Adaptation des fichiers météo de La Réunion
Acronyme : TMY-RUN
Programme : Projets de Recherche, Développement ou Innovation (RDI)
Mots-clés : Energie / Urbanisme / Bâtiment
Contexte : La Réunion est un territoire français faisant face à de nombreux challenges socio-economiques (chômage, dépendance aux importations, logement, energie, mobilité…) exacerbés par sa nature insulaire. L’adaptation au changement climatique à travers la transition énergétique est une problématique transversale à ces challenges et représente un élément stratégique central pour le territoire. Dans ce cadre, un plan d’action a été défini pour atteindre une production d’électricité 100% renouvelable d’ici 2028 (PPE). Cet objectif ambitieux est à mettre en regard du fait que la Réunion est une Zone Non Interconnectée (ZNI), elle constitue un réseau énergétique isolé du reste du monde. Par conséquent, une condition d'atteinte de l’autonomie énergétique est l’exploitation optimale des gisements énergétiques sur l'île, qu’ils soient d’origine locale (solaire, hydraulique, biomasse, éolien, géothermique…) ou importé (hydrocarbure, biomasse…), conjugué à une consommation énergétique raisonnée. Ce contexte énergétique est aussi à mettre en parallèle avec le climat tropical complexe de La Réunion. En effet, la géographie (morphologie) de l'île fait qu’il existe plus de 80 microclimats sur les 2512 km² de terres que compte la Réunion. Concernant la production d'énergie renouvelable, la Région Réunion a concentré son effort sur l’exploitation du gisement solaire à travers l’eau chaude sanitaire avec des panneaux thermiques et le photovoltaïque (PV). Dimensionner au plus juste une centrale de production est donc un enjeu majeur. Par ailleurs, une part importante de la consommation énergétique du territoire est imputable au refroidissement des bâtiments afin d’assurer le confort des usagers. En réponse, au cours des 20 dernières années un savoir-faire local autour de la conception bioclimatique basée sur la ventilation naturelle à été développé et est maintenant internationalement reconnu. Ces deux activités, apparemment indépendantes, sont cependant liées par le besoin de caractérisation du gisement et des contraintes climatiques nécessaires au bon dimensionnement des solutions. Ces solutions développées localement et quotidiennement par les bureaux d’études doivent s’appuyer sur des données climatiques et météorologiques de références, notamment pour réaliser des études par Simulation Thermique Dynamique (STD). La représentativité de ces données va donc avoir un impact fondamental sur la performance des systèmes conçus. Actuellement, les données de références, qui prennent la forme d’années météorologiques types (Typical Meteorological Year (TMY) en anglais), sont issues du projet Perene et datent de 2006. Elles sont basées sur une quinzaine d'années d’historique météorologique, mesurées entre 1990-2005 sur les stations du réseau de Météo France et du CIRAD. Certes, ces années types permettent de réaliser des études mais ne sont plus à la hauteur des enjeux actuels. En effet, les progrès réalisés dans le suivi du climat et en techniques de conception sur les 10 dernières années permettent de prendre en compte la spécificité d’un climat localisé au site de construction de l’ouvrage, que ce soit une centrale solaire ou un bâtiment. De plus, depuis 2006, le climat à changé et va continuer à changer. Doter les professionnels de données météorologiques à jour et localisées finement est donc un enjeu fort pour les acteurs locaux et est l’objectif global du projet. Dans le contexte du changement climatique, il est aussi important de doter les professionnels de TMY représentatives de différentes projections climatiques établies par le GIEC. Cet objectif sera adressé par le projet MOCA déposé à l’AMI FEDER piloté par la Région Réunion et porté par les mêmes partenaires. Dans le cadre de MOCA, les développements envisagés portent sur la génération d’années météorologiques types représentatives de 3 scénarios du GIEC (2030 - 2050 et 2100) pour les stations météorologiques du réseau de Météo France dans l’Océan Indien. Les projets TMY-RUN et MOCA sont donc très fortement complémentaires. Même si ces projets sont dédiés à La Réunion, les méthodes développées pourront être appliquées à d’autres territoires du bassin Océan Indien couvert par le projet BRIO, comme Mayotte.
Description : En tant que Zone Non Interconnecté, l'ile de La Réunion ne pourra réaliser sa transition énergétique qu’en maximisant les sources de productions renouvelables et en maîtrisant sa consommation d’énergie. Pour cela, les systèmes de conversion énergétique doivent être dimensionnés aux mieux, notamment vis-à-vis de la complexité du climat local (environ 80 microclimats répertoriés). Dans ce cadre, les données climatiques d’entrée utilisées, notamment dans la conception des systèmes solaires (photovoltaïque et thermique) et des bâtiments, sont standardisées sous formes d’années représentatives partagées sous la forme de fichiers appelés TMY (Typical Meteorological Year). Actuellement, les fichiers utilisés exploitent des données anciennes (avant 2009) issues de quelques stations de mesures. Depuis, le nombre de stations et la qualité des données a augmenté et le projet BRIO mené par Météo France a permis de générer des données climatiques sur tout le territoire réunionnais à une résolution de 2.5 km et un pas quotidien. L'existence de telles données met en évidence la nécessité et l’opportunité de construire de nouveaux fichiers TMY pour, entre autre, prendre en compte la dérive climatique déjà à l'œuvre par actualisation temporelle et la complexité du climat par une localisation fine des sources de données. Ce sont les principales finalités du projet. En termes opérationnels, le projet à trois objectifs : Générer des données météorologiques types spatialisées représentatives de la multitudes de microclimats présents à La Réunion et du climat récents en s’appuyant sur les réseaux de stations météorologiques existants et sur les résultats du projet BRIO ; Qualifier la représentativité et le gain en qualité pour les usagers des données météorologiques types générées ; Maximiser l’utilisation des données générées par les concepteurs de bâtiments et de systèmes PV. Pour atteindre l’objectif 1, une descente d’échelle temporelle sera menée pour transformer les données quotidienne du projet BRIO en données horaires, cela demande d’adapter des méthodes existantes. Suite à cela, les données stations qui sont déjà au pas de temps horaire et les données BRIO horaires seront transformées respectivement en TMY localisées et spatialisées. L’objectif 2 sera réalisé par une double validation, une par intercomparaison et une par une validation des usages par expert métier. L’intercomparaison des TMY générées, avec les données météorologiques brutes et avec des TMY de référence, permettra de valider leur représentativité météorologique. L’exploitation des TMY spatialisées et localisées dans des simulations réalisées par des bureau d’études expert (production PV et STD) permettra de confronter les résultats à des mesures existantes et ainsi apprécier le gain de performance. Enfin, la mise à disposition des TMY en open-data et la diffusion des bonnes pratiques associées à ces nouvelles TMY auprès des acteurs du territoire, à travers des webinaires et des workshop, permettront d’atteindre l’objectif 3. Le projet vise donc à doter le territoire réunionnais et ses concepteurs des données nécessaires à une meilleure prise en compte des évolutions climatiques passées et en cours. En effet, si les méthodes développées dans le projet sont appliquées aux données historiques récentes, elles pourront être ré-appliquées facilement sur d’autres données. Par exemple, l’actualisation des TMY chaque année permettra de suivre au plus juste la dérive climatique. Les projections climatiques du GIEC pourront elles aussi être transformées en TMY à moindre coût. Cette action complémentaire est incluse dans le projet MOCA déposé à l’AMI FEDER piloté par la Région Réunion. Par ailleurs, les méthodes développées pourront être appliquées pour d'autres territoires couverts par le projet BRIO, comme Mayotte, pour lesquels le manque de données spécifiques ne permet pas des conceptions optimales. La présentation des tâches réalisées par les 4 partenaires est à retrouver ci-dessous : Lot 1 : Génération de TMY (Université et Météo France) T1.1 - Collecte et filtrage des données stations (100 % UR) : Centralisation des données pertinentes à partir des sources identifiées et ouvertes (réseau de station Météo France, CIRAD et IOS-Net) Qualification de la données (profondeur temporelle, complétude). Environ 22 stations météo présentent plus de 10 années de données Filtrage T1.2 - Collecte et descente d’échelle temporelle des données BRIO (100 % UR) : Centralisation des données pertinentes parmi celles mises à disposition par Météo France Mise en oeuvre de techniques de descente d’échelle temporelle. Des méthodes de complexités croissantes seront implémentées jusqu’à obtenir un résultat satisfaisant. Cela sera atteint si les données horaires générées sont statistiquement représentatives des données horaires et quotidiennes des stations de mesures. Les méthodes envisagées seront basées sur, par ordre de complexité, les modèles statistiques multivariés (régression linéaire vectorielle, VARMA…), le machine learning et le deep learning. La performance du processus de descente d’échelle n’est pas garantie d’être égale sur toutes les données, une adaptation ciblée sera effectuée. T1.3 - Génération de TMY (100 % UR) : Implémentation de la méthode de génération de la norme Génération des TMY localisée (TMY-stations) à partir des données de la tâche T1.1 et spatialisées (TMY-BRIO) à partir de des données de la tâche T1.2 T1.4 - Accompagnent expert (100 % Météo France) : Météo France accompagne l’UR dans ses développements en partageant son expertise sur la nature et la qualité des données exploitées. Météo France apporte un regard critique sur les développements entrepris pour en augmenter la qualité. Livrables attendus : Ensemble d’années représentatives composé des 22 TMY-stations et des TMY-BRIO (environ 150 stations en restreignant aux zones susceptibles d'être utilisables pour la construction et l'agriculture) Chaîne algorithmique implémentée en Python Lot 2 : Intercomparaison (Université et Météo France) T2.1 - Intercomparaison météorologique (100 % UR) : Analyse de l’équivalence statistique entre les TMY-BRIO et les données des stations de mesures. Un score de représentativité sera établi pour chaque fichier TMY-BRIO correspondant à une station au sol. Comparaison statistiques entre données mesurées, TMY-stations et TMY-BRIO et des TMY actuellement disponibles (Perene, PVGIS, Meteonorm). T2.2 - Intercomparaison métier (100% UR) : Choix de cas de calcul simples et représentatifs de situations classiques de conception (PV et bâtiment) Etude de paramétrique numérique de l’effet du choix de TMY sur les résultats des simulations Livrables attendus : Publication scientifique présentant la méthode de génération des TMY-BRIO et donnant les indicateurs statistiques de leur représentativité par rapport au TMY-stations et aux TMY actuellement disponibles Lot 3 : Validation (Résiliens et ACR) T3.1 - Validation bâtiment (90 % Resiliens, 10% UR) : Exploiter des cas de calcul de 3 bâtiments existants dont un historique de données existe (données de consommation et de confort) : Bâtiment administratif Enerpos du campus de Terre Sainte à St Pierre - Amphithéâtre du Moufia à Saint Denis - Bâtiment tertiaire COREM au Port Faire les simulations en exploitant trois sources de TMY : perene, Météonorm et celles générées dans le projet Faire une analyse critique qualitative pour donner confiance aux futurs utilisateurs des données T3.2 - Validation Photovoltaïque (90 % ACR, 10% UR) : Modélisation de 7 systèmes PV en exploitation à la Réunion réparties sur tout le territoire (GRANACE : St Louis ; ATEXIA : La Possession ; SETB : St Denis ; Clermont II : St Paul ; OCEAN II : St Pierre ; GARAGE SCF : St Benoit ; Clermont III : St Marie). Simulation de la production de 7 centrales avec les TMY générées dans le projet Analyse critique quantitative par comparaison avec l’historique de mesure disponible Livrable attendu : Rapport d’expertise avec un accès public pour la partie bâtiment et restreint aux membres du projet pour la partie PV (les données de mesures sont la propriété d’ACR) Lot 4 : Dissémination (Université) T4.1 - Mise à disposition (100 % UR) : Hébergement de données en opendata et développement d’un portail d’accès web (TMY générées - fichiers sources des outils numériques développés en open source) T4.2 - Promotion (100 % UR) : 4 séminaires d’appropriation des TMY localisées et spatialisées organisé sur La Réunion (2 avec TEMERGIE dont 1 à la fin du projet - 1 avec la CINOV à la fin du projet - Journée du Bâti Tropical organisé par la technopole) 2 Workshop pour exploiter les données sur des cas pratiques à la fin du projet (1 en présentiel et 1 en ligne) Livrable attendu : TMY validés accessible en open-data Supports de présentation des séminaires et des workshop
Objectifs et résultats attendus : Le projet TMY-RUN ambitionne de mettre à disposition des concepteurs de systèmes, des données météorologiques de qualité leur permettant de dimensionner et d’étudier le comportement de systèmes tels que des bâtiments, des systèmes de traitement d’air ou encore des centrales solaires, quel que soit leur emplacement sur le territoire réunionnais. Pour mettre oeuvre cette ambition, le projet TMY-RUN s’articule autour de trois objectifs principaux : Objectif 1 : Générer des données météorologiques types spatialisées représentatives de la multitudes de microclimats présents à La Réunion et du climat récents en s’appuyant sur les réseaux de stations météorologiques existants et sur les résultats du projet BRIO. Objectif 2 : Qualifier la représentativité et le gain en qualité pour les usagers des données météorologiques types générées. Objectif 3 : Maximiser l’utilisation des données générées par les concepteurs de bâtiments et de systèmes PV. Le projet sera un succès si les années représentatives générées sont massivement exploitées par les concepteurs de projets Réunionnais. L’atteinte de cet objectif nécessite de lever les quatre verrous scientifiques et techniques décrits dans le tableau suivant. Objectifs Verrous associé Lots et tâches Objectif 1 Comment combiner des méthodes descentes d’échelle spatiale et temporelle pour obtenir des années météorologiques types horaires spatialisées ? Lot 1 Objectif 2 Quelle sera la représentativité des TMY spatialisées générées ? Lot 2 Objectif 3 Quel sera le gain de précision en simulation pour les usagers des TMY spatialisées ? Lot 2, Lot 3 et Lot 4
Bénéficiaire : AUTO CONSOMMATION REUNION
Localisation : La Réunion, La Réunion, FRANCE
Début : 01/10/2024 — Durée : 24 mois
Budget total : 238775.74 € — Aide ADEME : 188625 €
Statut : Suivi du projet