Contribution des poussières désertiques dans l’estimation de la ressource photovoltaïque en Afrique de l’Ouest lors de la saison sèche​

Thèse en cours de Léo Clauzel

Direction de thèse : Sandrine Anquetin et Christophe Lavaysse

Résumé : Face aux défis de l’électrification et de réduction des émissions de gaz à effet de serre
en Afrique de l’Ouest, l’énergie solaire, abondante dans la région, semble prometteuse.
Cependant, la production photovoltaïque, intermittente et dépendante des conditions
météorologiques, est encore peu étudiée à l’échelle infra-journalière. Les aérosols
désertiques, très présents dans cette région, affectent le rayonnement solaire et la
température au sol, impactant ainsi la production d’énergie solaire. Dans ce contexte, cette
thèse vise à identifier les facteurs météorologiques influençant la qualité des prévisions
solaires, à évaluer l’apport de la prise en compte des poussières minérales pour l’estimation
de l’irradiance solaire et de la température en saison sèche, et à comprendre comment les
interactions entre ces aérosols désertiques et le rayonnement ou les nuages modifient la
ressource solaire.
Dans un premier temps, une analyse des prévisions opérationnelles du rayonnement
solaire a révélé que l’agrégation multi-modèles, multi-membres et multi-mailles réduit les
erreurs de prévision. Les nuages sont la principale cause d’erreur, surtout en saison humide,
tandis que les poussières désertiques constituent un facteur météorologique significatif
affectant les prévisions, particulièrement en saison sèche.
Ensuite, des simulations utilisant le modèle couplé WRF-CHIMERE pour deux
événements de poussières minérales typiques de la saison sèche ont été conduites. Elles
ont montré que la prise en compte des aérosols désertiques réduit les erreurs d’estimation
du GHI de 50-75% et de la température de surface de 9-10%. Les poussières diminuent en
moyenne le GHI de 96-116 W/m² et augmentent la température de surface de 1,3-2,1°C.
Cependant, ce résultat cache un cycle diurne marqué, avec un refroidissement diurne
atteignant jusqu’à -0,5°C.
Ces simulations ont permis d’analyser les interactions entre aérosol, nuage et
rayonnement, révélant que l’effet direct des aérosols désertiques surpasse l’effet indirect,
contribuant en quasi-totalité à la modification du GHI et de la température. Pour les
événements étudiés en saison sèche, l’interaction entre poussière minérale et nuage est
limitée. L’effet semi-direct des aérosols désertiques, qui modifie les conditions
thermodynamiques influençant la formation des nuages, est le principal processus de
modification des conditions nuageuses. Cet effet direct entraîne également des variations
dans la charge en aérosols, le chauffage radiatif formant et renforçant une dépression
thermique sous le panache d’aérosols, perturbant les vents en basse couche. Cela entraîne
une augmentation d’environ 2% du flux d’émissions de particules minérales et une
modification de la trajectoire du panache, avec des modifications de l’AOD pouvant atteindre
localement +/- 15%.
Finalement, les résultats de ces recherches nous invitent à nous rapprocher des
acteurs de l’énergie afin qu’ils prennent mieux en compte l’impact des poussières
désertiques dans la prévision solaire mais également dans la planification de futures
centrales solaires.