Aperçu d'interférence des éoliennes avec les radars météorologiques

Protéger la surveillance par radars météorologiques d’Environnement et Changement climatique Canada

Avec la croissance rapide continue de l’industrie de l’énergie éolienne, l’interférence des éoliennes avec les radars météorologiques est un problème au Canada, problème qui a été reconnu par la communauté internationale, notamment par la World Wind Energy Association (en anglais seulement), l’Union internationale des télécommunications (en anglais seulement), l’Organisation météorologique mondiale (en anglais seulement) et EUMETNET (en anglais seulement). Il est généralement convenu par ces organismes que ce problème peut être réglé en choisissant judicieusement les emplacements de ces deux types d’installation.

L’objectif d’Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) au moment d’aborder cet enjeu est de permettre aux radars météorologiques et aux parcs éoliens de coexister pour appuyer le développement de l’énergie renouvelable sans pour autant compromettre la capacité du Ministère à s’acquitter de son mandat de sécurité publique afin de fournir des prévisions et des avertissements météorologiques de qualité à la population canadienne. Le respect des zones d’impact établies dans le cadre des présentes lignes directrices concernant le choix judicieux de l’emplacement des éoliennes et des radars météorologiques est l’approche la plus efficace pour atteindre cet objectif.

ECCC recommande que les lignes directrices suivantes – qui sont basées sur celles élaborées par l’Organisation météorologique mondiale – soient respectées et suivies par les promoteurs de parcs éoliens à la première étape de la planification (c.-à-d. la détermination de l’emplacement du site du parc éolien). Ces lignes directrices peuvent également être consultées pour aider à éclairer les décisions en matière de réglementation provinciale lors de l’approbation des projets de parcs éoliens.

Le réseau de radars météorologiques d’Environnement et Changement climatique Canada

Pourquoi les radars météorologiques sont-ils importants?

Les Canadiens se fient aux services météorologiques et environnementaux d’Environnement et Changement climatique Canada 24 heures par jour, 365 jours par année. Le Service météorologique du Canada (SMC) d’ECCC est le principal organisme responsable de la prestation de services météorologiques au Canada depuis 1871. Le pouvoir d’ECCC concernant la météorologie lui est conféré par la Loi sur le ministère de l’Environnement. ECCC fournit des services météorologiques aux Canadiens en vertu de ce pouvoir. Le Ministère est la source officielle du Canada pour les alertes de temps violent, émettant, en moyenne, 15 000 avertissements de temps violent à l’intention des Canadiens chaque année afin qu’ils puissent prendre les mesures nécessaires pour se protéger et protéger leurs biens contre les dommages.

Les services météorologiques d’ECCC permettent une prise de décision éclairée et soutiennent une vaste gamme d’utilisateurs et d’intervenants, y compris le secteur privé, d’autres ministères et organismes fédéraux, dont NAV CANADA, le ministère de la Défense nationale et la Garde côtière canadienne, pour soutenir des services météorologiques spécialisés pour les secteurs de l’aviation, de la défense et maritime, respectivement, ainsi que les intervenants en cas d’urgence, les secteurs économiques sensibles aux conditions météorologiques et le grand public. Environnement et Changement climatique Canada prévoit les conditions météorologiques quotidiennes et émet des avertissements météorologiques pour les épisodes de temps violent, comme les orages violents, les tornades ou les bourrasques de neige, qui peuvent entraîner des pertes de vie, des blessures et des dommages à la propriété et aux entreprises. Grâce à ces prévisions, ECCC joue un rôle essentiel dans la promotion de la sécurité publique et, par conséquent, il est essentiel que les spécialistes des prévisions météorologiques aient les outils, les systèmes et la formation nécessaires pour produire des avertissements météorologiques exacts en temps opportun.

Les radars météorologiques constituent l’un des principaux outils utilisés par les météorologues d’ECCC pour la détection, la prévision à court terme et les avertissements de temps violent imminent. En plus des données importantes fournies par les radars météorologiques, les météorologues utilisent divers autres outils pour recueillir et analyser les données météorologiques et environnementales, y compris des images satellites, des stations météorologiques en surface, des détecteurs de foudre et des modèles informatiques perfectionnés, ainsi qu’un réseau d’observateurs météorologiques au sol pour détecter et prévoir les phénomènes météorologiques violents.

Le réseau de radars météorologiques d’ECCC s’étend dans tout le pays, couvrant les régions qui correspondent à la zone où environ 98 % de la population vit. Le principal objectif du réseau de radars est la détection rapide de formations d’orages et de phénomènes météorologiques à incidence élevée, y compris les bourrasques de neige et les tornades, ainsi que le suivi des précipitations. Pour plus de détails sur le réseau de radars météorologiques d’ECCC, consultez notre site Web, y compris une carte du réseau actuel.

Comment les radars météorologiques fonctionnent-ils?

Les radars météorologiques transmettent de courtes impulsions d’énergie dans l’atmosphère. Le faisceau à radiofréquence à impulsions finies émis par les radars météorologiques balaie le ciel à 360 degrés autour de la station radar, pointant à différents angles d’élévation, généralement de zéro degré à environ 24 degrés. Les analyses aux angles d’élévation moins élevés sont les plus avantageuses pour détecter les conditions météorologiques à distance.

L’énergie émise par l’antenne radar frappe des particules de précipitation, telles que des gouttes d’eau, des flocons de neige, de la grêle et du grésil, et une partie de cette énergie est réfléchie vers le radar. L’énergie mesurée fournit des renseignements sur l’emplacement et l’intensité de la cible. L’intensité de cette énergie (ou « réflectivité ») est liée au nombre, à la taille et au type de particules de précipitations.

Les radars météorologiques d’ECCC offrent une couverture radar classique pour détecter les précipitations et l’intensité des précipitations. Les radars météorologiques au Canada ont également la capacité Doppler, ce qui signifie que la vitesse radiale de la cible peut être mesurée. La vitesse radiale indique si la cible s’éloigne ou se rapproche du radar et à quelle vitesse. Les capacités Doppler et classique des radars météorologiques d’ECCC, auxquelles s’ajoutent d’autres outils, permet aux météorologues de prévoir avec précision les conditions météorologiques quotidiennes et d’émettre des avertissements de temps violent.

Figure 1: Le fonctionnement du radar météorologique
Figure 1 : Fonctionnement des radars météorologiques, y compris la représentation visuelle de la portée optique du radar.

L’image montre une antenne radar à gauche qui transmet une impulsion d’ondes électromagnétiques. Les ondes se rendent à l’image d’un nuage avec des précipitations qui tombent à droite. Ensuite, les ondes rebondissent comme des échos qui retournent à l’antenne radar.

Quelle incidence les éoliennes ont-elles sur les radars météorologiques?

De nombreux éléments peuvent influer sur la qualité des données reçues par le radar. Les objets fixes qui ont une vitesse nulle, comme les bâtiments, les montagnes, les arbres et le terrain, peuvent bloquer les signaux, ce qui peut entraîner la perte des renseignements météorologiques derrière l’objet (p. ex., les données indiquant l’intensité d’un orage). La capacité Doppler des radars d’ECCC permet généralement de déterminer et d’éliminer par filtrage ces blocages fixes. Cependant, la présence d’éoliennes présente de nouveaux défis pour les radars météorologiques en raison de leurs pales rotatives.

Figure 2: Représentation de la façon dont les éoliennes affectent un radar météorologique
Figure 2 : Effets des turbines éoliennes sur les radars météorologiques.

L’image montre une antenne radar élevée avec un faisceau principal bleu qui se déplace horizontalement et un faisceau de lobe latéral vert qui se déplace à un angle descendant de 45 degrés. Sur le parcours de ces deux faisceaux, on retrouve quatre éoliennes de différentes hauteurs et un grand obstacle rocheux. Sur l’image, on voit aussi des étiquettes qui précisent que trois des plus hautes turbines ne sont visibles que par le faisceau principal, qu’une turbine est seulement visible par les lobes latéraux et qu’une turbine est visible par les lobes latéraux et le faisceau principal. On précise aussi que l’obstacle rocheux peut bloquer les lobes latéraux.

Blocage

Le blocage du faisceau radar est l’effet le plus grave que les éoliennes ont sur le fonctionnement d’un radar. Les éoliennes sont des structures élevées composées d’une tour fixe et de nombreuses pales rotatives. Si les éoliennes sont situées suffisamment proche du radar, la tour pourrait causer un « blocage », c’est-à-dire que le radar pourrait ne pas « voir » les conditions météorologiques derrière l’éolienne, car celle-ci bloque les impulsions d’énergie. Même un blocage partiel peut gravement affecter la capacité opérationnelle du radar (p. ex., taux de détection d’orages, de tempêtes de neige; cisaillement du vent aux niveaux inférieurs), qui peut à son tour faire en sorte que des conditions météorologiques extrêmes passent inaperçues.

Figure 3: Illustration de l'effet de parcs éoliens sur un écran radar
Figure 3 : Image radar montrant les effets des parcs éoliens.

L’image montre un exemple de données radar non traitées sur un écran radar. Les précipitations sont indiquées en pixels rouges et bleus au milieu et à gauche de l’écran radar. Les emplacements des parcs éoliens sont indiqués dans le coin supérieur droit de l’image avec des pixels rouges qui sont semblables aux pixels de précipitations. Par ailleurs, les contours des masses terrestres sont indiqués par des lignes bleues.

Réflectivité Doppler

Les éoliennes peuvent également causer une contamination de la « réflectivité ». Les pales rotatives des éoliennes changent constamment leur orientation en fonction de la direction du vent; ces pales peuvent être détectées par le radar Doppler en tant qu’objets dotés de vélocité. Par conséquent, les signaux renvoyés au radar par les éoliennes ne peuvent pas être éliminés par filtrage de la même façon que les réflexions d’objets fixes (p. ex., bâtiment, montagnes). Ce type de fausse information peut être très trompeur pour les prévisionnistes pendant les tempêtes. De nombreuses réflexions provenant de multiples éoliennes peuvent ressembler à des précipitations fortes ou violentes.

De la même façon, les données sur la vitesse radiale à faible élévation reçues du radar sont généralement utilisées par les prévisionnistes pour déterminer la direction du vent dominant ou pour faire le suivi d’une tempête, et peuvent être un prédicteur clé de tornade. Les pales rotatives des éoliennes peuvent avoir une incidence sur la capacité d’un radar météorologique à détecter cette rotation à basse altitude.

Diffusion par voies multiples

Quand les éoliennes sont regroupées, un signal radar peut être reflété entre plusieurs éoliennes avant de revenir vers le radar. Le processeur du radar détermine l’emplacement d’une cible en fonction du temps nécessaire pour que le signal revienne. Les cibles supplémentaires reflétées par les pales d’éolienne poussent le processeur du radar à créer de faux signaux. Ces réflexions multiples s’affichent comme des pointes radiales de réflectivité sur une image radar et peuvent contaminer les données sur plusieurs kilomètres autour du parc éolien. Le résultat sera le reflet d’une précipitation plus importante que la réalité.

Fouillis d’échos

Les fouillis d’échos sont définis comme étant des échos indésirables ou des énergies réfléchies par des éoliennes. L’incidence du fouillis d’échos dépend de la surface équivalente radar (SER) de la structure d’appui, des nacelles et l’aire de la coupe transversale des pales rotatives, qui, à leur tour, dépendent de l’orientation de l’éolienne. L’éolienne peut pivoter à 360 degrés tous azimuts afin de s’aligner sur la direction du vent dominant, modifiant la surface équivalente radar; sa SER maximale est à peu près égale à celle d’un aéronef 747. Par conséquent, l’énergie réfléchie vers le système de radar se traduit par un fouillis d’échos sur l’image radar, ce qui contamine les données de réflectivité.

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