L’un des grands défis des prochaines années, comme l’a révélé le dernier accord lors de la COP28 à Dubaï, est d’accélérer les ambitions mondiales pour atténuer le changement climatique et réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Aujourd’hui, le développement durable nécessite une utilisation accrue et plus efficace des énergies renouvelables, telles que l’hydroélectricité, l’éolien et le solaire, qui occuperont donc une place de plus en plus importante sur le marché de l’énergie. Pour optimiser la gestion et l’utilisation de la ressource hydroélectrique, il est essentiel de bien mesurer la ressource en eau contenue dans la neige.
Ressource en eau
La couverture neigeuse est l’une des ressources les plus importantes pour les régions montagneuses, tant sur le plan économique qu’écologique. Les montagnes agissent comme des réservoirs naturels, accumulant la neige en hiver et la libérant au printemps lorsque les températures augmentent.
Entre 60 et 70 % des réserves d’eau proviennent de la fonte des neiges, les hautes montagnes étant au sommet de cette fourchette. La neige constitue une ressource en eau cruciale, fournissant de l’eau aux exploitations agricoles, aux forêts et aux communautés. Connaître la quantité d’eau provenant de la neige sur une base annuelle est important pour la planification à court et à long terme.
Hydroélectricité
L’hydroélectricité utilise l’eau des rivières ou stockée dans des barrages pour produire de l’électricité via le mouvement des pales des turbines. La production hydroélectrique est fortement influencée par la variabilité naturelle de l’eau disponible dans les cours d’eau.
Pour rendre la production d’énergie renouvelable plus efficace, des mesures précises de l’équivalent en eau de la neige et de la couverture neigeuse sont nécessaires afin de prédire les apports aux turbines. Une combinaison de données satellites, de modèles météorologiques et de mesures in situ permet d’améliorer l’estimation de ces variables liées à la neige.
L’hydroélectricité est un élément important pour de nombreuses compagnies électriques, assurant une excellente diversification tout en exposant significativement à la variabilité naturelle de la ressource. La majeure partie de la production se fait en montagne, où l’énergie potentielle est stockée dans la couche de neige et de glace qui les recouvre. Une bonne estimation de la teneur en eau de la neige peut fournir des informations permettant de mieux gérer les ressources naturelles et l’exposition du portefeuille à l’hydroélectricité.
Pour gérer les installations hydroélectriques, planifier la production d’électricité ou le stockage d’eau, et ainsi évaluer son impact sur le marché de l’énergie, il est nécessaire de connaître non seulement les précipitations pluvieuses, mais aussi l’eau contenue dans le manteau neigeux, c’est-à-dire l’équivalent en eau de la neige (SWE, Snow Water Equivalent). Cette donnée détermine la quantité d’eau stockée dans la neige, aidant ainsi les gestionnaires de ressources hydriques et les hydrologues à planifier l’utilisation de l’eau. L’équivalent en eau de la neige et la couverture neigeuse sont des variables clés pour la gestion de la production hydroélectrique, car elles représentent la principale réserve d’eau en montagne.
Mesure du SWE
Les mesures in situ combinées aux données satellites et aux modèles météorologiques peuvent améliorer l’estimation de la couverture neigeuse et de l’équivalent en eau de la neige, réduisant ainsi l’exposition à leur variabilité naturelle. Une estimation correcte de la teneur en eau de la neige permettrait aux producteurs d’énergie de mieux gérer les ressources naturelles et de rendre la production d’énergie renouvelable plus efficace.
Pour répondre au besoin de développement durable en optimisant la production hydroélectrique, un outil capable d’estimer le SWE et la couverture neigeuse est nécessaire.
Une meilleure estimation de l’eau stockée dans la neige pourrait améliorer la prévision de la production hydroélectrique, avec des effets positifs sur la productivité. Un tel outil est indispensable pour estimer le SWE et la couverture neigeuse dans les zones les plus pertinentes pour les centrales hydroélectriques.
Le défi
Mesurer la quantité d’eau contenue dans la neige peut être difficile, car la température de l’air contrôle la quantité d’eau dans un centimètre de neige. Un centimètre de pluie peut donner entre deux centimètres de neige fondue (grésil) et plus de 50 centimètres de neige sèche, selon la température. Les tempêtes amènent différents types de neige avec des teneurs en eau variables. Une tempête de neige plus chaude peut produire deux centimètres de grésil pour un centimètre de pluie, tandis qu’une tempête très froide peut produire plus de 50 centimètres de neige poudreuse et sèche pour un centimètre de pluie.
Ainsi, la profondeur de neige ne correspond pas directement à la quantité d’eau stockée dans la neige. En raison de cette variabilité, le SWE est une mesure plus fiable de l’eau contenue dans la neige.
Par exemple, 3 cm de précipitations peuvent donner de 6 cm de grésil à 130 cm de neige, selon la température de l’air. Le SWE est donc une méthode plus fiable pour mesurer les réserves d’eau.
La mesure du SWE est importante pour plusieurs applications : au niveau du bassin hydrographique, pour la gestion des ressources en eau et de l’hydroélectricité, le SWE permet d’estimer la réserve d’eau liquide contenue dans la neige. À une échelle plus réduite, la surveillance des risques d’avalanche ou la santé structurelle de grands bâtiments peuvent aussi bénéficier de la surveillance du SWE.
La recherche sur la neige et la météorologie nécessite également de surveiller le manteau neigeux afin de comprendre ses processus physiques. Le SWE est l’une des principales propriétés macroscopiques de la neige.
L’innovation
La méthode la plus innovante pour mesurer le SWE est l’utilisation de capteurs de rayons cosmiques (CRNS), qui peuvent mesurer le volume de SWE sur site, de manière non invasive, continue et entièrement autonome. La sonde CRNS développée par Finapp est un capteur intégré mesurant les neutrons ambiants générés par les rayons cosmiques, ce qui permet d’estimer le SWE, c’est-à-dire la teneur en eau de la neige.
Fonctionnement des sondes CRNS Finapp
Une composante du capteur est placée au-dessus du manteau neigeux en référence pour mesurer les neutrons entrants depuis l’espace avant qu’ils n’interagissent avec la neige.
Une seconde composante est placée au niveau du sol, légèrement enterrée lorsque le sol est libre de neige. La couverture neigeuse recouvre alors entièrement cette sonde, qui compte les neutrons ayant déjà interagi avec la neige.
La différence de comptage entre les deux sondes fournit une mesure précise de la quantité d’eau contenue dans le manteau neigeux.
Parmi les avantages, la sonde CRNS fournit des valeurs de SWE directement exprimées en millimètres équivalent eau, représentatives à grande échelle (rayon supérieur à 20 m) avec une saturation comprise entre 2000 mm et 10 000 mm.
Récemment, l’Agence régionale pour la protection de l’environnement du Veneto (ARPAV) a équipé 25 sites avec des capteurs CRNS, créant ainsi le premier réseau régional italien capable de fournir des informations de surveillance du SWE basées sur cette technologie.
