Veille météo et climat

Conseil Général de l’Environnement et du Développement Durable

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Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie

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Veille météo et climat

Radars météorologiques et éoliennes : difficultés de gestion d'un conflit d'usage du territoire.

Comme présenté dans le numéro 52 de mai 2013 de cette Lettre de veille météo et climat, l'ensemble des radars du réseau ARAMIS (Application Radar à la Météorologie Infra-Synoptique) permet de connaître la position et l’intensité des systèmes précipitants, et est doté d'un système Doppler qui permet également de connaître leur déplacement (vitesse et direction). Sensibles à des cibles mouvantes, que sont les hydrométéores (pluie, neige,...), les informations fournies par radar météorologique sont très affectées par les champs d'éoliennes en fonctionnement dans leur périmètre d'usage. Ce numéro 53 de la lettre de veille météo et climat du CGEDD permet de faire un point sur ce conflit d'usage du territoire

Les informations produites par les radars hydromé- téorologiques

Comme indiqué dans le numéro 52 de la « Lettre de veille météo et climat » du CGEDD, les radars utilisés en météorologie servent à repérer les précipitations, estimer leurs intensités, déterminer leur type (pluie, neige, grêle, etc.) et calculer leur déplacement. La structure tridimensionnelle des données obtenues permet également de déduire les mouvements des précipitations dans les nuages et ainsi de repérer ceux qui pourraient causer des dommages. Lorsqu’il est dit « dopplérisé » un radar est capable, non seulement de donner la position, la distance et l'altitude d'une cible, mais aussi de mesurer sa vitesse d'éloignement ou de rapprochement du radar.

Le changement progressif de la distance radar-cible dû au déplacement entraîne un changement mesurable du signal reçu. En exploitant la phase de ce signal qui varie dans le temps en proportion de la distance, il est possible de mesurer la vitesse « radiale » de la cible. Ce type de radar est utilisé pour la défense aérienne, pour le contrôle du trafic aérien, pour la surveillance des satellites, pour les contrôles de vitesse sur route, en radiologie, dans les réseaux d'assainissement et donc également en météorologie.

Les perturbations engendrées par les éoliennes sur les mesures radars

Les éoliennes sont des éléments de grande hauteur (typiquement de 100 à 200m de haut, pour les principaux projets), présentant une certaine surface capable de réfléchir les ondes incidentes. Or, les radars météorologiques sont conçus pour scruter une bande d’altitude relativement étroite ; lorsqu’une éolienne est située (au moins partiellement) dans l’espace tridimensionnel ainsi exploré par un radar, les phénomènes suivants se produisent : 1. L’éolienne fait partiellement écran à la propagation des ondes dans l’espace. Il s’ensuit une perte de sensibilité du radar, derrière l’éolienne et sur toute la ligne de visée, qui résulte d’une occultation partielle du signal radar, tant sur son trajet aller que sur son trajet retour. Elle se manifeste par une sous-estimation des mesures au-delà de l’éolienne, voire par une incapacité de mesure au-delà de l’éolienne lorsqu’il y a un réel « blocage 2. L’éolienne engendre des échos, dont une partie est renvoyée vers le

radar. Ces échos éoliens peuvent être interprétés à tort comme des échos météorologiques. En effet, les échos renvoyés notamment par les pâles des éoliennes présentent un étalement spectral qui rend inopérants les traitements classiques utilisés dans les radars météorologiques pour éliminer les « échos fixes », et ils sont alors perçus à tort comme des échos météorologiques.

Au demeurant, même les échos éoliens fixes (notamment renvoyés par le mât de l’éolienne), compte tenu de leur intensité, peuvent masquer et empêcher la détection de signaux utiles de faible intensité. La perturbation éolienne peut contaminer les données radar y compris lorsque le radar ne pointe pas directement vers l’éolienne.

En effet, le faisceau radar n’est pas unidirectionnel (diagramme d’antenne : ouverture angulaire du faisceau principal, existence de lobes secondaires). Aussi, lorsque le radar ne pointe pas directement vers l’éolienne, une partie du faisceau radar peut néanmoins intercepter l’éolienne et engendrer un écho parasite d’une intensité non négligeable (compte tenu du fort pouvoir réfléchissant des éoliennes), qui sera perçu comme un écho météorologique situé sur le domaine de visée du radar.

De ce fait, des erreurs de mesures s’observent dans un espace tridimensionnel exploré par le radar, dessinant au sol une « zone d’impact » (zone où la mesure radar est susceptible d’être perturbée) présentant une certaine étendue spatiale autour de l’éolienne. Les échos renvoyés par les éoliennes peuvent être d’une intensité aussi forte voire plus forte que les orages les plus intenses. L’impact se traduit à la fois en termes d’intensité de la perturbation (ex : quantité de pluie mesurée à tort) que d’étalement spatial de la zone où les mesures sont faussées. Enfin, la perturbation éolienne est très fluctuante dans le temps, notamment du fait du double mouvement du radar et des pales.

Ainsi, une éolienne entraîne une possible perte de sensibilité de mesure au- delà de l’éolienne, ainsi que des mesures erronées sur une zone autour de l’éolienne où l’intensité de la perturbation est variable dans le temps, mais présente des niveaux significatifs à l’endroit de l’éolienne.

Le secteur nord de la carte de précipitations cumulées mesurées par un radar du UK MetOffice est « occulté » par trois éoliennes de 77m de haut situées à 2km du radar.

http://www.metoffice.gov.uk/media/pdf/9/b/Safeguarding_our_Observations_Met_Office_guidelines_

for_wind_farm_developers_April_2012_v1.pdf

Le graphique ci-dessus montre les profils de vent ( ici une valeur de vitesse tous les 200 m sur la verticale, échelle de couleur, et direction, direction de la "flèche") autour du radar de Trappes le 3 mars 2005, de 0 à 12 h UTC (en abscisse).

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www.developpement-durable.gouv.fr En présence de plusieurs éoliennes :

„ les effets d’occultation du faisceau radar peuvent se cumuler,

„ les échos éoliens reçus correspondent au cumul des signaux réfléchis par chacune des éoliennes. Il y a donc a minima agrégation des zones d’impact relatives à chaque éolienne. En réalité, lorsqu’un faisceau radar éclaire plusieurs éoliennes voisines, l’intensité de la perturbation reçue sera en général augmentée (du fait du cumul des échos éoliens), la zone d’impact globale peut potentiellement également être agrandie. Cet effet agrégé d’un parc éolien, s’il est plus important, est aussi beaucoup plus difficile à modéliser, en particulier du fait de la non-synchronisation des échos renvoyés par chacune des éoliennes. De plus, la situation est encore plus complexe si l’on prend en compte la propagation multi-trajet (réflexions parasites avec le sol, avec les éoliennes et entre plusieurs parties d'une même éolienne ou d'un ensemble d'éoliennes).

Les difficultés de gestion du conflit d'usage du territoire

Des études reconnues internationalement ont montré que les mesures radar peuvent être fortement perturbées par la présence d’éoliennes jusqu’à des distances parfois supérieures à plusieurs dizaines de kilomètres et suggéré des mesures de protection similaires.

A l’étranger, les méthodes d’appréciation peuvent varier, ainsi que le cadre juridique, mais le constat est partagé entre services météorologiques quant à la perturbation causée par les éoliennes et son impact sur les activités opérationnelles de prévision.

Les conséquences de ce conflit d’usage amènent ainsi à un blocage de certains projets éoliens par les exploitants radars (météorologie, Défense, aviation civile, circulation maritime et ports), allant ainsi à l’encontre de certains intérêts industriels ou de politique de développement de l’énergie éolienne.

De manière générale, cela renvoie à la coexistence de deux politiques publiques, l’une liée au développement des énergies renouvelables, l’autre liée aux missions de sécurité (et notamment la sécurité météorologique des personnes et des biens). D’un point de vue technique, il n’existe pas réellement, à ce jour, de solution probante opérationnelle permettant de remédier à la perturbation, qui est d’autant plus pénalisante que la finesse et la richesse des données des radars météorologiques en font un atout précieux pour les activités de prévision.

Enfin, sans que ce ne soit une voie pour réduire la perturbation ou ses conséquences, ni donc son acceptabilité, une meilleure compréhension et caractérisation de la perturbation serait un levier pour progresser dans la gestion du conflit d’usage. C’est l’objet du projet Sipré, sous financement ADEME et soutenu par la DGPR, où un logiciel de simulation de la perturbation est en cours de développement par l’ONERA et la société OKTAL. Par ailleurs, pour progresser dans la gestion de ce conflit d’usage, diverses perspectives sont explorées (développements en cours ou actions de recherche plus amont), notamment pour fabriquer des éoliennes discrètes (présentant une signature radar significativement plus faible) ou dans les technologies radar (e.g. filtrage)..

Les prévisions saisonnières pour juillet, août et septembre 2013

Les conditions océaniques tropicales sont proches des normales saisonnières ; cette situation évoluera peu au cours des prochains mois.

Ainsi la prévisibilité pour les mois à venir reste faible sur l'Europe.

Par ailleurs, plusieurs modélisations proposent une probabilité marquée de températures inférieures aux normales saisonnières pour le trimestre juillet- août-septembre sur l'Europe.

Mais tous les modèles n'indiquent pas un tel scénario. En conséquence aucun scénario n'est privilégié sur la France métropolitaine pour le trimestre juillet-août-septembre.

Aucun scénario ne se dégage, ni pour les températures, ni pour les précipitations, ni aux Antilles et en Guyane, ni à la Réunion et à Mayotte.

En Nouvelle-Calédonie, en Polynésie comme à Wallis et Futuna, les températures moyennes saisonnières pourraient être au-dessus des normales. En revanche pour les précipitations, aucun scénario n'est privilégié.

Responsable de la publication : Dominique Marbouty Rédacteur en chef : Philippe Boiret

Comité de rédaction : Henry Boyé, Daniel Burette, Bernard Flury-Hérard

Assistance mise en page et PAO : Véronique Vermesse, SG/SPSSI/ATL2 Benoit Cudelou

2013 J-J-A J-A-S

T RR T RR

France métropolitaine ? ? ? ?

Antilles > > ? ?

Guyane > ? ? ?

Réunion ? ? ? ?

Mayotte ? ? ? ?

Nouvelle-Calédonie > > > ?

Wallis et Futuna > ? > ?

Polynésie > ? > ?

St-Pierre et Miquelon > ? > ?

T : température RR : précipitations Gris : pas de scénario privilégié Orange : chaud ou sec Bleu : froid ou humide Vert : normal Ministère de l’Écologie,

du Développement durable et de l’Énergie

Conseil Général de l’Environnement et du Développement Durable Tour Pascal B

92055 La Défense cedex Collège Gestion Intégrée de l’Eau, Collège Energie et Climat

Focus sur l’intensité de la perturbation et la Surface Equivalente Radar (SER) des éoliennes

Les SER éoliennes présentent des fluctuations extrêmement importantes et rapides dues à la rotation des pales, et dépendant de l’orientation de l’éolienne dans le vent, vue du radar.

De nombreuses études et mesures ont montré ou confirmé que la SER des éoliennes était très élevée (plusieurs milliers de m²). Des valeurs élevées s’observent indépendamment de l’orientation de l’éolienne (direction du vent) par rapport à la ligne de visée radar-éolienne. Selon l’ONERA, la SER peut même atteindre ponctuellement plusieurs dizaines de milliers de m².

En météorologie on a coutume d'utiliser comme mesure la réflectivité Z des cibles, mesurée en dBZ. La réflectivité du signal parasite provenant d'une éolienne et reçue par le radar peut atteindre 60 à 70 dBZ, alors que les ordres de grandeur des signaux météorologiques sont les suivants : 55 dBZ pour des précipitations d’une intensité de 100 mm/h (orage) ; 20 dBZ pour une pluie faible (0,6 mm/h) ; les signaux de bruine, neige, échos de air clair sont dans la gamme des 8 dBZ ; le seuil utilisé par le radar dans l’élaboration des produits peut être de 8 dBZ, parfois moins..

Le s représentent les éoliennes en service. Le radar est localisé par la +. Les couleurs des pixels indiquent le niveau des pseudo précipitations mesurées pouvant aller jusqu'à 150 mm pour le brun foncé, voire 500 mm pour le violet