La pollution du charbon réduit la production solaire, selon une étude

Une nouvelle recherche menée par l’Université d’Oxford et l’University College London (UCL) a révélé que la pollution des centrales à charbon réduit significativement la production d’énergie des installations solaires photovoltaïques (PV), en particulier là où les deux se développent côte à côte. Les résultats ont été publiés aujourd’hui (15 mai) dans Nature Sustainability.

La nouvelle étude a cartographié et évalué plus de 140 000 installations solaires PV 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 lumière solaire perdue et la réduction de la production d’électricité qui en résulte. Ils ont constaté que les aérosols (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, soit la production de 18 centrales électriques au charbon de taille moyenne.

Fait crucial, ces pertes représentent une contrainte importante et souvent négligée sur la transition vers une énergie propre. Entre 2017 et 2023, les nouvelles installations PV ont ajouté en moyenne 246,6 TWh d’électricité chaque année, tandis que les pertes liées aux aérosols des systèmes existants ont atteint 74,0 TWh par an, soit l’équivalent de près d’un tiers des gains de nouvelle capacité. Cela met en évidence une interaction jusqu’alors non reconnue entre l’utilisation des combustibles fossiles et l’énergie renouvelable, où les émissions d’un système réduisent directement les performances de l’autre.

L’auteur principal, le Dr Rui Song (Département de physique, Université d’Oxford, et Mullard Space Science Laboratory, UCL), a déclaré : « Nous assistons à une expansion rapide à l’échelle mondiale des énergies renouvelables, mais l’efficacité de cette transition est moindre qu’on ne le suppose souvent. Alors que le charbon et le solaire se développent en parallèle, les émissions modifient l’environnement radiatif, sapant directement les performances de la production solaire. »

Pour identifier les sources de ces pertes liées aux aérosols, les chercheurs ont retracé leurs origines et ont découvert que la production d’électricité à partir du charbon était un contributeur majeur. Cet effet est particulièrement visible en Chine, où les capacités solaires et charbonnières se sont développées en parallèle et sont souvent situées au même endroit. Les régions à forte capacité charbonnière correspondaient étroitement aux zones connaissant les plus grandes pertes de PV solaire.

La Chine est le plus grand producteur solaire mondial et a généré 793,5 TWh d’électricité solaire PV en 2023 (41,5 % du total mondial). Mais elle a également subi les plus grandes pertes dues aux aérosols, avec une production totale réduite de 7,7 %. Les chercheurs estiment qu’environ 29 % des pertes de PV solaire liées aux aérosols en Chine proviennent spécifiquement des centrales au charbon. Les centrales au charbon émettent de fines particules de pollution qui diffusent et absorbent la lumière solaire, réduisant ainsi la quantité atteignant les panneaux solaires à proximité. En conséquence, les panneaux produisent moins d’électricité qu’ils ne le pourraient autrement.

Le Dr Song a ajouté : « La pollution de l’air ne bloque pas seulement la lumière du soleil, elle modifie également les nuages, ce qui peut encore réduire l’énergie solaire. Cela signifie que l’impact réel est probablement plus important que ce que nous avons mesuré, ce qui pourrait nous amener à surestimer la contribution de l’énergie solaire à la réduction des émissions si nous ne maîtrisons pas la pollution due au charbon. »

Fait intéressant, la Chine s’est avérée être la seule grande région à montrer une amélioration durable. Les pertes de PV solaire 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 l’adoption généralisée de technologies à très faibles émissions dans les centrales au charbon, plutôt qu’à une réduction de la capacité charbonnière elle-même.

Pour effectuer l’analyse, les chercheurs ont combiné l’imagerie satellitaire et l’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 produite par chaque site et la quantité perdue en raison de la pollution de l’air.

L’auteur correspondant, le professeur Jan-Peter Muller (Mullard Space Science Laboratory à l’UCL), a déclaré : « L’imagerie satellitaire mondiale nous a permis de cartographier l’essor inexorable de l’énergie solaire non polluante et bon marché pendant les heures de clarté. Dans un avenir proche, nous serons en mesure d’observer les impacts des particules de poussière et de fumée sur la réduction de l’énergie solaire à la surface de la Terre en temps réel toutes les 10 minutes à partir de satellites géostationnaires couvrant la Terre. »

Le co-auteur, le Dr Chenchen Huang (Université de Bath), a déclaré : « 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 société dans son ensemble. Pour rester sur la bonne voie, les politiques doivent tenir compte de ce frein caché et réorienter les subventions aux combustibles fossiles loin du charbon. »

Le professeur Myles Allen (Département de physique, Université d’Oxford, et fondateur d’Oxford Net Zero, qui n’a pas participé à l’étude) ajoute : « Tous les scénarios qui respectent les objectifs de l’Accord de Paris montrent une transition rapide hors du charbon sans dispositif d’atténuation, ce qui ne se produit pas. La raison en est que l’électricité au charbon reste remarquablement bon marché – comme le montre cette étude, c’est parce que les coûts réels sont cachés. »

FAQ

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 avec une expansion rapide du solaire, les interactions avec le système existant de combustibles fossiles peuvent réduire la quantité d’énergie propre réellement livrée. 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 qu’isolément.

Hormis l’élimination progressive du charbon, quels seraient les moyens les plus efficaces d’empêcher la pollution de l’air de limiter la production solaire PV ?

À court terme, la réduction des émissions des sources existantes peut contribuer à limiter ces effets. Cela comprend des normes plus strictes de pollution de l’air, une adoption plus large des technologies de contrôle des émissions, et la réduction des émissions du transport et de l’industrie. La planification stratégique des installations solaires – par exemple en évitant une proximité étroite avec les grandes sources de pollution – peut également réduire les pertes. À plus long terme, cependant, la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles reste le moyen le plus efficace de s’attaquer au problème à sa source.

Quelle est la situation au Royaume-Uni ?

Au Royaume-Uni, les pertes liées aux aérosols sont relativement modérées par rapport aux régions plus polluées. Au lieu de cela, la variabilité de la production solaire est plus fortement influencée par la couverture nuageuse, qui peut changer rapidement et créer des défis pour les gestionnaires de réseau. Les progrès de 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 gérer ces fluctuations plus efficacement.

Article : Coal plants persist as a large barrier to the global solar energy transition – Journal : Nature Sustainability – DOI : Lien vers l’étude

Source : Oxford U.