Le rayonnement solaire de surface (RSS) ou, en d'autres termes, l'irradiation horizontale globale (IGH), est un terme scientifique désignant la lumière du soleil qui atteint le sol. Il est essentiel de comprendre comment le SSR évolue dans le temps, non seulement pour la météorologie et la climatologie, mais aussi pour la planification à long terme et la rentabilité des projets photovoltaïques (PV).
Une nouvelle étude évaluée par des pairs, menée par des chercheurs de l'Université de Murcie et de l'Université de Málaga en collaboration avec des experts de Solargis et alimentée par les données de Solargis, évalue les tendances passées et projetées du rayonnement solaire de surface (SSR) à travers l'Europe de 1994 à 2054.
À ce jour, cette étude constitue l'une des évaluations les plus complètes des tendances solaires en Europe, des facteurs à l'origine de ces changements et de ce à quoi nous pouvons nous attendre dans un avenir proche. L'étude se concentre sur l'impact des nuages et des aérosols, qui ont été identifiés comme les deux principaux moteurs des tendances à long terme du SSR.
L'analyse s'appuie sur un ensemble complet d'observations au sol, cinq ensembles de données historiques maillées et un ensemble de 30 modèles climatiques CMIP6 couvrant quatre scénarios de forçage. Ensemble, ces sources fournissent une caractérisation homogène et sans précédent de l'évolution de la SSR en Europe dans le temps et dans l'espace.
L'étude a également été couverte par des médias tels que The Times, The Independent, PV Magazine ou El Periodico de la Energia.
Les observations effectuées entre 1994 et 2023 montrent une augmentation de 3,1 W/m² par décennie (la valeur moyenne du SSR de Solargis au cours de cette période de 30 ans était de 143 W/m2), la croissance la plus forte ayant eu lieu au cours des dix dernières années. Les niveaux moyens annuels typiques du SSR en Europe varient approximativement de ~100 W/m² dans les régions septentrionales à environ ~200 W/m² dans les régions méridionales.
Avec un réglage approprié, les modèles satellitaires peuvent suivre l'augmentation à long terme du rayonnement solaire de surface. Les quatre modèles satellitaires évalués dans le cadre de l'étude concordent avec les observations dans une fourchette de 0,3 W/m2 par décennie.
La plupart des modèles climatiques prévoient des changements du rayonnement solaire de surface en 2024-2054 inférieurs à 1 W/m2 par décennie dans les quatre scénarios d'émissions analysés.
Cette réduction à long terme des aérosols atmosphériques contribue de manière significative à un ciel moins nuageux et plus clair, et donc à un rayonnement solaire plus élevé atteignant la surface.
Du point de vue de l'industrie photovoltaïque, l'étude a plusieurs implications évidentes.
Tout d'abord, l'Europe a connu une augmentation multidécennale des ressources solaires disponibles, qui est à la fois mesurable et scientifiquement solide. La clarté de l'observation de ces tendances a pratiquement prouvé qu'il existe effectivement une altération des moyennes à long terme de la disponibilité des ressources solaires en Europe, liée au changement climatique.
Un autre résultat important de l'étude est que l'ERA5 du CEPMMT et les modèles climatiques tels que ceux du CMIP6 ne sont pas adaptés au suivi des tendances à long terme de la SSR, car nous avons constaté qu'ils sont largement en désaccord avec les tendances observées dans les stations terrestres.
À l'inverse, des ensembles de données satellitaires correctement réglés, comme Solargis, fournissent un moyen précis et spatialement cohérent de les quantifier.
Fig. 1. moyennes glissantes sur 12 mois (a) des anomalies régionales moyennes du SSR dans les sites GEBA et les cellules terrestres de Solargis-3.2 et (b) des tendances du SSR et de l'intervalle de confiance évaluées à partir des observations GEBA (en noir) et de Solargis-3.2 (en rouge dans les sites GEBA, et en bleu dans toutes les zones terrestres) pour les périodes historique, récente et d'observation. Les barres verticales dans le panneau b sont les intervalles de confiance au niveau de confiance de 95 %. (Pour l'interprétation des références aux couleurs dans la légende de cette figure, le lecteur est invité à se reporter à la version web de cet article)
Bien que les modèles climatiques constituent le seul moyen de projeter le RSS sur plusieurs décennies, leurs résultats doivent être interprétés avec prudence, car leurs résultats pour la période 1994-2014 ont montré qu'ils sous-estimaient l'ampleur et ne tenaient pas compte des origines nuageuses des tendances observées en matière de RSS.
Dans l'ensemble, les résultats renforcent l'importance de s'appuyer sur des ensembles de données multi-sources et de qualité contrôlée pour comprendre la disponibilité passée et future des ressources solaires. Pour les développeurs, les investisseurs et les décideurs politiques, ces informations sont essentielles pour garantir que la planification et la prise de décision en matière d'énergie photovoltaïque reposent sur une compréhension scientifiquement validée de l'évolution du climat solaire en Europe.
Nous examinons ci-dessous chacun de ces points plus en détail.
Les ressources solaires sont analysées depuis 1994, date à laquelle l'ère des relevés satellitaires modernes de l'irradiation solaire a commencé. Au cours de cette période, la majeure partie de l'Europe a connu une augmentation significative du rayonnement solaire de surface (RSS), avec une tendance moyenne de 3,1 W/m² par décennie entre 1994 et 2023. Sur une période de trente ans, cela représente une augmentation significative de la ressource solaire disponible. Pour le secteur photovoltaïque, ces changements peuvent se traduire par une amélioration non négligeable du rendement énergétique à long terme, en particulier dans les régions où la tendance est la plus forte.
Pour replacer cette tendance dans son contexte, il est utile de la mettre en relation avec les valeurs moyennes typiques à long terme de la ressource solaire. Exprimé sous forme d'irradiation moyenne annuelle, l'indice d'ensoleillement global en Europe varie généralement d'environ 100 W/m² dans les régions septentrionales telles que l'Écosse à environ 200 W/m² dans les régions méridionales telles que le sud de l'Espagne. Une tendance enregistrée d'environ 3 W/m² par décennie correspond donc à un changement de quelques pour cent par décennie par rapport à ces valeurs de référence, ce qui est assez significatif. Toutefois, il est également important de noter que cette tendance ne devrait pas se poursuivre indéfiniment au même rythme et qu'elle devrait culminer à un moment donné dans un avenir proche.
Note : Dans Solargis Prospect et dans la plupart des applications du secteur de l'énergie, la ressource solaire est généralement exprimée en kWh/m²/an plutôt qu'en W/m². La conversion entre les deux est simple :
W/m² (moyenne annuelle) = GHI_Prospect (kWh/m²/an) ÷ 365 ÷ 24
En d'autres termes, la division du GHI annuel (en kWh/m²/an) par 8 760 heures le convertit en une puissance moyenne équivalente en W/m². Cela permet de combler le fossé entre la façon dont les tendances sont rapportées dans le domaine de la climatologie (W/m²/décennie) et la façon dont les ingénieurs et les développeurs photovoltaïques sont habitués à penser à la ressource (kWh/m²/an).
Si la tendance à l'échelle continentale est indubitablement positive, sa distribution spatiale est diverse. Les plus fortes augmentations de la SSR se produisent en Europe centrale, en particulier dans le nord-est de la France, au Benelux et dans l'ouest de l'Allemagne. D'autres régions, dont la Grande-Bretagne, la Scandinavie, la péninsule italienne et les Balkans, enregistrent également une nette augmentation du rayonnement solaire, mais dans une moindre mesure. En revanche, des parties isolées de la péninsule ibérique et de l'Europe de l'Est affichent un SSR stable, voire en légère baisse ces dernières années, ce qui souligne l'importance des ensembles de données à résolution spatiale pour la planification régionale de l'énergie photovoltaïque. Néanmoins, lorsqu'ils sont agrégés à l'échelle européenne, tous les ensembles de données confirment une augmentation cohérente et statistiquement significative du rayonnement solaire sur l'ensemble du continent.
Figure 2 : Cartes de tendance du SSR de Solargis pour l'Europe au cours de trois périodes différentes (historique, récente et observationnelle). Les principales zones montagneuses pour les périodes historique et d'observation sont exclues car elles couvrent les données des satellites Meteosat de première et deuxième génération, qui ne sont pas compatibles pour l'évaluation des tendances du RSS dans les régions montagneuses. Image adaptée de Segado-Moreno et al. (2025).
Les aérosols ont un double impact sur la SSR. Tout d'abord, dans les zones sans nuages, ils sont le principal constituant atmosphérique qui réduit le rayonnement solaire (effet direct des aérosols, ADE), contribuant également à modifier le réchauffement et le refroidissement de l'atmosphère et la thermodynamique des nuages (effet semi-direct des aérosols). Deuxièmement, dans les zones nuageuses, ils modifient les processus nuageux en affectant leur formation, leur dissipation et leurs propriétés optiques par le biais de mécanismes tels que les effets Twomey et Albrecht (appelés conjointement effet indirect des aérosols, AIE).
Bien que les aérosols et les nuages aient été identifiés depuis longtemps comme les deux principaux facteurs influençant la tendance à long terme du RSS, leurs contributions relatives restent floues.
En utilisant une version colonne du modèle Solargis et en comparant les simulations basées sur les apports quotidiens de profondeur optique des aérosols avec les climatologies d'aérosols à long terme, les auteurs de l'étude ont pu isoler l'effet direct des aérosols, qui est estimé à ≈20% de l'augmentation observée du SSR depuis 1994.
Les ≈80% restants de la tendance sont liés aux processus nuageux, qui comprennent à la fois les interactions aérosols/nuages (effets Twomey et Albrecht) et les changements dans la couverture nuageuse éventuellement associés à l'augmentation des températures de l'air. L'étude montre que les changements de l'albédo des nuages induits par les aérosols ne peuvent à eux seuls expliquer la tendance observée du SSR ; en revanche, la diminution de la fraction des nuages joue un rôle d'une importance comparable. L'analyse suggère que, sur l'ensemble de la période 1994-2023, l'augmentation du rayonnement solaire peut être interprétée approximativement comme 20 % de l'EAD, 40 % de la première EAD et 40 % des changements de la fraction nuageuse, bien que ces valeurs puissent changer en fonction des incertitudes des ensembles actuels de données sur les aérosols maillés.
Néanmoins, la conclusion générale est solide : les changements dans les nuages, partiellement induits par les changements dans les aérosols, sont deux fois plus influents que les effets directs des aérosols dans la formation de la tendance à long terme de la SSR en Europe.
L'étude a utilisé une approche multi-sources pour créer une caractérisation robuste des tendances de la SSR à travers le temps et l'espace. L'analyse a intégré trois types de données primaires :
Observations au sol : Les données provenant d'un réseau de 46 stations terrestres homogénéisées et soumises à un contrôle de qualité (provenant des archives du GEBA/WRDC) ont fourni des mesures ponctuelles fiables et de haute précision. Les observations au sol utilisées ont fait l'objet de contrôles d'assurance qualité rigoureux afin d'exclure les données inhomogènes des sites, qui auraient autrement conduit à des tendances observées incorrectes.
Jeux de données maillées : Cinq ensembles de données historiques, dont quatre modèles satellitaires (Solargis-3.2, SARAH-3, CLARA-A3, CEBAF-4.2.1) et la réanalyse ERA5, ont été utilisés pour analyser les tendances temporelles et, surtout, spatiales, grâce à leur couverture de la quasi-totalité du continent. Pour garantir la stabilité temporelle des données maillées, celles-ci ont été comparées aux observations au sol, et le biais et l'écart quadratique moyen ont été quantifiés. Le jeu de données Solargis a fait l'objet d'une évaluation comparative et s'est avéré très performant.
Projections climatiques : Un ensemble de 30 modèles climatiques CMIP6, comprenant près de 300 projections de changement climatique, a été utilisé pour analyser les simulations historiques (1994-2014) et projeter les tendances futures (2024-2054) dans le cadre de quatre scénarios de forçage différents (SSP1-2.6 à SSP5-8.5).
