Pour atteindre l’objectif de 100 GW de capacité solaire installée en France d’ici à 2050, il apparaît nécessaire de développer des solutions innovantes. Après l’exploitation des toitures, ombrières, friches industrielles et décharges, l’avenir du photovoltaïque passe aussi par de nouvelles formes d’intégration : le photovoltaïque flottant installé sur des retenues d’eau et l’agrivoltaïsme qui permet de produire de l’électricité propre tout en continuant à cultiver la terre.
Ces approches répondent à un double enjeu. Il s’agit de produire de l’électricité décarbonée tout en optimisant l’usage du sol et de l’eau, ressources de plus en plus précieuses face au dérèglement climatique.
Selon la revue Nature, couvrir seulement 1 % des terres agricoles mondiales avec des panneaux solaires suffirait à répondre à la totalité de la demande planétaire en électricité. En Europe, des chercheurs de l’université d’Aarhus, au Danemark, estiment que le potentiel de l’agrivoltaïsme pourrait couvrir 25 fois la consommation actuelle.
Mieux comprendre le microclimat des centrales solaires
Si le potentiel est immense, la question de l’impact des panneaux sur leur environnement reste centrale, entre la lumière, la chaleur, la circulation des vents, l’humidité… Ces paramètres forment un microclimat qui influence directement la croissance des cultures, le confort du bétail ou encore l’évaporation de l’eau dans les installations flottantes.
C’est précisément ce que cherche à élucider Joseph Vernier, doctorant à la RD d’EDF sur le site EDF Lab les Renardières. Ses travaux, publiés dans la revue Solar Energy, s’appuient sur « code_saturne », un logiciel libre de mécanique des fluides développé par la RD d’EDF. Ce code de calcul permet de simuler la circulation de l’air, les transferts radiatifs et thermiques de manière fine et rapide.
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L’innovation de ce modèle repose sur une représentation simplifiée des panneaux dans les équations. Il est alors inutile de les modéliser un à un dans le maillage informatique, ce qui réduit énormément le temps de calcul tout en conservant une grande précision.
Les installations photovoltaïques créent des zones d’ombre favorables à certaines cultures tout en contribuant à la protection de l’environnement. © Daniel, Adobe Stock
Des résultats riches d’enseignements
Les simulations et mesures menées sur le site expérimental Agri-PV d’EDF Lab les Renardières mettent en évidence plusieurs phénomènes déterminants. Tout d’abord, les panneaux diminuent le rayonnement solaire direct et diffus, créant ainsi des zones d’ombre propices à certaines cultures. De plus, ils émettent davantage de rayonnement infrarouge à mesure qu’ils chauffent, ce qui permet réduire les risques de gel printanier en redistribuant la chaleur près du sol. La géométrie des installations modifie aussi la vitesse du vent et la turbulence, avec des effets possibles sur l’aération des cultures. Sur l’eau, les systèmes photovoltaïques flottants bloquent lumière et vent, limitant l’évaporation des réservoirs.
Vers des centrales solaires plus résilientes
Pour EDF, les résultats de sa RD ouvrent la voie à des installations photovoltaïques mieux adaptées à leur environnement. Dans le cas de l’agrivoltaïsme, il devient possible de concevoir des centrales qui protègent les cultures contre la chaleur, le gel ou la sécheresse, tout en produisant de l’énergie verte.
Une deuxième publication scientifique est d’ailleurs en cours. Elle couplera ces modèles de microclimat à ceux de plantes afin de prédire plus précisément leurs besoins en eau et leur tolérance aux extrêmes climatiques.
Quant aux projets flottants, la compréhension des échanges thermiques et du rôle des panneaux dans la réduction de l’évaporation constitue un levier important pour la gestion durable des ressources hydriques.
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Article rédigé en partenariat avec EDF