Laure Baratgin

Le nexus eau-électricité face aux impacts du changement climatique et pour son atténuation

Directeurs de thèse : Jan Polcher (LMD) et Philippe Quirion

Résumé

Le LMD et le CIRED travaillent actuellement à représenter la gestion anthropique de l’eau dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE (Zhou et al., 2021). Cette représentation des débits réels est essentielle pour étudier l’évolution de la ressource hydrologique sous les actions conjointes du changement climatique et sa gestion par l’homme. Une importante diminution des débits fluviaux est attendue en Europe Méditerranéenne (Schneider et al., 2013) tandis que des demandes d’eau croissantes sont projetées pour l’irrigation (assèchement du sol et demande évaporative de l’atmosphère) et l’hydroélectricité (rôle clé dans la transition vers les mix électriques riches en énergies renouvelables prévues par la directive (UE) 2018/2001). Une augmentation de la température des cours d’eaux est également attendue, menaçant le refroidissement des centrales thermiques pendant l’été. En France, où le mix électrique dépend fortement de la ressource hydrologique, les tensions entre usages de l’eau risquent de se multiplier, menaçant le système électrique et sa transition. Notre projet de recherche interdisciplinaire vise à étudier les impacts sur le système électrique français de cette évolution conjointe de la ressource hydrologique et de ses usages.

Nous commencerons par évaluer l’évolution de la ressource hydrologique naturelle en réponse au changement climatique en exploitant les simulations en cours du modèle ORCHIDEE intégrant son module fluvial (Nguyen-Quang, 2018), forcées par l’ensemble de projections climatiques EuroCORDEX. Nous déterminerons ensuite l’évolution de la demande pour l’irrigation à partir des données du stress hydrique des cultures et du module de gestion anthropique de l’eau qui prédit si les ressources permettent de satisfaire cette demande. Les données résultantes des débits et des volumes des réservoirs nous permettront de définir un potentiel de production hydroélectrique qui pourra ensuite être utilisé en entrée du modèle EOLES, le modèle d’optimisation des mix électriques nationaux développé par le CIRED (Shirizadeh et al., 2020). Cela permettra d’améliorer la modélisation hydroélectrique (centrales au fil de l’eau, barrages et STEP) de EOLES, pour le moment définie à partir de simples observations statistiques, et de définir des profils de production solaire, éolienne, hydraulique et de demande électrique cohérents entre eux et avec les données météorologiques. Nous pourrons ainsi regarder comment le mix optimal évolue avec ces nouveaux paramètres.

Dans une seconde partie nous ajouterons à cette première étude les effets du changement climatique et de la gestion humaine de l’eau sur le refroidissement des centrales nucléaires. Les centrales thermiques doivent en effet respecter une contrainte maximale de température de l’eau en aval et seront donc conjointement impactées par la diminution des débits et l’élévation de la température. Nous placerons les différentes centrales dans le modèle ORCHIDEE afin d’évaluer la perte de disponibilité des centrales due à ces deux effets. Enfin, nous analyserons l’impact sur le mix électrique de l’ensemble de ces contraintes d’usage de l’eau pour différents scenarios de développement des énergies bas-carbone variables (éolien et photovoltaïque) avec le modèle EOLES.

Cette thèse, en couplant modélisation hydro-climatique et énergétique, permettra de compléter l’état des connaissances sur la vulnérabilité des énergies renouvelables au changement climatique puisque pour le moment seule l’évolution hydrologique naturelle est prise en compte. Elle permettra également d’identifier les éventuelles tensions d’usages qui pourront survenir dans certains territoires afin d’alerter les pouvoirs publics sur l’urgence d’y proposer des solutions d’adaptation. Ce projet sera résolument novateur par son caractère transdisciplinaire.