construction

Reste la question du coût. Pour tous les opérateurs de route solaire et/ou thermiques, l’enjeu consiste à trouver le modèle économique ad hoc. « Si le calcul théorique est séduisant, insiste Nicolas Hautière, sur les routes hybrides, il est trop tôt pour dire si le retour sur investissement sera vraiment intéressant. En revanche, avec un seul épisode hivernal comme celui de mars 2013, l’équipement des rampes qui gèlent l’hiver, coupant la circulation, pourrait être rentabilisé ! » 

Parallèlement, des applications particulières comme le dégivrage des pistes d’aéroport pourraient s’avérer stratégiques et donc économiquement intéressantes. Chez Colas, on reste optimiste : « Nous ne cherchons pas à faire de la production de masse, insiste Philippe Raffin. Nos premiers chantiers d’application portent sur 20 à 100 m2 de surface, car nous voulons surtout valider la robustesse de notre modèle suivant différents usages. » 

Car si les prix de Wattway sont sensiblement supérieurs à ceux des fermes solaires, la rentabilité sera surtout fonction du projet et de l’usage. « Nos partenaires co-développeurs voient le bénéfice d’une production locale pour un usage local, que ce soit dans des zones urbaines ou dans des zones isolées, comme certaines aires d’autoroute. Dans les territoires isolés, pour des projets de consommation modeste, si nous comparons les coûts de réalisation d’une ligne à haute tension avec ceux d’une installation Wattway, l’intérêt économique tombe sous le sens ! » Ensuite revente ou autoconsommation, tout dépendra de la réglementation qui conditionnera les prix et les conditions.
 
1 Ouvert depuis le 15 juillet 2015, l'appel à projets (AAP) « Route du futur » se clôturera le 1er octobre 2016. Objectif : le financement des projets innovants et durables dans le domaine des infrastructures routières à travers des technologies, des procédés, des services et des solutions industrielles. Particularité : l’importance de viser des retombées économiques et écologiques.
2 Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux.

 
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