Cohabitation radars météorologiques - éoliennes

 
 
Cohabitation radars
météorologiques - éoliennes

                 Serge Ballesta
              Météo-France, DIRSO
  7, Avenue Roland-Garros – 33692 Mérignac-CEDEX
PARTIE I

 Contexte
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            Contexte : Les missions de Météo-France
     Météo-France : prévention des risques météorologiques majeurs

[Météo-France] exerce les attributions de l'Etat en matière de
   sécurité météorologique des personnes et des biens. A ce titre,
   il assure, conformément aux dispositions réglementaires en
   vigueur et s'il y a lieu dans le cadre de conventions, la
   satisfaction des besoins exprimés, notamment par les services
   chargés en métropole et outre-mer de la sécurité civile, de la
   prévention des risques majeurs et de la sûreté nucléaire. Il
   exerce auprès de ces services un rôle d'expertise dans les
   domaines de sa compétence.
[...].
Il met en oeuvre un système d'observation, de traitement des
   données, de prévision, d'archivage et de diffusion lui
   permettant d'accomplir ses missions.
(extrait du décret 93-861 du 18 juin 1993 portant création de
   l'établissement public Météo-France)



08 décembre 2006          Comité de pilotage Eolien - DRIRE Midi-Pyrénées
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               Contexte : Les radars météorologiques
     Le réseau ARAMIS des radars hydro-météorologiques pour la signalisation et la
      prévision de phénomènes dangereux


     Le réseau ARAMIS des radars hydro-
      météorologiques pour la signalisation et la
      prévision de phénomènes dangereux ;

     Ces radars permettent de :
       – détecter et de restituer des taux de
          précipitation ;
       – restituer des données de vent (Doppler);

     Ces radars ont besoin d’un périmètre
       de sécurité pour fournir des données
      d’observation correctes.




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                   Contexte : L’éolien en France

    Une densité de parc en forte croissance sur le territoire national;

    Des structures imposantes (120 m de haut, 90 m d’envergure) ;


    Des matériaux de forte réflectivité (métal, fibres de verre, notion de
     SER*)

    Un nombre important de projets à proximité des radars




                                 *Surface Equivalente Radar
                                                                        Parc éolien de Nibas (Abbeville)

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PARTIE II

Description de l’impact
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          Impact des éoliennes sur les mesures radar

      Un document de référence: le rapport CCE5* adopté par ANFR**:

         – « Perturbation du fonctionnement des radars météorologiques par les
           éoliennes » ;
         – (Version 1.0 approuvée le 19/09/05, par la Commission Consultative de la
           Compatibilité Electromagnétique).
         – Base d’une déclaration du groupe de travail européen OPERA (dans le cadre
           Eumetnet)

      Etudes complémentaires Météo-France :

         – Sur parcs existants (Abbeville site test) ;
         – confirment les conclusions de CCE5 ;
         – Apportent certaines précisions.

        * Commission de la Compatibilité Electromagnétique
        ** Agence Nationale des Fréquences



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                        Description : 3 types d’impact

     – Blocage du faisceau :

            •      Impact hydrologique : atténuation du taux de pluie ;

     – Génération d’Echos Fixes :

            • Impact hydrologique : perturbation de la détection et de la
              quantification;

     – Génération d’Echos Doppler :

            • Contamination des données de Vent.




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                      Blocage du faisceau


 Eoliennes proches du radar (
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                                            Echos Fixes


            Eolienne rétro-diffuse le signal radar (SER*);

            Echos de forte puissance (60 dBz)** (toujours > aux échos météorologiques)

            Dynamique importante (~20 dB);                                                               Densité de distributiondespixels à300mducœur duparc éoliendeNibas(157 imagesde0h00à13h00le07/06/05, journée
                                                                                                                                                venteusesansprécipitationàsite0.4°)
                                                                                                0.2


                                                                                            0.18


                                                                                            0.16


                                                                                            0.14




                                                                      Densité de l'occurrence
    * Surface Equivalente Radar                                                             0.12
                                                                                                                                                                                                                          Pixel_U
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    ** Réflectivité des cellules convectives                                                    0.1                                                                                                                       Pixel_T
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                                                                                            0.06


                                                                                            0.04


                                                                                            0.02


                                                                                                 0
                                                                                                      0        10         20          30         40            50         60       70         80         90         100
                                                                                                                                                      RéflectivitéendBZ




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                                              Echos Fixes


 Variance identique à celle des échos de pluie
     (Mouvement des pales)


 EEF* mis en défaut ;
     (analyse la variance des signaux)


 Eolienne = forte pluie (>50 dBz);

           * Eliminateur d’Echos Fixes




                                                         Parcs éoliens dans la zone du radar d’Abbeville EEF actif

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                                                         Echos Doppler

                Le signal Doppler éolien est dû au mouvement des pales;
                Il domine les signaux Doppler météos (vent) ;
                Il persiste sur une large zone centrée sur l’éolienne ;
                Il est accentué par conditions d’ « Air clair » (signaux météos
                 faibles)




  Radar de Trappes :Série chronologique de vitesses radiales sur différents pixels   Radar de Falaise : ex. de zone contaminée-coupe horizontale



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                                Résumé: Les causes

 Dimensions imposantes (l’impact unitaire est amplifié par la
  dimension du parc) ;
 Proximité des machines < 30 km du radar ;
 Forte réflectivité des éoliennes ;
 Echos éoliens de même variabilité que les échos météorologiques
                   – Erreurs sur les mesures de précipitations ;
                   – Erreurs sur les mesures de vents ;




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            Résumé : L’impact sur les données brutes


 Impact Hydrologique :

      – Occultation  atténuation du taux de pluie en aval;
      – Echos fixes  artéfact de forte pluie sur la zone.


 Impact Doppler :

      – Rotation des pales  contamine la mesure du vent ;
      – Zone de contamination importante ;
      – Données perdues sur la zone.




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               Bilan de l’impact sur les données élaborées


     Mesures faussées
        – Sur une large zone centrée sur le parc éolien ;
        – Pas de solution aujourd’hui pour corriger ces erreurs.

     Pertes totale de données
        – Dégrade la prévision si la donnée erronée est assimilée dans un modèle à maille fine
          comme AROME* ;
        – Nécessité de masquer ces zones de données.

     Bilan : Nombre important de données perdues
        – Remet en cause définitivement la capacité d’observation de la basse atmosphère (<
          2000 m) sur ces zones ;
        – Compromet la restitution de profil verticaux (VAD) ;
        – Dégrade la qualité de restitution des champs volumiques de vent.

    * Résolution modèle Arome : 2km = ordre de grandeur de la résolution radar 1km

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                   Conséquences sur les prévisions

   En prévision numérique

         – Perte de données pour le nouveau modèle à maille fine AROME ;
         – Moindre performance par rapport aux attentes d’amélioration.


   En prévision immédiate

         – Forte perte de performance dans le suivi des phénomènes dangereux ;
         – Préjudice dans la chaîne d’alerte.




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PARTIE II

                                                Coordination




20/10/06   Commission Environnement du Conseil Supérieur de la Météorologie
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                                      Mesures de Protection Nationales
                Circulaire du Ministère des Transports du 17 février 2006
                   – Constat : Servitudes actuelles insuffisantes ;
                   – Rappel : Radar essentiel à la Sécurité Civile ;
                   – Demande : Favoriser la concertation en communiquant à Météo-France, les
                     éléments décisifs des parcs (coordonnées, caractéristiques, dimensions,
                     Surface Equivalente Radar)

                Groupe de travail Inter-service à Météo-France
                   – Gère les aspects organisationnels et la communication ;
                   – Emet les règles de coordination ;
                   – Instruit des dossiers
                             • Calcul des zones d’impact à partir de SER fournies ou utilisation de valeur par défaut* ;
                             • Calcul de l’occultation des faisceaux.

                Remarques: des actions similaires ont été engagées par l’Aviation Civile et
                 la Défense.


* En cas de valeurs fournies très largement inférieures à celle par défaut la preuve de leur représentativité est à la charge de l’opérateur
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                     Mesures de protection : Zonage
       Zonage proposé dans le CCE5-ANFR, repris par Météo-France, adopté par le groupe OPERA




                                                 Zone de Protection :
                                                        – Aucun parc éolien dans cette zone ;
                                                        – 5 ou 10 km selon la fréquence d’émission
                                                          (Bande de fréquence C ou S)
                                                 Zone de Coordination :
                                                        – Restrictions importantes dans ces zones ;
                                                        – Respect des règles de coordination ;
                                                        – 20 ou 30 km selon la fréquence d’émission
                                                          (Bande de fréquence C ou S)
                                                 Couverture :
                                                        – Zones de coordination : 7,7 % territoire
                                                          métropolitain.



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                       Mesures de protection : Coordination
   Calcul de l’occultation du faisceau
      –    À partir des dimensions et des positions des éoliennes.
   Calcul des Zones d’impact
      –    À partir de la SER et des positions des éoliennes.
    Principales Règles de coordination
      –     Occultation faisceau < 10% ;
      –     Dimensions des zones d’impact < 10 km ;
      –    Dispersion des zones d’impact : éloignement > 10 km Zones d’Exclusions
           Mutuelles (ZEM) ;
      –     Prise en compte des sites sensibles au risque météorologique.




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                   Mesures de protection : Coordination


 Calcul de l’occultation du faisceau
      – à partir des dimensions et des positions des éoliennes.
 Calcul des Zones d’impact
      – à partir de la SER et des positions des éoliennes.
     Principales Règles de coordination
      – Occultation faisceau < 10% ;
      – Dimensions des zones d’impact < 10 km ;
      – Dispersion des zones d’impact : éloignement > 10 km → Zones
        d’Exclusions Mutuelles (ZEM) ;
      – Prise en compte des sites sensibles au risque météorologique.




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                   Illustration : occultation du faisceau




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        Zone d’impact créée par une éolienne (Doppler)




                               Coupe horizontale

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                   Mesures de protection : Coordination




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                     Mesures de protection : justification


   Zone de Protection
        – Dans cette zone (10%);
        – Echos éoliens de forte puissance (saturation du récepteur).
   Zone de Coordination
        – Dans cette zone (
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                   Mise en œuvre de la coordination


 Mise en place d’un site « extranet » (tous les doc. nécessaires) ;
 Instruction des dossiers séquentiellement ;
 Avis formulés en conséquence du respect des critères de
  coordination .




08 décembre 2006        Comité de pilotage Eolien - DRIRE Midi-Pyrénées
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                   Bilan sur les Mesures de Protection
 Impacts forts car les éoliennes sont très réflectives et de plus en
  plus nombreuses ;
 Conséquences :
      – Contraintes fortes ;
      – Nombreux avis négatifs dans les ZC (Zone de Coordination).

 Coordination entre acteurs difficile à mettre en œuvre :
      – Impact souvent mal compris et sous-estimé par les acteurs éoliens ;
      – Peu de solution pour des parcs comportant plus de 10 éoliennes déjà implantées
        dans les ZC :
             • Diminuer les SER  marge de réduction faible ;
             • Réduire les parcs  difficile (viabilité des projets) ;
             • Traitement du signal  peu réaliste à cours ou moyen terme dans un
               contexte temps réel/réseau opérationnel dense et coûteux (24 radars) :
                   – Rien n’existe à ce jour.

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               En conclusion : pour la sécurité de tous


 Météo-France déconseille l’implantation de parcs éoliens dans le
  périmètre de sécurité opérationnel du radar (Zone de Coordination) ;


 Il est nécessaire de prendre en compte l’impact négatif des éoliennes
  sur les données radar ;


 Le radar est un élément essentiel de la protection des personnes face
  aux risques météorologiques majeurs.




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