Présentation

Les exploitations solaires flottantes, également appelées systèmes photovoltaïques flottants, représentent un segment en croissance rapide de l'industrie des énergies renouvelables.En montant des panneaux solaires sur des plates-formes flottantes placées directement sur des plans d'eau tels que des réservoirs, des lacs et des étangs, ces installations produisent de l'électricité propre tout en apportant des avantages accessoires pour la gestion des ressources en eau.Le concept est particulièrement intéressant dans les régions où les terres sont rares ou coûteuses et où l'évaporation de l'eau est une préoccupation pressante.

Qu'est-ce que les fermes solaires flottantes?

Une exploitation solaire flottante est constituée de modules photovoltaïques (PV) montés sur une structure flottante, généralement en polyéthylène haute densité (HDPE) ou en béton armé, qui flotte à la surface d'un plan d'eau. Le système est ancré sur le lit du lac ou sur le rivage pour empêcher la dérive due aux courants de vent et d'eau. Les câbles transportent le courant direct généré (DC) vers un onduleur situé sur la rive ou sur une plate-forme flottante, le convertissant en courant alternatif (AC) pour le raccordement au réseau ou pour l'utilisation sur place.

Les systèmes de protection contre les émissions de polluants peuvent être installés sur une grande variété de plans d'eau, notamment des réservoirs artificiels utilisés pour l'irrigation, l'approvisionnement en eau potable ou la production d'énergie hydroélectrique, des lacs de carrières, des bassins de traitement des eaux usées et même des zones côtières côtières côtières côtières.

Les deux avantages du solaire flottant

Efficacité énergétique accrue grâce au refroidissement par évaporation

L'un des avantages les plus fréquemment cités du solaire flottant est l'effet de refroidissement fourni par le plan d'eau. Les panneaux photovoltaïques perdent de leur efficacité à mesure que leur température de fonctionnement dépasse 25°C; les panneaux au sol typiques voient une réduction de puissance d'environ 0,4 à 0,5% par degré d'augmentation de Celsius. Les panneaux flottants, en revanche, bénéficient du refroidissement par évaporation de l'eau environnante, qui les maintient plusieurs degrés plus frais que leurs homologues terrestres.

Conservation de l'eau et réduction de l'évaporation

Les réservoirs, en particulier dans les régions arides et semi-arides, perdent chaque année des volumes importants d'eau pour s'évaporer. Les réseaux solaires flottants ombraient la surface de l'eau, réduisant ainsi le rayonnement solaire qui atteint l'eau et réduisant ainsi les taux d'évaporation. La recherche indique que le degré de couverture (surface couverte par les panneaux) et les conditions climatiques locales déterminent l'ampleur des économies : la couverture de 30 à 50 % peut réduire l'évaporation annuelle de 20 à 40 % et des taux de couverture plus élevés peuvent atteindre des réductions allant jusqu'à 80 % pour les petits réservoirs.

Optimisation de l'utilisation des terres et réduction de la concurrence foncière

Les exploitations solaires à l'échelle des services publics exigent de vastes étendues de terres plates et ensoleillées, qui font souvent concurrence à l'agriculture, à la foresterie ou au développement urbain. Le solaire flottant contourne entièrement ce conflit en utilisant les surfaces d'eau existantes. De nombreux réservoirs sont construits pour la lutte contre les inondations, l'irrigation ou l'hydroélectricité et ont des utilisations de remplacement limitées.

Entretien de la qualité de l'eau et contrôle des algues

La lumière du soleil est le principal moteur de la croissance du phytoplancton; en réduisant la pénétration de la lumière, les réseaux de FPV peuvent inhiber la prolifération des algues, y compris les cyanobactéries nuisibles. La réduction des niveaux d'algues entraîne des coûts de traitement plus faibles pour les approvisionnements en eau potable et un risque moindre de contamination par les toxines. De plus, l'absence de poussières et de gouttes d'oiseaux (par rapport aux panneaux au sol) peut permettre de nettoyer les modules, bien qu'ils nécessitent un lavage périodique pour éliminer les résidus d'origine hydrique.

Contribution des énergies renouvelables et réduction du carbone

Comme tous les photovoltaïques solaires, le solaire flottant produit de l'électricité sans émissions directes pendant son fonctionnement. En déplaçant la production de combustibles fossiles, le FPV contribue aux objectifs nationaux en matière d'énergie renouvelable et de réduction du carbone. L'avantage de refroidissement améliore encore le coût de l'électricité (LCOE) par rapport aux systèmes au sol dans de nombreux climats.

Considérations techniques et défis de conception

Systèmes d'ancrage et d'amarrage

L'un des aspects les plus critiques de l'ingénierie solaire flottante est le système d'ancrage. Les réservoirs connaissent des niveaux d'eau variables — en raison des entrées saisonnières, des courants d'eau ou du retrait opérationnel — et l'amarrage doit permettre le déplacement vertical de la plate-forme flottante sans contrainte excessive sur les câbles, les charnières ou les panneaux.

Résistance à la corrosion et résistance au matériau

Les structures flottantes doivent résister à une exposition continue aux rayons UV, à l'humidité, aux fluctuations de température et aux agents chimiques présents dans les eaux naturelles (p. ex., salinité, chlore dans les bassins de traitement). Le PEHD est le matériau flottant le plus utilisé en raison de sa faible densité, de sa haute résistance chimique et de sa longue durée de vie (20+ ans).

Sécurité et isolation électriques

Les câbles à courant continu sont souvent à double isolation et acheminés par des gaines flottantes ou des plateaux de câbles. Les onduleurs peuvent être montés sur des plates-formes flottantes à terre ou sur des plates-formes de drainage adéquates. Certaines conceptions utilisent une transmission à courant continu à basse tension pour réduire les risques de choc. Les cadres réglementaires pour les VPH évoluent encore, mais les projets doivent généralement respecter les codes électriques nationaux et obtenir des permis des autorités de gestion de l'eau.

Impact environnemental sur les écosystèmes aquatiques

Bien que le FPV réduise l'évaporation et puisse contrôler les algues, il peut aussi modifier l'habitat aquatique. L'ombrage réduit la température de l'eau et la pénétration de la lumière, ce qui peut affecter la croissance des macrophytes submergés et le comportement des poissons et du zooplancton. Des changements dans les niveaux d'oxygène dissous peuvent se produire sous une couverture dense. De plus, le processus d'installation peut perturber les sédiments et libérer des nutriments.

Coût et viabilité économique

En 2024, le coût initial en capital du solaire flottant est généralement de 10 à 30 % supérieur à celui d'un système monté au sol équivalent, en raison des flotteurs spécialisés, du matériel d'amarrage et d'installations plus complexes. Toutefois, le rendement énergétique plus élevé des effets de refroidissement et les économies réalisées sur la location ou l'achat de terrains peuvent compenser partiellement cette prime.

Études de cas sur le monde réel

Chine : La plus grande plante solaire flottante du monde

La Chine est le leader mondial de la capacité solaire flottante, avec des projets comme l'installation de 150 MW sur un ancien lac de subsidence de la mine de charbon à Huainan, province d'Anhui. Terminé en 2017 et agrandi plus tard, cette usine couvre une superficie d'environ 400 hectares. Elle est construite sur un lac formé par la subsidence minière, transformant un plan d'eau autrement inutilisable en un atout énergétique productif.Le projet démontre comment le FPV peut être déployé sur des terres dégradées à valeur écologique marginale, évitant la concurrence avec les terres agricoles tout en assurant une production énergétique stable.

Japon: Intégration avec les barrages existants

Le Japon a été le pionnier de l'énergie solaire flottante à grande échelle dans les années 2010, en raison de graves contraintes foncières et de la nécessité de diversifier l'énergie après Fukushima. L'usine solaire flottante du barrage Yamakura (13,7 MW) dans la préfecture de Chiba est un exemple remarquable, construite sur le réservoir d'un barrage d'irrigation existant. L'usine a constamment surperformé les solutions de rechange au sol dans la région en raison de son avantage en matière de refroidissement.

Inde : remédier à la pénurie de terres

L'Inde a fixé des objectifs ambitieux en matière d'énergie renouvelable (450 GW d'ici 2030) face à un fort goulot d'étranglement. Le solaire flottant offre une solution sur le vaste réseau d'irrigation et de réservoirs hydroélectriques du pays. La plus grande centrale solaire flottante en Inde, soit 25 MW sur le réservoir Kayamkulam au Kerala, a été mise en service en 2022. Le projet utilise une structure flottante unique conçue pour résister aux vents forts et aux précipitations typiques de la mousson.

Europe et Amérique du Nord : Les marchés émergents

En Europe, les Pays-Bas et la France mènent un déploiement solaire flottant par habitant, en particulier sur les lacs de carrière et les bassins de traitement des eaux usées. Le plus grand projet européen est l'usine de 90 MW de Bomhofsplas aux Pays-Bas, qui flotte sur un ancien lac d'extraction de sable. Aux États-Unis, le marché a été plus lent mais s'accélère, avec des projets notables tels que le réseau flottant de 4,4 MW sur un réservoir d'eaux usées dans le comté de Sonoma, en Californie, et plusieurs petites installations pour les systèmes d'eau municipaux.

Perspectives et innovations futures

Systèmes hybrides: Solar flottant + Hydroélectricité

L'un des développements les plus prometteurs est la combinaison de l'énergie solaire flottante avec les centrales hydroélectriques existantes. En plaçant le FPV sur le réservoir d'un barrage hydroélectrique, les opérateurs peuvent augmenter la production totale d'énergie de la même infrastructure. Les panneaux solaires produisent de l'électricité pendant les pics diurnes, complétant l'hydroélectricité qui peut être retenue ou libérée pour répondre à la demande du soir.

Solaire flottant au large

Alors que la plupart des FPV sont aujourd'hui sur des eaux intérieures calmes, les entreprises développent des systèmes conçus pour les conditions océaniques en eau salée. Les panneaux solaires flottants en mer sont beaucoup plus hauts, la corrosion du sel et la biosoudure, mais ils ouvrent également de vastes zones océaniques près des grands centres de population.

Agrivoltaïque et Synergies de l'eau

L'ombre des panneaux peut abaisser la température de l'eau et réduire le stress des poissons, tandis que la structure fournit des perches pour les oiseaux.Le traitement intégré de l'eau et le cycle des nutriments peuvent créer des systèmes de boucles fermées pour la production alimentaire et énergétique.Dans le même ordre d'idées, certains projets pilotent le solaire flottant sur les canaux d'irrigation agricole, réduisant l'évaporation et alimentant simultanément les pompes à eau.

Conclusion

Les fermes solaires flottantes représentent une technologie mature mais en évolution rapide qui offre de véritables avantages à double titre : produire de l'électricité propre tout en conservant des ressources en eau précieuses. L'effet de refroidissement améliore l'efficacité des panneaux, l'ombre réduit l'évaporation et contrôle les algues, et l'utilisation des surfaces d'eau existantes élimine la concurrence terrestre.