Geospatial analysis and impact of mountainous characteristics on solar resource

Les régions de montagne sont des territoires uniques en raison de la richesse de leurs ressources naturelles, à la fois énergétiques, hydrologiques et de biodiversité. Cependant, elles doivent faire face à des conditions environnementales difficiles, caractérisées par des terrains escarpés, de faibles températures et une forte demande énergétique. Pour répondre à cette demande tout en limitant les émissions de gaz à effet de serre, il devient donc nécessaire de développer localement la production d'énergies renouvelables. L'énergie solaire constitue une ressource prometteuse grâce à sa grande disponibilité et à son coût décroissant. Cependant,l'environnement montagneux peut affecter son potentiel. Dans ces travaux de thèse, l'auteure a cherché à quantifier l'influence des caractéristiques des zones de montagne sur la ressource solaire.Dans un premier temps, l'optimisation des centrales solaires bifaciales au sol a été étudiée,lesquelles permettent une production accrue grâce à l'irradiance réfléchie par le sol sur la face arrière et peuvent bénéficier d'un albédo élevé en présence de neige. Un modèle a été développé afin d'optimiser l'angle d'inclinaison pour différentes valeurs d'albédo et de taux de couverture au sol. Ce modèle permet une optimisation à l'échelle européenne ou à une échelle plus locale, en particulier pour l'analyse des régions de montagne, qui présentent de fortes variations spatiales.Dans un second temps, un outil a été développé pour modéliser la ressource solaire à l'échelle d'un village, prenant en compte les spécificités des zones de montagne: de vastes territoires, une forte variabilité spatiale des conditions météorologiques et la présence des reliefs qui provoquent de l'ombrage et obstruent le rayonnement aux faibles élévations du soleil. Cet outil, nommé« toscana », permet d'évaluer le potentiel solaire sur l'ensemble des surfaces avec une haute résolution spatiale tout en maintenant des temps de calcul raisonnables, et a été mis à disposition du public en libre accès. Cet outil a ensuite été utilisé pour analyser la ressource solaire entoiture dans de nombreux villages de montagne et pour comparer ces résultats avec ceux de villages situés en plaine, à la même latitude. Le développement d'indicateurs météorologiques et morphologiques, ainsi que leur corrélation avec le potentiel solaire ont montré que le relief impacte non seulement le niveau global du potentiel solaire en toiture, mais aussi la répartition spatiale de la ressource au sein des villages. En particulier, l'analyse par clustering a permis de démontrer que d'importants reliefs peuvent engendrer de fortes disparités de potentiel au sein d'un même village. Un modèle prédictif, basé sur trois indicateurs clés, a été établi pour permettre une estimation rapide du potentiel solaire à l'échelle municipale, et a pu être utilisé pour évaluer le potentiel d'une région entière. Enfin, l'auteure a mené une analyse détaillée de l'impact de trois caractéristiques des zones de montagne sur le potentiel photovoltaïque: l'effet des faibles températures, le fort albédo du sol dû à la neige et les pertes liées à l'accumulation de neige sur les modules. L'effet de l'orientation et de l'inclinaison des modules, ainsi que l'évolution temporelle du rendement ont également été étudiés.Cette thèse a permis de démontrer l'impact significatif de la montagne sur la ressource solaire et de mettre en évidence la nécessité de développer des outils spécifiques ainsi que des politiques énergétiques adaptées à ces territoires particuliers.