L’empreinte eau du nettoyage des fermes photovoltaïques en Afrique de l’Ouest

Thèse en cours de Amy Banigo

Mots-clés : Cycle de la poussière, Énergie solaire, Ressources en eau, Analyse spatio-temporelle, Projections climatiques

Contexte et objectifs
Il existe un fort potentiel photovoltaïque (PV) en Afrique sub-saharienne et un développement massif d’installations de production PV est en cours dans de nombreuses régions sub-sahariennes. Dans le but de favoriser l’accès à l’énergie sur le continent, ces installations prennent généralement la forme de grandes fermes PV, connectées aux réseaux nationaux, ou de petits systèmes PV destinés à produire de l’électricité pour des mini-réseaux dans des zones rurales isolées.
La production nette des installations PV peut cependant être limitée par rapport à ce potentiel, notamment en raison de l’effet des poussières. La poussière dans l’air réduit, dans un premier temps, l’irradiation solaire qui atteint les panneaux. Le dépôt et l’accumulation de poussières sur les panneaux diminuent, dans un deuxième temps, leur efficacité de production . Dans le contexte ouest-africain, le transport de poussière depuis la région du Sahara est considérable, et les pertes de production associées dues au dépôt des poussières peuvent être significatives. Ces pertes peuvent être atténuées par des opérations de nettoyage des panneaux solaires. Si les stratégies de nettoyage doivent être définies de manière à minimiser les pertes de production d’énergie, elles doivent également minimiser l’empreinte sur les ressources en eau régionales et s’inscrire dans des contextes multi-usages de la ressource en eau (irrigation des cultures, approvisionnement en eau potable), notamment dans les zones où la ressource en eau est déjà rare où fortement exploitée.
L’objectif de la thèse est d’évaluer l’effet que les poussières peuvent avoir sur le potentiel de production photovoltaïque en Afrique de l’Ouest, et de fournir une évaluation de l’empreinte en eau et de la réduction en salissures de différentes stratégies de nettoyage. Cette évaluation sera obtenue à l’aide d’outils de simulations qui seront développés pour différentes stratégies de nettoyage des salissures au cours de la thèse. Elle s’appuiera sur un modèle dynamique local de dépôt des poussières sur un panneau, qui sera adapté au contexte d’Afrique de l’Ouest et basé sur des observations locales de salissures. Ce modèle permettra de simuler l’évolution temporelle des dépôts de poussières sur les panneaux d’une ferme PV "virtuelle", résultant à la fois des flux de dépôt de poussières atmosphériques et du dépoussiérage par le vent, des opérations d’auto-nettoyage par précipitation et de nettoyage artificiel.

La thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR NETWAT, un projet de recherche collaboratif, coordonné par l’IGE et impliquant des chercheurs en sciences atmosphériques et hydrologiques, ainsi que des praticiens de l’énergie solaire. NETWAT vise principalement à développer des solutions pour assurer une production photovoltaïque (PV) optimisée en Afrique de l’Ouest sans compromettre la durabilité de la gestion des ressources en eau dans la région. Outre l’évaluation de l’empreinte hydrique des fermes solaires, NETWAT vise également à améliorer la compréhension du cycle de la poussière en Afrique de l’Ouest et de ses effets directs/indirects sur les ressources et la production solaires.