La pollution due au charbon réduit considérablement la production d’énergie solaire

Une étude menée par l’Université d’Oxford et l’University College London (UCL) révèle que la pollution émise par les centrales au charbon réduit considérablement la production d’énergie des installations photovoltaïques, notamment lorsqu’elles sont implantées côte à côte. Les résultats ont été publiés vendredi 15 mai dans la revue Nature Sustainability.

Cette nouvelle étude a cartographié et évalué plus de 140 000 installations photovoltaïques dans le monde à l’aide de données satellitaires. En combinant ces données avec des données atmosphériques sur la pollution de l’air, les chercheurs ont calculé la quantité de rayonnement solaire perdue et son impact sur la production d’électricité. Ils ont constaté que les aérosols – de minuscules particules en suspension dans l’air – ont réduit la production mondiale d’électricité solaire de 5,8% en 2023. Cela équivaut à 111 térawattheures (TWh) d’énergie perdue, soit la quantité produite par 18 centrales à charbon de taille moyenne.

La perte liée au parc existant représente un tiers des gains des nouvelles installations annuelles

Surtout, ces pertes représentent une contrainte importante et souvent négligée à la transition énergétique. Entre 2017 et 2023, les nouvelles installations photovoltaïques ont ajouté en moyenne 246,6 TWh d’électricité par an, tandis que les pertes liées aux aérosols de tous les systèmes existants ont atteint 74,0 TWh annuellement, soit près d’un tiers des gains des nouvelles capacités. Ceci met en lumière une interaction jusqu’alors insoupçonnée entre l’utilisation des combustibles fossiles et les énergies renouvelables, où les émissions d’un système réduisent directement les performances de l’autre.

« On observe une expansion mondiale rapide des énergies renouvelables, mais l’efficacité de cette transition est moindre qu’on ne le pense souvent. Le développement parallèle du charbon et du solaire modifie l’environnement radiatif, ce qui nuit directement au rendement de la production solaire », explique le Dr Rui Song (Département de physique, Université d’Oxford, et Laboratoire des sciences spatiales Mullard, UCL), l’un des auteurs principaux de l’étude.

Dr Rui Song

Pour identifier les sources de ces pertes liées aux aérosols, les chercheurs ont retracé leur origine et ont constaté que la production d’électricité à partir du charbon y contribuait fortement. Cet effet est particulièrement visible en Chine, où les capacités de production d’énergie solaire et de charbon se sont développées en parallèle et sont souvent situées au même endroit. Les régions à forte capacité de production de charbon correspondent ainsi étroitement aux zones subissant les plus fortes pertes de production d’énergie solaire photovoltaïque.

La Chine est le premier producteur mondial d’énergie solaire et a produit 793,5 TWh d’électricité solaire photovoltaïque en 2023 (41,5% de la production mondiale). Mais elle a également subi les plus fortes pertes dues aux aérosols, avec une réduction de la production totale de 7,7%. Les chercheurs estiment qu’environ 29% des pertes de production d’énergie solaire photovoltaïque liées aux aérosols en Chine proviennent spécifiquement des centrales au charbon. Ces centrales émettent de fines particules polluantes qui diffusent et absorbent la lumière du soleil, réduisant ainsi la quantité atteignant les panneaux solaires situés à proximité. Par conséquent, ces panneaux produisent moins d’électricité qu’ils ne le pourraient.

Le Dr Song ajoute : « La pollution atmosphérique ne se contente pas de bloquer la lumière du soleil ; elle modifie également la formation des nuages, ce qui peut réduire encore davantage la production d’énergie solaire. Cela signifie que l’impact réel est probablement plus important que ce que nous avons mesuré. Nous risquons donc de surestimer la contribution de l’énergie solaire à la réduction des émissions si nous ne parvenons pas à maîtriser la pollution issue des centrales au charbon ».

Fait intéressant, la Chine est la seule grande région à avoir enregistré une amélioration durable. Les pertes d’énergie solaire photovoltaïque liées aux aérosols ont diminué en moyenne de 0,96 TWh par an (soit une baisse annuelle de 1,4%) entre 2013 et 2023. Cette diminution est probablement due au renforcement des normes d’émission et à la généralisation des technologies à très faibles émissions dans les centrales au charbon, plutôt qu’à une réduction de la capacité de production de ces dernières.

Pour réaliser cette analyse, les chercheurs ont combiné imagerie satellitaire et apprentissage automatique afin d’identifier et de cartographier plus de 140 000 installations solaires à travers le monde. Ils ont ensuite intégré ces données à des observations atmosphériques et à un modèle validé d’énergie solaire pour estimer la production d’électricité de chaque site et les pertes dues à la pollution atmosphérique.

« L’imagerie satellitaire mondiale nous a permis de cartographier la progression inexorable de l’énergie solaire bon marché et non polluante pendant la journée. Dans un avenir proche, nous pourrons observer en temps réel, toutes les 10 minutes, l’impact des particules de poussière et de fumée sur la réduction de l’énergie solaire à la surface de la Terre, grâce aux satellites géostationnaires qui survolent la planète », ajoute le professeur Jan-Peter Muller (Laboratoire des sciences spatiales Mullard de l’UCL), autre auteur principal de l’étude.

Ces résultats montrent que l’efficacité de l’énergie solaire ne peut 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 effectivement 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 conjointement et non séparément.

« Nos résultats constituent un avertissement clair concernant les objectifs de développement durable : négliger les pertes d’énergie solaire dues à la pollution peut conduire à une surestimation systématique de la production d’énergie renouvelable par les gouvernements, les entreprises et la société civile. Pour rester sur la bonne voie, les politiques publiques doivent prendre en compte ce frein invisible et réorienter les subventions aux énergies fossiles, en s’éloignant du charbon », complète le Dr Chenchen Huang (Université de Bath), co-auteur de l’étude.

Une visualisation des données est disponible ici 

Lire l’étude publiée dans la revue Nature

Credit: EarthDaily.