Les panneaux photovoltaïques réduisent jusqu’à 56,6 % les sédiments sur les pentes, mais provoquent une érosion en rigoles sous la ligne d’égouttement

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l’Université Northwest A&F (Chine) et de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a examiné, par le biais d’essais de pluie simulée, l’impact des rangées de panneaux photovoltaïques sur les pentes sur les modes d’érosion des sols et les processus hydrodynamiques. Les résultats montrent que l’installation de panneaux photovoltaïques réduit la production totale de sédiments sur la pente, mais que l’érosion se concentre dans la zone de la ligne d’égouttement sous le bord inférieur des panneaux, créant ainsi un schéma de ravinement qui n’existe pas sur les pentes naturelles.

L’essai a été réalisé à l’aide d’un bac à sol réglable de 2,0 m × 1,0 m × 0,4 m, rempli d’un sol argileux cultivé prélevé dans le sud du plateau de lœss en Chine, avec une pente fixée à 10°. Quatre panneaux photovoltaïques sur mesure de 57 cm × 48 cm ont été disposés au-dessus du sol selon une configuration linéaire (1×4) ou en bloc (2×2) ; l’étude a testé des combinaisons de trois hauteurs d’installation (0,4 m, 0,6 m, 0,8 m) et de trois angles d’inclinaison (30°, 35°, 40°). Chaque configuration a été soumise à une pluie simulée de 60 minutes sous une intensité de 80 mm/h, avec en parallèle une pente équivalente sans panneaux photovoltaïques comme témoin ; chaque scénario a été répété deux fois.

Au cours des essais, des échantillons de ruissellement et de sédiments ont été prélevés, et la vitesse d’écoulement ainsi que la profondeur de l’eau ont été mesurées dans les zones couvertes et découvertes. Après chaque essai, le temps d’apparition, la longueur, la largeur et la profondeur des rigoles d’érosion sous la ligne d’égouttement ont été enregistrés. L’équipe a également mené huit essais d’atténuation à l’aide de bandes de paillis végétal ou de gravier de 20 cm de large.

Les chercheurs expliquent que les panneaux photovoltaïques modifient l’interaction naturelle entre la pluie et la surface du sol par deux mécanismes simultanés : les zones couvertes interceptent les précipitations, réduisant la désagrégation par splash et le scellement de surface ; l’eau interceptée est concentrée sous forme d’égouttement à haute énergie sur le bord inférieur des panneaux, formant un écoulement concentré dont l’énergie érosive est accrue. Cette redistribution crée un schéma spatial caractéristique sur la pente — les zones ombragées ne reçoivent plus directement les précipitations, tandis que la ligne d’égouttement subit un ravinement continu par l’écoulement concentré.

Les résultats de la pluie simulée montrent qu’à l’échelle de la pente, par rapport au groupe témoin, la production de sédiments sur les pentes équipées de panneaux photovoltaïques a diminué jusqu’à 56,6 % ; en ce qui concerne la hauteur d’installation, le taux de réduction moyen le plus élevé a été observé à 0,4 m, soit 46,3 % ; en ce qui concerne l’angle d’inclinaison, le taux de réduction moyen le plus élevé a été observé à 35°, soit 36,3 %. Dans toutes les configurations photovoltaïques, des rigoles transversales (petites rigoles d’érosion traversant la pente) sont apparues sous la ligne d’égouttement, alors qu’aucune rigole de ce type n’a été observée sur la pente témoin.

Les essais ont également montré que, dans des conditions d’écoulement laminaire (Re<500) et sous-critique (Fr<1,0), l’énergie érosive s’accumule longitudinalement le long de la pente ; la vitesse d’écoulement augmente de 148 % lorsque l’eau passe des zones couvertes situées en amont vers celles situées en aval, faisant de la rangée de panneaux la plus basse un emplacement clé pour l’érosion de base. La position et l’espacement des rigoles (48–57 cm) sont déterminés par la disposition des panneaux ; la largeur et la profondeur des rigoles augmentent avec la hauteur d’installation, atteignant respectivement 3,44 cm et 1,84 cm à une hauteur de 0,8 m. Les chercheurs estiment que les structures externes peuvent créer sur les pentes des géométries d’érosion qui n’existent pas à l’état naturel.

Ces résultats ont été publiés dans le Journal of Hydrology sous le titre « Photovoltaic panel arrays reshape soil erosion patterns and hydrodynamic processes on hillslopes ».