Les énergies renouvelables (EnRs) participent d’ores et déjà à la transition énergétique en prenant progressivement une part importante dans les bouquets énergétiques des pays. Le développement de ces EnRs s’inscrit pleinement dans les objectifs de développement durable (SDGs : sustainable development goals) adoptés en 2015 par l'assemblée générale des Nations Unies, avec notamment :

• L’objectif 7 pour une énergie propre et d'un coût abordable ;
• L’objectif 9 pour une infrastructure résiliente et une industrie soutenable et innovante ;
• L’objectif 11 pour des villes durables ;
• L’objectif 13 pour une lutte contre les changements climatiques ;

Parmi ces EnRs, le rayonnement solaire représente la plus importante source d’énergie de la Terre avec plus de 175 millions de GW à chaque instant au sommet de son atmosphère. Elle constitue d’ailleurs le principal moteur ou source primaire de la plupart des phénomènes météorologiques et atmosphériques et donc de la plupart des énergies renouvelables. Plusieurs voies de conversion de cette énergie solaire sont exploitées comme les voies thermique, thermodynamique à concentration ou encore photovoltaïque (PV). Parmi les 100 actions les plus efficaces pour lutter contre le changement climatique identifiées par le collectif Drawdown[1], le développement de centrales PV au sol est classé 8^ième au classement général, et 2^ième parmi les solutions pour la production énergétique. De même, les systèmes PV en toiture en milieu urbain sont classés 10^ième (3^ième), tandis que les systèmes thermodynamiques à concentration et solaires thermiques sont classés respectivement 25^ième (7^ième) et 41^ième (11^ième).

En particulier, le photovoltaïque est depuis quelques années en plein essor, en raison notamment de ses coûts en constante décroissance[2] et de sa polyvalence permettant par exemple une production centralisée, décentralisée ou isolée, suivant des puissances installées allant de la centaine de watts à plusieurs centaines de mégawatts. En 2018, la capacité installée de photovoltaïque dans le monde était ainsi de l’ordre de 480 GWc et l’Agence Internationale de l’Energie (IEA) prévoit plus qu’un doublement de cette capacité d’ici cinq ans[3].

La ressource solaire peut aussi être exploitée par le biais d’optimisation de l’efficacité énergétique en intégrant, par exemple, les apports thermiques passifs ou lumineux dans la régulation des bâtiments.

L’intégration massive de l’énergie d’origine solaire dans l’utilisation et l’approvisionnement énergétique mondial requiert cependant une compréhension très fine de ses modes de variation spatiaux et temporels. En effet, l’utilisation optimale de cette ressource nécessite la prise en compte et l’anticipation de ses fluctuations tant spatiales que temporelles résultant de phénomènes météorologiques et climatologiques complexes. Une meilleure connaissance de la ressource solaire et des approches permettant sa caractérisation et sa prévision précise sont des éléments fondamentaux pour apporter des réponses académiques et opérationnelles à ces défis. Ces améliorations se jouent à différentes échelles spatiales allant des échelles sub-métriques urbaines à celles kilométriques d’une région ou d’un pays. Elle se joue aussi à différentes échelles temporelles, de l’historique de long terme à des échelles sub-horaires, journalières, saisonnières, et même climatologiques.

Le centre O.I.E. au carrefour de l’énergie solaire et des données d’observation de la Terre

Un des objectifs scientifiques du centre Observation, Impacts, Energie (O.I.E.) est la caractérisation de la ressource solaire et sa prévision s’appuyant sur les moyens d’observation de la Terre au sens du GEOSS[4]. Le centre a ainsi mis au point des approches originales et innovantes, reconnues mondialement sur les plans académique et industriel (Blanc, 2015)[5], pour l’évaluation et la prévision de la ressource solaire utilisant des données d’observation de la Terre. Sur le plan industriel, la méthode heliosat 2 développée par le centre O.I.E. est exploité par l’entreprise de valorisation Transvalor S.A. dont la branche Innovation commercialise et offre des services à valeurs ajoutées pour les professionnels via le site www.soda-pro.com. Ce dernier a notamment accueilli en 2018 plus de 75000 visiteurs uniques et a répondu à plus de 185 millions de requêtes de données.

Le centre O.I.E. participe activement aux actions du programme de la tâche 16 du programme PVPS (PhotoVoltaic Power System) de l’IEA « Solar resource for high penetration and large scale ». Notamment, il a à sa charge la conduite et l’animation de la sous-activité 2/4 « Enhanced data & bankable products » dont l’objectif est de déterminer les inter-comparaisons, les bonnes pratiques, les normes et des guides pour l’utilisation industrielle et opérationnelle des données de rayonnement solaire.

De plus, le centre O.I.E. est fortement impliqué dans le  Group on Earth Observations (GEO)[6]. Dans ce cadre, le centre a su tout d’abord appréhender les défis nécessaires à la création et à la fourniture de données à valeurs ajoutées pour les acteurs du domaine des énergies renouvelables. Il a ensuite développé une expertise reconnue internationalement dans l’application et l’amélioration des normes et des standards d’interopérabilité supportant des architectures Open Source pour la dissémination et le traitement de données spatiales issues de l’Observation de la Terre. Le centre O.I.E. est membre de l’OGC (Open Geospatial Consortium) depuis 2009. Cet organisme international de plus de 500 membres vise à établir un forum de collaboration pour les développeurs et les utilisateurs de données permettant la création et la promotion de standards ouverts, garantissant l’interopérabilité des contenus des services et des échanges de données géo-spatiales. 

Enfin, le centre O.I.E. et Transvalor sont parties prenantes, avec le DLR[7] et le FMI[8] pour la fourniture de services relatifs au rayonnement solaire dans le cadre du programme d’observation de la Terre de l’Union Européenne, Copernicus, et plus particulièrement son volet CAMS (Copernicus Atmospheric Monitoring Services). Ce programme constitue une source récente, durable et très importante de données d’observation de la Terre exploitable de manière directe ou indirecte pour les acteurs du domaine solaire, entre autres.

De plus, la mise en réseau de moyens de suivi de systèmes de production d’énergie solaire, l’émergence de nouveaux instruments comme les caméras hémisphériques (ou fish-eyes)[9] ou encore celle des données issues des sciences citoyennes collaboratives comme par exemple les réseaux BoomSky, Netatmo, le projet Horizon 2020 GRECO multiplient encore les sources de données exploitables. Ces nouvelles sources de données sont particulièrement intéressantes par leurs inter-complémentarités d’échelles spatiales et temporelles d’observation et leurs complémentarités avec les données d’observations telles que celles fournies par Copernicus.