MF-RDD 7 - Météo

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CONTRIBUER À L’ATTÉNUATION
DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
La prise en compte des conditions météorologiques est un facteur essentiel
pour la maîtrise de l’énergie, le développement des exploitations agricoles et
du milieu rural ou la gestion durable des modes de transport et en particulier
du trafic aérien. Météo-France s’attache à développer des programmes de
recherche destinés à apporter des réponses innovantes à ces préoccupations.
L’établissement fournit également une expertise et des produits adaptés aux
besoins des divers acteurs afin de contribuer à atténuer et maîtriser les effets
attendus du changement climatique.
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L’ÉNERGIE : USAGE RAISONNÉ
ET SOURCES ALTERNATIVES
• Estimer la consommation électrique
• Développer les énergies renouvelables
• Encadrer la future réglementation thermique des bâtiments
D
ans le domaine de l’énergie, l’engagement de Météo-France porte
notamment sur l’assistance aux programmes de développement des énergies
nouvelles, d’ajustement de la production
aux besoins ou d’adaptation de l’habitat à
la variation des conditions climatiques.
Estimer la consommation
électrique
Partenaire historique des producteurs
et transporteurs d’électricité en France,
Météo-France a développé des produits spécifiques pour les aider à assurer de manière
optimale l’équilibre entre offre et demande.
Les conditions météorologiques jouent en
effet un rôle important : une baisse de seulement 1 °C en hiver correspond à une
consommation électrique supplémentaires
de 2 100 MW ou à une augmentation de la
consommation de gaz en métropole de l’ordre de 6 à 7 %.
Les produits fournis concernent principalement les prévisions de température, et à un
degré moindre, celles de nébulosité. Ils fournissent une estimation très précise de la
consommation d’électricité pour les jours à
venir. Mais l’horizon des prévisions, qui
s’étend jusqu’à la prévision mensuelle, permet aussi d’anticiper la programmation à
plus long terme.
Évolution horaire de la consommation électrique du
12.11.2009 (extrait du site de RTE). Le Centre national
d’exploitation du système de RTE ajuste, à tout moment, les
volumes de production aux besoins en électricité des
consommateurs. Or, la demande d’électricité varie tout au
long de la journée et des saisons. Elle est représentée par
une courbe de charge dont RTE élabore la prévision chaque
jour. À titre d’exemple, le diagramme ci-contre présente, pour
la journée du 12 novembre 2009, par points quart-horaires,
les variations de la consommation française d’électricité
observée (en orange), prévue depuis la veille (en bleu) et
prévue le jour même (en violet). Les principaux écarts
résultent de l’évolution des conditions météorologiques par
rapport aux prévisions de température et de luminosité. On
peut constater que les deux prévisions s’écartent assez peu
de la consommation réelle.
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Développer les énergies
renouvelables
Météo-France est impliqué dans le développement des énergies renouvelables dont
la part devra passer à 20 % de la consommation finale d’énergie d’ici 2020 selon les
engagements du Grenelle de l’environnement.
Dans les travaux amont, il s’agit d’identifier
les sites dotés du meilleur potentiel. Pour
répondre à une très forte croissance de la
demande, Météo-France a mis en place de
nouveaux produits et services fournissant
les estimations des conditions climatiques
susceptibles d’influer sur la production.
Carte de rayonnement global annuel sur la France. Les nouveaux
produits de la climatologie du rayonnement solaire global en France
sont élaborés à partir des données du canal visible Meteosat et des
mesures faites dans les stations pyranométriques au sol. Ils ont été
réalisés sur la période 1996-2006, au pas décadaire, mensuel et
annuel, par points de grille de 1 km.
L’établissement fournit également des assistances spécifiques. Pour estimer le potentiel
d’un site en énergie solaire, une cartographie
de la climatologie du rayonnement a ainsi été
proposée sur la France métropolitaine à la
résolution 1 km.
L’intégration de la production éolienne dans
les systèmes de distribution d’énergie est
pénalisée par l’incertitude relative à la disponibilité du parc. Son exploitation opérationnelle suppose d’anticiper le mieux possible
les taux de production pour les heures à
venir. Or, cette dernière est très sensible à la
prévision météorologique, et notamment à
l’incertitude relative au passage des perturbations ou à celle de la vitesse du vent, lorsque l’on se trouve proche du seuil d’arrêt des
éoliennes. Pour disposer de méthodes de
précision accrue, Météo-France participe au
projet SafeWind du 7e PCRD (Programmecadre européen de recherche et de développement technologique). L’objectif est d’améliorer la prédictibilité de la production
éolienne, notamment dans les situations
extrêmes, à différentes échelles de temps et
d’espace, puis de mettre en œuvre les nouvelles méthodes de prévision dans des systèmes
opérationnels qui seront évalués par les participants au projet.
Les participants du projet SafeWind, réunis à Toulouse, en mars 2009,
devant le Centre international de conférences de la Météopole.
Éoliennes à Avignonet-Lauragais, en Haute-Garonne.
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Préparer le départ de PlanetSolar prévu en 2011
Le projet PlanetSolar consiste à accomplir le premier
tour du monde avec un bateau exclusivement alimenté
par l’énergie solaire. Météo-France est chargé de
déterminer la faisabilité du périple et la période
optimale. Il s’agit en particulier de maximiser l’apport
d’énergie photovoltaïque tout en tenant compte des
événements atmosphériques et océaniques qui
pourraient perturber le voyage. L’étude a été effectuée
à partir des données climatologiques issues de la
réanalyse (ERA40) effectuée par le Centre européen
pour les prévisions météorologiques à moyen terme
(CEPMMT) sur la période 1979-2001 et du système
Naviclim de Météo-France.
Route proposée (celle qui passe au sud) pour la
première étape du premier tour du monde avec un
bateau alimenté à l’énergie solaire.
Pour la première étape de Marseille à New York, la route orthodromique au-delà de Gibraltar n’a pas été
proposée. En effet, située au nord de l’anticyclone climatologique, cette route passe dans la zone de circulation
des perturbations météorologiques. Les vents, en moyenne de secteur ouest, y sont le plus souvent
défavorables et les états de mer peuvent y être gênants, voire dangereux. La route optimisée (4790 milles
nautiques) est plus longue que la route directe (3840 milles nautiques). Elle contourne l’anticyclone des
Açores par le sud avec une durée prévue de 24 jours, du 17 avril au 10 mai. Le rayonnement solaire
descendant est supérieur à 225 W/m2 sur presque l’intégralité du trajet. Dans 80 % des cas, le long de cette
trajectoire, le vent est inférieur à 12 m/s. La fréquence des vents supérieurs à 6 Beaufort y est inférieure à
5 %. La fréquence de mer forte, avec des hauteurs moyennes supérieures à 2,5 m, y est inférieure à 10 %.
Encadrer la future
réglementation thermique
des bâtiments
Météo-France participe aux actions destinées à réduire la consommation d’énergie
dans le bâtiment. En France métropolitaine,
l’actuelle
réglementation
thermique
(RT2005) devrait évoluer vers des normes
plus ambitieuses. En effet, le Grenelle de l’environnement a fixé un objectif de forte diminution des consommations pour les bâtiments neufs : 50 kWh par m2 par an à l’horizon 2012, à comparer à des valeurs comprises aujourd’hui entre 110 et 190 kWh par m2
par an.
Il est donc nécessaire de mettre à jour et de
fiabiliser les modèles de calcul associés. Le
découpage géographique inclus dans la
réglementation était jusqu’ici fondé sur seulement huit zones climatiques pour couvrir
l’ensemble de la France métropolitaine.
Météo-France apporte son concours à la
Direction de l’habitat, de l’urbanisme et des
paysages (DHUP) du ministère de l’Écologie,
de l’Énergie, du Développement durable et
de la Mer, dans la mise en place d’un nouveau mode d’évaluation des consommations, support à la future réglementation
thermique des bâtiments (RT2012). Les données météorologiques utilisées dans le calcul
réglementaire ont ainsi été mises à jour avec
une résolution spatiale par département,
nettement plus fine que la précédente, et des
éléments qui permettent de tenir compte des
impacts de l’altitude, de la distance à la mer
ou de l’environnement urbain.
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CONTRIBUER À UNE AGRICULTURE
DURABLE
• Vers une meilleure utilisation des traitements phytosanitaires
• Optimiser la gestion de la ressource en eau
C
ompte tenu de la croissance démographique de la planète et des modifications des comportements alimentaires, les experts estiment qu’au niveau mondial il faudra augmenter la production
agricole de 35 % d’ici à 2020. L’agriculture
devra désormais concilier au mieux production et respect de l’environnement.
L’étude des influences de la météorologie
et des changements climatiques sur la gestion des exploitations agricoles et sur les
conditions de développement du milieu
rural est un facteur important pour aborder ces évolutions.
Vers une meilleure utilisation
des traitements phytosanitaires
L’objectif d’une réduction de 50 % des
intrants phytosanitaires a été fixé à la profession agricole en conclusion du Grenelle de
l’environnement. L’information météorologique est indispensable pour maîtriser cette
consommation. Une bonne connaissance des
conditions météorologiques permet en effet
d’appliquer chaque traitement à la période
où la culture en a le plus besoin et où son
efficacité est maximale.
À ce titre, Météo-France et l’Institut français
de la vigne et du vin (IFV) travaillent en
partenariat depuis 2007 pour valoriser une
Juin 2009, vignes du château d’Yquem, à Sauternes en Gironde.
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spatialisation fine des données météorologiques sur le vignoble de Bordeaux. Le risque
d’épidémie du mildiou à l’échelle d’une
exploitation viticole a pu être cartographié à
l’aide d’un modèle intégrant les données de
précipitation Antilope. La méthode s’appuie
sur l’utilisation conjointe des stations d’observation et des radars pluviométriques. Elle
permet aussi de disposer d’informations sur
les précipitations avec une résolution d’un
kilomètre sur l’ensemble de la métropole.
Ces données autorisent une surveillance à
maille fine de l’évolution de l’état sanitaire
des parcelles et une meilleure détermination
des traitements préventifs vis-à-vis des
contaminations à venir.
Lame d’eau Antilope du
1er au 29 juillet 2009 : en
combinant les mesures
des pluviomètres
classiques et des radars
météorologiques,
Météo-France peut établir,
kilomètre-carré par
kilomètre-carré, la
quantité de précipitation
tombée sur une période
donnée.
Météo-France a également développé un
bulletin d’aide à la décision pour les traitements. Son objectif est de déterminer des
plages optimales pour leur application, au
niveau national et pour toutes les filières.
Début 2010, il sera disponible sur les extranets des clients et également par l’intermédiaire de courriels. Cet outil, construit à partir des données de prévisions expertisées, a
été conçu pour délivrer un conseil au profit
de l’agriculteur. Il s’appuie sur l’utilisation
conjointe de plusieurs paramètres météorologiques : dépassement de seuil pour
les paramètres vent (moyen ou rafale),
température, humidité, risque de précipitations, etc. Une synthèse intégrant l’analyse
de ces informations sera disponible par le jeu
d’un code de couleurs permettant la caractérisation des conditions météorologiques,
favorables ou non à l’application des traitements phytosanitaires, pour l’ensemble des
créneaux horaires.
Optimiser la gestion
de la ressource en eau
La gestion de la ressource en eau dans une
démarche d’agriculture raisonnée, respectueuse de l’environnement, est également
devenue un enjeu majeur. Une information
météorologique de qualité est un outil indispensable pour apporter exactement la quantité d’eau nécessaire aux cultures irriguées.
Elle permet de ne pas gaspiller la ressource et
d’éviter de faire souffrir la plante ou d’altérer
sa production. Disposer de données météorologiques les plus fines possibles permet
également un suivi climatique à l’échelle de
la parcelle et, par suite, une rationalisation
de la gestion de l’eau. Pour répondre à ces
besoins, Météo-France a développé des produits de valorisation agronomique des données de précipitations Antilope.
L’établissement coopère avec la Compagnie
d’aménagement des coteaux de Gascogne
(CACG), gestionnaire du système Neste, dans
le cadre du projet Infoagri, financé par le
ministère chargé de l’industrie. L’objectif est
de développer des produits de prévision à
plusieurs mois d’échéance pour mieux anticiper les prélèvements en eau destinés à l’irrigation à l’échelle régionale, en périmètres
irrigués.
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RÉDUIRE LA CONTRIBUTION
DES TRANSPORTS AU CHANGEMENT
CLIMATIQUE
L
es moyens de transports terrestres,
maritimes et aériens rejettent dans
l’atmosphère une grande variété de
constituants chimiques, dans des zones
géographiques très diverses. Pour favoriser
un développement durable, l’Union européenne a soutenu le projet de recherche
Quantify (Quantifying the Climate Impact
of Global and European Transport Systems)
visant à mieux évaluer leurs impacts.
Météo-France a participé à ces travaux en
réalisant une série de simulations avec un
modèle couplé atmosphère-océan. Ce
modèle est forcé par les effets radiatifs des
rejets de gaz carbonique. Il prend aussi en
compte les traînées de condensation des
avions et les effets radiatifs et chimiques
des émissions d’oxydes d’azote, de
monoxyde de carbone, de suies (aérosol
carboné) et d’aérosol sulfaté. Les processus
chimiques associés ont été paramétrés. Une
validation a été réalisée par comparaison à
des simulations couplées du modèle de chimie et transport Mocage et du modèle de
circulation générale Arpège-Climat.
Six simulations transitoires de 1860 à 2100
ont été réalisées, en séparant, d’une part,
les émissions de CO2 de celles des autres
constituants (CO, NOx, aérosols) et, d’autre
part, les différents moyens de transports.
Les émissions s’inscrivent dans le cadre du
scénario SRES-A1, retenu par le Groupe
d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec).
Sur cette base, en 2100 l’augmentation de
température à 2 mètres associée aux rejets
de CO2 par les transports serait d’environ
0,6 °C, l’aviation représentant un tiers de
cette valeur. L’impact des autres types
d’émissions serait inférieur : positif pour
l’aviation en raison de la production
d’ozone et de traînées de condensation qui
contribuent à l’effet de serre, négatif pour
les bateaux en raison des émissions d’aérosols et de la formation de nuages bas qui
augmentent la réflexion du rayonnement
solaire. En définitive, d’après ces simulations, l’impact des émissions, autres que le
CO2, associées aux transports serait faible.
Mais les scénarios choisis supposent que
les transports routiers seront stabilisés et
de plus en plus propres.
L’ensemble de ces travaux s’inscrit dans
l’étude des interactions entre la chimie de
l’atmosphère et le climat. Il reste à évaluer
en détail le climat attendu au XXIe siècle
pour y déceler ce que pourrait être l’empreinte des divers moyens de transport à
l’échelle des régions. Ces informations
seront utiles pour en maîtriser le développement.
Impact des différents
types de transports sur
l’évolution de la
température moyenne
globale. Les émissions
sont supposées suivre
le scénario SRES-A1,
retenu par le Giec.
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DÉVELOPPER UN TRANSPORT AÉRIEN
DURABLE
• L’optimisation des trajectoires
• Les conditions de surface, le brouillard et la visibilité
• Réduire les impacts sur l’environnement et le climat
L
e programme Sesar (Single European
Sky Air trafic Management Research)
développe le système de gestion du
trafic aérien dans le cadre du Ciel unique
européen, à l’horizon 2020. Il a pour objectif d’accroître la sécurité d’un facteur 10, de
réduire de 10 % l’impact environnemental
de chaque vol, de tripler la capacité et de
diviser par deux les coûts unitaires du système de gestion du trafic. L’enjeu est le
développement durable du trafic aérien à
travers le renforcement de la sécurité et de
son efficacité environnementale et économique.
Pour atteindre ces objectifs, le futur système adoptera une logique de gestion du
trafic par trajectoires « porte à porte ». La
prévision météorologique sera décisive,
non seulement pour assurer la sécurité et
la fluidité d’un trafic croissant, mais également pour la réduction des émissions de
CO2. L’optimisation des trajectoires et des
approches en fonction des conditions
météorologiques constitue l’un des
moyens les plus sûrs de réduire la durée
des vols, la consommation, les pollutions et
les nuisances sonores.
Pour prendre une part active à cet effort,
Météo-France a élaboré en 2009 une feuille
de route de R&D aéronautique. L’établissement a répondu aux appels d’offres
Sesar, en partenariat avec la Direction générale de l’aviation civile (DGAC) et des industriels, puis a engagé les premières actions.
Cinq thèmes interdépendants ont été identifiés pour structurer la feuille de route en
fonction des enjeux et des attentes des utilisateurs : risques et trajectoires, brouillard
et visibilité, conditions de surface, tourbillons de sillage, environnement et climat.
L’optimisation des trajectoires
Pour optimiser les trajectoires en quatre
dimensions (4D) – trois dimensions spatiales plus le temps –, il est nécessaire que les
compagnies aériennes et les organismes de
contrôle aérien disposent d’informations
spécifiques, plus précises et plus fréquentes
sur les conditions météorologiques observées et prévues en route comme en approche.
Le vent, la température, mais aussi les risques tels que la convection, le givrage ou le
cisaillement de vent sont concernés. Par
exemple, la procédure d’approche en descente continue (CDA), actuellement expérimentée, nécessite de connaître le champ de
vent observé et prévu avec de très bonnes
précision et résolution spatiale, pour faire
descendre les avions régulièrement, sans
palier, jusqu’à la piste, en réduisant les nuisances sonores, les émissions de CO2 et les
autres impacts environnementaux.
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Dans ce domaine, Météo-France s’est associé
à la Direction des services de la navigation
aérienne (DSNA) lors du premier appel d’offres Sesar. Le projet vise notamment à spécifier et tester les données météorologiques
pertinentes pour la prévision par les centres
de contrôle des trajectoires 4D des avions.
L’établissement a par ailleurs réalisé une
première expérimentation d’évaluation d’un
système lidar de détection des cisaillements
de vent en air clair sur les trajectoires d’approche. Les observations réalisées sont
maintenant utilisées en comparaison avec
des simulations à maille très fine, pour évaluer leur potentiel de prévision. La spécification d’un système optimal d’observation du
cisaillement sera engagée en 2010, au moyen
de simulations numériques, en vue d’un test
de longue durée prévu en 2011.
Les conditions de surface,
le brouillard et la visibilité
La prévision des pertes de capacité des
grands aéroports en fonction des aléas
météorologiques, au départ comme à l’arrivée, est également déterminante. Elle doit
être intégrée au système de gestion du trafic.
À cet égard, l’amélioration des prévisions de
passage en conditions de visibilité dégradée
LVP (Low Visibility Procedures) est essentielle pour réguler le trafic, réduire les circuits d’attente des avions en approche et les
nuisances associées. De la même façon, la
prévision de l’état des pistes (température,
présence de contaminants) et du dépôt de
givre sur les avions au cours de la nuit doit
être améliorée. Il s’agit ainsi de faciliter la
planification des procédures d’antigivrage
ou de dégivrage et réduire au maximum les
rejets polluants sur la plate-forme.
Observation lidar dans l’axe d’approche de la piste. Cette coupe verticale
du vent met en évidence un cisaillement assez fort, matérialisé par la
coexistence de la couleur verte indiquant un vent arrière et la couleur
jaune un vent de face. Plusieurs remises de gaz d’avions en approche ont
été enregistrées dans cette situation.
Pour aborder ces aléas, Météo-France dispose
déjà d’un savoir-faire et d’outils d’observation et de prévision spécifiques à Roissy CDG :
modèles de prévision du brouillard et de la
température de pistes, modèle de prévision
numérique à maille très fine. Un partenariat
a également été établi avec la société Thalès
concernant aussi bien la détection des turbulences de sillage que la détection et la prévision locale des risques météorologiques au
voisinage des aérodromes. Les approches
envisagées combinent observations et modélisation à très haute résolution.
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Représentation
numérique de
l’écoulement de l’air
sur le fuselage de
l’ATR 42, l’avion
de recherche de
Météo-France.
Réduire les impacts sur
l’environnement et le climat
Le thème « Environnement et climat »
concerne quant à lui l’évaluation et la réduction de l’impact du trafic aérien sur l’environnement et sur le climat. Il est développé
dans la perspective de l’intégration du transport aérien dans le marché européen des
quotas d’émission de CO2 (Emission Trading
Scheme, ETS), à partir de 2012. En 2009, la
contribution de Météo-France a été centrée
sur sa participation aux analyses mises en
place par le Conseil pour la recherche aéronautique civile (Corac) et aux travaux de
recherche issus de ses recommandations, ou
engagés au niveau européen.
Alors que le transport aérien ne représente
que 3 % des émissions de CO2, la question de
son impact sur le climat mobilise des efforts
considérables de la part des industriels et de
la recherche publique, parce que le trafic est
appelé à doubler d’ici à 2020.
Malgré les développements technologiques
entrepris par l’industrie aéronautique pour
diminuer de 50 % les rejets de CO2 par passager et par kilomètre, l’augmentation du
trafic s’accompagnera bien d’un accroissement des émissions gazeuses et particulaires. Le forçage radiatif direct de ces émissions
pourrait alors être multiplié par 3 une fois
prises en compte les perturbations induites
sur la chimie de l’atmosphère et la formation
de cirrus à partir des traînées de condensation.
Des incertitudes considérables sont toutefois
associées à ces évaluations en raison des
interactions complexes qui existent entre la
physico-chimie de l’atmosphère et les processus résultant de la combustion. Par exemple, les particules émises perturbent le bilan
radiatif à des degrés très variables selon leur
granulométrie et leur composition (suie,
glace), mais ces paramètres dépendent
notamment des conditions atmosphériques.
Réduire ces incertitudes constitue donc un
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enjeu majeur pour le secteur. Tel est l’objet
principal des recherches menées en coopération avec le Centre européen de recherche et
de formation avancée en calcul scientifique
(Cerfacs) et d’autres partenaires dans le
cadre des projets européen Quantify et
national Itaac (Impact du transport aérien
sur l’atmosphère et le climat), avec le soutien
du réseau thématique de Recherche avancée
sciences et technologie pour l’aéronautique
et l’espace. La stratégie adoptée consiste à
modéliser, aux différentes échelles, l’évolution des effluents depuis la combustion
jusqu’à leur dispersion dans l’atmosphère
et leur impact au niveau global. Les résultats
sont ensuite validés en veine hydraulique et
par des mesures in situ réalisées par le Falcon
instrumenté de l’unité Safire dans le sillage
d’avions gros porteurs.
En 2009, Météo-France s’est également
engagé à fournir aux acteurs industriels du
programme européen de R&D Clean Sky, les
données météorologiques nécessaires à la
constitution d’un environnement de simulation sur lequel ils s’appuieront pendant les
cinq prochaines années. Ce programme,
complémentaire de Sesar, est centré sur l’introduction de technologies et de concepts
opérationnels « verts » dans l’aviation.
Simulation numérique de la formation d’un cirrus par dégénérescence
d’une traînée de condensation, 20 minutes après le passage d’un avion
gros porteur (d’après Ronan, thèse, 2008). Cette simulation a été réalisée
avec le Cerfacs, à l’aide du modèle Méso-NH. Le code couleur représente
la taille moyenne des particules de glace, dans le champ de tourbillon.