Impact sur la croissance des algues et sur la chlorophylle-a
Les algues font naturellement partie de tous les écosystèmes aquatiques ; leur prolifération peut avoir des effets aussi bien positifs que négatifs sur l'eau.
Un excès d'algues peut conduire à la formation d'efflorescences algales.[38] Ces efflorescences sont composées en grande partie de cyanobactéries potentiellement toxiques, qui constituent une menace importante pour l'écologie aquatique, pour le biote et même pour l'homme.[38] Les efflorescences cyanobactériennes peuvent également affecter la turbidité de l'eau, le pH, la chlorophylle-a, l'état trophique de l'eau et la stratification.[39]
La lumière du soleil est essentielle à la croissance des algues. En effet, elle est nécessaire à la photosynthèse. L'ombrage créé par les panneaux photovoltaïques flottants peut réduire la prolifération des algues et améliorer la qualité de l'eau.[38]
La chlorophylle-a (chl-a) est un indicateur de la biomasse de phytoplancton, reflétant sa production dans les eaux marines en réponse à la disponibilité des nutriments et de la lumière.[40] L'eutrophisation découle d'un enrichissement excessif des eaux en nutriments, qu'il soit d'origine naturelle ou humaine.
Cela peut entraîner une prolifération dangereuse d'algues, une détérioration de l'écosystème, une perte de biodiversité ainsi qu'une privation d'oxygène dans les eaux profondes.[40] Plusieurs études prédisent qu'une couverture photovoltaïque accrue serait susceptible d'entraîner une réduction de la croissance des algues et de la concentration de chlorophylle-a. [41][42]
Haas et al., 2020 : Prévision des impacts au Chili
Cette étude[42] a porté sur l'impact des systèmes photovoltaïques flottants sur le réservoir hydroélectrique de Rapel, au Chili, en utilisant la prolifération des algues comme indicateur de la qualité de l'eau et du bilan global d'oxygène.
À l'aide d'un modèle numérique-hydrodynamique (ELCOM-CAEDYM), l'étude a comparé l'état actuel d'un lac dépourvu d'installations photovoltaïques flottantes à des scénarios associés à différents niveaux de couverture photovoltaïque.
Les résultats ont montré que :
- Les installations photovoltaïques flottantes de petite taille ont une efficacité limitée lorsqu'il s'agit de prévenir la prolifération d'algues
- Les installations de taille moyenne sont en mesure d'éviter efficacement la prolifération tout en favorisant des concentrations d'algues saines
- Les installations photovoltaïques flottantes de très grande taille présentant une couverture > 60 % peuvent éliminer complètement les algues, ce qui représente une menace potentielle pour l'écologie du lac (tandis que la prolifération est considérée comme négative ou positive selon l'espèce d'algue)
Une couverture photovoltaïque comprise entre 40 % et 100 % ferait chuter la concentration de chlorophylle-a sous les 10 µg/l. Selon l'Organisation mondiale de la santé,[43] une eau de baignade sûre doit présenter une concentration de chlorophylle-a comprise entre 0 et 10 µg/l.
Selon cette étude, le taux de couverture optimal recommandé se situe entre 40 et 60 % pour le réservoir hydroélectrique de Rapel. Il s'agit du taux permettant de maintenir des niveaux de concentration d'algues acceptables.
Figure 6. Concentrations de chlorophylle-a dans un réservoir hydroélectrique au Chili suite à des simulations pour différentes couvertures photovoltaïques (FPV10 = couverture photovoltaïque flottante de 10 %, etc.).
Buro Bakker et AKTB, 2021 : Comparaisons d'installations aux Pays-Bas
En 2021, deux installations photovoltaïques BayWa r.e. ont été étudiées par des conseillers en écologie indépendants, Buro Bakker et AKTB. Toutes deux se trouvaient aux Pays-Bas. À Bomhofsplas, la première présentait une couverture de 26 %. À Nijbeets, la seconde présentait une couverture de 29 %.
Deux emplacements différents situés sous le parc photovoltaïque flottant et en eau libre ont été comparés, et différents paramètres de qualité de l'eau ont été mesurés. En été, les résultats ont mis en évidence des concentrations moyennes de chlorophylle-a de 4,4 µg/l en eau libre et de 6,5 µg/l sous les systèmes photovoltaïques flottants. Ces deux valeurs sont considérées comme « très bonnes » selon la directive-cadre sur l'eau.
Figure 7. Concentrations de chlorophylle-a mesurées à Bomhofsplas, en eau libre et sous le parc solaire
Tout au long du printemps, le réchauffement de la surface crée une couche thermique. A minima, celle-ci est visible de juin à septembre. La couche thermique se trouve généralement entre 6 et 8 m de profondeur. Au-dessus d'elle, les températures dépassent 20 °C tandis qu'en dessous d'elle, elles se stabilisent autour de 8 °C.
La teneur en oxygène est généralement plus faible sous le parc solaire, avec des niveaux de saturation moyens de 90 % contre 97 % sur le site de référence de Bomhofsplas.
Les résultats obtenus à Nijbeets ont montré que la concentration d'oxygène à la surface de l'eau varie de 7,8 à 11,2 mg/l pour un taux de saturation de 81 à 105 %. Près du fond, le niveau d'oxygène diminue ; il est compris entre 1,8 et 7,9 mg/l et présente une saturation de 16 à 66 %. Le pH de l'eau passe de 7,6 à 8,7 à la surface et de 7,6 à 8,0 au fond.
Figure 8. Température de l'eau en fonction de la profondeur à Bomhofsplas