Renouvelables : les rendements varient en fonction du climat

Fin 2023, l’Organisation météo­ro­lo­gique mon­diale (OMM) et l’Agence inter­na­tio­nale pour les éner­gies renou­ve­lables (IRENA) alertent¹ : « Il est vital de mieux com­prendre les fac­teurs cli­ma­tiques et leurs inter­ac­tions avec les res­sources renou­ve­lables pour assu­rer la rési­lience et l’efficacité des sys­tèmes éner­gé­tiques et des tran­si­tions asso­ciées. » La tran­si­tion mas­sive vers les éner­gies renou­ve­lables est indis­pen­sable pour conte­nir le réchauf­fe­ment cli­ma­tique lié aux acti­vi­tés humaines : leur capa­ci­té totale ins­tal­lée doit pas­ser de 3 870 GW en 2023 à 11 000 GW en 2030 pour limi­ter le réchauf­fe­ment à 1,5 °C².

Mais les deux agences sou­lignent les retom­bées du réchauf­fe­ment cli­ma­tique lui-même sur la pro­duc­tion d’énergie. Par­mi les quatre indi­ca­teurs consi­dé­rés, tous sont impac­tés. Cela concerne les éner­gies éolienne, solaire, l’hydroélectricité et la demande en éner­gie. « Il est essen­tiel que les déci­deurs poli­tiques anti­cipent l’avenir des infra­struc­tures éner­gé­tiques et des actifs en matière d’énergie, en tenant compte des effets du chan­ge­ment cli­ma­tique et de la demande crois­sante qui en résulte », explique dans un com­mu­ni­qué de presse Fran­ces­co La Came­ra, direc­teur géné­ral de l’IRENA. Dans son der­nier rap­port de syn­thèse³, le Groupe d’experts inter­gou­ver­ne­men­tal sur le cli­mat (GIEC) pré­cise que les retom­bées du chan­ge­ment cli­ma­tique sur la pro­duc­tion d’électricité ne devraient pas com­pro­mettre les stra­té­gies d’atténuation à l’échelle glo­bale. En revanche, il sou­ligne que les retom­bées régio­nales peuvent être signi­fi­ca­tives, notam­ment pour l’éolien et l’hydroélectricité. Des régions comme le sud de l’Afrique et l’Asie du Sud-Est pour­raient avoir des dif­fi­cul­tés à ali­men­ter leurs réseaux à cer­taines sai­sons. À l’inverse, l’Amérique du Sud pour­rait consi­dé­rer la revente de sur­plus d’énergie.

Pen­chons-nous tout d’abord sur l’énergie solaire, au poten­tiel de pro­duc­tion et d’expansion le plus impor­tant. La pro­duc­tion d’électricité est direc­te­ment liée à l’ensoleillement – variable selon la lati­tude – et à la pré­sence de nuages. « La nébu­lo­si­té dépend de la tem­pé­ra­ture, de l’humidité et des champs de pres­sion de l’atmosphère, eux-mêmes influen­cés par le chan­ge­ment cli­ma­tique », explique Syl­vain Cros. En 2022, le fac­teur de charge⁴ – c’est-à-dire le ren­de­ment – n’a que très peu varié par rap­port à la période 1991–2020. L’IRENA observe les chan­ge­ments les plus impor­tants (+3 à +6 %) en Boli­vie, au Para­guay et en Argen­tine, des pays déjà clas­sés par­mi ceux rece­vant le plus d’irradiation solaire. D’ici 2050, une étude publiée dans Nature Sus­tai­na­bi­li­ty⁵ iden­ti­fie un dou­ble­ment des jours à faible ren­de­ment en été dans la pénin­sule ara­bique ; et à l’inverse une réduc­tion de moi­tié de ces jours en Europe du Sud. Pour un scé­na­rio inter­mé­diaire d’émissions de gaz à effet de serre (RCP4.5, pour lequel le réchauf­fe­ment atteint 2,7 °C d’ici la fin du siècle), les chan­ge­ments de pro­duc­tion solaire en été en 2050 sont modé­rés : ‑4 % pour la pénin­sule ara­bique, +5 % pour l’Europe cen­trale, +3 % pour le désert d’Atacama, ‑2 % au sud-est de l’Australie ou au nord-ouest de l’Afrique et +2 % en Chine et en Asie du Sud-Est.

À l’échelle glo­bale, les varia­tions de pro­duc­tion liées au chan­ge­ment cli­ma­tique sont donc très faibles. Il appa­raît peu pro­bable que ces varia­tions com­pro­mettent la capa­ci­té de l’énergie solaire à accom­pa­gner la tran­si­tion éner­gé­tique d’après le GIEC. « Les pro­jec­tions montrent que la hausse de tem­pé­ra­ture aug­mente la nébu­lo­si­té, prin­ci­pa­le­ment dans les régions arides », détaille Syl­vain Cros. En cause : l’accroissement de l’évaporation de l’eau des sols et des océans, conju­gué à une aug­men­ta­tion de la convec­tion qui favo­rise une mon­tée en alti­tude et la conden­sa­tion en nuages. « Mais d’autres fac­teurs contri­buent à la nébu­lo­si­té, et les modèles sont cette fois beau­coup plus incer­tains », pour­suit le scien­ti­fique. Quant aux fac­teurs socio-éco­no­miques, dif­fi­cile de les anti­ci­per. Les pro­grès tech­no­lo­giques aug­mentent le ren­de­ment des pan­neaux pho­to­vol­taïques. Syl­vain Cros ajoute : « Le taux de déploie­ment est un autre fac­teur impor­tant : les pan­neaux solaires sont deve­nus tel­le­ment bon mar­ché que la vitesse de leur déploie­ment pour­rait contre­ba­lan­cer les effets de la baisse d’irradiation. »

Autre mode de pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable impor­tant : l’éolien. En com­pa­rant le fac­teur de charge de l’année 2022 à la période 1991–2020, l’OMM-IRENA notent des chan­ge­ments impor­tants. De nom­breux pays euro­péens enre­gistrent une dimi­nu­tion de 10 % ou plus, et la baisse dépasse 16 % en Amé­rique cen­trale et Papoua­sie-Nou­velle-Gui­née. À l’inverse, des hausses de 8 % sont obser­vées en Afrique sub­sa­ha­rienne, Mada­gas­car, Boli­vie, Para­guay, Corée ou encore aux États-Unis. Mais les études semblent mon­trer que la varia­bi­li­té natu­relle du cli­mat (l’alternance des phé­no­mènes El Niño-La Niña par exemple) explique en grande par­tie ces varia­tions, plu­tôt que le réchauf­fe­ment lié aux acti­vi­tés humaines.

« Les chan­ge­ments de tem­pé­ra­ture de sur­face sont bien appré­hen­dés dans les pro­jec­tions cli­ma­tiques. En revanche, les modi­fi­ca­tions de la cir­cu­la­tion atmo­sphé­rique sont beau­coup plus dif­fi­ciles à modé­li­ser, car de mul­tiples méca­nismes peuvent influen­cer la pro­duc­tion éolienne⁶ », atteste Riwal Plou­gon­ven. Résul­tat : dif­fi­cile d’identifier un signal clair à grande échelle pour l’avenir. Le GIEC estime que les res­sources à long terme en éner­gie éolienne n’évoluent pas signi­fi­ca­ti­ve­ment dans les scé­na­rios cli­ma­tiques futurs. Mais cer­taines régions pour­raient être concer­nées par des varia­tions impor­tantes, soit d’une année à l’autre, soit au fil des mois. Dans une syn­thèse regrou­pant 75 études⁷, des auteurs relèvent une dimi­nu­tion du poten­tiel de pro­duc­tion à l’ouest des États-Unis pour la deuxième moi­tié du XXI^ème siècle, et une ten­dance à la dimi­nu­tion pour une majeure par­tie de l’hémisphère Nord (Europe, Rus­sie, Chine). À l’inverse, la pro­duc­tion éolienne en Amé­rique cen­trale, du Sud, au sud de l’Afrique et en Asie du Sud-Est montre une ten­dance à la hausse. Dans une étude publiée en février 2024⁸, d’autres auteurs notent des dimi­nu­tions impor­tantes d’ici 2100 pour le pire scé­na­rio d’émissions de GES – d’environ ‑10 % par exemple pour une majeure par­tie de l’Union euro­péenne et des États-Unis. Ils sou­lignent que ce déclin touche par­ti­cu­liè­re­ment des régions den­sé­ment peu­plées, aug­men­tant les retom­bées. « L’amplitude de ces chan­ge­ments peut être signi­fi­ca­tive, de l’ordre de 10 à 30 % selon les régions consi­dé­rées », note Riwal Plou­gon­ven. Mais il tem­père : « La majo­ri­té des études se foca­lise sur le pire scé­na­rio d’émissions de GES (SSP5‑8.5) et des pro­jec­tions pour la fin du siècle. Or ce scé­na­rio est peu pro­bable, et l’horizon – même s’il est inté­res­sant – est trop loin­tain par rap­port aux échelles de temps du sec­teur éolien. »

Concer­nant l’hydroélectricité, l’indicateur éva­lué dans le rap­port OMM-IRENA montre une réduc­tion en 2022 en Amé­rique du Sud, Asie de l’Est, Afrique cen­trale et de l’est et l’ouest de l’Europe. A contra­rio, une hausse est remar­quée au Cana­da, Mexique, Rus­sie, Inde, Népal, Afrique du Sud, Aus­tra­lie et dans les pays scan­di­naves. Ces obser­va­tions sont prin­ci­pa­le­ment liées, comme pour celles du solaire, au régime cli­ma­tique la Niña en place en 2022. La pro­duc­tion d’hydroélectricité est en effet direc­te­ment liée à la dis­po­ni­bi­li­té de l’eau, et est modu­lée par les tem­pé­ra­tures et l’intensité des pré­ci­pi­ta­tions. Quant à l’avenir, une majeure par­tie des cen­trales hydro­élec­triques (61 à 74 %) sont situées dans des régions où des déclins consi­dé­rables des débits des rivières sont pro­je­tés dès 2050. Glo­ba­le­ment, il est esti­mé que les hautes lati­tudes enre­gis­tre­ront une hausse de 5–20 %, tan­dis que les régions sou­mises à la séche­resse subi­ront une baisse de 5–20 % (cela concerne l’Amérique du Nord et cen­trale, le sud de l’Europe, le Moyen-Orient, l’Asie cen­trale et le sud de l’Amérique du Sud).

Il est impor­tant de consi­dé­rer ces pro­jec­tions dans les plans de déploie­ment des éner­gies renou­ve­lables. Cer­taines régions du monde pour­raient se retrou­ver dans des situa­tions gagnantes, « pro­fi­tant » de la hausse de pro­duc­tion de plu­sieurs éner­gies. À l’inverse, d’autres régions seraient dou­ble­ment ou tri­ple­ment affec­tées. Le rap­port OMM-IRENA prend le cas de la région regrou­pant le Bots­wa­na, Mozam­bique, Nami­bie, Afrique du Sud et Zim­babwe : en juin 2022, la pro­duc­tion solaire était réduite mais la région enre­gis­trait des hausses impor­tantes de pro­duc­tion d’hydroélectricité et d’énergie éolienne. Par oppo­si­tion, en octobre 2022, la plu­part des indi­ca­teurs étaient à la baisse, met­tant en péril l’alimentation en élec­tri­ci­té. « L’utilisation d’un bou­quet d’énergies renou­ve­lables est clé pour que les varia­tions puissent se com­pen­ser », sou­ligne Riwal Plou­gon­ven. Enfin, des échanges d’électricité entre régions pour­raient atté­nuer ces effets : par exemple, le poten­tiel plus impor­tant d’énergie éolienne en Amé­rique du Nord pour­rait com­pen­ser la réduc­tion au Mexique. L’OMM-IRENA sou­lignent le rôle des sys­tèmes d’alerte pré­coce pour sécu­ri­ser l’énergie à tra­vers le monde.

Riwal Plou­gon­ven conclut : « Il est clair que ces varia­tions liées au chan­ge­ment cli­ma­tique doivent être consi­dé­rées pour dimen­sion­ner au mieux notre pro­duc­tion d’énergies renou­ve­lables, mais cela ne remet pas en cause le déploie­ment mas­sif et néces­saire de celles-ci pour décar­bo­ner notre éner­gie. » Le der­nier effet majeur du cli­mat sur la tran­si­tion éner­gé­tique ? La demande en énergie.

Anaïs Marechal