Les ressources énergétiques renouvelables sont à l'origine des efforts déployés au niveau mondial pour atténuer les émissions de gaz à effet de serre et limiter la gravité des changements climatiques. Toutefois, leur répartition géographique est inégale et leur disponibilité est de plus en plus influencée par les changements climatiques qu'elles sont destinées à contrecarrer. À mesure que les températures augmentent et que les conditions météorologiques deviennent plus erratiques, il est essentiel de comprendre l'interaction entre le potentiel des ressources renouvelables et un climat de réchauffement pour une planification énergétique efficace et des investissements dans les infrastructures.

Répartition géographique des ressources renouvelables

La dotation naturelle des sources d'énergie renouvelables varie considérablement d'une planète à l'autre, déterminée par la latitude, la topographie, la circulation atmosphérique et les cycles hydrologiques.

Énergie solaire

Les régions les plus ensoleillées se trouvent généralement dans les déserts subtropicaux et les zones arides, y compris le sud-ouest des États-Unis, le Sahara et les déserts arabes, le désert d'Atacama au Chili et de grandes parties de l'Australie, de l'Inde et du Moyen-Orient. Selon le National Renewable Energy Laboratory (NREL:1], les régions avec DNI au-dessus de 6 kWh/m2/jour sont idéales pour le CSP, tandis que le PV peut être déployé efficacement même dans les régions à faible irradiance, pourvu que la couverture nuageuse saisonnière soit minimale. La couverture nuageuse, les aérosols et la poussière peuvent réduire la production solaire de 10 à 25 % dans de nombreuses zones tempérées.

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime que l'énergie solaire totale atteignant la surface de la Terre en une heure suffit pour répondre à la demande énergétique mondiale pendant une année entière. Cependant, pour exploiter ce potentiel à l'échelle, il faut non seulement une irradiance favorable, mais aussi un accès adéquat aux terres, au réseau et à l'appui politique.

Énergie éolienne

Les meilleurs sites côtiers se trouvent dans les Grandes Plaines des États-Unis, les steppes de l'Asie centrale, les pampas de l'Argentine et les régions côtières de la mer du Nord de l'Europe. Le vent offshore, en particulier en mer du Nord, en mer Baltique et sur les côtes de Taïwan, du Japon et du nord-est des États-Unis, offre des vitesses de vent plus élevées et plus cohérentes. L'Atlas mondial des vents[ montre que de nombreuses régions connaissent des vitesses moyennes de vent supérieures à 7–8 m/s à 100 m de hauteur, ce qui est économiquement viable pour les turbines modernes.

La technologie des turbines s'est améliorée de façon spectaculaire, avec des rotors plus grands et des tours plus hautes permettant aux parcs éoliens de capter des vents plus forts et moins turbulents à des altitudes plus élevées, ce qui a ouvert de nouvelles zones de développement, comme les régions boisées initialement jugées inappropriées. Pourtant, les décisions d'implantation dépendent toujours de cartes détaillées des vents locaux, d'évaluations des impacts environnementaux et d'acceptation par la collectivité.

Hydroélectricité

L'hydroélectricité dépend de la fiabilité des eaux de ruissellement provenant des précipitations et de la fonte des neiges. Le potentiel le plus élevé existe dans les régions montagneuses où les précipitations sont élevées, comme l'Himalaya (Népal, Bhoutan, Chine), les Andes (Colombie, Brésil, Pérou), les Alpes européennes et le Pacifique Nord-Ouest de l'Amérique du Nord.

Le sixième rapport d'évaluation de l'IPCC note que le recul des glaciers dans l'Hindou Kush Himalaya et les Andes réduira la disponibilité à long terme de l'eau pour l'hydroélectricité.Dans de nombreuses régions, les facteurs de capacité hydroélectrique ont diminué en raison de la sécheresse.Par exemple, le Brésil, dont le système électrique dépend fortement de l'hydroélectricité, a subi un ratio énergétique sévère en 2021 après la réduction des niveaux de réservoir de sécheresse prolongée.

Géothermie et bioénergie

L'énergie géothermique est liée à l'activité tectonique et aux régions volcaniques. Le potentiel le plus élevé est celui du Pacific Ring of Fire (Indonésie, Philippines, Japon, Nouvelle-Zélande, Ouest des États-Unis), de l'Afrique de l'Est (Kenya, Éthiopie) et de l'Islande. La géothermie n'est pas dépendante des conditions météorologiques, mais son aire de répartition géographique est limitée. Les systèmes géothermiques améliorés (EGS) visent à étendre cette gamme en injectant de l'eau dans des roches sèches chaudes, bien que la technologie en soit encore à un stade précoce de commercialisation.

Impact du changement climatique sur les ressources renouvelables

Le changement climatique modifie les systèmes atmosphériques et hydrologiques qui régissent la disponibilité des ressources renouvelables.Bien que certaines régions puissent voir leur potentiel augmenter, par exemple, les saisons de croissance plus longues pour la biomasse ou l'augmentation de la vitesse des vents dans certaines zones extracôtières, beaucoup de ces régions sont confrontées à une fiabilité réduite et à une variabilité interannuelle accrue.

Énergie solaire sous un climat chaud

Dans de nombreuses régions, les modèles climatiques projettent une augmentation de l'humidité dans l'atmosphère, ce qui entraîne une plus grande persistance de la couverture nuageuse dans certaines régions de latitude moyenne, en particulier en hiver. Inversement, les zones arides subtropicales peuvent connaître des ciels encore plus clairs, car la circulation de Hadley se déplace vers la pole, ce qui pourrait augmenter le DNI. Une étude du Groupe de travail I de l'IPCC a révélé que les tendances en matière de rayonnement solaire varient selon les régions : certaines régions d'Europe peuvent voir une baisse de 5 à 10 % du rayonnement solaire de surface de 2100 dans des scénarios à forte émission, tandis que le Sahara et la péninsule arabique pourraient voir de légères augmentations.

Dans l'ouest des États-Unis, en Australie et en Sibérie, des incendies plus fréquents et plus intenses libèrent des aérosols qui peuvent réduire la production solaire de 20 à 30 % pendant des semaines. De même, les tempêtes de poussières dans le désert au Moyen-Orient et en Inde peuvent enrober des panneaux et disperser la lumière du soleil. Les systèmes de prévision et de nettoyage automatisés avancés peuvent atténuer certains de ces effets, mais les tendances à long terme de la charge des aérosols demeurent incertaines.

Changements dans l'énergie éolienne

Les tendances du vent sont influencées par le gradient de température entre l'équateur et les pôles, qui diminue à mesure que l'Arctique se réchauffe plus rapidement que le reste de la planète. Cet affaiblissement du gradient thermique devrait réduire la vitesse des vents à proximité de la latitude moyenne, en particulier en été. Plusieurs études utilisant les derniers modèles climatiques montrent une diminution de 5 à 15 % de la vitesse moyenne annuelle du vent sur une grande partie de la masse continentale de l'hémisphère Nord d'ici 2050, avec les plus fortes diminutions dans le centre des États-Unis, en Europe centrale et en Chine septentrionale.

Les projets comportant des accords d'achat d'énergie fondés sur des données historiques sur les vents pourraient avoir des répercussions négatives dans des conditions futures. Les conceptions de turbines devront peut-être être adaptées pour fonctionner efficacement à des vitesses moyennes inférieures, tandis que les sites offshore situés dans des zones auparavant marginales pourraient devenir plus attrayants.Les exploitants de grilles devront également ajuster leurs prévisions de disponibilité d'énergie éolienne.

Fiabilité de l'hydroélectricité

L'hydroélectricité est très sensible aux changements dans le moment et l'ampleur du ruissellement.De nombreuses régions de montagne connaissent une réduction de la neige, une fonte des neiges plus précoce et des précipitations plus intenses qui entraînent des inondations plutôt que des débits gérables et stables. Le GIEC signale que, dans un scénario de réchauffement de 2°C, les bassins alimentés par les glaciers dans les Andes et l'Himalaya pourraient voir une réduction de 20 à 40 % du ruissellement d'été d'ici le milieu du siècle, ce qui aurait de graves répercussions sur l'hydroélectricité de saison sèche.

Dans le même temps, des précipitations plus intenses dans certaines régions pourraient augmenter le volume annuel des ruissellements, mais cela se produit souvent par des rafales concentrées qui sont difficiles à capturer et à risquer la sécurité des barrages. Les taux de sédimentation augmentent également dans de nombreux bassins hydrographiques en raison des feux de forêt et de l'érosion glaciaire, ce qui réduit la capacité des réservoirs au fil du temps.

Impacts géothermiques et bioénergétiques

Toutefois, la disponibilité à long terme des eaux souterraines peut devenir un problème dans les régions où l'extraction lourde réduit la nappe phréatique ou où les sécheresses réduisent la charge des systèmes hydrothermaux. L'amélioration des systèmes géothermiques, qui nécessitent une injection importante d'eau, peut être mise en concurrence avec d'autres utilisations de l'eau dans les régions arides. La bioénergie est plus directement affectée : les rendements des cultures de biocarburants de première génération (p. ex. le maïs, la canne à sucre) sont sensibles aux changements de température et de précipitations, et de nombreuses études prévoient une baisse des rendements des cultures de base dans le cadre du réchauffement de la situation économique.

Stratégies de déploiement des énergies renouvelables résilientes

Pour que les systèmes d'énergie renouvelable puissent fournir une énergie fiable et abordable, même à mesure que les conditions climatiques évoluent, les planificateurs, les exploitants et les décideurs doivent adopter une série de stratégies d'adaptation et d'atténuation, notamment l'innovation technologique, la refonte du réseau, les mécanismes du marché et la gestion durable des ressources.

Diversification des sources d'énergie

Un portefeuille diversifié comprenant des sources d'énergie solaire, éolienne, hydroélectrique, géothermique et flexible, ou encore un stockage de gaz naturel, peut faciliter l'approvisionnement en énergie à travers les modèles météorologiques et les échelles de temps. Par exemple, le mélange britannique d'énergie éolienne, solaire et d'interconnexions en Europe offre une certaine résilience contre les sécheresses prolongées du vent, qui peuvent durer des semaines. En Scandinavie, un parc hydroélectrique fort combiné avec l'énergie éolienne et solaire a permis une forte pénétration des énergies renouvelables sans réduction majeure.

Une ferme solaire du désert Sud-Ouest peut compléter l'éolien dans les grandes plaines et l'hydroélectricité dans le Pacifique Nord-Ouest, réduisant ainsi la variation globale du portefeuille. Les acheteurs d'entreprises comme Google et Amazon poursuivent de plus en plus des stratégies d'approvisionnement en énergie renouvelable multicontinentale pour assurer une disponibilité d'énergie propre 24 heures sur 24.

Stockage d'énergie avancé

Le stockage d'énergie est un facteur essentiel pour les réseaux à haut rendement.Les batteries au lithium-ion sont déployées pour le stockage à courte durée (1-4 heures), couvrant la demande maximale et les fluctuations du solaire et du vent.Le stockage d'électricité pompeuse demeure la technologie dominante de longue durée, représentant plus de 90 % de la capacité mondiale de stockage d'énergie. Cependant, l'air comprimé, les batteries à débit et l'hydrogène vert apparaissent comme des options pour le stockage saisonnier – capturant l'excès de production d'énergie solaire et éolienne en hiver.

Les batteries à l'état solide promettent une plus grande densité énergétique et une plus grande sécurité, tandis que les technologies de longue durée utilisant la chimie de l'air ferré ou le stockage thermique dans les sels fondus pourraient fournir 10 à 100 heures de décharge. L'intégration du stockage avec les énergies renouvelables dans les installations mixtes -Hybrid-Hybrid-Hyper est devenue une pratique courante, permettant aux opérateurs de capturer le vent solaire ou nocturne de mi-journée et de l'expédier pendant les périodes de forte demande, améliorant l'utilisation des actifs et la stabilité du réseau.

Modernisation et flexibilité du réseau

La modernisation des réseaux de transmission pour relier les zones riches en ressources aux centres de demande réduit les restrictions et améliore la fiabilité.Des lignes à haute tension de courant direct (HVDC) sont en cours de construction pour transporter l'énergie éolienne de la mer du Nord à l'Europe méridionale, et solaire du Sahara à l'Europe via des projets comme Xlinks. Aux États-Unis, les interconnexions occidentales et orientales sont renforcées par de nouveaux corridors HVDC pour déplacer le vent des plaines vers les centres de charge et équilibrer l'approvisionnement régional.

Les programmes de réponse à la demande qui déplacent les charges industrielles ou résidentielles à des périodes de production renouvelable élevée peuvent réduire le besoin de stockage et de production de secours. Onduleurs intelligents, régulateurs de charge des véhicules électriques et pompes à chaleur avec stockage thermique agissent tous comme des actifs de demande flexibles. Le réseau japonais, par exemple, utilise une combinaison de stockage pompé et de réponse à la demande pour intégrer des niveaux élevés de photovoltaïque solaire, tandis que le réseau danois utilise des échanges transfrontaliers avec la Norvège et la Suède pour équilibrer la variabilité du vent.

Gestion durable de l'eau pour l'hydroélectricité

Pour l'hydroélectricité, la gestion intégrée de l'eau qui tient compte des utilisations concurrentes (agriculture, eau potable, écosystèmes) est essentielle. L'adaptation des opérations des réservoirs pour tenir compte des changements dans les modes d'écoulement – comme le stockage d'un plus grand nombre d'eau lors de la fonte des neiges ou la libération d'eau moins importante pendant les sécheresses – peut atténuer les impacts.

Politique et conception du marché

Aux États-Unis, la loi sur la réduction de l'inflation prévoit des crédits d'impôt pour le stockage autonome et pour les installations de stockage renouvelables plus. Les contrats à long terme qui récompensent la disponibilité plutôt que la production peuvent également encourager la résilience du système. Par exemple, les marchés de capacités au Royaume-Uni et au PJM (États-Unis) exigent maintenant que les fournisseurs d'énergie éolienne et solaire démontrent leur capacité de livraison ferme, les incitant à contracter pour le stockage ou le sauvegarde.

Les investisseurs et les prêteurs exigent de plus en plus l'analyse des scénarios climatiques pour les projets d'énergie renouvelable, en particulier pour les centrales hydroélectriques et les parcs éoliens dans les régions vulnérables. Le cadre du Groupe de travail sur les informations financières liées au climat (GCC) est en train de devenir une norme, ce qui pousse les promoteurs à révéler comment les risques physiques pourraient affecter la production tout au long de la durée du projet.

En conclusion, la distribution et l'impact des ressources renouvelables dans un climat de réchauffement ne sont pas une réalité statique mais un jeu d'interaction dynamique qui nécessite une surveillance continue, une planification adaptative et une innovation technologique.En diversifiant les portefeuilles d'énergie, en investissant dans le stockage et la flexibilité du réseau, en gérant l'eau de manière durable et en alignant les politiques sur les projections climatiques, la communauté énergétique mondiale peut exploiter l'immense potentiel des énergies renouvelables tout en renforçant la résilience face aux changements climatiques que ces mêmes ressources sont censées contrer.