De nouvelles recherches menées par l’Université d’Oxford et l’University College London (UCL) ont révélé que la pollution provenant des centrales au charbon réduit significativement la production énergétique des installations solaires photovoltaïques (PV), en particulier lorsque celles-ci s’étendent parallèlement. Les résultats ont été publiés le 15 mai dernier dans Nature Sustainability.
La nouvelle étude a cartographié et évalué plus de 140 000 installations solaires photovoltaïques dans le monde à l’aide de données satellites. En combinant cela avec les données atmosphériques sur la pollution de l’air, les chercheurs ont calculé la quantité de lumière solaire perdue et comment cela réduit la production d’électricité. Ils ont constaté que les aérosols – de minuscules particules en suspension dans l’air – réduisaient la production mondiale d’électricité solaire de 5,8 % en 2023. Cela équivaut à 111 térawattheures (TWh) d’énergie perdue – la quantité générée par 18 centrales au charbon de taille moyenne.
Le charbon, un obstacle à unr productivité solaire optimisée
De manière cruciale, ces pertes représentent une contrainte importante et souvent négligée dans la transition vers les énergies propres. Entre 2017 et 2023, les nouvelles installations photovoltaïques ont ajouté en moyenne 246,6 TWh d’électricité chaque année, tandis que les pertes liées aux aérosols provenant des systèmes existants ont atteint 74,0 TWh par an – soit près d’un tiers des gains issus des nouvelles capacités. Cela met en lumière une interaction jusque-là non reconnue entre l’utilisation des combustibles fossiles et les énergies renouvelables, où les émissions d’un système réduisent directement les performances de l’autre. L’auteur principal, le Dr Rui Song (Département de physique de l’Université d’Oxford et du Mullard Space Science Laboratory, UCL) commente : « Nous assistons à une expansion rapide des énergies renouvelables à l’échelle mondiale, mais l’efficacité de cette transition est inférieure à ce que l’on suppose souvent. À mesure que le charbon et le solaire s’étendent en parallèle, les émissions modifient l’environnement radiationnel, compromettant directement la performance de la production solaire. »
De fines particules de pollution absorbent la lumière du soleil
Pour identifier les sources de ces pertes liées aux aérosols, les chercheurs ont retracé leurs origines et ont constaté que la production d’électricité au charbon était un contributeur majeur. Cet effet est particulièrement évident en Chine, où la capacité solaire et charbonnière s’est développée en parallèle et sont souvent co-localisées. Les régions à forte capacité charbonnière sont étroitement alignées avec celles qui connaissent les plus grandes pertes solaires photovoltaïques. La Chine est le plus grand producteur solaire mondial et a produit 793,5 TWh d’électricité solaire photovoltaïque en 2023 (soit 41,5 % du total mondial). Mais elle a également subi les plus grandes pertes dues aux aérosols, la production totale ayant diminué de 7,7 %. Les chercheurs estiment qu’environ 29 % des pertes solaires photovoltaïques liées aux aérosols en Chine proviennent spécifiquement de centrales électriques au charbon. Les centrales à charbon émettent de fines particules de pollution qui dispersent et absorbent la lumière du soleil, réduisant ainsi la quantité atteignant les panneaux solaires à proximité. En conséquence, les panneaux produisent moins d’électricité qu’ils ne le pourraient autrement. « La pollution de l’air ne bloque pas seulement la lumière du soleil – elle modifie aussi les nuages, ce qui peut encore réduire davantage l’énergie solaire. Cela signifie que l’impact réel sera probablement plus important que ce que nous avons mesuré, donc nous surestimons peut-être combien l’énergie solaire peut contribuer à la réduction des émissions si nous ne maîtrisons pas la pollution due au charbon » ajoute le Dr Rui Song.
« Dans un avenir proche, nous pourrons observer en temps réel les impacts des particules de poussière »
Fait intéressant, la Chine a été la seule grande région à montrer une amélioration durable. Les pertes solaires photovoltaïques liées aux aérosols ont diminué en moyenne de 0,96 TWh par an (−1,4 % par an) entre 2013 et 2023. Cela est probablement dû à des normes d’émission plus strictes et à une adoption généralisée de technologies ultra-faibles émissions dans les centrales au charbon, plutôt qu’à une réduction de la capacité charbonnière elle-même. Pour réaliser l’analyse, les chercheurs ont combiné images satellites et apprentissage automatique pour identifier et cartographier plus de 140 000 installations solaires dans le monde. Ils ont ensuite intégré ces données avec des observations atmosphériques et un modèle d’énergie solaire validé pour estimer la quantité d’électricité générée par chaque site et la perte due à la pollution de l’air. « L’imagerie satellitaire mondiale nous a permis de cartographier la montée inexorable de l’énergie solaire bon marché et non polluante pendant les heures de jour. Dans un avenir proche, nous pourrons observer en temps réel les impacts des particules de poussière et de fumée sur la réduction de l’énergie solaire à la surface de la Terre, toutes les 10 minutes, grâce à des satellites géostationnaires couvrant la Terre » précise le professeur Jan-Peter Muller, (Mullard Space Science Laboratory à UCL), co-auteur de l’étude. Et le Dr Chenchen Huang (Université de Bath),co-auteur de l’étude, de conclure : « Nos résultats envoient un avertissement clair aux Objectifs de développement durable : négliger les pertes d’énergie solaire induites par la pollution peut conduire à une surestimation systématique de la production d’énergie renouvelable par les gouvernements, les entreprises et la communauté au sens large. Pour rester sur la bonne voie, les politiques doivent prendre en compte ce frein caché et déplacer les subventions aux combustibles fossiles loin du charbon. »
Encadré
La Foire aux Questions…
Pourquoi ces résultats sont-ils importants ?
Ces résultats montrent que l’efficacité de l’énergie solaire ne peut pas être jugée uniquement par la capacité installée. Même si le solaire se développe rapidement, les interactions avec le système existant de combustibles fossiles peuvent réduire la quantité d’énergie propre réellement fournie. Cela a des implications importantes sur la manière dont les progrès vers les objectifs climatiques sont mesurés et planifiés, suggérant que l’énergie, la qualité de l’air et les infrastructures doivent être considérées ensemble plutôt que de manière isolément.
À part éliminer progressivement le charbon, quels seraient les moyens les plus efficaces d’empêcher la pollution de l’air de limiter la production solaire photovoltaïque ?
À court terme, réduire les émissions provenant des sources existantes peut aider à limiter ces effets. Cela inclut des normes plus strictes sur la pollution de l’air, une adoption plus large des technologies de contrôle des émissions, ainsi que la réduction des émissions issues du transport et de l’industrie. La planification stratégique des installations solaires – comme éviter la co-localisation étroite avec les principales sources de pollution – peut également réduire les pertes. À plus long terme, cependant, réduire la dépendance aux combustibles fossiles reste la manière la plus efficace de résoudre le problème à la source.
Quelle est la situation au Royaume-Uni ?
Au Royaume-Uni, les pertes liées aux aérosols sont relativement modérées comparées aux régions plus fortement polluées. Au contraire, la variabilité de la production solaire est davantage influencée par la couverture nuageuse, qui peut évoluer rapidement et créer des défis pour les opérateurs de réseau. Les avancées dans l’observation de la Terre – en particulier les nouveaux satellites géostationnaires tels que Meteosat Third Generation (MTG) – permettent désormais de suivre les mouvements des nuages à haute résolution temporelle, améliorant ainsi la prévision de la production d’énergie solaire et aidant à mieux gérer ces fluctuations.
