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La modélisation au service de la réalité géographique dans le domaine de l'énergie

Le rayonnement solaire incident au sol est considéré par le GCOS (Global Climate Observing System) comme une variable climatologique essentielle. En plus de ces applications dans le domaine de la climatologie, la connaissance du rayonnement solaire est d'un grand intérêt dans d'autres domaines comme les énergies renouvelables (biomasse, systèmes photovoltaïques, thermiques ou thermodynamiques), la santé (cancer de la peau, sclérose en plaque), l'architecture, l'agriculture, la foresterie ou encore l'océanographie. Les utilisateurs publics et privés de données relatives au rayonnement solaire ont besoin d'un accès facile et rapide à cette information, sous forme ponctuelle ou sous forme de cartes à l'échelle locale, régionale, ou nationale.

Les images issues de satellites météorologiques en orbite géostationnaire comme la famille de satellites européens METEOSAT apparaissent comme les plus appropriées pour couvrir une grille d’échantillonnage de haute résolution, régulière dans l’espace et dans le temps. Les stations de mesures pyranométriques au sol n’offrent en effet pas ces avantages : répartition irrégulière nécessitant des interpolations ou extrapolations qui diminuent la précision du résultat, dates de mises en service différentes, format des données et unités de mesure non standardisés, accès aux données non centralisé et le plus souvent sous une forme non adaptée aux besoins des utilisateurs, rendant finalement leur coût assez important.

Le Centre Observation, Impacts, Energie (O.I.E.) du Département Energétique et Procédés de MINES ParisTech apporte une réponse innovante aux besoins des utilisateurs, d’une part dès 1986 en développant la famille de méthodes Heliosat qui permettent de convertir des images de satellites géostationnaires en carte de rayonnement global incident au sol, d’autre part en implémentant une chaîne de traitement opérationnelle en temps réel entre la réception de l’image, son traitement par Heliosat-2, et son exploitation dans le système de base de données HelioClim et à tout moment (European Solar Radiation Atlas, ESRA 2000), et un mode empirique d'extinction du rayonnement obtenu dû à la présence de nuages.

Les images Météosat de première génération ont permis l'élaboration de la première base de données HelioClim-1 (Cros et al., 2004). Elle contient 118500 pixels, format B2, valides (les pixels pour lesquels le satellite ou le soleil à midi sont vus sous un angle inférieur à 15° sont éliminés, ne pouvant être traités correctement).

La résolution spatiale est d’environ 30 km à l’équateur. La résolution temporelle de 3 heures ne permet de fournir, avec suffisamment de précision, qu’une valeur de rayonnement journalier, de 1985 à fin 2005.
Depuis février 2004 la seconde génération de satellites Météosat a pris le relais, avec des capteurs de meilleure résolution temporelle (1/4 horaire) et spatiale (3 km à l’équateur). Une nouvelle base de données HelioClim-3 a été créée, contenant des données de rayonnement solaire depuis cette date jusqu’à aujourd’hui. Cette base de donnée est réactualisée par des procédures automatisées et opérationnelles, en quasi-temps réel, à partir de la réception tous les 1/4h des images issues de capteur SEVIRI de Meteosat Second Generation.

HelioClim-1 est accessible en ligne dès 2002 puis HelioClim-3 à partir de février 2004. La mise à disposition de l’information sur le site web SoDa (Solar Irradiation Database) rend accessible l’estimation de la ressource solaire sur environ un tiers du globe terrestre depuis 1985, soit sous forme de cartes, soit sous forme de séries temporelles intra-horaires, horaires, journalières ou mensuelles. Depuis 2009, les services SoDa sont entièrement gérés sur les plans commerciaux et développement industriel par la société Transvalor, filiale d’Armines. En 2010, on comptait environ 50 000 utilisateurs, dont quelques dizaines d’abonnés aux services payants, et environ 1,5 millions de requêtes sur la base HelioClim-3. Depuis 2011, la base de données HelioClim-1 est disponible gratuitement.

• Contacts : Mireille LEFEVRE, Lucien WALD, Benoît GSCHWIND, Lionel MENARD, Philippe BLANC

Extrait des Carnets de Correspondances n° 1 - MINES ParisTech, Sophia Antipolis, juin 2011
(voir aussi les Carnets de Correspondances n° 5, septembre 2013)