Coordinateurs du projet
Contexte
L’ingénierie technique et financière des projets EMR repose à différents stades sur la disponibilité en amont d’une donnée d’environnement fiable et éprouvée, comparativement à des moyens de mesure in situ. De plus, le traitement de cette donnée via des méthodes documentées et des outils éprouvés à destination des développeurs de technologies fournit un gage de qualité en amont de toute les boucles de calcul spécifiques aux technologies.
Ce projet RC-PLus est adossé au projet européen OceanERA-Net ResourceCode lauréat de l’appel 2018 et démarré en 2019. ResourceCode réunit un consortium unique de spécialistes de l’hydrodynamique, de la modélisation des conditions d’environnement et du traitement de données (Ifremer, University College Dublin, University of Edinburgh, INNOSEA, OceanDataLab), associés à des sites d’essais européens (SEM-REV, EMEC, SmartBay) qui collectent par ailleurs des données terrain et accueillent des développeurs en mer.
Ce projet constitue donc une excellente opportunité de travailler de concert sur la chaîne d’analyse et de traitement de données issues de bases de mesure et rejeux, spécifiquement constituées pour répondre aux exigences de description associées aux EMR. Alors que ces bases de données ont par le passé été générées et exploitées isolément, un des intérêts de ce projet sera de constituer une base unifiée et des outils d’analyse adaptés communs, afin de fournir une meilleure description et d’améliorer la standardisation à destination de l’industrie.
Ruptures scientifiques et innovation
Ce projet vise à tirer parti du travail effectué pour la constitution et l’analyse de la base de données HOMERE, qui fait référence en termes de base de données de rejeu à haute résolution mais sur une faible portion des eaux européennes centrée sur de la façade atlantique française. HOMERE a jusqu’à présent permis de fournir :
- Un rejeu de données hautes précision et résolution, centrés sur les états de mers, avec forçage issu de réanalyses de vents et prises en compte de la marée, sur 23 ans ;
- Un outil adapté aux besoins de l’industrie (> 50% des demandes d’accès à HOMERE sont issues du d’acteurs industriels du domaine des EMR);
- Une donnée à l’origine de travaux amont en R&D sur les aspects de ressources et conditions d’environnement.
Le rejeu issu de RC-PLus et RESOURCECODE fournira une extension inédite d’HOMERE, du sud du Portugal au nord de l’Ecosse, et permettra au-delà du projet d’étendre encore la zone couverte. Les bases de données de mesures in-situ mises à disposition par les partenaires viendront enrichir les comparaisons et la validation des modèles.
Au-delà d’une simple base de données, auquel l’accès et l’exploitation se cantonnent rapidement à des utilisateurs experts, ResourceCode et RC-Plus visent à enrichir les interfaces pour que des prétraitements et des outils de première qualification, visualisation et d’analyse puissent être mise en oeuvre simplement par l’intermédiaire d’un portail d’accès tourné vers les utilisateurs.
Impact technique et économique attendu
- Développement d’une base de données de rejeux d’état de mer, vents et courants, couvrant la façade atlantique du Portugal à l’Ecosse, sur une période supérieure à vingt ans.
- Qualification des performances de cette base de données comparativement aux mesures in situ issues de réseaux européens et des trois sites d’essai partenaires du projet (SEM-REV, EMEC, SmartBay).
- Performances de la base de données supérieures ou égales à HOMERE en termes de précision de description.
- Accès à un outil de visualisation de la donnée générée.
- Accès à des outils de traitement et d’analyse de la donnée météo-océano pour l’exploitation en pre-design de projets EMR (interface de visualisation, outils de traitement et analyse statistiques, etc.).
- Mise en place d’une e-infrastructure de gestion de la données de sites d’essai en mer dans le cadre du GIS Theorem, la grande infrastructure nationale de recherche en hydrodynamique réunissant l’Ecole Centrale et Ifremer, et préfigurant la solution européenne dans Marinerg-I.
- Contribution à l’évolution des standards dans un comité international (IEC, ITTC, etc.)
Résultats
Base de données ResourceCode
Les calculs pour la base de données de rejeu ResourceCode ont été effectués par l’IFREMER et couvrent les années 1993 à 2020 avec une résolution temporelle d’une heure. La base de données a été générée à l’aide du modèle spectrale WaveWatch III développé par l’US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Pour chaque heure de la période couverte, 39 paramètres météo-océano ainsi que les spectres fréquentiels sont disponibles pour 328 000 nœuds du maillage qui s’étend du sud du Portugal au sud-ouest de la Norvège en passant par les îles Féroés. Les spectres directionnels sont disponibles sur un sous-ensemble de ces nœuds. Les spectres ont une gamme fréquentielle de 0.0339Hz à 0.91526Hz qui est subdivisée en 36 bandes de largeurs non uniforme et les spectres directionnels sont composés de 36 bandes de 10° chacune. Les conditions de forçage en vent sont tirées de la base de données ERA5. Les courants et le marnage sont aussi pris en compte par le model.
Validation de la base de données
La validation de la base de données a été effectuée à partir de données satellitaires d’altimétrie et de données de bouées in situ. Les données satellitaires permettent une plus large couverture spatiale que les données de bouée mais aux dépens de la couverture temporelle. Les données satellitaires sont tirées de la base de données CCI Seat State V1 et les données de bouée in situ ont été sourcées par l’intermédiaire des différents partenaires européens du projet OceanERA-Net ResourceCode. La validation s’est principalement concentrée sur la hauteur de vague significative mais une validation spectrale a aussi été effectuée aux points où les données de bouée in situ sont disponibles sous forme spectrale comme illustré sur la figure 1.
Boite à outils
La boîte à outils ResourceCode permet un accès graphique à la base de données météo-océano par l’intermédiaire d’une interface Web et fournie aussi un ensemble d’outils d’analyse statistique pour traiter ces données.
L’interface Web permet de visualiser les principaux paramètres intégraux (HS, TP, etc…) sous forme de série temporelle et de distributions statistiques bivariantes.
Les outils de post-traitement dédiés pour la base de données permettent les opérations suivantes :
- Visualisation des données.
- Estimation de la ressource en houle.
- Analyse des valeurs extrêmes.
- Estimation des fenêtres météo.
- Estimation de productible pour systèmes houlomoteurs.
Tous ces outils sont téléchargeables sous forme de code Python qui peuvent être exécutés localement. Certains de ces outils peuvent aussi être exécutés directement en ligne à partir de l’interface Web.
Les deux contributions principales du projet RC-plus au projet ResourceCode sont la validation spectrale de la base de données de rejeu à partir des données de bouée in situ et l’outil d’estimation du productible pour systèmes houlomoteurs. Cette dernière a donné lieu à une étude plus approfondie sur les différentes techniques utilisées traditionnellement pour estimer les productibles. Plus précisément, des méthodes fondées sur l’estimation de la ressource en vagues basées sur les paramètres intégraux ont été comparées à une approche de référence où la ressource est décrite à partir des spectres. Le système houlomoteur choisi pour ce cas d’étude est une bouée pilotant à 2 corps modélisés numériquement en domaine temporel. Les résultats préliminaires montrent que les méthodes fondées sur les paramètres intégraux ont tendance à surestimer l’énergie produite d’environ 6 % par rapport à la méthode de référence pour le site et l’année considérés. Cette surestimation annuelle modeste cache des surestimations beaucoup plus importantes (jusqu’à 70 %)
pour certains états de mer, comme illustré sur la figure 2.
