La plupart des grands parcs solaires mondiaux sont implantés dans des déserts, offrant de vastes terrains inexploités et un ensoleillement constant idéal pour la production d'énergie solaire. Les chercheurs envisagent même de transformer le Sahara, le plus grand désert de la planète, en un gigantesque parc solaire capable de couvrir quatre fois la demande énergétique mondiale actuelle.
Cependant, un défi majeur persiste : la poussière. Son accumulation progressive sur les panneaux peut réduire leur efficacité de près de 30 % en un mois. À l'échelle mondiale, une perte de seulement 3 à 4 % de l'énergie solaire générerait des coûts économiques de 3,3 à 5,5 milliards de dollars. Avec l'intensification des tempêtes de poussière due au changement climatique, un nettoyage fréquent est indispensable.
Les méthodes courantes, comme les jets d'eau sous pression ou les pulvérisations, nécessitent de l'eau pure déminéralisée pour éviter d'endommager les panneaux. Transporter cette eau vers des zones désertiques représente jusqu'à 10 % des coûts d'exploitation et de maintenance des parcs solaires.
Avec une capacité mondiale dépassant les 500 gigawatts, l'industrie solaire consomme jusqu'à 10 milliards de gallons d'eau potable par an pour le nettoyage. À titre de comparaison, cela suffirait aux besoins annuels d'environ 2 millions de personnes dans les pays en développement.
"J'ai été stupéfait par la quantité d'eau pure requise pour nettoyer les panneaux solaires", déclare Kripa Varanasi, professeur de génie mécanique au MIT. "L'empreinte hydrique de l'industrie solaire ne fera qu'augmenter. Il est impératif de rendre les fermes solaires plus durables."
Les techniques sèches, comme les brosses ou l'air comprimé, risquent d'abîmer les surfaces des panneaux en les rayant au fil du temps.
Face à ces limites, Kripa Varanasi et son étudiant Sreedath Panat, du MIT, ont développé un système de nettoyage sans contact qui repousse automatiquement la poussière sans consommer d'eau.
Ce système repose sur la répulsion électrostatique. Une électrode mobile applique une charge électrique aux particules de poussière, tandis qu'une charge opposée sur un film transparent recouvrant le panneau les repousse efficacement. Il peut s'intégrer à un robot de nettoyage ou fonctionner de manière autonome avec une faible énergie solaire. Leurs travaux sont publiés dans Science Advances.
La NASA a précédemment utilisé l'électrostatique pour les rovers martiens, mais cette approche ne convient pas à la Terre en raison de l'humidité. "Elle nécessite des électrodes interdigitées coûteuses et sensibles à l'humidité", précise Varanasi.
Les chercheurs ont adapté la technologie en tenant compte de l'humidité : la silice des poussières absorbe une fine couche d'eau conductrice, permettant de charger les particules de 30 à 40 microns.
Des tests sur une humidité de 5 % à 95 % confirment l'efficacité au-delà de 30 % d'humidité relative, y compris dans les déserts grâce à la rosée matinale.
Un prototype de laboratoire a été réalisé, mais il peine encore avec les particules inférieures à 10 microns, responsables de l'ombrage. Des améliorations sont en cours.
Pendant que l'équipe du MIT affine son système, d'autres recherches portent sur des revêtements inspirés de la feuille de lotus. Des scientifiques de l'Université Ben Gourion ont développé un revêtement hydrophobe à base de silicium pour limiter l'adhésion de la poussière.
Solar Sharc, une entreprise britannique, commercialise déjà un revêtement autonettoyant de nanoparticules transparentes favorisant l'écoulement des gouttelettes d'eau.
Cependant, Varanasi note que ces nanostructures risquent de s'user sous les tempêtes de sable, perdant transparence et efficacité.
Malgré ces défis, des experts comme Varanasi restent optimistes : "L'eau est une ressource précieuse. Une approche proactive holistique préservera l'accès à l'eau potable pour les communautés."
