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Reportages

Les vents à bout de souffle?

Par Nathalie Kinnard - 27/10/2016
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En 2015, une partie des États-Unis a connu une sécheresse plutôt originale. Le pays a manqué d’eau, bien sûr, mais aussi… de vent ! La vitesse moyenne des vents soufflant sur l’ouest nord-américain, le Texas et la Floride a été à son plus bas depuis presque 40 ans, soit la période couverte par les données météorologiques analysées par le nouveau modèle MERRA (Modern Era Retrospective-Analysis for Research and Applications) de la NASA.

Cet épisode moins venteux serait probablement passé inaperçu si certains producteurs d’énergie éolienne n’avaient pas sourcillé devant une baisse généralisée de leurs rendements. Voulant comprendre pourquoi leurs éoliennes avaient moins tourné, ils ont approché DNV GL, le plus grand regroupement de conseillers techniques et d’experts en énergie renouvelable à l’échelle mondiale. Daran Rife, météorologue et chercheur dans le domaine de la modélisation climatique au sein de cette organisation, s’est alors penché sur un possible phénomène de « sécheresse de vents », qui a également sévi dans les premières semaines de 2016.

« Nous avons mesuré des baisses de la vitesse moyenne des vents allant de 6 % à 20 % en certains endroits, par rapport à la moyenne à long terme. C’est la première fois qu’on observe une telle situation dans notre pays ! » s’étonne l’expert américain. Si les propriétaires de parcs éoliens s’inquiètent, c’est qu’une baisse des vents, si légère soit-elle, a un impact majeur sur leur chiffre d’affaires.

« En effet, la relation entre la force du vent et l’énergie qu’on en extrait n’est pas linéaire. Par exemple, si la vitesse du vent est divisée par deux, il y aura huit fois moins d’électricité produite », explique Robert Benoit, professeur associé au département de génie mécanique à l’École de technologie supérieure de Montréal et scientifique retraité d’Environnement Canada en modélisation atmosphérique.

Alors que plusieurs régions du monde comptent de plus en plus sur l’énergie éolienne pour produire de l’électricité, on sent un petit… vent de panique. D’autant que les vents états-uniens ne sont pas les seuls à souffler moins fort.

De l’autre côté de l’Atlantique, une équipe de chercheurs du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), en France, a constaté une réduction de la vitesse des vents de surface entre 1979 et 2008 sur tout l’hémisphère nord. Robert Vautard, directeur de recherche du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement au CNRS, et ses collègues ont analysé les données de plus de 800 stations météo pour conclure que les vents ont diminué de 5 % à 15 %, selon les endroits, sur une période de 30 ans.

Pourquoi les vents s’essoufflent-ils ?

Cette « sécheresse » persistera-t-elle ? Selon Robert Vautard, il ne faut pas dramatiser la situation car, tout comme c’est le cas pour la température, les vents peuvent fluctuer d’une année à l’autre. Les chercheurs du CNRS expliquent une partie de l’affaiblissement des vents au nord de l’Équateur par le fait que la forêt regagne du terrain. « Comme nous avons observé la baisse des vents à la surface des terres, mais pas au niveau de la mer, nous avons exclu la thèse des changements climatiques et avons cherché une explication au niveau du sol », explique-t-il.

Les scientifiques ont remarqué que les vents avaient particulièrement perdu de la force dans les endroits qui favorisent la reforestation, ainsi que dans l’Est européen et en Russie où plusieurs terres agricoles abandonnées après la chute du régime soviétique ont laissé place à des boisés. « Plus de forêts ou des arbres plus hauts ralentissent la circulation de l’air », explique Robert Vautard qui admet que le phénomène est encore loin d’être bien compris. Il ne voit pas cependant de lien entre les conditions moins venteuses de l’hémisphère nord et celles observées sur certaines régions des États-Unis l’an passé. « On ne peut pas comparer une tendance à long terme à un événement plus ponctuel », croit-il.

Justement, pour expliquer cet événement ponctuel, plusieurs chercheurs ont accusé El Niño, ce phénomène climatique naturel qui revient tous les deux à sept ans. Les climatologues ont en effet noté que le Texas avait connu une petite baisse de la vitesse de ses vents en 1987 et 1992, également des années « El Niño ». L’enfant terrible du climat, comme on l’appelle, est connu pour ralentir et même inverser le sens des alizés, ces vents dominants qui soufflent au-dessus de l’océan Pacifique à la hauteur de l’Équateur. Au lieu de se déplacer d’est en ouest, les vents prennent l’autre direction, poussant la masse d’eau chaude de l’Asie vers les côtes américaines et bouleversent ainsi tout le climat à la surface de la Terre. El Niño a donc logiquement une influence sur les vents en Amérique du Nord.

Néanmoins, Daran Rife réfute cette explication pour 2015, puisque le manque de vent aux États-Unis s’est fait sentir avant le début du dernier El Niño. Son étude soupçonne plutôt une crête de haute pression qui s’est formée au-dessus du nord-est de l’océan Pacifique et de la partie ouest de l’Amérique du Nord en 2013. Cette crête, tel un barrage infranchissable, a privé l’ouest américain de ses forts vents de surface en bloquant le jet-stream. Ce courant d’air circule normalement à toute vitesse au-dessus de l’océan Pacifique en direction des États-Unis. La zone de haute pression a dévié cette autoroute des vents vers les Territoires du Nord-Ouest, provoquant une accalmie sur la côte ouest. À l’inverse, le Canada et l’est des États-Unis ont essuyé plusieurs tempêtes successives.

« Ce qui est étonnant avec cet anticyclone formé en 2013, c’est qu’il a perduré pendant deux ans au lieu de quelques semaines ! C’est le plus long épisode de crête de haute pression observé dans cette région depuis les années 1960 », précise Daran Rife. D’où son impact plus important sur la vitesse des vents et sur la météo.

Plusieurs études récentes ont en effet établi un lien entre cet anticyclone coriace et la sécheresse (d’eau) record qui sévit en Californie. Comment expliquer la longévité de cet événement climatique, auquel on a donné le nom de Ridiculously Resilient Ridge ou crête persistante sur la côte pacifique ? Là encore, les causes sont complexes, mais le réchauffement planétaire, qui entraîne notamment le réchauffement des eaux de l’océan Pacifique, n’y est sûrement pas étranger.  « La côte ouest états-unienne est normalement baignée par des eaux froides descendant de l’Alaska, explique Robert Benoit. Avec les changements climatiques, ces eaux se réchauffent et l’humidité dans l’air augmente, ce qui perturbe la circulation atmosphérique en haute altitude au-dessus de l’océan et contribue à former une crête de haute pression persistante. »

Et ce n’est pas tout. Comme les pôles se réchauffent plus vite que l’Équateur, la différence de température entre ces deux régions diminue. « Cet écart thermique moins important ralentit la vitesse du jet-stream et donc la circulation de l’air », poursuit le professeur de l’ÉTS. Un autre phénomène climatique, naturel celui-là, a probablement aussi sa part de blâme : l’oscillation décennale du Pacifique. Cette version à long terme d’El Niño, avec des phases qui durent plus de 10 ans, fait varier la température de surface de l’océan Pacifique et déplace la trajectoire des systèmes météorologiques de manière cyclique.

Appel à la prudence

Daran Rife reste donc prudent dans ses interprétations. S’il relie directement la longévité de la crête de haute pression aux températures plus chaudes des eaux océaniques, il ne peut ni confirmer ni infirmer le lien avec les changements climatiques. Selon cet expert, on ne peut ni généraliser ni expliquer avec certitude le comportement étrange des vents aux États-Unis. Pas plus qu’on ne peut le faire avec les vents de l’hémisphère nord. Il faudra beaucoup d’autres analyses avant de comprendre ces nouveaux aléas climatiques. « Si on n’a pas relevé ailleurs une sécheresse de vents comparable à celle des États-Unis, cela ne veut pas dire qu’il n’y en a pas eu, croit le météorologue. Sur notre continent, les industriels du vent surveillent leurs intérêts en mesurant de près les mini-variations du comportement de l’air. Nous avons donc quelques données. Mais ce n’est pas le cas partout. »

Daran Rife, Robert Benoit et Robert Vautard s’entendent au moins sur une chose : les modèles de simulation climatique devront dorénavant s’attarder plus en détail aux paramètres des vents, notamment pour mieux gérer nos ressources éoliennes. « Le style de météo va changer avec le réchauffement climatique, prévient Robert Benoit. On voit apparaître des nuages spéciaux à cause de l’humidité qui augmente et les systèmes météorologiques vont avancer moins vite à cause des jet-streams plus lents. Tout cela pourrait provoquer, entre autres, des problèmes de qualité de l’air. » De plus, les températures plus douces favoriseront la croissance des arbres et des forêts qui freineront les vents en surface. Et, selon Robert Vautard, on observe déjà un décalage des tempêtes et des jet-streams vers le nord, ce qui donnera des vents plus forts au nord et plus faibles au sud. Une aubaine pour l’éolien au Canada ? L’avenir le dira.

En attendant, il reste un défi de taille : réussir à mieux comprendre le vent sous toutes ses formes. « C’est difficile de bien mesurer le vent qui est sensible à son environnement, note Robert Benoit. Il peut être influencé par les arbres, les édifices, les reliefs, les surfaces terrestres chaudes et froides. » Jusqu’à récemment, les stations météo se basaient presque uniquement sur les mesures enregistrées par les traditionnels anémomètres. « Ces appareils captent la vitesse du vent à 10 m du sol, explique le chercheur de l’ÉTS. On a donc beaucoup de données à cette hauteur-là et rien pour les autres couches de l’atmosphère. » Pourtant, les vents ne soufflent pas de manière homogène partout. Ainsi, ce ne sont pas les mêmes vents qui font tourner les anémomètres à 10 m et les éoliennes à 50 m. « Il est donc très important de documenter les vents sur les premiers 100 m au-dessus du sol », poursuit le professeur Benoit.

Heureusement, pour les climatologues, le vent tourne… Ils peuvent désormais compter sur de nouveaux outils pour mieux intégrer les mouvements d’air à leurs modèles. La technologie LIDAR ou télédétection par laser, notamment, permet de mesurer la vitesse du vent à l’aide d’un rayon lumineux qui sonde la couche atmosphérique. Lorsque les particules de lumière laser rencontrent des poussières ou d’autres molécules en suspension dans l’air qui bouge, elles sont dispersées. Un récepteur analyse cette lumière réfléchie pour en déduire les mouvements de l’air. « Les LIDAR sont installés depuis le début des années 2000, soit au sol, soit sur les éoliennes, précise Robert Benoit. On peut ainsi prévoir, quelques secondes à l’avance, les bourrasques à venir. Très pratique pour ajuster l’orientation des éoliennes ! »

Comme les vents ont un comportement erratique entre le sol et l’altitude des jet-streams (qui soufflent dans la tropopause, entre 7 km et 16 km au-dessus du niveau de la mer), les avions de ligne, comme les 747 des grandes compagnies aériennes, sont maintenant équipés de nouveaux capteurs sur leurs carlingues. Ces capteurs combinés à des GPS permettent de déduire, par de savants calculs, la vitesse de l’air à hauteur de vol d’avion. Ces données sont transmises aux grands réseaux de mesures météorologiques de par le monde. « Les avions sont devenus, avec les années 2000, des stations météo mobiles qui nous renseignent notamment sur les jet-streams », explique le professeur Benoit.

Dans quelques années, les climatologues auront ainsi de nouvelles données précises à exploiter dans les modèles, afin d’analyser le comportement des vents en lien avec les changements climatiques ou des phénomènes naturels. Déjà, ces données démontrent que, après avoir faibli pendant 30 ans, les vents de l’hémisphère nord récupèrent leur souffle depuis 2015. Quant à la crête têtue sise au-dessus du nord-est du Pacifique, elle s’est dissipée en juin 2015, à mesure que la température des eaux s’est abaissée. L’autoroute des vents a été rouverte. Pour le moment, du moins…

 
Le vent dans les pales

Le vent est source d’une énergie renouvelable – même si elle n’est pas toujours constante – qui aide bien des pays à augmenter leur production d’électricité sans accroître leurs émissions de gaz à effet de serre. L’intérêt grandissant envers les « courants d’air » est stimulé ces dernières années par des avancées technologiques qui permettent de construire des éoliennes plus puissantes qui occupent moins de territoire, tout en produisant la même quantité d’électricité.
Selon l’Association canadienne de l’énergie éolienne (CanWEA), la puissance éolienne mondiale a augmenté de 44 % en 2014. Elle a été produite par plus de 268 000 éoliennes qui tournent dans plus de 90 pays. D’ici 2020, les immenses pales généreront 10 % à 12 % de toute l’énergie électrique produite à l’échelle mondiale, croit le Global Wind Energy Council.

Au Canada, l’énergie éolienne est la deuxième plus importante source d’énergie renouvelable. Le vent compte pour environ 5 % de l’électricité produite. Et ce pourcentage pourrait grimper, car le pays possède l’un des plus grands potentiels éoliens de la planète. Entre autres exemples, la région nordique du Nunavik possède suffisamment de ressources éoliennes pour fournir 40 % des besoins en électricité des Canadiens.

Et le Québec ? Toujours selon CanWEA, la Belle Province se situe au deuxième rang canadien en termes de puissance d’énergie éolienne installée sur son territoire avec 3 262 mégawatts (MW). Ses 1 786 éoliennes alimentent plus de 600000 foyers québécois et répondent à 4 % de la demande en électricité, actuellement. Dans sa stratégie à long terme, CanWEA propose d’ajouter, entre 2016 et 2025, un bloc de 8000 MW de projets éoliens, au rythme de 800 MW par an, pour porter à 20% la part du secteur éolien dans le portefeuille énergétique du Québec. Actuellement, plus de 95% de la production d’électricité est assurée par les ressources hydroélectriques.


Illustration: Katy Lemay
 

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