Énergie solaire : intégrer le potentiel théorique de production annuelle dans une étude départementale grâce au satellitaire

Dans le mix énergétique du futur, le photovoltaïque aura certainement toute sa place. Afin de favoriser la transition énergétique, les acteurs publics se mobilisent pour évaluer le potentiel solaire de leurs territoires. Au-delà de l’identification des toits mobilisables, l’imagerie satellitaire fournit des indications sur le potentiel théorique de production. Elle permet, très macroscopiquement, de déterminer les secteurs les plus favorables à un équipement en panneaux photovoltaïques au regard de l’ensoleillement du territoire. La Direction départementale des territoires du Cantal (DDT15) a réalisé un test d’utilisation.

Contexte

En 2018, la DDT du Cantal a décidé d’étudier le potentiel photovoltaïque de son territoire, afin d’aider les collectivités et autres acteurs locaux à mettre en place des mesures concrètes en faveur de la transition énergétique. Dans un premier temps, les surfaces de toitures qui pourraient être équipées ont été identifiées, en utilisant et en adaptant une méthode mise au point par le CEREMA déjà expérimentée dans différents départements (Ille-et-Vilaine par exemple). Une méthode qui s’appuie sur la BD Topo de l’IGN et les fichiers fonciers MAJIC. Elle a permis d’isoler l’ensemble des toitures des bâtiments de plus de 50 m² ayant une orientation favorable (axe de faîtage NE/SO) sur le département.

Mais, selon les régions, le potentiel de production photovoltaïque par capteur n’est pas le même. Il varie en fonction de l’ensoleillement annuel, qui dépend du nombre de jours sans nuages (ensoleillement direct), mais également avec nuages (ensoleillement indirect). Situé au centre de la France, le Cantal vit dans ce domaine une situation contrastée. La DDT a donc cherché à affiner son étude en intégrant une information localisée sur le potentiel théorique moyen de production, à l’échelle des EPCI du département.

La méthode / en pratique

Martin Mespoulhes, responsable SIG de la DDT, a commencé par étudier quelques documents en ligne, afin de comprendre comment cet ensoleillement peut être calculé. Outre les capteurs au sol (chers et ponctuels), il a ainsi découvert le service « CAMS radiation » du programme Copernicus. Un service gratuit, qui fournit une couche de données (AGATE) directement exploitable dans un SIG, indiquant un potentiel annuel de production de KWh/m² de panneau solaire. « J’étais sensibilisé au programme Copernicus car j’avais fait une formation de quelques jours aux images satellitaires par le Cerema à Clermont-Ferrand, commente Martin Mespoulhes. Trouver l’information et comprendre sa signification a été le plus long. »

Quels satellites derrière AGATE ?

La couche AGATE exploite les données acquises par les satellites météorologiques Meteosat, qui envoient des images tous les quarts d’heure, avec une résolution assez grossière (3 km par 3 km au nadir). Une méthodologie complexe permet de calculer le potentiel de production photovoltaïque exprimé en KWh/m² à différents pas de temps, dont une synthèse annuelle, sur la base d’une grille couvrant toute l’Europe. La méthode a été mise au point avec l’aide d’ARMINES /MINES ParisTech / TRANSVALOR / ECMWF – COPERNICUS.

L’extraction des carreaux de la base AGATE qui concernent le Cantal. En brun, les plus forts potentiels (Source © ARMINES / MINES ParisTech / TRANSVALOR / ECMWF - COPERNICUS Atmosphere Monitoring Service, Traitement DDT 15)

Une fois inscrit sur le site Copernicus, la DDT a pu télécharger la couche AGATE sous forme d’une grille GeoTiff. Les 17 carreaux qui couvrent le Cantal en ont été extraits sous QGIS.

Cette grille raster a ensuite été projetée sur la couche vectorielle des limites des 9 EPCI du département, puis la valeur moyenne des pixels a été rapatriée sur chaque objet vectoriel. Ainsi, sur la communauté de communes de Saint-Flour, c’est la moyenne des sept carreaux couvrant le territoire qui a été prise en compte.

La couche vectorielle résultante est simple à utiliser et montre clairement que le potentiel de production est un peu plus important au Sud et à l’est du département. Elle a été produite en quelques heures.

Les résultats

Cette approche vient compléter utilement les calculs de surfaces de toits potentiellement exploitables, même si elle reste bien moins fine spatialement. Elle a été présentée en DDT et sert également de support de discussions avec les EPCI et les professionnels du secteur. C’est un élément d’aide à la décision facilement compréhensible.

La couche finale qui projette les données de potentiel d’irradiation solaire annuel sur les EPCI du département (Source : DDT 15)

Les avantages et limites de la solution

La base de données AGATE est gratuite et libre d’accès, une fois inscrit sur le site Copernicus.
Les données raster sont facilement intégrables dans un SIG quelconque et leur manipulation ne demande pas de compétences particulières en télédétection, seulement une pratique de la géomatique.
Les résultats sont clairs et d’appropriation facile.
La méthode est facilement reproductible sur d’autres départements ou régions.

Evaluation socio-économique

Trouver le service n’est pas évident pour qui ne connaît pas les ressources Copernicus.
La méthodologie de production de la couche AGATE est complexe à comprendre et n’est pas synthétisée sur le site Copernicus.
La résolution spatiale reste très grossière et il est important de bien comprendre les limites des données produites car la production photovoltaïque effective dépend de nombreux facteurs, qui ne sont pas tous pris en compte à cette échelle (ombres portées par exemple).