Estimation de l’irradiation solaire sur le plateau des Guyanes, apports de la télédétection satellite.

Doctorant : Tommy ALBARELO
Date : 07 décembre 2016
Directeurs de Thèse : Madame Frédérique SEYLER, Directrice de recherche de l’IRD et co-directeur Monsieur Laurent LINGUET, Maître de Conférences habilité à diriger des recherches à l’Université de Guyane.

Résumé : La connaissance du rayonnement solaire, ou irradiation solaire, à la surface de la Terre est d’un grand intérêt dans de nombreux domaines. Sur le plan énergétique, la nécessité de réduire les rejets de gaz à effets de serre impose la substitution des énergies fossiles par des énergies renouvelables. Cependant le développement de systèmes utilisant l’énergie solaire nécessite des données sur le rayonnement solaire denses (spatialement et temporellement) et suffisamment précises pour simuler, concevoir, gérer et optimiser le fonctionnement de ces systèmes.

L’objectif principal de cette thèse est de concevoir et développer une méthode d’estimation de l’irradiation solaire applicable à la zone intertropicale.

Les travaux de la première partie se concentrent sur la recherche d’une solution méthodologique pour estimer le l’irradiation solaire sur la partie Nord du continent Sud- Américain (Plateau des Guyanes) avec une haute résolution spatiale et temporelle et une précision similaire à celle des aux autres méthodes opérationnelles sous d’autres climats. Pour cela, nous avons sélectionné une approche basée sur l’extension fonctionnelle d’une méthode d’estimation (Heliosat-2) actuellement exploitée avec le satellite Meteosat (zone Europe et Afrique) afin d’étendre son exploitabilité au satellite GOES (zone Amérique). Nous avons réalisé l’optimisation de cette méthode afin de proposer des estimations de l’irradiation solaire à haute résolution temporelle et spatiale dans cette région du monde ou elles ne sont pas disponibles. Les questions de recherche abordées concernent l’évaluation des paramètres pertinents qui conditionnent l’efficacité d’une méthode d’estimation originellement conçue pour un satellite donné et optimisée afin de la rendre exploitable avec des données issues d’un autre satellite. Nous y décrivons les données exploitées, les modifications apportées à la méthode et la validation des estimations faites avec la méthode modifiée en les comparant aux mesures opérées par six stations météorologiques localisées en Guyane Française.

Dans la deuxième partie, nous proposons d’améliorer les estimations d’irradiation solaire obtenues dans la première partie, notamment celles faites en ciel couvert. En effet, si en moyenne annuelle les estimations d’irradiation sont satisfaisantes, une analyse intra-annuelle montre que les erreurs de biais sont très variables selon le type de ciel. La méthode modifiée génère des estimations ayant une précision satisfaisante en ciel clair, et des estimations ayant une précision insuffisante en ciel couvert. Le Plateau des Guyanes étant une zone fortement affectée par la ZIC et avec des passages nuageux très fréquents, il nous est apparu nécessaire de compléter les modifications apportées à la méthode originelle en introduisant une modélisation du ciel couvert. Cette modélisation permet de mieux rendre compte des phénomènes d’atténuation en ciel couvert qui affectent l’irradiation solaire sans toutefois induire de dégradation de la qualité des résultats par ciel clair. Le choix du modèle de ciel couvert est discuté, une analyse de sensibilité est conduite afin de calibrer le modèle de ciel couvert choisi, et la validation des estimations de l’irradiation solaire est réalisée en ciel clair et en ciel couvert pour démontrer l’intérêt de la démarche.

Dans la troisième partie, nous proposons de réaliser des cartographies d’indicateurs en utilisant les estimations d’irradiation obtenues avec la méthode Heliosat-2 modifiée. Les tâches réalisées dans cette partie permettent de caractériser la quantité d’irradiation solaire reçue sur le Plateau des Guyanes, sa variabilité ainsi que d’autres paramètres utiles. Les indicateurs créés renseignent sur l’exploitabilité de l’irradiation solaire par des systèmes de production d’énergie à base solaire.

Enfin, nous concluons sur les avancées obtenues en termes de connaissance sur l’irradiation solaire et sur son exploitabilité sur le Plateau des Guyanes. La méthode d’estimation de l’irradiation solaire que nous avons validée a permis de créer la première cartographie du potentiel solaire sur le Plateau des Guyanes. Divers indicateurs sur l’irradiation solaire ont été extraits. Nous discuterons des résultats obtenus, de leurs limites, de leurs applications potentielles et nous formulons plusieurs perspectives qui s’inscrive dans la continuité du travail réalisé.

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