Comment les fermes solaires façonnent le climat et la végétation locaux dans les régions arides

Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences (CAS) ont étudié l’effet d’îlot frais (CIE) induit par les centrales photovoltaïques dans les régions arides et ont découvert qu’il influence de manière significative la végétation environnante, la direction et l’ampleur de son impact étant régies par le contexte géographique et les facteurs saisonniers.

CIE fait référence à une condition dans laquelle une zone spécifique est plus froide que son environnement en raison de différences dans les propriétés de surface et le bilan énergétique. Dans les centrales photovoltaïques, cela peut se produire en raison de l'ombrage des panneaux, d'une absorption solaire réduite au niveau du sol, de la conversion de la lumière solaire en électricité et d'une meilleure dissipation de la chaleur par convection.

"Nous avons analysé huit centrales photovoltaïques dans les régions arides de Chine en utilisant Landsat-8, la température de la surface terrestre, l'indice de végétation par différence normalisé par noyau, l'analyse tampon et la modélisation de l'équation structurelle des moindres carrés partiels (PLS-SEM)", a expliqué le groupe. "Huit centrales électriques photovoltaïques ont été sélectionnées pour cette étude, situées dans les régions arides de Chine, notamment au Xinjiang, en Mongolie intérieure, au Gansu et au Qinghai."

Les scientifiques ont utilisé des données sur la température de surface des terres (LST) de 2022, dérivées d'images saisonnières capturées par Landsat 8. Ces ensembles de données LST ont été utilisés pour quantifier l'effet d'îlot de fraîcheur induit par l'installation photovoltaïque (PV) à travers deux mesures clés : l'intensité de refroidissement (XD), définie comme la différence de température entre la zone de l'installation photovoltaïque et son environnement environnant, et la distance de refroidissement (Dist), qui décrit dans quelle mesure l'influence du refroidissement s'étend vers l'extérieur de l'installation.

En outre, les mêmes données de télédétection ont été utilisées pour calculer les indices de végétation, en particulier l'indice de végétation par différence normalisée par noyau (kNDVI), afin d'évaluer les réponses de la végétation à la fois dans la zone refroidie et dans les zones adjacentes au-delà de son influence. Cela a permis aux chercheurs d’évaluer non seulement l’étendue spatiale de l’effet de refroidissement, mais également son impact écologique sur la dynamique de croissance des plantes dans différentes zones.

Les résultats ont montré que l'intensité de refroidissement (XD) a atteint sa valeur la plus élevée de 3,1 °C en été dans la ville de Wuzhong (WZ), tandis que la valeur la plus faible de 0,02 °C a été observée en automne dans la ville de Hongshagang, comté de Minqin, province du Gansu (HSG). De plus, l'effet d'île fraîche (CIE) n'était pas présent certaines saisons sur plusieurs sites, notamment Urad Banner (WLTQ) au printemps, Huanghuatan Town (HHT) en automne et Hami (HM) en hiver.

De plus, les résultats ont indiqué que l'été présentait généralement des valeurs XD élevées, notamment 2,1 °C à Dalad Banner (DLT) et un pic de 3,1 °C dans la ville de Wuzhong. En revanche, les conditions hivernales ont montré une plus grande variabilité spatiale : le comté de Gonghe (GH) a enregistré une température XD relativement élevée de 2,6 °C, tandis que la ville de Huanghuatan et la bannière de Dalad sont restées considérablement plus faibles, à 0,31 °C et 0,9 °C, respectivement.

Sur les huit sites d'étude, la distance de refroidissement variait considérablement, allant de 120 m à 540 m, mettant en évidence de grandes différences spécifiques au site-dans l'étendue spatiale de l'effet d'îlot frais.

La modélisation par équation structurelle des moindres carrés partiels (PLS-SEM) a en outre révélé que la complexité morphologique est le moteur dominant de l'effet de refroidissement, tandis que la plus grande taille des installations photovoltaïques exerce une forte influence répressive. Les conditions climatiques ont également contribué positivement, quoique dans une moindre mesure. Collectivement, ces facteurs expliquent environ 63 % de la variation observée de l’intensité et de l’étendue du refroidissement.

L’analyse suggère en outre que les réponses de la végétation sont très hétérogènes selon les sites et les saisons, en fonction à la fois des conditions climatiques locales et de la force de l’effet de refroidissement.

"Nous avons proposé un cadre de 'réponse PV CIE-végétation' géographiquement différencié. Les plantes décentralisées à moyenne échelle avec une complexité de forme supérieure sont préférables dans les régions relativement sèches et chaudes", ont conclu les universitaires. "Cependant, dans les zones froides et à haute-altitude, l'ajustement de l'inclinaison et la réduction de la densité des panneaux peuvent atténuer les risques liés à la végétation."

Leurs résultats sont apparus dans « Quantification de l’effet d’île fraîche induit par les centrales photovoltaïques et de la réponse de la végétation dans les régions arides », publié dans Ecological Indicators. Des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences, de la société chinoise Huadian Gansu Energy Corporation, de la PowerChina Beijing Engineering Corporation et de l'université de Reading au Royaume-Uni ont contribué à l'étude.