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Sur un projet photovoltaïque au sol, la discussion technique visible porte généralement sur la structure de fixation : angle d’inclinaison, disposition des modules, espacement des rangées, qualité de l’acier. Les fondations retiennent moins d’attention lors des réunions, mais davantage sur le terrain. Ce rapport est inversé. La décision relative aux fondations d’un parc photovoltaïque au sol détermine si l’installation peut être réalisée dans les délais, si la structure conserve sa géométrie pendant vingt-cinq ans et quelle part du budget global est consacrée aux travaux de génie civil. C’est également la composante du projet la plus difficile à modifier ultérieurement, car une fondation sous-performante ne peut pas simplement être remplacée par une autre spécification au stade de la mise en service. 
La raison pour laquelle les fondations résistent à la normalisation est que le sol constitue une variable. Deux sites situés à courte distance l’un de l’autre peuvent présenter des profils de sol, des niveaux de nappe phréatique et des capacités portantes totalement différents, ce qui explique pourquoi le même produit de structure de support peut être installé sur des pieux battus sur un chantier et sur une dalle en béton sur un autre. La sélection de la fondation dépend donc, dans cet ordre précis, des données géotechniques, des charges structurales, de l’environnement corrosif et de la réglementation locale ; le rôle du fournisseur de structures de support consiste à concevoir la structure en fonction de la fondation, et non à prescrire la fondation de façon isolée. Les sections ci-dessous comparent les trois grandes familles de fondations et identifient les vérifications à effectuer avant de retenir définitivement l’une d’elles pour les fondations de panneaux solaires au sol.
Un pieu enfoncé ou pressé statiquement est installé en déplaçant ou en comprimant latéralement le sol, plutôt qu’en procédant à une excavation : cette méthode permet donc une pose rapide, propre et largement indépendante des conditions météorologiques. La capacité portante provient d’une combinaison de la friction latérale le long de la tige et de la résistance en pointe à l’extrémité inférieure ; la capacité réalisable dépend donc fortement du type et de la densité du sol. Dans les sols granulaires, le processus d’installation peut accroître localement la densité et améliorer les performances ; dans les sols cohésifs mous, le pieu repose principalement sur la friction latérale et peut nécessiter une plus grande profondeur. Les pieux conviennent aux terrains découverts avec un accès raisonnable, et ils occupent une empreinte au sol réduite, ce qui explique leur popularité pour les centrales solaires au sol, où des centaines ou des milliers de supports sont requis. À cette échelle, les pieux battus constituent généralement la solution la plus économique pour les fondations de panneaux solaires au sol, car le coût d’installation est réparti sur un très grand nombre de points d’ancrage.
Une vis de fondation est essentiellement un arbre en acier muni d’une lame hélicoïdale qui est vissée dans le sol, développant sa capacité portante grâce à la résistance de la lame contre le sol et au frottement le long de l’arbre. Son installation ne nécessite ni fouille ni béton, et la liaison avec la structure supérieure se fait généralement par une bride ou un support simple. Les vis de fondation conviennent parfaitement aux projets modulaires ou échelonnés, car elles peuvent être installées et chargées rapidement, et s’adaptent bien aux sites où la livraison de béton serait difficile. Leurs limites sont tout aussi claires : les graviers denses, la roche peu profonde et les sols contenant de gros obstacles peuvent empêcher leur installation ou réduire leur capacité portante ; dans les sols agressifs, l’arbre et la lame exigent une stratégie de protection contre la corrosion adaptée à la durée de vie prévue.
Les fondations en béton englobent une vaste famille, allant des semelles isolées et continues coulées sur place aux blocs préfabriqués utilisés comme contrepoids. Elles sont lourdes, tolèrent bien les conditions portantes difficiles lorsqu’elles sont correctement conçues, et sont familières aux entrepreneurs locaux dans la plupart des marchés. Une semelle en béton permet de répartir la charge sur une grande surface, ce qui s’avère utile lorsque la pression admissible du sol constitue la limite déterminante ; quant au contrepoids, il offre une solution de construction là où les travaux de fouille ou de pénétration sont restreints. Les inconvénients résident dans le temps nécessaire et la logistique : le béton exige des coffrages, des armatures, un temps de cure et souvent de l’eau, autant d’éléments dépendants des conditions météorologiques et de l’accès au chantier, et il augmente sensiblement le poids à transporter pour le projet. Le contrepoids doit également être vérifié vis-à-vis du soulèvement, car sa capacité repose sur sa masse plutôt que sur une ancrage dans le sol.
La fondation et la structure doivent être conçues comme un système intégré. Le support se fixe à la pieu, à la vis ou au plot via une interface définie, et la structure doit tenir compte des tolérances de la fondation ainsi que de sa rigidité. Les produits de systèmes d'installation au sol pour panneaux solaires super Solar famille de produits de fondations sur pieux illustrent comment une colonne de soutien unique, équipée de composants pré-découpés et pré-percés, permet de réduire à la fois le nombre de fixations et le temps de montage une fois la fondation réalisée.
La conception des fondations commence par des forages ou des tranchées d’essai suffisants pour caractériser le site, et non par un seul échantillon prélevé à la porte d’entrée. La classification des sols, la densité relative, la teneur en eau, la plasticité et la présence de matériaux de remblai influencent toutes la capacité réalisable ; les remblais ou les sols déjà travaillés méritent une attention particulière, car leur comportement est imprévisible. Lorsque le site est vaste, l’étude doit couvrir l’ensemble de la zone et cibler les emplacements des supports les plus chargés de la rangée photovoltaïque, notamment les rangées périphériques où la soulève due au vent est maximale. Éviter cette répartition afin de réduire les coûts d’investigation constitue une économie illusoire, car les fondations des panneaux solaires au sol doivent être adaptées à l’emplacement le plus faible du site, et non à un emplacement moyen.
Deux conditions modifient le plus fortement la conception. La présence d’une couche rocheuse peu profonde ou d’une couche dure provoque un refus lors du battage des pieux ou de l’installation des vis, ce qui peut arrêter entièrement un chantier si cette situation n’a pas été anticipée. La nappe phréatique limite les travaux de fouille, complique les travaux de bétonnage et peut nécessiter un rabattement des eaux. Ces deux facteurs doivent être identifiés dès la phase d’investigation et quantifiés, notamment en indiquant la profondeur à laquelle un refus s’est produit lors des installations d’essai ainsi que le niveau maximal saisonnier de la nappe, plutôt que le niveau observé lors d’une seule visite. Noter la saison et la méthode utilisée pour mesurer la nappe phréatique rend les données exploitables, car un niveau mesuré durant un mois sec ne correspond pas au niveau à prendre en compte pour la conception des fondations.
Les fondations posées au sol sont partiellement enterrées, ce qui les expose à un environnement corrosif plus sévère que celui de la structure aérienne. La résistivité du sol, son pH, la teneur en chlorures et en sulfates, ainsi que les courants parasites influencent tous la vitesse de dégradation d’un élément en acier ; l’exigence est généralement exprimée sous forme d’une surépaisseur, d’un système de revêtement ou d’un remplacement de matériau adapté à la durée de service prévue. Comme la partie enterrée ne peut ni être inspectée ni entretenue, la surépaisseur anticorrosion doit être correctement déterminée dès la conception. Dans les zones côtières et salines, ce critère influence fréquemment le choix du matériau autant que les charges structurales.
L’accès détermine quels équipements d’installation peuvent atteindre le site et à quelle vitesse les travaux peuvent progresser. Une machine à battre des pieux nécessite un itinéraire d’accès et une plateforme de travail ; une machine à visser des fondations helicoïdales en exige moins ; le béton requiert un itinéraire de livraison restant praticable par temps humide. Les contraintes saisonnières déterminent ensuite le calendrier : un site praticable en saison sèche peut devenir inaccessible en saison humide, ce qui peut modifier considérablement la comparaison économique entre les types de fondations. Lorsque l’accès est saisonnier, il est utile de vérifier que la zone de stockage sur site peut contenir les matériaux nécessaires pour une saison complète de travaux, car une livraison interrompue entraîne un arrêt du programme de fondations.
Le soulèvement par le vent détermine généralement la conception des installations au sol, en particulier pour les rangées périphériques et aux extrémités des rangées, et il agit pour arracher la fondation du sol. La compression prédomine là où la neige s’accumule ou là où la structure est lourde. La charge latérale provient de la pression du vent sur l’installation et de la géométrie d’inclinaison, et elle est souvent la moins bien prise en compte des trois. La capacité de la fondation doit être vérifiée simultanément pour ces trois modes, car une fondation adéquate en compression peut toutefois échouer par soulèvement ou se déplacer latéralement.
Comme la capacité théorique du sol comporte une incertitude, de nombreux projets la vérifient par des essais. Un essai d’arrachement mesure la résistance à l’extraction d’un pieu ou d’une vis réellement installé(e), tandis qu’un essai latéral mesure la résistance au déplacement horizontal. Des essais réalisés sur un échantillon représentatif, selon la même méthode et à la même profondeur que celles utilisées en production, fournissent une base justifiable pour la conception et peuvent permettre une optimisation que l’analyse seule ne saurait justifier. Les résultats des essais doivent être consignés avec leur emplacement, les données d’installation et la description du sol afin de pouvoir les relier aux hypothèses de conception.
La conception des fondations doit satisfaire au code du bâtiment local en vigueur ainsi qu’à toute exigence spécifique au projet imposée par le maître d’ouvrage, l’organisme prêteur ou l’assureur. L’ensemble documentaire comprend généralement le rapport géotechnique, les calculs de conception des fondations, les résultats d’essais disponibles, la conception structurale du système de fixation (racking) et les plans illustrant l’interface entre ces deux éléments. Lorsqu’un code exige un coefficient de sécurité particulier ou une combinaison de charges spécifique, cette exigence doit être clairement indiquée dans la base de conception afin que le fournisseur puisse y conformer sa conception dès la phase initiale, et non de façon rétroactive.
Enfin, la fondation et la structure de support doivent être vérifiées conjointement quant à leur rigidité, car une fondation structurellement adéquate peut toutefois autoriser un mouvement suffisant pour affecter l’alignement des modules ou fatiguer les liaisons au fil du temps. Cela est particulièrement pertinent sur les rangées longues et sur les structures à suivi solaire, où les petits mouvements s’accumulent. La confirmation de la rigidité de l’interface dès la phase de conception est nettement moins coûteuse que sa découverte lors de la mise en service. Sur les structures à suivi solaire, cette interface devient encore plus sensible, car l’architecture d’entraînement et de commande suppose un support qui maintient sa position dans une tolérance définie pendant plusieurs décennies.
Les comparaisons des coûts de fondations n’ont de sens que sur la base du coût total installé. Le coût des matériaux par unité ne constitue qu’un seul élément ; la comparaison doit inclure les équipements et l’équipe d’installation, la préparation du site, la fourniture et le durcissement du béton, l’évacuation des terres excavées, la remise en état, les arrêts liés aux conditions météorologiques et l’incidence de chaque option sur le calendrier global. Une fondation dont le prix unitaire est plus élevé peut s’avérer moins coûteuse globalement si elle est installée plus rapidement et permet une mise en service anticipée du champ photovoltaïque ; l’inverse est tout aussi vrai sur des sites petits ou restreints. Lorsque deux options diffèrent principalement en termes de calendrier, la date de mise en service anticipée peut être évaluée directement en fonction de la production d’électricité supplémentaire qu’elle génère, plutôt que d’être considérée comme un avantage indirect.
Les fondations réalisées par battage ou vissage sont relativement insensibles aux conditions météorologiques et peuvent être exécutées par temps froid, là où il est impossible de couler du béton. Les travaux en béton, en revanche, sont sensibles à la température, aux précipitations et au délai de cure ; ils nécessitent généralement un délai d’amorçage plus long. Sur les projets dotés d’une date de livraison fixe, cette sensibilité aux aléas climatiques peut s’avérer plus déterminante qu’une légère différence de coût unitaire, et doit donc être évaluée comme un risque pour le calendrier, plutôt que simplement absorbée discrètement. Enregistrer les hypothèses météorologiques conjointement avec la comparaison des coûts permet de rendre ce risque calendrier visible pour l’équipe projet, au lieu de le dissimuler dans la marge de précaution du contractant.
Procéder aux décisions dans l’ordre indiqué. Établir le profil géotechnique, les profondeurs de refus et les conditions de la nappe phréatique. Déterminer les charges de vent, de neige et latérales à prendre en compte, conformément au code réglementaire applicable. Confirmer les contraintes d’accès et saisonnières. Ensuite, comparer les fondations en fonction du coût total installé et des risques liés au calendrier ; vérifier l’option retenue par des essais là où l’incertitude est significative, puis finaliser l’interface avec la structure de support (racking). Inverser cet ordre conduit à des conceptions théoriquement élégantes, mais pratiquement impossibles à réaliser. Documenter cette séquence dans le dossier de conception permet d’auditer ultérieurement la décision relative aux fondations, lorsque le site apparaît différent de ce qu’il était au moment de l’appel d’offres.
Uniquement lorsque les conditions géotechniques et les charges de conception sont véritablement comparables. La capacité portante des fondations dépend du profil du sol, de la profondeur d’arrêt, du niveau de la nappe phréatique et de l’environnement corrosif ; elle dépend également des charges de vent et de neige sur le site. Une conception éprouvée sur un projet constitue un point de départ utile, mais non un substitut satisfaisant aux données spécifiques du site. L’approche efficace consiste à standardiser l’interface et la méthode d’installation, tout en recalculant la capacité portante pour chaque site : cela permet de conserver une structure et des composants communs, sans prétendre que le sol est identique partout. Cette rigueur permet à une gamme de fondations pour panneaux solaires au sol d’un fournisseur d’être réutilisée sur plusieurs projets, tout en conservant une conception adaptée à chaque site.
Les vis de fondation sont généralement préférables là où l’accès est restreint, là où le projet est modulaire ou réalisé par phases, là où la livraison de béton est impraticable, ou encore là où le bruit et les vibrations liés à l’installation doivent être limités. Elles conviennent aux sites présentant des sols relativement homogènes et pénétrables, sans obstacles peu profonds. Les pieux battus ou enfoncés deviennent plus attractifs sur de grands champs photovoltaïques à échelle industrielle, où des débits d’installation élevés sont essentiels, où les sols sont denses mais pénétrables, et où la conception de la structure porteuse suppose des déformations de pieux typiques d’une installation par battage. Les facteurs déterminants sont généralement le profil du sol et le débit d’installation requis.
Des essais suffisants pour réduire l’incertitude dominante en dessous de la marge déjà prévue dans la conception. Un seul essai de traction et un seul essai latéral, bien documentés, réalisés à un emplacement représentatif, installés selon la méthode de production et à la profondeur de production, sont nettement plus utiles que plusieurs essais installés avec une autre machine ou à une profondeur différente. Lorsque le site est hétérogène, répartissez les essais dans les différentes zones de sol identifiées lors de l’étude. Enregistrez le couple d’installation ou la résistance au fonçage en regard du résultat de l’essai, car ces données vous permettent d’interpréter ultérieurement les enregistrements d’installation en production.
Le fournisseur a besoin du résumé géotechnique, y compris la classification des sols, la profondeur de refus et le niveau de la nappe phréatique, des charges de vent et de neige retenues pour la conception ainsi que de la norme applicable, de l’environnement corrosif et de la durée de service requise, du type de fondation et du détail de son interface au niveau supérieur, des conditions d’accès au site et de la méthode d’installation prévue. À partir de ces éléments, la conception du système de fixation peut être adaptée à la fondation plutôt que conçue de façon isolée, et les tolérances d’interface peuvent être convenues avant le début de la fabrication.
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