Résultats : cartographie de l’irradiation journalière moyenne

La carte annuelle de la FIGURE 3.9 indique le niveau moyen d’irradiation disponible au cours d’une journée en République de Djibouti, alors que la cartographie de la FIGURE3.10 présente l’évo-lution générale du gisement solaire au cours des 12 mois de l’année. Le TABLEAU3.3 regroupe les différentes grandeurs statistiques extraites de ces cartes, avec notamment l’intervalle, la moyenne et l’écart-type de l’échantillon de données géographiques ainsi que la fraction du territoire exposée à une certaine quantité de rayonnement.

Dans un premier temps, la cartographie annuelle nous montre que le potentiel solaire de la Répu-blique est non seulement important, mais également assez peu variable d’une région à l’autre, ce qui se confirme par une moyenne élevée (5,87kWh/m²jour) et un écart-type faible (0,229kWh/m²jour). Par comparaison avec d’autres études (Janjai et al., 2011 ; Martins et al., 2007 ; Munzhedzi et Se-bitosi, 2009) ou encore avec l’irradiation incidente annuelle théorique à la surface du globe (NASA, 2013), située dans l’intervalle 1,51 − 6,98kWh/m²jour, on constate en effet que le gisement solaire du pays se situe dans la tranche haute de la ressource mondiale. En outre, on peut observer le décou-page de la région en deux grandes zones climatiques distinctes, confirmant par là même les moins bons résultats observés pour les sites 1, 3 et 4 du réseau de mesures (cf. section 3.3.3.2), et ce, bien que les valeurs de certains pixels apparaissent différentes localement : le sud-est et le nord-est du pays au contact du golfe de Tadjourah compris entre environ 5,4kWh/m²jour et 5,8kWh/m²jour d’une part, et tout le territoire depuis le Ghoubbet jusqu’à la frontière occidentale compris entre 5,8kWh/m2jour et 6,2kWh/m2jour d’autre part. Cette démarcation est par ailleurs également vi-sible dans le TABLEAU3.3 où l’on constate en effet que 47 % du pays possède un gisement situé dans l’intervalle 5,1 − 5,9kWh/m²jour et 53 % sur l’intervalle supérieur (5,9 − 6,6kWh/m²jour).

Dans un second temps, les cartes mensuelles et leurs caractéristiques, en particulier la fraction du territoire où l’irradiation se situe dans l’un des 5 intervalles présentés, nous donnent des indications sur l’évolution du climat au cours de l’année. Les mois où le soleil est le plus bas dans le ciel, de no-vembre à février, sont ainsi ceux où le potentiel solaire est le plus faible, avec une irradiation moyenne comprise entre 5,00kWh/m2jour et 5,56kWh/m2jour, et le plus variable, avec un écart-type compris entre 0,28kWh/m2jour et 0,56kWh/m2jour. Du mois de mars au mois de mai, le gisement global reste relativement uniforme et élevé, entre 6,40kWh/m²jour et 6,70kWh/m²jour, avec une pointe en avril, lorsque le soleil est le plus haut, où 71 % de la région reçoit plus de 6,6kWh/m2jour. Le déplacement consécutif de la ZCIT, qui traverse alors le pays de juin à septembre (cf. section 2.1.1.2), marque le retour du Khamsin, dont les conséquences sont nettement visibles en juillet et août où le po-tentiel moyen passe de 6,3kWh/m2jour à 5,8kWh/m2jour, et où plus de 60 % du territoire repasse sous la barrière des 5,9kWh/m2jour ; le vent de sable apparaît de plus homogène sur l’ensemble de la région, avec un écart-type inférieur à 0,2kWh/m²jour de juin à août. Ensuite, si la trajectoire

8. Voir le chapitre 4 pour l’explicitation de N et ρ.

9. Élément de surface dS en coordonnées sphériques géographiques (latitude ϕ ; longitude λ ; rayon r) : dS = rdϕ · rcosϕdλ

Chapitre 3 : Développement et validation du premier atlas solaire de la République de Djibouti

TABLEAU3.3 – Caractéristiques principales des cartes des moyennes mensuelles de l’irradiation glo-bale journalière sur Djibouti pour la période 2008-2011.

Irradiation globale (kWh/m2jour) Fraction du territoire où l’irradiation est comprise entre1(%) Intervalle Moyenne Écart-type 3,7 & 4,4 4,4 & 5,1 5,1 & 5,9 5,9 & 6,6 6,6 & 7,3

Janvier 3,72 - 5,74 5,00 0,558 19,8 25,7 54,6 0,0 0,0 Février 4,61 - 6,06 5,56 0,394 0,0 19,4 58,4 22,2 0,0 Mars 5,59 - 6,92 6,46 0,259 0,0 0,0 4,9 50,7 44,5 Avril 5,73 - 7,21 6,70 0,272 0,0 0,0 1,1 27,9 71,0 Mai 5,40 - 7,06 6,40 0,217 0,0 0,0 3,9 87,3 8,9 Juin 5,43 - 6,68 6,30 0,162 0,0 0,0 3,3 95,5 1,2 Juillet 5,17 - 6,17 5,82 0,175 0,0 0,0 62,8 37,2 0,0 Août 5,16 - 6,31 5,83 0,166 0,0 0,0 66,4 33,6 0,0 Septembre 5,28 - 6,84 6,04 0,229 0,0 0,0 23,2 74,6 2,3 Octobre 5,17 - 6,51 5,96 0,214 0,0 0,0 33,6 66,4 0,0 Novembre 4,64 - 5,91 5,37 0,277 0,0 20,6 79,4 0,0 0,0 Décembre 4,05 - 5,54 5,04 0,387 8,2 37,0 54,8 0,0 0,0 Annuel 5,13 - 6,35 5,87 0,229 0,0 0,0 46,8 53,2 0,0

1Les bornes de chaque intervalle sont données en kWh/m2jour.

Longitude

Latitude

41.8°E 42.0°E 42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E 43.2°E 43.4°E 10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 kWh/m2.jour

FIGURE 3.9 – Carte annuelle de l’irradiation journalière moyenne (kWh/m2jour) en République de Djibouti pour la période 2008-2011.

3.4 Cartographie du potentiel solaire de la République de Djibouti

Octobre Novembre Décembre

Juillet Août Septembre

Avril Mai Juin

Janvier Février Mars

Longitude

Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N Longitude Latitude

41.8°E 42.0°E42.2°E 42.4°E 42.6°E 42.8°E 43.0°E43.2°E 43.4°E

10.8°N 11.0°N 11.2°N 11.4°N 11.6°N 11.8°N 12.0°N 12.2°N 12.4°N 12.6°N 12.8°N 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 kWh/m2.jour

FIGURE 3.10 – Cartographie des moyennes mensuelles de l’irradiation journalière (kWh/m2jour) en République de Djibouti pour la période 2008-2011.

Chapitre 3 : Développement et validation du premier atlas solaire de la République de Djibouti

solaire sur le mois de septembre correspond à celle sur la période mi-mars - mi-avril, les dernières manifestations de la saison chaude et du Khamsin sont sans doute responsables de l’irradiation mal-gré tout moins importante (≈ 6kWh/m²jour) ; en revanche, on constate que le mois d’octobre, qui est l’équivalent de la période mi-février - mi-mars, présente un potentiel à la croisée de ces deux mois et sensiblement identique à septembre. En fin de compte, on observe qu’aux deux régions solaires distinctes révélées par la carte annuelle se mêlent trois périodes solaires quadrimestrielles différentes au cours de l’année, respectivement de novembre à février, de mars à juin, et de juillet à octobre.

En conclusion, on remarque que le pays présente un potentiel particulièrement élevé dont l’ho-mogénéité se révèle aussi bien spatiale que temporelle. Par ailleurs, on peut noter qu’avec une ir-radiation solaire moyenne de 5,87kWh/m²jour, la République de Djibouti reçoit l’équivalent de 4,97 × 1013kWh chaque année, soit plus de 20 000 fois l’énergie totale consommée par le pays en 2005 (≈ 2,42 × 109kWh) (Ahmed Aye, 2009).

Conclusion

Comme pour toute planification énergétique, la mise en œuvre d’une électrification décentrali-sée à l’aide de la technologie photovoltaïque en République de Djibouti nécessitait, en premier lieu, d’évaluer le degré de disponibilité du carburant essentiel aux systèmes PV. Substantiellement, une cartographie du potentiel solaire devait donc être élaborée, afin d’en appréhender les paramètres quan-titatif et qualitatif, à savoir respectivement l’importance du gisement et sa dispersion géographique au sein du territoire. Nous avons ainsi construit le premier atlas solaire du pays, reposant sur le modèle radiatif satellitaire développé par le centre OSI SAF, consistant à la fois en un outil cartographique et une base de données spatiotemporelles.

Le manque de données in situ de rayonnement rendait de fait indispensable l’utilisation d’un mo-dèle d’estimation, lequel produit, soit de manière analytique, soit à partir de clichés issus du satellite MSG-2, une cartographie horaire du flux solaire instantané (SSI) à la résolution de 0,01°. Afin d’éva-luer le gisement disponible, et dans l’optique d’une modélisation ultérieure des systèmes à énergie solaire, nous avons mis en œuvre une procédure, basée sur l’utilisation de l’indice de clarté, ayant permis de retrouver l’irradiation globale incidente à travers le pays sur la période 2008-2011. Dans le but de pouvoir apprécier la qualité et du modèle utilisé et des cartes d’irradiation ainsi détermi-nées, nous avons ensuite confronté les estimations obtenues avec des mesures au sol. Pour ce faire, il a fallu, en l’absence d’un quelconque réseau déjà existant et grâce à une collaboration établie entre l’Université de Corse et le CERD, mettre en place notre propre réseau pyranométrique temporaire, composé de deux stations Davis Instruments installées sur quatre sites différents répartis à travers le territoire.

Les résultats ainsi obtenus ont montré une bonne concordance entre les estimations de l’atlas solaire et les mesures in situ, notamment vis-à-vis de la littérature existante, avec des erreurs rela-tives journalière et horaire maximales respectivement égales à 8,05 % et 17,04 %, et une corrélation minimale de 0,8892. Subséquemment, la cartographie annuelle et mensuelle du potentiel solaire a permis d’observer que le pays présentait un gisement à la fois important, dans la tranche haute de la ressource mondiale avec en moyenne une irradiation incidente de 5,87kWh/m² par jour, et peu fluctuant, aussi bien à travers le territoire, avec un écart-type de 0,229kWh/m2jour, que dans le temps, entre 5kWh/m2jour et 6,7kWh/m2jour sur l’année. Par conséquent, l’hypothèse de l’électri-fication d’une partie des populations isolées du pays à l’aide de systèmes photovoltaïques se révèle, au sortir de ce chapitre, d’autant plus pertinente. La suite visera à infirmer ou confirmer cette

Conclusion

mière conclusion, en intégrant pour cela au processus d’aide à la décision un ensemble de paramètres complémentaires, propres à l’énergie solaire (chapitre 4) ou aux systèmes PV (chapitre 5).

4

Prise en compte du relief dans l’estimation de la

ressource solaire

Qui d’entre vous sait pourquoi le soleil se couche toujours à l’est ? [. . . ] C’est la plus vieille histoire des hommes. Elle re-monte selon l’expression consacrée à la nuit des temps. Mais d’abord rectifions l’erreur si souvent commise : le soleil ne se couche pas, non, il se cache.

Cahier nomade, « La légende du soleil nomade » Abdourahman A. Waberi

R

Si les modèles utilisant des données satellitaires, comme celui développé par l’institut OSI SAF, permettent de retrouver le flux solaire incident en sortie de la couche atmosphérique, ils ne tiennent en revanche pas compte des effets du relief local sur ce dernier. Celui-ci interférant de manière plus ou moins importante sur le rayon-nement disponible au sol, notamment au travers du phénomène d’ombrage engendré par l’horizon, il apparaît en effet pertinent de l’intégrer à l’atlas solaire nouvellement établi. Pour ce faire, nous avons donc développé une procédure dite de désagrégation, couplant l’utilisation d’un maillage d’altitude (MNT), à la résolution de 3 secondes d’arc (≈ 90 m à l’équateur), aux cartes SSI issues du modèle OSI SAF. La première phase de cette étude a d’abord consisté dans l’élaboration théorique d’un modèle destiné à retrouver l’horizon autour d’un point de coordonnées géographiques données. En réalisant une campagne inédite de mesures topographiques au sol, nous avons pu comparer ses performances à celles de modèles déjà existants, vis-à-vis desquels le nôtre présente à la fois une précision plus importante et un temps de calcul plus faible. Le processus global de désa-grégation, quant à lui, est appliqué à chaque pixel du MNT de la République de Djibouti et est constitué des étapes suivantes : le rayonnement global est, dans un premier temps, corrigé en altitude, puis dissocié en ses composantes directe et diffuse, sur lesquelles est appliqué un facteur d’ombrage spécifique déterminé à partir de l’horizon local, et enfin ré-agrégé. En définitive, en complétant la cartographie de l’irradiation globale incidente par un filtre topographique, cette méthodologie permet d’enrichir le niveau de l’information fournie par l’atlas solaire du pays.