Solution incontournable pour toute énergie durable, le panneau solaire se décline désormais en une nouvelle variante présentant un inconvénient surprenant : les panneaux solaires flottants pourraient accroître les émissions de gaz à effet de serre (GES). Une étude publiée dans la revue Environmental Science & Technology révèle que ces panneaux pourraient augmenter significativement les émissions de GES dans les petits étangs, jusqu’à 27 %. Menée par des chercheurs de l’université Cornell, cette étude est la première expérience de terrain mesurant concrètement l’impact des panneaux solaires flottants sur les émissions de GES.

Pourquoi les panneaux solaires flottants augmentent-ils les émissions de GES ?

Le manque d'oxygène et les réactions microbiennes sont les principales causes de problèmes, car ces panneaux flottants bloquent la lumière du soleil, réduisant ainsi la photosynthèse des plantes aquatiques et des algues, essentielles à la production d'oxygène. La baisse du taux d'oxygène perturbe la décomposition aérobie, forçant la matière organique à se décomposer par des processus anaérobies (sans oxygène), ce qui génère des émissions de méthane (CH₄) plus importantes – un gaz à effet de serre 80 fois plus puissant que le CO₂ sur une période de 20 ans.

Les panneaux flottants entravent la circulation de l'eau naturelle. Le mouvement de l'eau entraîné par le vent est essentiel aux échanges gazeux et à la diffusion de l'oxygène. Les panneaux solaires flottants entravent la circulation du vent, empêchant l'oxygène de se mélanger aux couches d'eau plus profondes et accélérant les conditions anoxiques (privées d'oxygène).

La stratification s'accentue : des couches plus chaudes et pauvres en oxygène se forment près de la surface, créant un environnement idéal pour les bactéries méthanogènes. Ceci a un impact sur les écosystèmes microbiens, qui régulent le cycle du carbone dans les écosystèmes aquatiques.

Les panneaux solaires flottants bloquent la lumière du soleil sur les étangs et les rivières, ce qui entrave la production de microbes consommateurs de méthane et augmente celle des méthanogènes (bactéries productrices de méthane). Cela crée un déséquilibre microbien qui intensifie et augmente la libération de méthane, aggravant ainsi l'impact climatique des installations solaires flottantes.

Vue d’ensemble : implications pour la politique en matière d’énergies renouvelables

L'énergie solaire flottante est largement présentée comme une alternative écologique aux centrales solaires terrestres , permettant de réduire les conflits d'usage des sols tout en exploitant des surfaces d'eau sous-utilisées. Cependant, cette étude soulève des compromis environnementaux importants qui doivent être pris en compte dans les décisions de politique énergétique.

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Repenser l’énergie solaire flottante comme solution climatique

L'énergie solaire flottante est largement présentée comme une alternative énergétique durable , contribuant à réduire les conflits d'usage des terres et à améliorer l'efficacité solaire sur l'eau. Cependant, cette étude met en lumière d'importants compromis environnementaux que les décideurs politiques et les développeurs énergétiques ne peuvent ignorer.

Cette question doit être prise en compte en priorité dans les projets futurs. L’expansion à grande échelle de l’énergie solaire flottante est en cours dans l’État de New York, et le gouvernement américain évalue activement l’énergie solaire flottante sur des réservoirs, des étangs et des plans d’eau artificiels.

Le représentant américain Paul Tonko (démocrate, 20e circonscription) a coparrainé en 2023 une proposition de loi visant à évaluer la faisabilité de l'énergie solaire flottante sur les réservoirs américains. Une réévaluation des politiques est cruciale dans ce contexte. Les stratégies d'implantation actuelles pourraient nécessiter une révision afin d'éviter les petits plans d'eau écologiquement sensibles où les émissions de gaz à effet de serre pourraient augmenter.

Les pourcentages de couverture devraient être optimisés pour équilibrer la production d’énergie et la santé de l’écosystème ainsi que l’expansion des mesures d’atténuation, telles que les barboteurs pour aérer l’eau, qui pourraient aider à réduire l’accumulation de méthane.

Comparativement aux autres sources d'énergie, malgré l'augmentation des émissions de méthane et de CO₂, l'énergie solaire flottante émet toujours moins de GES par kWh que les combustibles fossiles. L'énergie solaire et éolienne terrestres ont un impact écologique direct moindre sur les écosystèmes d'eau douce. Dans ce contexte, une analyse comparative est essentielle : le déploiement de l'énergie solaire flottante doit être stratégique et non considéré comme une solution universelle.

Les panneaux solaires flottants peuvent-ils être rendus plus durables ?

Bien que l’étude de Cornell mette en évidence les risques environnementaux potentiels, des stratégies d’atténuation pourraient contribuer à réduire les émissions de GES tout en préservant les avantages de la technologie solaire flottante. L’optimisation du placement des panneaux, de l’aération de l’eau et de la densité de couverture sont essentielles pour faire de l’énergie solaire flottante une solution véritablement durable.

L'étude révèle qu'une réduction de la densité de couverture des étangs (70 %) entraîne une baisse significative de l'oxygène dissous et une augmentation de 26.8 % des émissions de méthane et de CO₂ . La solution préconisée serait de réduire cette couverture à 30-50 % et d'équilibrer la production d'énergie et la santé de l'écosystème.

Un ombrage partiel pourrait néanmoins limiter l'évaporation et la croissance des algues tout en empêchant les conditions anaérobies qui favorisent les émissions de méthane. L'analyse spécifique au site est nécessaire pour déterminer les niveaux de couverture optimaux en fonction de la profondeur de l'étang, de la température et de l'aération naturelle.

La mise en place de systèmes d'aération pour lutter contre la raréfaction de l'oxygène sous les panneaux solaires accélère la décomposition anaérobie, libérant ainsi du méthane. L'installation de bulleurs, d'aérateurs ou de circulateurs d'eau peut accroître la diffusion de l'oxygène et prévenir l'accumulation de méthane. Les systèmes solaires flottants pourraient intégrer des systèmes d'aération alimentés par l'énergie solaire . Des techniques similaires sont utilisées dans les stations d'épuration pour limiter la production de méthane dans les eaux stagnantes.

L’implantation sélective sur des plans d’eau plus grands montre que les petits étangs fermés connaissent une accumulation plus élevée de méthane en raison de la circulation limitée de l’eau. L’installation de panneaux solaires flottants sur des réservoirs, des lacs et des bassins artificiels plus grands pourrait diluer les émissions de GES localisées. Les plans d’eau plus grands ont un plus grand potentiel de mélange, réduisant l’épuisement de l’oxygène dans une zone donnée. À Singapour, la ferme solaire flottante de Tengeh (qui couvre 45 hectares) présente un impact minimal sur les écosystèmes aquatiques en raison de son vaste volume d’eau et de sa conception en plein air.

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La voie à suivre

Pour un choix plus intelligent et plus durable d’énergie verte, nous devons maximiser et exploiter les avantages de l’énergie solaire flottante tout en atténuant ses inconvénients ; les chercheurs et les décideurs politiques doivent se concentrer sur l’optimisation des ratios de couverture et la réduction du pourcentage de surface d’eau couverte (des 70 % étudiés à des seuils inférieurs) peut aider à maintenir les niveaux d’oxygène tout en exploitant l’énergie solaire.

Le placement stratégique de panneaux solaires flottants et la priorité donnée aux réservoirs et aux plans d’eau de plus grande taille avec un meilleur mélange naturel peuvent réduire les impacts localisés. Des systèmes d’aération active de barboteurs ou d’agitateurs de surface pourraient aider à prévenir l’épuisement de l’oxygène, minimisant ainsi la production de méthane.

L’intégration d’un système de surveillance des écosystèmes est nécessaire pour que les futurs projets solaires flottants puissent faire l’objet d’évaluations d’impact environnemental à long terme et suivre les changements dans la chimie de l’eau, la dynamique microbienne et la biodiversité.

Ces mesures de protection supplémentaires nous permettront de mieux suivre et d'identifier les impacts environnementaux, positifs comme négatifs, des panneaux solaires flottants. Il est peut-être temps de reconsidérer cette technologie. Les conclusions de cette étude nous rappellent que les solutions d'énergies renouvelables ne sont pas intrinsèquement sans impact : toute intervention dans les écosystèmes naturels entraîne des conséquences.

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