24 mai 2019

Etude de cas : améliorer la résilience climatique d’un projet hydroélectrique

A propos de Callendar

Callendar est une start-up spécialisée dans l’exploitation des projections climatiques dans le cadre de décisions d’entreprises ou d’organismes publics. Notre mission est de vous aider à prendre les bonnes décisions partout où le climat actuel ou futur compte. 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.

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Contexte

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 exposés 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.

International hydropower association's guideline fo climate adapation

Aperçu de la méthodologie proposée par l’IHA

 

Phase 1: Project risk screening

Objectif et méthodologie

Cette étude débute pendant l’étude de faisabilité du projet, à un moment où les principales orientations techniques et économiques sont déjà définies mais restent modifiables. L’objectif de cette phase 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 est susceptible de 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.

Cas pratique

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 optimiste (RCP4.5) et un scenario de laisser-faire (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.

La carte ci-dessous par exemple représente l’évolution du cumul annuel de précipitation sur le bassin versant amont du projet pour les période 2021-2050 et 2041-2070 comparées à 1976-2005 :

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.

 

Phase 2: Initial analysis

Objectif et méthodologie

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 :

  1. 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)
  2. 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, le climat de référence est basé sur des données météorologiques réanalysées. Celles-ci donnent une évaluation des paramètres météorologiques interpolés sur une grille régulière à partir d’observations et d’un modèle météorologique. Ces données sont disponible 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, obtenues auprès de stations-météos ou de bases de données globales (par exemple le Global Historical Climatology Network) servent à vérifier la qualité des données réanalysées et, si nécessaire, à corriger leurs biais.

Ce jeu de données est ensuite utilisé pour 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 experience 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

Objectif et méthodologie

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.

Outre la modélisation du projet, cette étape nécessite :

  1. 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…
  2. 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.
  3. 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.

Nous pouvons également vous proposer des méthodologies complémentaires comme notre Climate Lab : partant du constat que toutes les vulnérabilités ne peuvent pas être détectée grâce à des modèles (par exemple une crue en apparence mineure peut devenir un risque majeur si elle inonde une route importante pour le bon fonctionnement du projet), nous avons développés un atelier permettant de simuler le fonctionnement d’une installation des situations de stress climatique.

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 sur, 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.

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 ne 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 :

  1. Absence de risques de sécurité : les combinaisons qui présentent un risque de sécurité pour un scénario climatique ou plus sont éliminées
  2. Pertes acceptables : une combinaison peut être conservée si elle conduit à des résultats inférieurs au objectifs mais reste conforme aux niveaux de perte acceptable définis dans la phase 1, dans le cas contraire elle est éliminée
  3. 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.

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 scénario. 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

Objectif et méthodologie

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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