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EDF finance un programme de recherche de l’X sur les énergies solaires

Dans le cadre du programme Previnergy, le Laboratoire de météorologie dynamique de l'X va mener des recherches visant à améliorer la compréhension des brouillards pour perfectionner un logiciel de prévision de la production d’électricité à partir de l’énergie solaire. Des recherches subventionnées par les clients d’EDF via l’offre renouvelable.

L’École polytechnique et le groupe EDF ont signé en novembre 2015 un accord de recherche portant sur le programme « Previnergy » destiné à améliorer la prévision de production d’électricité photovoltaïque à destination des industriels. Objectif à terme : développer et optimiser la production d’énergies renouvelables à partir de fermes solaires.

Pour financer ces recherches, menées par le Laboratoire de Météorologie Dynamique (CNRS, École polytechnique-ENS-UPMC), EDF va faire appel à ses clients. Le groupe vient de lancer sa nouvelle offre d’électricité 100 % renouvelable qui s’adresse à 25 millions de particuliers en leur garantissant que, pour la totalité de leur consommation, l’équivalent en électricité d’origine renouvelable sera produit et injecté sur le réseau. En complément, pour chaque MWh (mégawatt-heure) consommé par les clients de l’offre renouvelable, EDF s’engage à reverser deux euros au programme de recherche Previnergy. Ce financement va permettre le recrutement courant 2016 d’un doctorant au sein du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) pour mener les travaux de recherche.

Afin d’aider les industriels à exploiter au mieux leur production d’électricité solaire, le chercheur recruté se concentrera sur la compréhension des processus intervenant dans le cycle de vie des nuages et en particulier des brouillards. L’idée étant de mieux comprendre leur fonctionnement pour améliorer leur prévision. « Le lien entre le rayonnement solaire incident à la surface et les nuages est simple : la production d’énergie solaire peut être divisée par deux lors d’un épisode nuageux », explique Martial Haeffelin, spécialiste de l’observation atmosphérique et qui effectue ses recherches au Laboratoire de Météorologie Dynamique.

L’énergie solaire produite dépendant des conditions météorologiques, il est donc primordial de pouvoir prévoir l’évolution de sa production pour gérer l’équilibre offre-demande. Les situations nuageuses peuvent créer des déficits de production et de fortes intermittences, c’est-à-dire l’alternance de phases d’ensoleillement hautes puis faibles. Les brouillards et stratus bas peuvent affecter la production d’énergie solaire de manière imprévue car la capacité de prévoir ces nuages reste limitée.

Les travaux de ce programme de recherche serviront notamment à l’amélioration du logiciel de prévision Pvscope. Cet outil, issu d’un projet développé au sein du LMD en collaboration avec EDF depuis 2011, permet d’anticiper la production d’énergie solaire pour les heures et jours à venir. Cet instrument de prévision intègre trois types d’informations : des données de production, des données d’imagerie satellitaire et un modèle météorologique de prévision numérique du temps. « Ce modèle de prévision permet de réaliser des simulations numériques de l’évolution de paramètres atmosphériques à partir d’outils mathématiques. Le modèle intègre régulièrement des informations provenant de mesures sur l’état de l’atmosphère telles que la température, l’humidité et la pression atmosphérique », résume Martial Haeffelin. Ces équations permettent de calculer l’évolution dans le temps de ces paramètres.

Mais alors que le modèle calcule de façon autonome l’évolution de la température, de l’humidité et de la pression, il n’est en revanche pas capable de le faire pour les nuages. « Le modèle n’a pas une résolution suffisamment fine pour visualiser de façon précise les nuages dont l’évolution relève de l’échelle du mètre au micromètre, poursuit Martial Haeffelin. Et cela est d’autant plus difficile avec les brouillards et les nuages bas qui, eux sont affectés par des hétérogénéités de très petite échelle, impactant ainsi leur formation et dissipation de manière complexes ». Les recherches viseront donc à exploiter les informations contenues dans les données d’imagerie satellitaire pour évaluer l’évolution des brouillards et stratus en temps réel. En combinant les informations de la prévision numérique du temps avec celles des observations satellites, il est possible d'améliorer la prévision de production d’énergie solaire sur les 1 à 6 heures à venir.

Dans un premier temps, l’objectif du programme Previnergy sera de développer de nouvelles fonctionnalités du logiciel Pvscope et de travailler sur des méthodes pour mieux prévoir les nuages et leur impact sur la production d’électricité pour l’énergie solaire.
Autre but de ces recherches, étendre l’utilisation de l’outil. Jusqu’ici expérimenté au niveau de deux fermes solaires situées sur l’île de la Réunion, région choisie pour son ensoleillement et la complexité de ses reliefs propices à la formation des nuages, le logiciel pourrait, d’ici trois ans, être utilisé pour les besoins de prévision de l’énergie photovoltaïque produite par des fermes de taille moyennes et grosses en France et même en Europe.
En plus du recrutement d’un doctorant, les moyens alloués à ces recherches seront susceptibles d’être réévalués : « Plus les particuliers vont souscrire à l’offre d’EDF, plus nous allons pouvoir développer le programme Previnergy », s’enthousiasme Martial Haeffelin qui espère pouvoir, dans un second temps, étendre les recherches à d’autres laboratoires de l’École polytechnique travaillant eux aussi sur les énergies renouvelables.