Le modèle scientifique du projet Katabata validé par les relevés au sud du Groenland
Les simulations climatiques envisagées par les chercheurs du projet Katabata de l’ULiège viennent d’être validées par les données transmises par les trois stations météo installées au sud du Groenland en juillet 2020. Les résultats des analyses vont un pas plus loin et montrent aujourd’hui que les vents catabatiques enregistrés en été au Groenland pourraient pallier une partie du manque de vent enregistré sur le continent européen. Implanter un parc éolien dans cette région pourrait assurer la stabilité du système d’approvisionnement électrique en Europe de l’ouest. Cette étude fait l’objet d’une publication dans l’International Journal of Climatology(1).
L
es énergies fossiles rejettent des gaz à effet de serre et de la pollution qui contribuent au réchauffement climatique. Il est donc urgent de trouver des alternatives durables. Toutefois, les ressources renouvelables que nous pourrions exploiter ne sont pas distribuées de manière uniforme sur notre planète. Les pays ayant une forte demande énergétique n’ont pas toujours les ressources en énergies renouvelables nécessaires pour satisfaire leur demande au sein de leur territoire. C’est le cas du vent, une source d'énergie renouvelable abondante qui n'est pas répartie uniformément dans l'espace et le temps. En Europe, par exemple, au moment des mois d’été, l’on enregistre des périodes de vents bien plus faibles qu’en hiver. Un phénomène qui risque de s’accentuer encore plus avec les changements climatiques à cause du ralentissement de la dynamique atmosphérique L'interconnexion des régions consommatrices d'énergie et des régions riches en ressources énergétiques (mais éloignées) permettrait de prévenir la pénurie d'énergie dans un monde où les combustibles fossiles ne seront plus utilisés. Le réseau global (Global grid - 3), promu par le Pr Damien Ernst, ingénieur à l’Institut Montefiore (Faculté des Sciences appliquées) de l’ULiège, prévoit la connexion des régions à fort potentiel en énergie renouvelable où la demande locale est faible avec des régions densément peuplées. Un réseau qui permettrait d’assurer la stabilité du système d’approvisionnement électrique.
Des études précédentes(2), auxquelles ont participés les chercheurs de l’Université de Liège, ont montré que le sud du Groenland et l'Europe occidentale présentent des régimes de vents complémentaires. En particulier, la pointe sud du Groenland, qui suscite un intérêt croissant pour le développement de parcs éoliens, car c'est l'un des endroits les plus venteux de la planète où le vent dominant (appelé vent synoptique) liée à la présence de la dépression d’Islande s’additionne à un vent local froid (appelé vent catabatique) descendant en permanence la calotte du Groenland (GrIS). Il était donc important de pouvoir mesurer les vents présents dans cette région afin de pouvoir valider le modèle climatique prédit par nos chercheurs.
En 2020, l’Université de Liège mettait en place le projet Katabata, un vaste projet scientifique qui vise à combler le manque de données d’observations au sud du Groenland. Trois stations météorologiques automatiques ont été installées en juillet 2020 par Michaël Fonder, ingénieur à l’ULiège, dans les zones où ces vents catabatiques puissants avaient précédemment été identifiés par la modélisation climatique. « Les vents catabatiques sont dus à la présence de la calotte polaire, explique Clara Lambin, première auteure de l’article scientifique publié dans l’International Journal of Climatology et chercheuse au Laboratoire de Climatologie (SPHERES/ Faculté des Sciences) de l’ULiège. L’air en surface est refroidi par son contact avec la glace. En refroidissant, cet air devient plus dense et donc plus lourd pour un même volume que l’air environnant. Il s’écoule donc par gravité le long des pentes de la calottes formant ainsi ces fameux vents catabatiques. En s’additionnant avec les vents dominants, ces vents peuvent atteindre des vitesses supérieures à 100 km/h. » Dans cette étude préalable, il est apparu qu'entre 1981 et 2100, la vitesse du vent devrait diminuer d’environ -0,8 m/s à 100 m d'altitude dans la région du sud du Groenland. Cette diminution est particulièrement marquée en hiver alors qu'en été, une accélération de la vitesse du vent est prévue le long des marges de la calotte glaciaire.
Les données récoltées ont servi dans un premier temps à valider les résultats du modèle climatique MAR (pour Modèle Atmosphérique Régional) développé à l’ULiège. Il s’est avéré que ce modèle représente assez fidèlement la réalité et a donc pu être utilisé pour créer des projections climatiques, une simulation du climat futur selon des scénarios d’émissions envisagés par le GIEC, le Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’évolution du Climat. « Dans les projections créées avec le MAR, explique le Pr. Xavier Fettweis, climatologue à l’ULiège, le climat a été simulé jusqu’en 2100 au-dessus du Groenland avec l’atmosphère telle qu’elle serait si nous ne changeons rien à notre consommation d’énergies fossiles, le scénario le plus pessimiste du GIEC. Selon cette projection, l’on peut s’attendre à voir la vitesse des vents diminuer au-dessus de la pointe sud du Groenland en hiver alors qu’elle resterait plutôt stable en été. Cette diminution hivernale peut s’expliquer par un phénomène appelé « amplification arctique ». C’est le fait que l’Arctique se réchauffe quatre fois plus vite qu’à l’échelle globale suite à la disparition progressive de la couverture de neige et de glace (surface claire et réfléchissante) qui laisse place à des surfaces plus sombres qui absorbent plus de rayonnement solaire. Ce beaucoup plus fort réchauffement de l’Arctique par rapport à l’équateur va alors diminuer le contraste thermique entre ces deux régions. Or celui-ci est, tels les courants d’air, le véritable moteur de notre dynamique atmosphérique qui va alors s’affaiblir dans les prochaines décennies, comme on peut déjà la constater à nos latitudes ces dernières années... » Xavier Fettweis rajoute aussi: « On note que le réchauffement climatique provoquera une bien plus grande diminution des régimes de vent en Europe ! ».
Il apparaît en outre que la variabilité temporelle du vent dans l’Arctique est complémentaire avec les régimes de vent européens. Cela signifie qu'en période de faible productivité éolienne, notamment en été où cette production devrait diminuer significativement, l'Europe pourrait être alimentée par les parcs éoliens groenlandais afin de compenser tout déficit de production énergétique avec la mise en place de ce réseau dit global (Global Grid). La légère diminution de la vitesse des vents dominants (dits synoptiques) en été au Groenland sera compensée par le renforcement des vents catabatiques sur la même période pour donner des vitesses de vent inchangées au Sud du Groenland en été. Malgré le réchauffement climatique, l’air en surface de la calotte sera toujours maintenu à maximum 0°C par son contact avec la glace. Or, plus l’air environnant est chaud par rapport à celui de la surface, plus la différence de température, et donc de densité, entre ces deux masses sera grande et donc plus vite les vents catabatiques s’écouleront le long des pentes des calottes. Il en résulte donc une stabilisation de la vitesse du vent en été au sud du Groenland alors qu’elle diminuera partout ailleurs
Cette nouvelle étude montre donc l’intérêt de connecter cette région venteuse du sud Groenland avec l’Europe de l’Ouest. En effet, ces deux régions ont des régimes éoliens complémentaires. Cela voudrait dire qu’en cas de faible production éolienne en Europe, un apport supplémentaire d’électricité produite au Groenland permettrait de combler le déficit de production locale et ainsi d’éviter de devoir le compenser par l’utilisation d’énergies fossiles polluantes. « Pour mener à bien un tel projet, il est nécessaire de pouvoir étudier plus avant les enjeux techniques et écologiques, conclu Damien Ernst. »
Références scientifiques
- Lambin C., Fettweis X., Kittel C., Fonder M. & Ernst D., Assessment of future wind speed and wind power changes over South Greenland using the MAR regional climate model, International Journal of Climatology, August 2022. https://orbi.uliege.be/handle/2268/288534
- 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." https://orbi.uliege.be/handle/2268/230016
- Ersnt D., The Global Grid, https://orbi.uliege.be/handle/2268/173599
