Dans cette série estivale consacrée à l'impact du changement climatique sur le secteur électrique, nous avons déjà parlé des trois principales source d'électricité bas-carbone : l'hydroélectricité, le nucléaire et l'éolien. Il faudra sans doute dire un mot des énergies fossiles, gaz et charbon notamment, même si on leur souhaite une disparition rapide qui les mettraient à l'abri des effets du dérèglement climatique. En attendant, je vous propose de passer rapidement en revue les autres sources d'électricité renouvelable.
L'énergie solaire représente moins de 2% du mix électrique mondial avec une production de l'ordre de 450TWh, mais comme l'éolien elle appartient à l'imagerie de la transition énergétique.
L'énergie solaire a l'avantage d'exploiter le rayonnement solaire, une ressource qui contrairement au vent ou aux précipitation n'est pas directement concernée par le changement climatique en cours. Cependant l'évolution du climat peut affecter la production solaire d'au moins deux façons : en modifiant indirectement le rayonnement solaire exploitable et en dégradant le rendement des installations.
Même si le rayonnement solaire incident n'est en rien modifié par le changement climatique, la partie qui est exploitable à la surface, après traversée de l'atmosphère, peut être affectée notamment par des modification de son contenu en vapeur d'eau et sa nébulosité, en bref : par les nuages.
La hausse de la température a aussi un effet négatif : contrairement à ce que l'on pourrait penser, la production d'un panneau solaire photovoltaïque décroît avec la température de sa surface. Les pertes sont de 3 à 4% par tranche de 10°C. Pour les centrales solaires thermiques, la production d'électricité repose sur le même principe que dans une centrale nucléaire ou à charbon et elle est soumise aux mêmes contraintes : besoin d'une source de refroidissement et perte de rendement avec la température.
Les projections climatiques permettent de se faire une idée de l'évolution de la production solaire avec le climat (même si les résultats des différents modèles divergent assez souvent pour la nébulosité). La production photovoltaïque semble devoir être peu affectée. En Europe, elle pourrait baisser assez sensiblement dans les pays nordiques mais augmenter légèrement dans le sud. Les changements pourraient être plus marqués pour les centrales solaires thermiques avec un gain de plus de 10% en Europe mais des pertes aux Etats-Unis ou dans le Golfe.
La production solaire pourrait aussi être perturbée par des événements climatiques extrêmes plus fréquents ou plus violents. Les vents violents peuvent arracher un panneau solaire et envoyer les débris perforer ses voisins, les inondations sont aussi un risques pour la partie électrique des installations. En 2017, l'ouragan Irma, certes le plus puissant jamais enregistré dans les Caraïbes, avait ainsi laissé dans son sillage des centrales solaires réduites à néant... mais aussi d'autres intactes.
Le risque est réel mais les installations bien conçues résistent beaucoup mieux et peuvent au contraire améliorer la résilience face à ce type d'évènements. En 2018, par exemple, lorsque l'ouragan Florence a frappé la Caroline du Nord, le deuxième état américain pour la production solaire après la Californie, les installations solaires s'en sont tirées sans réels dommages.
Dans ce contexte, la biomasse consiste à brûler un combustible d'origine végétale pour produire de l'électricité. Le plus souvent il s'agit de bois ou de résidus agricoles qui peuvent être brûlés directement - le fonctionnement est alors très proche de celui d'une centrale à charbon classique - ou après avoir été transformé en biogaz - on se retrouve dans ce cas avec une turbine à gaz tout-à-fait classique. La biomasse électrique va donc être confrontée aux même problèmes que les filière thermiques fossiles : perte de rendement avec la chaleur et besoin d'une source froide.
Une autre difficulté supplémentaire peut venir de la disponibilité du combustible puisque le changement climatique a des conséquences sur la croissance et la santé des végétaux : aux Etats-Unis, par exemple, la disponibilité de résidus agricoles utilisés pour la production d'énergie devrait diminuer du fait des vagues de chaleur et de la modification du régime des précipitations.
Indirectement, les effets du changement climatique pourrait aussi rendre plus coûteuse et moins facilement acceptable l'utilisation de ressources agricoles ou forestières pour la production d'énergie. Cela pourrait être le cas notamment pour le bois, dans un contexte où les forets souffrent déjà. L'impact évidemment pourrait être très différents selon la nature du combustible utilisé, la localisation du projet et sa filière d'approvisionnement et le sujet me semble avoir été assez peu étudié.
Pour être tout à fait exhaustif, il reste une dernière source d'électricité bas carbone dont nous n'avons pas encore parlé. Ce sont les énergies de la mer : vagues, marées, courants marins, différences de température ou de salinité entre la surface et les profondeurs, notamment, peuvent être exploités pour produire de l'électricité. Ces technologies en sont à leurs premiers pas mais leurs potentiel justifie quand même une mention.
L'impact du changement climatique sur l'énergie houlomotrice a été un peu étudiée. Cette technique, mise en oeuvre dans des projets comme Pelamis ou Azura, exploite les vagues pour produire de l'électricité, le potentiel de ces projet est donc très sensible au régime des vents. Une étude a par exemple calculé qu'une diminution de la vitesse moyenne du vent de 20% ferait s'effondrer la puissance des vagues de 2/3 dans l'Ouest de l'Ecosse, à l'inverse si le vent augmentait de 20% la puissance récupérable s'envolerait de 130%. Une autre évaluation a eu lieu sur le site de test de Cornwall dans l'ouest de l'Angleterre et conclut au contraire à un impact limité du changement climatique sur le potentiel houlomoteur.
Mais ces quelques étude fait figure d'exception : compte-tenu de la diversité des techniques et de leur niveau de développement, l'impact du changement climatique sur les énergies marines reste largement terra incognita.
Publié le 21 août 2019 par Thibault Laconde
Cet article fait partie d'une série estivale consacrée aux risques climatiques et à l'adaptation dans le secteur électrique.
Retrouvez tous les articles de cette série ici :
- Introduction : Les risques climatiques dans le secteur électriques
- Épisode 1 : L'hydroélectricité : patient zéro de la crise climatique
- Épisode 2 : Canicule, sécheresse... Le nucléaire face aux aléas du climat
- Hors série : L'inondation de la centrale de Blayais pendant la tempête de 1999
- Épisode 3 : Éolien et climat : autant en emporte le vent ?
- Épisode 4 : Solaire, biomasse et énergie marines
- Episode 5 : Changement climatique et réseaux électriques : une menace inévitable
Solaire : une modification de la production parfois significative
L'énergie solaire représente moins de 2% du mix électrique mondial avec une production de l'ordre de 450TWh, mais comme l'éolien elle appartient à l'imagerie de la transition énergétique.
L'énergie solaire a l'avantage d'exploiter le rayonnement solaire, une ressource qui contrairement au vent ou aux précipitation n'est pas directement concernée par le changement climatique en cours. Cependant l'évolution du climat peut affecter la production solaire d'au moins deux façons : en modifiant indirectement le rayonnement solaire exploitable et en dégradant le rendement des installations.
Même si le rayonnement solaire incident n'est en rien modifié par le changement climatique, la partie qui est exploitable à la surface, après traversée de l'atmosphère, peut être affectée notamment par des modification de son contenu en vapeur d'eau et sa nébulosité, en bref : par les nuages.
La hausse de la température a aussi un effet négatif : contrairement à ce que l'on pourrait penser, la production d'un panneau solaire photovoltaïque décroît avec la température de sa surface. Les pertes sont de 3 à 4% par tranche de 10°C. Pour les centrales solaires thermiques, la production d'électricité repose sur le même principe que dans une centrale nucléaire ou à charbon et elle est soumise aux mêmes contraintes : besoin d'une source de refroidissement et perte de rendement avec la température.
Les projections climatiques permettent de se faire une idée de l'évolution de la production solaire avec le climat (même si les résultats des différents modèles divergent assez souvent pour la nébulosité). La production photovoltaïque semble devoir être peu affectée. En Europe, elle pourrait baisser assez sensiblement dans les pays nordiques mais augmenter légèrement dans le sud. Les changements pourraient être plus marqués pour les centrales solaires thermiques avec un gain de plus de 10% en Europe mais des pertes aux Etats-Unis ou dans le Golfe.
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| Centrale solaire de Saint Thomas (Îles Vierges Américaines) après le passage des ouragans Irma et Maria en 2017 |
La production solaire pourrait aussi être perturbée par des événements climatiques extrêmes plus fréquents ou plus violents. Les vents violents peuvent arracher un panneau solaire et envoyer les débris perforer ses voisins, les inondations sont aussi un risques pour la partie électrique des installations. En 2017, l'ouragan Irma, certes le plus puissant jamais enregistré dans les Caraïbes, avait ainsi laissé dans son sillage des centrales solaires réduites à néant... mais aussi d'autres intactes.
Le risque est réel mais les installations bien conçues résistent beaucoup mieux et peuvent au contraire améliorer la résilience face à ce type d'évènements. En 2018, par exemple, lorsque l'ouragan Florence a frappé la Caroline du Nord, le deuxième état américain pour la production solaire après la Californie, les installations solaires s'en sont tirées sans réels dommages.
Biomasse : une ressource moins disponible ?
Dans ce contexte, la biomasse consiste à brûler un combustible d'origine végétale pour produire de l'électricité. Le plus souvent il s'agit de bois ou de résidus agricoles qui peuvent être brûlés directement - le fonctionnement est alors très proche de celui d'une centrale à charbon classique - ou après avoir été transformé en biogaz - on se retrouve dans ce cas avec une turbine à gaz tout-à-fait classique. La biomasse électrique va donc être confrontée aux même problèmes que les filière thermiques fossiles : perte de rendement avec la chaleur et besoin d'une source froide.
Une autre difficulté supplémentaire peut venir de la disponibilité du combustible puisque le changement climatique a des conséquences sur la croissance et la santé des végétaux : aux Etats-Unis, par exemple, la disponibilité de résidus agricoles utilisés pour la production d'énergie devrait diminuer du fait des vagues de chaleur et de la modification du régime des précipitations.
Indirectement, les effets du changement climatique pourrait aussi rendre plus coûteuse et moins facilement acceptable l'utilisation de ressources agricoles ou forestières pour la production d'énergie. Cela pourrait être le cas notamment pour le bois, dans un contexte où les forets souffrent déjà. L'impact évidemment pourrait être très différents selon la nature du combustible utilisé, la localisation du projet et sa filière d'approvisionnement et le sujet me semble avoir été assez peu étudié.
Energies marines : terra incognita
Pour être tout à fait exhaustif, il reste une dernière source d'électricité bas carbone dont nous n'avons pas encore parlé. Ce sont les énergies de la mer : vagues, marées, courants marins, différences de température ou de salinité entre la surface et les profondeurs, notamment, peuvent être exploités pour produire de l'électricité. Ces technologies en sont à leurs premiers pas mais leurs potentiel justifie quand même une mention.
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| Prototype de Pelamis, un projet de production d'électricité à partir des vagues (source) |
Mais ces quelques étude fait figure d'exception : compte-tenu de la diversité des techniques et de leur niveau de développement, l'impact du changement climatique sur les énergies marines reste largement terra incognita.
Publié le 21 août 2019 par Thibault Laconde
.PNG "Croissance explosive du parc solaire photovoltaïque chinois entre 2000 et 2014")
