Le projet Katabata, mis sur pied par des chercheurs de l'Université de Liège souhaite, pour la première fois, mesurer le potentiel des vents catabatiques du sud du Groeland dans le but de pouvoir y implanter de vastes parc éoliens.

eolienne wind-farm 

L

a plus grande menace écologique pour la planète Terre est sans aucun doute le réchauffement climatique. Le combattre implique notamment de devoir rapidement remplacer les énergies fossiles par des énergies décarbonées, un défi majeur tant la dépendance de nos sociétés aux  énergies fossiles est grande.

Une solution qui a récemment suscité l'intérêt consiste à exploiter des ressources énergétiques renouvelables variables de très haute qualité, souvent localisées dans des endroits éloignés, afin de produire de l’énergie renouvelable bon marché. Cette dernière pourrait être transportée en utilisant de gigantesques connections  électriques.  Une autre solution serait d’utiliser les e-fuels comme vecteur d’énergie. Ces e-fuels sont des molécules riches en énergie synthétisées à partir d’électricité décarbonée, d’eau et de gaz capturés dans l’air (de l’azote ou du CO2). Elles peuvent être facilement transportées par bateau par exemple. 

Global Grid, E-Fuels et modélisation climatique

Le Pr Damien Ernst de l’Université de Liège est un fervent partisan de l’exploitation de ces champs renouvelables extrêmes afin d’accélérer la transition énergétique. Il a même introduit il y a quelques années déjà le concept de Global Grid, ce réseau électrique international permettant de baisser le coût du renouvelable.  « L’idée est d’aller chercher de l’énergie renouvelable dans des zones très venteuses ou ensoleillées et de les acheminer via des lignes à très haute tension vers les régions consommatrices, explique Damien Ernst.» Le réseau global, pensé par le chercheur, se base aussi  sur le fait que les problèmes de fluctuation de l’énergie renouvelable disparaissent quand cette dernière est mutualisée au sein d’un réseau électrique international. «Pensez à l’énergie générée à partir de panneaux photovoltaïques, il ne fait jamais nuit en même temps partout » souligne-t-il. Le Groenland a retenu l’attention du chercheur. Étudié depuis de nombreuses années par des scientifiques du monde entier, le Groenland reste tristement célèbre pour les records qu’il affiche chaque année en terme de fonte des glaces de sa calotte glacière. « Mais le Groenland est également un endroit qui enregistre des régimes de vents complémentaires à ceux enregistrés sur le continent européen, explique Xavier Fettweis, chercheur qualifié FNRS et climatologue à l’ULiège, surtout dans la région du sud où le vent synoptique (résultant des champs de pression) s’additionne au vent catabatique (résultant de la gravité et descendant la calotte). Dans cette région, les vitesses de vent peuvent ainsi atteindre de 180 à plus de 200km/h localement! » Le chercheur s’y connait bien en modélisation puisqu’il est la base du développement du modèle MAR - Modèle Atmosphérique Régional, auquel de nombreuses études scientifiques de modélisation du climat en Arctique ont recours.

weather station winds

Le vent local dit “catabatique” qui résulte de la formation d’air très froid (et donc plus dense et plus lourde) au sommet de la calotte qui va alors s’écouler le long de ses pentes par gravité et le vent large échelle dit “synoptique” (sur l’océan par exemple) qui résulte notamment de  la présence de la dépression d'Islande et de l’Anticyclone des Açores. Au sud du Groenland, ces deux vents soufflent dans la même direction et vont alors s’additionner pour souffler en moyenne à ~60 km/h avec des rafales pouvant atteindre 180 km/h en hiver.

Ensemble, les deux chercheurs de l’Université de Liège se sont lancés dans une étude (1), publiée en 2019 dans le journal Energy, pour évaluer la complémentarité des régimes de vents catabatiques du Sud du Groenland et de l’ouest de l’Europe, c'est-à-dire évaluer si lors qu’on n’a pas de vent en Europe, on a du vent au Groenland et vice et versa. Dans ce contexte, une comparaison des régimes éoliens de l'Europe occidentale et du Groenland a été proposée. En s'appuyant sur le Modèle Atmosphérique Régional (MAR) spécifiquement conçu pour saisir avec précision les phénomènes polaires, les caractéristiques climatiques locales du sud du Groenland ont été identifiées comme particulièrement propices à la production extensive d'électricité renouvelable à partir du vent. Les résultats de l’étude ont démontré l’existence d’un potentiel de production éolienne supérieur et complémentaire dans la région du sud du Groenland par rapport à des sites européens sélectionnés.

«Notre étude montre l'énorme intérêt que serait d'utiliser le potentiel éolien lié à ces vents catabatiques quasi-constants descendant de la calotte explique Damien Ernst. Il est bien évident que créer une connection électrique entre le Groenland et l’Europe serait intéressant, mais vu le haut taux de charge des éoliennes, ce serait également un endroit de rêve pour y produire à bas prix des e-fuels, ces carburants verts. A cet égard, je pense qu’on pourrait y faire du méthane synthétique bon marché  fabriqué à partir d’électricité verte,  d’hydrogène produit à partir d’une électrolyse de l’eau et de CO2 capturé dans l’atmosphère. » Il est bien évident qu’arriver à remplacer le CH4 d’origine fossile par un CH4 synthétique bon marché serait un des moyens les plus rapides pour décarboner par exemple la filière chauffage ou encore l’industrie, très grosse consommatrice de CH4

Cependant, un problème existe comme le souligne Xavier Fettweis : « Aucune observation in situ dans ces couloirs de vent ne sont disponibles pour valider les estimations du modèle MAR. Les seules observations de vent dont on dispose proviennent de petits villages et de ports installés à l’abri du vent dominant pour se protéger du froid». « Or sans mesure réelle de ces vents, aucun industriel ne va vouloir se lancer dans l’aventure de la collecte d’énergie renouvelable en Groenland, rajoute Damien Ernst.  Cette mission est donc nécessaire si l’on veut vraiment que notre recherche puisse impacter la transition énergétique. On espère qu’avec les données collectées dans ce projet, les gouvernement et les industriels réaliseront  l’intérêt que de tels sites peuvent avoiret qu’ainsi la transition énergétique puisse grandement  s’accélérer. » Ces données serviront aussi à valider le modèle MAR et à étudier les ressauts catabatique où en quelques minutes le vent peut passer de plus de 100km/h à 10 km/h suite à des phénomènes météorologiques complexes.

Les deux chercheurs partagent au fond d’eux-mêmes cette inquiétante conviction  qu’en abordant la transition énergétique comme elle est abordée maintenant,  il sera trop tard pour éviter les effets désastreux du changement climatique. Il faut d’après eux changer d’échelle, être plus ambitieux technologiquement et industriellement. Et, pour eux, ce projet Katabata  est cette semence qu’il faut planter pour voir émerger une vraie ambition crédible pour décarboner rapidement et à bas coût le secteur de l’énergie.  

Projet KATABATA

De ce constat est né le projet KATABATA. Mis sur pieds par Damien Ernst (ingénieur à l'Insitut Montéfiore de l'ULiège) et Xavier Fettweis (Climatologue au sein de l'unité de recherches SPHERES de l'ULiège), le projet Katabata vise à pallier le manque d’informations dû justement au manque d’observations in situ, et donc à la récolte de données importantes permettant d’asseoir un projet d’implantation d’un parc éolien dans la région sud du Groenland. Dans le cadre du projet KATABATA, qui s’étend sur une période de trois ans, trois stations météo automatiques vont être installées dans le sud du Groenland. Deux de ces stations vont être installées sur des petites îles (là même où le modèle MAR a identifié des maxima de vents) potentiellement intéressantes en terme de régime de vent, non montagneuses et libres de neige en été. La troisième va être installée dans une vallée glaciaire, pouvant potentiellement abriter des régimes de vent tout à fait  exceptionnels.

De la marque finlandaise Vaisala, ces stations vont permettre de mesurer les vents, la température et l’humidité à  10 mètres de hauteur toutes les 15 minutes. Ces données seront ensuite retransmises sur un serveur à ULiège via une connexion satellite.

Les stations seront installées par Michaël Fonder, chercheur doctorant au sein de l’Unité de Recherche Montefiore de l’ULiège.  Pour rejoindre le sud du Groenland, Michaël embarquera à bord d’un voilier, celui de l’expédition française Unu Mondo , une expédition à vocation scientifique et pédagogique, dont la grande voile portera  fièrement le blason de  l’ULiège.


Référence scientifique 

(1) Radu, D.-C., Berger, M., Fonteneau, R., Hardy, S., Fettweis, X., Le Du, M., Panciatici, P., Balea, L., & Ernst, D. (2019): Complementarity Assessment of South Greenland Katabatic Flows and West Europe Wind Regimes. Energy, 175, 393-40."

Lire également : Le plan énergétique à 100 milliards de Damien Ernst (L'Echo)

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