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'ils sont conçus pour contrer. À mesure que la hausse des températures et 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'un pays à l'autre, déterminée par la latitude, la topographie, la circulation atmosphérique et les cycles hydrologiques. Les ressources primaires – solaire, éolienne, hydroélectrique, géothermique et biomasse – ont chacune des caractéristiques spatiales distinctes qui influent sur leur développement le plus économique et le plus efficace.

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)[, 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 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. Pourtant, 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. Le vent offshore, en particulier dans la mer du Nord, la mer Baltique et 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 Turbine 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 de localisation dépendent toujours de cartes détaillées des vents locaux, d'évaluations de l'impact environnemental et de l'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 fait remarquer 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 rationement 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 plus fort potentiel étant celui de l'anneau de feu du Pacifique (Indonésie, Philippines, Japon, Nouvelle-Zélande, États-Unis d'Amérique), de l'Afrique de l'Est (Kenya, Éthiopie) et de l'Islande. Comme elle n'est pas dépendante des conditions météorologiques, la géothermie fournit de l'énergie de base, mais son aire de répartition géographique est limitée.

Impact des changements climatiques 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, des saisons de croissance plus longues pour la biomasse ou des vitesses de vent plus élevées dans certaines zones extracôtières – beaucoup de gens sont confrontés à une fiabilité réduite et à une variabilité interannuelle plus grande.

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 couverture nuageuse plus persistante dans certaines zones 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 du GIEC [ a révélé que les tendances du rayonnement solaire varient selon les régions : certaines parties de l'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, les 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.

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, particulièrement en été. Plusieurs études utilisant les derniers modèles climatiques montrent une baisse 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 être sous-performants 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 montagneuses 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 réguliers et gérables. Le GIEC signale que, dans un scénario de réchauffement de 2 °C, les bassins de la région des Andes et de 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 difficiles à capturer et à risquer de 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 recharge des systèmes hydrothermaux. Les systèmes géothermiques améliorés, qui nécessitent une injection importante d'eau, peuvent faire face à la concurrence d'autres utilisations de l'eau dans les régions arides. La bioénergie est plus directement affectée : les rendements des cultures pour les 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 d'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 opérateurs 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 de gaz naturel ou de stockage flexible peut faciliter l'approvisionnement en énergie à travers les modèles météorologiques et les échelles de temps. Par exemple, le mélange britannique de sources d'énergie éolienne, solaire et interconnecteurs en Europe offre une certaine résilience contre les sécheresses prolongées du vent qui peuvent durer des semaines. En Scandinavie, un parc hydroélectrique solide combiné avec le vent et le 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 de stratégies d'approvisionnement en énergie renouvelable multicontinentale pour assurer une disponibilité 24 heures sur 24.

Stockage avancé de l'énergie

Les batteries au lithium-ion sont déployées pour le stockage à courte durée (1-4 heures), couvrant la demande maximale et les fluctuations solaires/ventilantes. Le stockage hydroélectrique à pompe 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, en capturant l'excès de production d'énergie solaire et éolienne en hiver. L'Agence internationale de l'énergie renouvelable (IRENA) signale que la capacité de stockage doit se multiplier plus de dix fois d'ici 2050 pour s'aligner sur les voies nettes de zéro, ce qui nécessite des réductions de coûts et des politiques de soutien.

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 de l'Hybrid (Hybrid) devient une pratique courante, permettant aux opérateurs de capter le vent solaire ou nocturne de midi et de l'expédier pendant les périodes de forte demande, améliorant ainsi 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 courant direct haute tension (HVDC) sont en cours de construction pour transporter l'énergie éolienne de la mer du Nord à l'Europe du Sud, et solaire du Sahara à l'Europe via des projets comme Xlinks. Aux États-Unis, les interconnexions occidentale et orientale 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 sauvegarde. 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 de sources renouvelables et plus. Les contrats à long terme qui récompensent la disponibilité plutôt que la production peuvent également encourager la résilience des systèmes. 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 la 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 des régions vulnérables. Le cadre du Groupe de travail sur les informations financières liées au climat (GCC) est en train de devenir une norme, poussant 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 un suivi continu, 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 avec 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.