Understanding regional climate variability for solar energy development in West Africa.

Apres la COP21 en 2015, les projets de deploiement d’infrastructures photovoltaiques pour l’electrification de l’Afrique de l’Ouest (AO) augmentent significativement. Neanmoins, la couverture nuageuse demeure une limite dans ce deploiement massif. Ainsi, il est important de mieux comprendre pour mieux anticiper la presence des nuages et leurs impacts sur le rayonnement solaire pour mettre en œuvre des strategies de gestion de production d’energie solaire adaptees et durables. Notre comprehension sur la variabilite spatio-temporelle des nuages en AO reste encore limitee. Ces enjeux sont exacerbes dans un contexte d’evolution climatique dans la mesure ou il est necessaire de bien anticiper les impacts futurs possibles sur les facteurs physiques qui controlent la production d’energie solaire dans la region. Ainsi, cette these s’est attachee a repondre aux questions suivantes:1. Quelles sont les echelles de variabilite spatio-temporelle des nuages en AO et quelles sont les conditions synoptiques associees?2. Quelles sont les signatures des nuages sur le rayonnement solaire net au sol?3. Comment le changement climatique affectera-t-il la production d’energie solaire et pourquoi?Une climatologie des differents types de nuages au-dessus de l’AO a d’abord ete creee en utilisant les reanalyses ERA5 et des observations par satellite. Les resultats montrent que la couverture nuageuse est caracterisee par un gradient sud-nord, les zones meridionales etant les plus nuageuses. Pendant la saison des pluies, les nuages couvrent 70 a 80% de la region sud de l’AO. Les nuages bas sont principalement localises au sud pendant la saison seche, mais s’intensifient et s’etendent vers le nord pendant la saison des pluies. Au sud de 15° N, au moins un type de nuage est present a tout moment, et la presence simultanee de tous les types de nuages est frequente.Puis, les conditions synoptiques dans lesquelles se produisent les nuages bas ont ete etudiees. Les resultats montrent que pendant la saison des pluies, les occurrences de ces nuages sont caracterisees par un flux de sud-ouest domine par une quantite importante d’humidite venant du Golfe de Guinee. La formation des nuages bas est precedee d’une reduction significative de la temperature de l’air dans la basse atmosphere. Le flux d’humidite est plus faible pendant la saison seche; cependant, le niveau d’humidite de fond joue un role important dans l’apparition de ces nuages dans la region.Les impacts directs de l’apparition des nuages sur la quantite et la variabilite du rayonnement solaire entrant sont quantifies. L’attenuation du rayonnement solaire est la plus importante pendant les mois d’ete dans toute la region. En aout, environ 55% du rayonnement solaire est absorbe par la couverture nuageuse en moyenne sur le sud de l’AO, tandis qu’entre 20 et 35% est perdu sur la zone du Sahel et les parties nord de la region. L’etude a revele egalement qu’en saison seche, l’evolution infra-journaliere du rayonnement solaire entrant ne change pas beaucoup d’une annee a l’autre. En revanche, le rayonnement recu pendant la saison des pluies est associe a une plus grande incertitude.Enfin, les impacts du changement climatique sur la production future d’energie solaire sont etudies a l’aide de quatre modeles climatiques CMIP6. Les resultats montrent une diminution de la production d’energie solaire en AO, la plupart des modeles prevoyant une reduction d’environ 20% dans le sud de l’AO au cours de la deuxieme partie du 21e siecle. Tous les modeles projettent une diminution du rayonnement solaire de surface et une augmentation de la temperature de l’air a la surface. Cependant, la reduction prevue de la production future d’energie solaire est principalement liee a la diminution du rayonnement solaire de surface plutot qu’a l’augmentation de la temperature. Ces resultats contribuent directement aux etudes de faisabilite d’implantation des fermes solaires dans la region.