L’oasis d’hydrogène vert pour une agriculture marocaine durable

L’hydrogène vert offre un poten­tiel signi­fi­ca­tif pour décar­bo­ner l’agriculture maro­caine et sou­te­nir la tran­si­tion vers une agri­cul­ture plus durable. Le choix des tech­no­lo­gies renou­ve­lables et la ges­tion des com­plé­men­ta­ri­tés spa­tio­tem­po­relles sont essen­tiels pour maxi­mi­ser les avan­tages de l’hydrogène vert dans ce contexte.

L’agriculture au Maroc se trouve confron­tée à de mul­tiples pro­blèmes, à la fois envi­ron­ne­men­taux et écono­miques. Par­mi les défis majeurs figurent les émis­sions de car­bone éle­vées décou­lant de l’utilisation inten­sive des com­bus­tibles fos­siles, une irri­ga­tion peu effi­cace, une sur­con­som­ma­tion d’eau et d’énergie, ain­si qu’une forte dépen­dance à des sources d’énergie non locales. Pour favo­ri­ser une agri­cul­ture plus durable, l’hydrogène, notam­ment sous la forme d’hydrogène vert, se pro­file comme une solu­tion pro­met­teuse pour décar­bo­ner le sec­teur agri­cole marocain.

L’hydrogène au service de l’agriculture durable

L’hydrogène, lorsqu’il est employé dans des piles à com­bus­tible, peut four­nir une élec­tri­ci­té propre ali­men­tant les équi­pe­ments agri­coles tels que les trac­teurs élec­triques, les pompes à eau, les sys­tèmes d’irrigation et les outils élec­triques. Cette tran­si­tion réduit la dépen­dance aux moteurs à com­bus­tion interne, mini­mi­sant ain­si les émis­sions de gaz nocifs pour l’environnement. L’hydrogène joue éga­le­ment un rôle cru­cial en tant que vec­teur d’énergie pour le sto­ckage de l’excédent d’énergie renou­ve­lable pro­duite sur les exploi­ta­tions agri­coles. Cette capa­ci­té à lis­ser la pro­duc­tion élec­trique inter­mit­tente garan­tit un appro­vi­sion­ne­ment stable en élec­tri­ci­té, notam­ment dans les régions éloi­gnées, grâce à la pos­si­bi­li­té de sto­ckage pro­lon­gé sans dégra­da­tion substantielle.

L’intégration de l’hydrogène vert dans les sys­tèmes agri­vol­taïques ajoute une couche d’efficacité et de dura­bi­li­té. L’agrivoltaïque com­bine la pro­duc­tion agri­cole avec la géné­ra­tion d’électricité solaire sur une même par­celle, offrant une pro­tec­tion contre les caprices météo­ro­lo­giques et aug­men­tant les ren­de­ments grâce à l’ombrage des pan­neaux solaires, par­ti­cu­liè­re­ment pré­cieux dans les régions arides. Cette approche per­met aux agri­cul­teurs de géné­rer des reve­nus à par­tir de leurs cultures, tout en évi­tant les conflits liés à l’utilisation des terres et en favo­ri­sant la bio­di­ver­si­té grâce à la crois­sance végé­tale sous les pan­neaux solaires.

De plus, l’hydrogène peut être uti­li­sé comme car­bu­rant pour les trac­teurs, rédui­sant ain­si la pol­lu­tion atmo­sphé­rique. Il trouve éga­le­ment appli­ca­tion dans la pro­duc­tion d’ammoniac, per­met­tant la fabri­ca­tion d’engrais plus res­pec­tueux de l’environnement. L’hydrogène se révèle éga­le­ment une source d’énergie pour le chauf­fage et la cli­ma­ti­sa­tion des serres agri­coles, favo­ri­sant ain­si une agri­cul­ture plus éco­éner­gé­tique. Enfin, il est à noter que le Maroc, grâce à ses res­sources éner­gé­tiques, a la pos­si­bi­li­té d’exporter de l’hydrogène propre vers d’autres pays, contri­buant ain­si à la réduc­tion des émis­sions mon­diales de car­bone tout en géné­rant des reve­nus supplémentaires.

Le Maroc à l’ère de l’hydrogène vert

Le Maroc inves­tit for­te­ment dans les éner­gies renou­ve­lables, y com­pris l’éolien onshore, le pho­to­vol­taïque (PV) sans et avec sto­ckage par bat­te­rie (PV-BES) et le CSP (Concen­tra­ted Solar Power) sans et avec sto­ckage ther­mique (CSP-TES). L’objectif est d’augmenter la part des éner­gies renou­ve­lables dans son mix éner­gé­tique, pas­sant de 34 % en 2018 à 52 % d’ici 2030. En paral­lèle, le Maroc explore l’hydrogène comme solu­tion éner­gé­tique et s’engage dans la tran­si­tion éner­gé­tique, en rédui­sant les coûts, en for­mant des res­sources humaines et en sécu­ri­sant les finan­ce­ments grâce à des par­te­na­riats inter­na­tio­naux. Tou­te­fois, il sub­siste des inter­ro­ga­tions quant à la meilleure tech­no­lo­gie renou­ve­lable à pri­vi­lé­gier pour maxi­mi­ser la pro­duc­tion d’hydrogène vert au Maroc, tout en atté­nuant la varia­bi­li­té de la pro­duc­tion. Cette déci­sion doit prendre en compte dif­fé­rents scé­na­rios de péné­tra­tion des éner­gies renouvelables.

Le scénario de forte pénétration

Pour atteindre une péné­tra­tion éle­vée d’énergie renou­ve­lable au Maroc mal­gré un bud­get limi­té, l’accent peut être mis sur l’énergie éolienne onshore. Cette source pré­sente un fac­teur de charge éle­vé ain­si que des coûts ini­tiaux et d’exploitation rela­ti­ve­ment bas. En pri­vi­lé­giant le déve­lop­pe­ment de parcs éoliens dans les vastes zones côtières le long de l’océan Atlan­tique, de la mer Médi­ter­ra­née et dans les régions mon­ta­gneuses comme les mon­tagnes de l’Atlas, le Maroc peut maxi­mi­ser sa pro­duc­tion d’électricité tout en opti­mi­sant l’utilisation de ses res­sources bud­gé­taires. Dans ce scé­na­rio, la varia­bi­li­té de la pro­duc­tion éolienne peut être gérée effi­ca­ce­ment grâce à des mesures telles que la ges­tion de la demande et l’interconnexion avec les pays voi­sins, assu­rant ain­si une pro­duc­tion d’énergie stable dans le cadre de sa tran­si­tion vers les éner­gies renouvelables.

Les scénarios de moyennes pénétrations

En scé­na­rio de moyennes péné­tra­tions d’énergies renou­ve­lables, la varia­bi­li­té de la pro­duc­tion reste un défi. Les tech­no­lo­gies qui atté­nuent cette varia­bi­li­té sont pri­vi­lé­giées et les inter­dé­pen­dances entre tech­no­lo­gies et régions sont cru­ciales dans la pla­ni­fi­ca­tion éner­gé­tique. Les tech­no­lo­gies à fort fac­teur de charge sont essen­tielles pour une pro­duc­tion stable, mais l’équilibre est aus­si essen­tiel pour évi­ter des coûts exces­sifs. Lorsque le PV, le CSP / CSP-TES et l’énergie éolienne onshore sont com­bi­nés, il peut être avan­ta­geux d’installer à la fois le PV et l’éolien. Le PV et l’éolien ont des pro­fils de pro­duc­tion complé­mentaires, lis­sant ain­si la pro­duc­tion d’électricité sur une plage horaire plus large. La pré­sence du CSP-TES per­met de sto­cker l’excédent d’énergie solaire, garan­tis­sant un appro­vi­sion­ne­ment stable en l’absence de soleil. Cepen­dant, l’intégration du CSP peut pré­sen­ter des défis bud­gé­taires en rai­son de ses coûts plus élevés.

L’intégration de bat­te­ries avec le sys­tème PV, com­bi­née au CSP-TES et à l’incorporation de l’énergie éolienne onshore, avec une éga­li­té de dimen­sion­ne­ment entre le PV-BES et le CSP-TES, crée une confi­gu­ra­tion spé­ci­fique. Dans ce cas, il peut être judi­cieux d’installer à la fois l’éolien et le PV-BES. Cette approche main­tient les coûts d’investissement bas tout en assu­rant une pro­duc­tion d’électricité stable.
Dans le cas où le CSP-TES inter­agit avec le PV-BES de dimen­sion­ne­ment dif­fé­rent, les tech­no­lo­gies à pri­vi­lé­gier dépendent de divers fac­teurs liés à la capa­ci­té de sto­ckage et aux coûts asso­ciés aux technologies.

Pour des besoins de sto­ckage rela­ti­ve­ment faibles (entre 5−13,5 heures par jour en moyenne), l’énergie éolienne peut être avan­ta­geuse en rai­son de son coût d’investissement ini­tial infé­rieur au CSP. Le CSP-TES avec un sto­ckage de taille modeste peut éga­le­ment être com­pé­ti­tif dans ces condi­tions en offrant un com­pro­mis entre capa­ci­té de sto­ckage et coût. Cepen­dant, l’ajout de bat­te­ries au PV peut rendre cette option moins éco­no­mique que le CSP-TES en rai­son des coûts asso­ciés aux bat­te­ries, pou­vant com­pen­ser la dif­fé­rence de coûts entre le PV et le CSP.
Lorsque des besoins de sto­ckage plus impor­tants sont requis (>13,5 heures par jour en moyenne), notam­ment pour répondre à des péné­tra­tions éle­vées d’énergie renou­ve­lable, le PV-BES peut deve­nir plus attrac­tif. Il offre une grande flexi­bi­li­té de sto­ckage grâce aux bat­te­ries, per­met­tant de sto­cker l’excédent d’énergie solaire pen­dant la jour­née et de le libé­rer pen­dant les périodes de faible pro­duc­tion, y com­pris la nuit, assu­rant un appro­vi­sion­ne­ment stable. Le CSP-TES pour­rait néces­si­ter un sto­ckage de grande capa­ci­té, ce qui peut être plus coû­teux et moins com­pé­ti­tif dans de telles conditions.

Les scénarios de faibles pénétrations

Dans des scé­na­rios de faibles péné­tra­tions, l’objectif prin­ci­pal est d’intégrer une quan­ti­té limi­tée d’énergie renou­ve­lable dans le mix éner­gé­tique de manière éco­no­mique. Les inves­tis­se­ments néces­saires pour ins­tal­ler et exploi­ter ces capa­ci­tés renou­ve­lables res­tent abor­dables, car la part des éner­gies renouve­lables dans la pro­duc­tion totale d’électricité est modeste. Les coûts sont moins sus­cep­tibles de dépas­ser les limites bud­gé­taires, rédui­sant ain­si la contrainte bud­gé­taire. Les tech­no­lo­gies pri­vi­lé­giées sont celles qui com­binent un fac­teur de charge éle­vé avec une faible varia­bi­li­té, notam­ment des cor­ré­la­tions intra­jour­na­lières et sai­son­nières éle­vées avec la demande d’électricité. Cela garan­tit une réponse à la demande élec­trique sans per­tur­ba­tions majeures.

Entre l’éolien et le PV

Pri­vi­lé­gier une pro­por­tion plus impor­tante de l’éolien par rap­port au PV est recom­man­dé en rai­son de sa capa­ci­té à pro­duire de l’électricité de manière constante, indé­pen­dam­ment des varia­tions jour-nuit et des condi­tions nua­geuses, contrai­re­ment à l’irradiance solaire, qui varie for­te­ment en fonc­tion des sai­sons en rai­son de l’inclinaison de l’axe de rota­tion de la Terre. En inté­grant à la fois l’énergie éolienne et l’énergie solaire, ces sources complémen­taires peuvent se com­pen­ser mutuel­le­ment, garantis­sant ain­si une pro­duc­tion élec­trique plus stable.

Entre le PV et le CSP

Il est éga­le­ment recom­man­dé d’accorder une plus grande part de PV par rap­port au CSP, même si les contraintes bud­gé­taires ne sont pas pré­do­mi­nantes à ces niveaux de péné­tra­tion. Cette déci­sion s’explique par la sen­si­bi­li­té accrue du CSP aux condi­tions nua­geuses, ce qui pro­voque une varia­bi­li­té plus impor­tante par rap­port au PV, qui est moins influen­cé par ces condi­tions. En effet, le PV exploite toutes les com­po­santes de l’irradiation, y com­pris la com­po­sante dif­fuse, alors que le CSP n’exploite que la com­po­sante directe.
De plus, l’installation du CSP néces­site davan­tage de capa­ci­té, ce qui peut épui­ser le bud­get plus rapi­de­ment. Cepen­dant, une petite pro­por­tion de CSP peut être incluse dans le mix grâce à l’utilisation du sui­vi Nord-Sud (N‑S tra­cking), ce qui le rend adap­té pour répondre aux pics de demande en été en rai­son de l’efficacité de la conver­sion ther­mo­dy­na­mique, par­ti­cu­liè­re­ment pour la climatisation.

Entre le CSP-TES, le PV et l’éolien

En aug­men­tant la capa­ci­té de sto­ckage ther­mique (TES) dans les ins­tal­la­tions CSP, la pro­duc­tion élec­trique devient plus stable. Un grand champ solaire dis­tri­bue l’énergie col­lec­tée sur une plage horaire plus éten­due, pro­gres­si­ve­ment rem­pla­çant le PV et sur­pas­sant l’énergie éolienne, notam­ment avec un sto­ckage de 11 heures ou plus.
Grâce à la capa­ci­té du CSP-TES à pro­duire de l’électricité pen­dant la jour­née et à sto­cker l’excédent d’énergie pour une uti­li­sa­tion ulté­rieure, il est pos­sible d’augmenter rapi­de­ment la part d’énergie solaire dans le mix éner­gé­tique du Maroc tout en rédui­sant les risques d’investissement. Cela est cru­cial compte tenu des défis actuels du Maroc pour atteindre ses objec­tifs solaires à court terme.

Entre le PV-BES, l’éolien et le CSP

L’ajout de bat­te­ries à faibles niveaux de péné­tra­tion modi­fie le mix éner­gé­tique en fonc­tion du sur­plus de pro­duc­tion. Avec une aug­men­ta­tion du sur­plus, le PV pré­do­mine sur l’énergie éolienne, pou­vant conduire à l’élimination du CSP sans sto­ckage. Cette situa­tion dif­fère de celle où une petite frac­tion de CSP était uti­li­sée lorsque ni le PV ni le CSP n’avaient de sto­ckage. Les bat­te­ries aident le PV à équi­li­brer la pro­duc­tion et la consom­ma­tion, en par­ti­cu­lier le soir et en été.

Entre le PV-BES et le CSP-TES

Lorsque le CSP-TES et le PV-BES ont un dimension­nement équi­valent, le CSP-TES est pré­fé­ré en rai­son de sa plus grande capa­ci­té de sto­ckage, rédui­sant la varia­bi­li­té et aug­men­tant le fac­teur de charge.

Lorsque le CSP-TES et le PV-BES sont inté­grés avec des dimen­sion­ne­ments dif­fé­rents, le choix entre ces deux tech­no­lo­gies dépend de la durée de sto­ckage néces­saire pour lis­ser la pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable et répondre à la demande électrique.
Si la durée de sto­ckage néces­saire est infé­rieure à 13,5 heures par jour, il est pré­fé­rable d’opter pour des sys­tèmes PV-BES. Cette confi­gu­ra­tion per­met de répondre à la demande élec­trique tout en sto­ckant l’excédent d’énergie pour une uti­li­sa­tion ulté­rieure, sur­tout pen­dant les périodes de faible pro­duc­tion solaire.

En revanche, si la durée de sto­ckage requise dépasse 13,5 heures par jour, signi­fiant que l’énergie renou­velable doit être sto­ckée sur une période plus longue pour répondre adé­qua­te­ment à la demande, en par­ti­cu­lier pen­dant les périodes sans pro­duc­tion, il est pré­fé­rable d’opter pour des sys­tèmes CSP-TES. Cette confi­gu­ra­tion per­met de sto­cker la cha­leur cap­tée pen­dant les périodes de haute pro­duc­tion solaire pour une uti­li­sa­tion ulté­rieure, contri­buant ain­si à lis­ser la pro­duc­tion d’électricité et à répondre à la demande élec­trique sur une période prolongée.

L’impact des complémentarités spatiotemporelles

Pour réduire la varia­bi­li­té de la pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable, l’agrégation sur une zone géo­gra­phique plus vaste est essen­tielle. Cela lisse les fluc­tua­tions, car les condi­tions favo­rables au vent ou au soleil sont plus sus­cep­tibles de se pro­duire quelque part dans cette zone. La diver­si­fi­ca­tion géo­gra­phique réduit le risque face aux varia­tions cli­ma­tiques au Maroc. La varia­bi­li­té de la res­source éolienne et solaire est prin­ci­pa­le­ment due aux cycles jour­na­liers et sai­son­niers, les ren­dant for­te­ment cor­ré­lées spa­tia­le­ment. Cepen­dant, des fac­teurs micro­sco­piques comme la tur­bu­lence, la rugo­si­té et les nuages peuvent éga­le­ment contri­buer à la varia­bi­li­té, bien que ces phé­no­mènes s’atténuent sur de courtes dis­tances. Pour réduire le risque, il est pos­sible d’exploiter la com­plé­men­ta­ri­té tem­po­relle entre dif­fé­rentes tech­no­lo­gies au même endroit (diver­si­fi­ca­tion tech­no­lo­gique) ou d’exploiter à la fois les complé­mentarités spa­tiales et temporelles.

La diver­si­fi­ca­tion tech­no­lo­gique et géo­gra­phique peut être plus effi­cace en cas de cor­ré­la­tions néga­tives entre les tech­no­lo­gies ou régions, mais elle peut éga­le­ment être béné­fique en cas de cor­ré­la­tions posi­tives (ex. : entre le PV et le CSP) bien que dans une moindre mesure. Cepen­dant, lorsque le champ solaire pro­duit plus d’énergie ther­mique ou conti­nue que la capa­ci­té du bloc de puis­sance ou de l’onduleur (ce qui signi­fie un sur­plus d’énergie dis­po­nible), la cor­ré­la­tion entre les fac­teurs de charge du CSP-TES ou du PV-BES et d’autres tech­no­lo­gies dimi­nue. Ces tech­no­lo­gies peuvent contri­buer à lis­ser la pro­duc­tion d’énergie et à réduire les périodes de non-dis­po­ni­bi­li­té, limi­tant ain­si la diver­si­fi­ca­tion du mix. Cette com­plé­men­ta­ri­té spa­tio-tem­po­relle devient moins effi­cace lorsque le sto­ckage est inté­gré avec une grande capa­ci­té, car le CSP-TES ou le PV-BES dominent le mix énergétique.

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