A propos de Callendar
Callendar est une start-up spécialisée dans l’évaluation des risques climatiques à l’échelle locale. Notre objectif est d’aider les entreprises ou les organismes publics à prendre des décisions informées pour améliorer la résilience climatique de leurs projets. Nous vous proposons des résultats rapides, opérationnels et sur-mesure grâce à des méthodologies et des outils conçus pour allier réactivité et rigueur scientifique. Cette étude de cas propose un aperçu des données et des méthodes que nous pouvons mettre à votre disposition pour évaluer et réduire l’impact du changement climatique sur un projet hydroélectrique.
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L’hydroélectricité : une richesse exposée aux risques climatiques
L’hydroélectricité est une ressource importante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et atténuer les changements climatiques mais les projets hydroélectriques sont aussi vulnérables aux effets du changement climatique. Pour assurer leurs performances à long-terme, notamment en matière de sécurité, de rentabilité économique et d’environnement, les projets doivent prendre en compte les conditions climatiques futures dans lesquelles ils auront à fonctionner.
Dans cette étude de cas, nous utilisons la méthodologie récemment publiée par l’International Hydropower Association dans le cadre d’un projet fictif.
Aperçu de la méthodologie proposée par l’IHA
Phase 1: Project risk screening
Cette phase débute pendant l’étude de faisabilité du projet, à un moment où les principales orientations techniques et économiques sont déjà définies mais restent modifiables. Son objectif est d’aboutir à une évaluation qualitative des risques climatiques à partir des caractéristiques et du contexte du projet, d’informations publiques et de la consultation des parties-prenantes.
Elle comprend la définition d’indicateurs de performance. Pour chaque indicateur un objectif est défini ainsi, éventuellement, qu’un niveau de perte acceptable (c’est-à-dire la marge en dessous de l’objectif dans laquelle le projet reste viable). Les effets du changement climatique pour chaque indicateur sont évalués à partir d’études bibliographique et de données publiques.
Au terme de cette phase, il doit être possible de dire si le changement climatique peut rendre les objectifs de performance inatteignables ou s’il peut menacer la sécurité du projet, sa viabilité économique ou la continuité de la fourniture en électricité à l’échelle du réseau. Dans ce cas, une étude plus approfondie est nécessaire, sinon il est possible de passer directement à la phase 5.
Notre valeur ajoutée : Cette phase est conçue pour pouvoir être réalisée en interne par les acteurs du projet hydroélectrique. Callendar dispose cependant d’un accès à une large gamme de données climatiques, passées et futures, et d’un savoir-faire dans leur exploitation qui vous permettra de limiter l’investissement en temps et en argent nécessaire à sa réalisation.
Une étape importante de cette phase est d’accéder aux projections climatiques disponibles sur la zone du projet. Dans notre cas, le projet est situé est en Europe, une zone très bien couverte par les modèles climatiques. Nous avons retenu deux scénarios d’émissions : une scénario modéré (RCP4.5) et un scenario pessimiste (RCP8.5). Pour chaque scénario, nous nous sommes basés sur 20 projections réalisées dans le cadre du projet CORDEX avec une résolution spatiale de 11km environ et un pas de temps quotidien.
Notre objectif à ce stade est de permettre à notre client d’appréhender simplement l’ampleur des changements possibles. Nous nous concentrons donc sur la visualisation d’indicateurs simples.
A titre d’exemple, les graphiques ci-dessous permettent de visualiser l’évolution de la température, des précipitations et de l’aridité sur le bassin versant amont du projet :
Les précipitations augmentent sensiblement sur les 30 ans qui viennent mais avec des disparités importantes selon les saisons : en particulier, la hausse de la température est plus marquée en automne ce qui entraine une augmentation de l’évapotranspiration et donc de l’aridité.
Notre valeur ajoutée : Nos outils de visualisation des données climatiques, disponibles sur étagère, sont bien adaptés à l’approche qualitative adoptée pour cette phase. Ils vous permettront d’évaluer rapidement l’ampleur des changements climatiques possibles sur la région du projet et le niveau d’incertitude.
Ces évaluations sont basées sur le résultat médian de l’ensemble des projections utilisées. Il est utile de quantifier les incertitudes en évaluant le niveau de consensus entre les différentes modèles. La figure ci-dessous présente un exemple de répartition de différents modèles pour l’évolution de précipitations mensuelles cumulées un bassin versant à l’horizon 2021-2050 :
On voit que le sens des évolution est relativement consensuel mais que l’ampleur des variations peut changer sensiblement d’un modèle à l’autre. Ces incertitudes interdisent souvent de conclure simplement sur l’impact du changement climatique sur un projet hydroélectrique. Dans ce cas, une étude plus approfondie est nécessaire.
Phase 2: Initial analysis
L’objectif principal de cette phase est d’établir un climat de référence pour le projet. Généralement, cette référence doit représenter les conditions climatiques actuelles. Cela pose deux problèmes :
- La disponibilité et la fiabilité des observations : déterminer le climat local nécessite des observations météorologiques détaillées sur une période suffisamment longue (au moins 30 ans)
- L’évolution du climat pendant la période d’observation : le climat actuel ne correspond pas nécessairement au climat moyen des 30 dernières années
Comme les observations météorologiques sont généralement rares et très inégalement réparties géographiquement, nous utilisons généralement des données météorologiques réanalysées, c’est-à-dire interpolés sur une grille régulière à partir d’observations et d’un modèle météorologique. Ces données peuvent être obtenue à l’échelle mondiale avec une bonne résolution spatiale et un pas de temps inférieure à la journée ce qui les rend bien adaptées pour ce type d’étude. Les observations météorologiques locales, via des stations-météos ou des bases de données globales (par exemple le Global Historical Climatology Network) sont utilisées pour vérifier la qualité des données réanalysées et, si nécessaire, à corriger leurs biais.
Ce jeu de données permet également de rechercher des tendances dans l’évolution du climat local au cours des dernières décennies. Si une tendance peut être identifiée, elle est comparée aux anomalies projetées par les modèles climatique régionalisés. Si la tendance est dans l’intervalle d’anomalie projetée, on peut supposer qu’elle représente effectivement l’évolution du climat. Dans ce cas, on prend comme climat de référence les données réanalysées, corrigés éventuellement de leur biais et ajustées de la tendance observée. Si les tendances dérivées des données réanalysées et des modèles ne converge pas, un choix devra être effectué sur le jeu de données à utiliser.
Notre valeur ajoutée : Notre expérience du travail avec les données météorologiques, réanalysées ou observées, et avec les modèles climatiques régionalisés, nous permet de vous offrir plus qu’un traitement statistique : de véritables conseils. Nous vous aiderons notamment à comprendre les données, leurs origines et leurs incertitudes et à interpréter les résultats de façon à en tirer une information avec une réelle valeur ajoutée.
Phase 3: Stress test
Cette étape est le cœur de l’étude. Son objectif est d’estimer quantitativement les performances du projet pour une variété de climats futurs possibles.
Conformément à la méthodologie proposée par l’IHA, les stress tests sont basés sur un modèle hydrologique du projet couplé avec des modèles techniques et économiques. Ce systèmes est soumis à des séquences météorologiques représentatives des climats futurs auxquels le projet pourrait être exposé. Les résultats obtenus sont comparés avec les objectifs de performances définis pendant la phase 1, la proportion de réalisations atteignant les objectifs est représentative de la résilience du projet.
La création des séquences météorologiques utilisées dans le stress test nécessite :
- Une étude détaillée des projections climatiques aux échelles de temps et d’espace pertinentes pour le projet de façon à s’assurer qu’aucun phénomène important n’est ignoré. Cela implique en particulier d’étudier plusieurs scénarios d’émissions et pour chaque scénario les projections réalisées par plusieurs modèles climatiques, y compris ceux dont les résultats divergent des autres. Pour chaque couple (scénario, modèle) ou (scénario, ensemble de modèles), une analyse statistique doit être effectuée afin d’évaluer la fréquence et l’intensité des phénomènes susceptibles d’impacter le projet, par exemple précipitations, sécheresses, événements métrologiques extrêmes…
- La sélection de 20 à 30 scénarios climatiques : sur la base de l’analyse précédente, un ensemble de scénarios est choisi de façon à couvrir toute la gamme des climats futurs possibles. Chaque scénario est caractérisé par la distribution de probabilité des variables climatiques (température, précipitations, vent…). Le choix des scénarios est propre au projet : pour de petits projets ou pour la rénovation d’infrastructures en fin de vie, certains scénarios jugés peu probables pourront être écartés tandis que pour des projets d’importance il pourra être utile de considérer même des scénarios très improbables combinant les caractéristiques les plus défavorables de diverses projections.
- Si nécessaire, la production de séries météorologiques pour chaque scénario à l’aide d’une générateur de météo : ces séries devront être adaptées au modèles hydrologique, technique et économiques notamment du point de vue du pas de temps, de la définition spatiale et du format électronique.
Notre valeur ajoutée : Callendar est spécialisé dans la fourniture de données climatiques pour les décisions industrielles, vous accompagner dans cette phase critique de l’étude est donc au cœur de notre expertise.
Enfin, le modèle technico-économique du projet est soumis aux séquences météorologiques définies et ses performances sont évaluées.
Phase 4: Climate risk management
Objectif et méthodologie
L’objectif de cette phase d’éliminer les vulnérabilités identifiées à l’étape précédente tout en s’assurant que le projet reste sûr, rentable et évolutif. Cela peut être fait en amenant des aménagements au projet ou bien en s’assurant que ces aménagements seront possibles à l’avenir si le scénario climatique correspondant se réalise.
Notre valeur ajoutée : Comme Callendar maitrise l’ensemble de la chaine de modélisation, vous pouvez tester sans contraintes les hypothèses et les options techniques de votre choix.
Sur la base des résultats du stress test, plusieurs combinaisons de mesures d’adaptation sont proposées. Le choix de ces mesures peut se faire par des méthodes d’aide à la décision ou bien par la consultation d’experts. Dans tous les cas, elles doivent cibler en priorités la sécurité de l’installation et doivent permettre des adaptations futures.
Le projet modifié avec chaque combinaison de mesures d’adaptation est soumis de nouveau au stress tests en s’appuyant sur les modèles et les séries météorologiques mis au points précédemment. Le résultat est une matrice représentant les pertes ou les gains pour chaque combinaisons de mesures d’adaptation et chaque scénario climatique rapporté au projet non-modifié soumis au climat de référence.
La meilleure combinaison pour adapter le projet au changement climatique est déterminée en utilisant 3 critères :
- Absence de risques de sécurité : les combinaisons qui présentent un risque de sécurité pour au moins un scénario climatique sont éliminées
- Pertes acceptables : une combinaison peut être conservée si elle conduit à des résultats inférieurs aux objectifs mais reste conforme aux niveaux de perte acceptables définis dans la phase 1, dans le cas contraire elle est éliminée
- Minimisation de la perte maximum : les combinaisons restantes sont classées en fonction de la perte qu’elles entrainent dans le scénario climatique qui leur est le plus défavorable
La combinaison retenue doit être celle présentant la plus petite perte maximale : elle est la plus résiliente et assure la sécurité du projet en restant dans l’intervalle d’incertitude acceptable pour les parties-prenantes. Si toutes les combinaisons sont éliminées, il faut envisager des aménagements supplémentaires voire l’abandon du projet.
Exemple pratique
Dans notre cas, nous avons 4 combinaison de mesures d’adaptation qui sont testées pour 4 scénarios climatiques : le climat de référence et une déclinaison locale des scénarios RCP4.5, RCP6.0 et RCP8.5 du 5e rapport du GIEC. Seules les performances financières et la sécurité sont évaluées.
Notre valeur ajoutée : On le voit dans cette phase : l’adaptation au changement climatique nécessite de traiter des volumes importants de données. Automatiser ces tâches permet de tirer le meilleurs parti des moyens limités disponibles pour l’adaptation au changement climatique, c’est une des convictions à l’origine de Callendar.
Cette approche présente une réelle valeur ajoutée dans cette phase puisqu’elle nous permet de reproduire le stress test presque sans intervention humaine, le coût marginal de chaque run est donc drastiquement réduit. Cela peut par exemple permettre, une fois les mesures d’adaptation définies de tester toutes les combinaisons possibles : la charge de travail est réduite pour le client puisqu’il n’est plus nécessaire de solliciter ses équipes pour proposer des combinaisons de mesures d’adaptation et on peut être certain que la combinaison optimale sera découverte.
La matrice résultat est la suivante :
Ce tableau peut être lu de la façon suivante :
- première ligne, première colonne : le projet dans sa version originale soumis au climat actuel sert de référence, par conséquent le niveau de perte financière est de 0
- première ligne, deuxième colonne : soumis à une séquence météorologique dérivée du scénario RCP4.5, le projet original subit une perte financière estimée à 2 millions d’euros par an en moyenne mais sa sécurité n’est pas compromise
- deuxième ligne, deuxième colonne : si le projet est modifié avec la combinaison de mesures #1, il obtient de meilleures résultats avec la même série météorologique, ses pertes moyennes sont réduites à 0.4 millions d’euros par an
Le projet original et les mesures d’adaptation #4 doivent être éliminées car elles présentent un risque de sécurité dans un moins un des scénarios climatiques. En supposant que toutes les autres combinaisons sont compatibles avec le niveau de perte acceptable, c’est la combinaison #2 qui présente le plus petit niveau de perte maximale et doit être retenue.
Phase 5: Monitoring, evaluation and reporting
L’étude se termine avec le choix d’une combinaison de mesures d’adaptation mais la résilience de l’installation devra être évaluée et améliorée tout au long de la vie du projet. De nouvelles mesures d’adaptation peuvent devenir nécessaires au fur et à mesure que le changement climatique se réalise.
Cette dernière étape a pour objectif de préparer ces révisions, notamment en s’assurant que :
- Les données, hypothèses et modèles utilisés au cours de l’étude sont documentés et que les choix effectués sont expliqués de façon à pouvoir être revus par la suite,
- Une méthodologie est définie pour évaluer régulièrement la résilience du projet, y compris un planning d’actualisations coordonné avec le programme de maintenance
- Une méthodologie est définie pour suivre l’évolution du climat local
- Les conditions dans lesquelles un réexamen de la résilience du projet est nécessaire sont déterminées à l’avance, ces conditions peuvent être par exemple la détection de nouvelles tendances dans le suivi de l’évolution du climat local, la publication de projections divergentes sur l’évolution locale du climat, des évolutions réglementaires, etc.
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