Les centrales solaires sont construites précisément là où l'eau s'évapore le plus rapidement
Le choix de l'emplacement d'une centrale solaire se fait en fonction du rayonnement solaire, et c'est précisément ce rayonnement qui est le principal facteur d'évaporation. Les conditions qui rendent un site rentable (soleil intense, air sec, vent libre) sont les mêmes que celles qui vident le plus rapidement un réservoir à ciel ouvert. La production d'énergie solaire nécessite de l'eau pour le lavage, la production de vapeur et le refroidissement, et elle stocke cette eau précisément là où il est le plus difficile de la conserver et de la remplacer.
Personne ne construit de centrale solaire dans une région nuageuse. Le choix du site revient, par essence, à rechercher un ensoleillement optimal : cartes d’ensoleillement, jours de ciel dégagé, faible humidité, terrains plats et peu coûteux. Cette recherche conduit presque par définition à des terrains arides et exposés au vent. Et c’est alors que la centrale découvre quelque chose que la carte d’ensoleillement n’avait jamais révélé : elle a besoin d’eau.
Le site est choisi pour son ensoleillement, et la présence d'eau en est une conséquence
L'eau n'est pas un critère de choix d'implantation pour les centrales solaires. Elle devient un problème d'exploitation a posteriori. Une fois que la centrale est implantée là où brille le soleil, il faut lui acheminer l'eau : puits, canalisations, dessalement ou camions-citernes. Chaque mètre cube a un coût qu'une centrale située dans une région tempérée n'a tout simplement jamais à supporter, et dans de nombreuses juridictions, ce prélèvement est en outre soumis à un plafond réglementaire.
Cette eau doit ensuite être stockée sur place, dans des réservoirs à ciel ouvert. C’est là que le paradoxe se referme : c’est précisément là où il est le plus facile de la perdre que son approvisionnement coûte le plus cher.
Une centrale solaire consomme de l'eau, et ce bien plus que la plupart des gens ne le pensent.
Les parcs photovoltaïques subissent une perte de rendement lorsque les panneaux sont encrassés, et l'encrassement est justement le plus important là où il pleut le moins. Le nettoyage d'un module nécessite généralement entre 3 et 5 litres d'eau dans des conditions normales, et entre 7 et 8 litres dans des environnements arides et poussiéreux. Un parc de 1 MW composé d'environ 3 000 panneaux peut consommer de l'ordre de 20 000 litres lors d'un seul cycle de nettoyage, et les sites arides effectuent davantage de cycles par an, et non l'inverse.
Le solaire à concentration ajoute un cycle à vapeur au lavage des miroirs. Les centrales à capteurs cylindro-paraboliques et à tour à refroidissement par voie humide consomment environ 2,5 à 3,5 mètres cubes d’eau par MWh produit. Le refroidissement par voie sèche réduit considérablement cette consommation, d’environ 90 %, mais ne la ramène pas à zéro : les miroirs doivent toujours être nettoyés et le circuit nécessite toujours un apport d’eau déminéralisée. Les centrales hybrides se situent à mi-chemin entre les deux, faisant un compromis entre la consommation d’eau et le rendement lors des journées les plus chaudes, qui sont aussi celles où la centrale a le plus besoin de produire de l’électricité.
Aucun de ces volumes n'est considérable selon les normes industrielles. Il s'agit toutefois d'un volume important par rapport à ce que le site est en mesure de fournir.
Le principe physique : le rayonnement qui permet de rentabiliser la centrale est celui qui vide le bassin.
L'évaporation à partir d'une surface exposée ne dépend pas des conditions météorologiques. Elle est régie par quatre paramètres, que l'équation de Penman (la version « eaux libres » du même bilan énergétique qui sous-tend le modèle Penman-Monteith) énonce explicitement : l'irradiance nette en tant que source d'énergie, le déficit de pression de vapeur entre l'eau et l'air qui la surplombe, la vitesse du vent et la température.
Relisez cette liste en la comparant aux critères de sélection d'un site solaire. Un rayonnement direct élevé fournit l'énergie. Une faible humidité maximise le déficit de pression de vapeur, ce qui rend l'air « assoiffé ». Un terrain ouvert et plat permet au vent de souffler sans obstacle. Une température diurne élevée augmente la pression de saturation à la surface. Un bon site solaire optimise ces quatre critères simultanément.
Ce n'est ni une coïncidence, ni un coup du sort. Il s'agit de la même variable physique, le rayonnement solaire, qui intervient dans deux équations différentes : celle qui génère les recettes de la centrale et celle qui vide son réservoir. Dans les régions arides, un réservoir à ciel ouvert peut perdre plusieurs mètres de colonne d'eau par an uniquement par ce mécanisme.
Le vent est ce copilote que l'on a tendance à sous-estimer
Le rayonnement fournit l'énergie nécessaire pour transformer l'eau liquide en vapeur, mais c'est le vent qui emporte cette vapeur et permet au processus de se poursuivre. Sans vent, une couche limite saturée se forme à la surface et l'évaporation ralentit. Avec le vent, cette couche est continuellement balayée et la surface n'a jamais le temps de se saturer.
La lumière a une autre fonction : elle favorise la croissance des algues
Partout où il y a de l'eau, des nutriments et de la lumière, les algues se développent. Dans les réservoirs d'eau brute et d'eau de lavage, cela se traduit par des filtres bouchés, des buses encrassées, un dosage accru et davantage d'heures de travail. La conséquence est un cercle vicieux insidieux : les buses encrassées dégradent la qualité du lavage des panneaux, pour lequel l'usine stocke l'eau en premier lieu.
La variable déclencheuse est la lumière. Les algues ne se développent pas sur une surface qui n'en reçoit pas.
La seule étendue d'eau à perte de vue sur des kilomètres
Un réservoir à ciel ouvert dans un paysage aride est un miroir visible de très loin, et pour un oiseau, il apparaît comme une oasis, car dans ce paysage, c’en est effectivement une. Cela attire la faune sur une zone industrielle, ce qui donne lieu à une constatation lors des inspections et, de plus en plus souvent, à une condition imposée dans l’octroi des autorisations.
Les autorisations environnementales délivrées aux grandes installations imposent de plus en plus souvent de couvrir ou de gérer d'une autre manière les plans d'eau à ciel ouvert afin de protéger les oiseaux et la faune locale. Ce qui constituait autrefois une bonne pratique devient désormais une obligation, et les autorités de contrôle procèdent à des vérifications sur place.
Ce qui peut réellement être géré
Voici ce qu’il faut retenir. Vous ne pouvez pas modifier le rayonnement, car c’est lui qui justifie l’existence de la centrale. Vous ne pouvez pas rapprocher le site de l’humidité sans l’éloigner du soleil. Vous ne pouvez pas négocier avec le déficit de pression de vapeur. Le climat, l’implantation et l’irradiance ne sont pas des variables sur lesquelles un exploitant a prise.
Ce qu'il est possible de contrôler, c'est la surface du liquide exposée à l'atmosphère.
L'évaporation, la prolifération d'algues et l'attraction de la faune sauvage semblent être trois problèmes sans rapport les uns avec les autres, gérés par trois services différents. Il s'agit en réalité d'un seul et même problème observé à trois reprises, car ces phénomènes se produisent tous au même endroit : à l'interface entre le liquide et l'air. Il suffit de réduire cette surface exposée pour que les trois problèmes soient résolus d'un seul coup, car ils en dépendent tous.
C’est ce que font les couvertures flottantes depuis des décennies dans les secteurs minier, agricole et de l’industrie de transformation, et ce mécanisme s’applique sans modification au secteur solaire, car les lois de la physique ne tiennent pas compte de ce que produit la centrale. Les couvertures modulaires flottent à la surface, s’adaptent aux variations de niveau, s’installent sans vidanger le réservoir ni interrompre l’exploitation, et fonctionnent sans entretien pendant des décennies. La barrière empêche le transfert de masse de la vapeur, bloque la lumière qui alimente les algues et supprime le miroir d’eau visible.
L'argument n'est pas que la couverture soit un équipement ingénieux. Il est plus précis et plus pertinent que cela : dans l'équation d'évaporation d'une centrale solaire, la surface exposée est le seul paramètre sur lequel l'exploitant a réellement un contrôle.
Passez à l'étape suivante
Si vous exploitez des bassins d'eau de lavage, d'eau brute ou de refroidissement dans une centrale solaire et que vous souhaitez connaître le volume d'eau perdu sur votre site et la quantité d'eau que la mise en place d'une couverture permettrait de récupérer, découvrez comment les couvertures flottantes modulaires sont utilisées dans le secteur de l'énergie solaire.
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