CLIMATOLOGIE MODÉLISATION DE LA VITESSE .54 la météorologie série 8 e - n° 5 - mars 1994 climatologie

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  • 54 La Mtorologie 8 e srie - n 5 - mars 1994

    CLIMATOLOGIE

    MODLISATION DE LA VITESSE DU VENT ET CALCUL DU POTENTIEL OLIEN DU MAROC ORIENTAL

    Le cas d'Oujda-Angad

    A. Sbai, A. Mouhdi, N. Adouk et F. Paul Universit des sciences et technologies de Lille I Laboratoire de climatologie et d'hydrologie 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex

    RSUM Nous prsentons ici les rsultats d'une tude sur les rgimes des vents et le potentiel olien au Maroc oriental. Ce travail est bas sur les observations m-torologiques journalires de la station d'Oujda-Angad pour la priode 1974-1989, ainsi que sur des observations triquotidiennes plus anciennes de cette station. La vitesse moyenne annuelle du vent 10 m varie de 3,6 5,8 m/s tandis que le potentiel olien, estim par la loi de Weibull, varie de 57 244 W/m 2 .

    ABSTRACT This paper prsents the results of a study dealing with the wind rgime and the potential of the wind resource of eastern Morocco for power gnration. It is based on the daily observations of thesynoptic station of Oujda-Angad. The mean wind speed at 10 m varied between 3.6 and5.8 m/s and the potential of the wind resource, estimated by WeibulPs distribution, varied from 57 to 244 W/m 2 .

    INTRODUCTION Dans cet article, nous prsentons les rsultats d 'un travail effectu sur le rgime des vents et le potentiel olien du Maroc oriental partir des donnes de la station mtorologique d 'Oujda-Angad (fig. 1). Les observat ions de vent sont effectues 6, 12 et 18 h U T C 10 m au-dessus du sol. Les principales caractris-t iques tudies sont la vitesse moyenne du vent, la distr ibution statistique du vent et les variat ions temporel les de la vitesse du vent. Le potentiel olien est est im l 'a ide du logiciel W A s P (Wind Atlas Analys is and Appl icat ion Programme) . Les vitesses du vent n 'on t pas subi de correction en fonction de l ' envi ronnement du site de la station. Sans reprendre intgralement l ' tude propos des rgimes des vents au Maroc oriental (Sbai et al., 1992), nous pouvons nanmoins retrouver quelques ides essentielles sur certains aspects des variat ions et des rgimes des vents .

    LES CARACTRISTIQUES

    DU VENT

    La vitesse du vent

    Variations l'chelle annuelle et mensuelle

    Le Maroc oriental est une des rgions du Maroc o la vitesse du vent est importante . La vitesse moyenne mensuel le du vent est calcule pour la priode la plus longue (1947-1989) partir d 'observa t ions effectues 6 h, 12 h et 18 h U T C . Les rsultats sont prsents dans le tableau 1. La vitesse moyenne annuel le est de

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    3 ,9 m / s , a v e c d e s v a r i a t i o n s interannuelles importantes : coeffi-c i e n t de v a r i a t i o n ( c a r t - t y p e / moyenne) = 0,24 (1947-1989) . La vitesse du vent 6 h est la plus leve en automne et en hiver (novembre-fvrier) et la plus faible en t (mai-octobre) . A 1 2 h, les vitesses du vent les plus leves s 'observent en hiver (dcembre-fvrier) et en t (juin-juil let) . A 18 h, les vitesses les plus leves s 'observent surtout en t.

    y j j | Montagnes

    | Plaines et plateaux

    cours d'eau Figure 1 - Grandes units de relief du Nord-Est du Maroc et localisation de la station d'Oujda-Angad

    Variations long terme Le M a r o c oriental est marqu par une variabili t des vents importante (fig. 2) . L 'car t entre la valeur maximale (1969) et la valeur mini-male (1956) est de 3,3 m/s . Cependant , aucune tendance long te rme ne se manifeste c o m m e le montre la figure 2. O n observe des pr iodes o les vents sont forts et des priodes o les vents sont faibles, c o m m e c 'est le cas de 1947 1958. Cette rupture dans la courbe d 'volut ion pourrait tre lie un changement de matriel de mesure ou un dplacement du pylne partir de 1959.

    valeurs moyennes moyennes mobiles quinquenales

    Figure 2 - Evolution de la vitesse moyenne annuelle du vent Oujda (1947-1989)

    Variations saisonnires La vitesse du vent de chacun des 12 mois fluctue d 'une anne l 'autre , mais de faon modre , c o m m e l ' indiquent les valeurs assez faibles des coefficients de variat ion (tableau 1). La variabili t de la vi tesse moyenne mensuel le du vent est plus importante en hiver et en au tomne et dpasse amplement la variabili t de la vitesse moyenne annuelle. Des diffrenciations saisonnires peuvent tre dceles : ten-dance une lgre diminut ion de la vitesse du vent au pr in temps et en au tomne.

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    Tableau 1 Variations mensuelles de la vitesse du vent Oujda (Observations 6 h, 12 h et 18 h UTC, 1947-1989)

    J F M A M J n J t A S O N D Anne

    Moyenne 3,9 4,3 | 4,0 | 3,9 3,9 4,1 4,1 3,8 3,5 3,3 3,6 4,4 3,9

    Coef. Var.(*) 0,29 0,3 0,3 0,31 0,28 0,26 0,27 0,28

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    La prpondrance des vents de nord, surtout en t, s ' ex-pl ique essentiel lement par l ' tabl issement , quasi quotidien, d ' un rgime de brise de mer. En effet, les rgions intrieures du Maroc oriental sont surchauffes pendant les journes d ' t . De basses pressions relatives au sol y sont frquentes c o m m e en tmoignent les violents tourbil lons de poussire .

    Il est facile de dfinir un rythme saisonnier des vents avec des priodes bien t ranches. En hiver, on note la p rdominance des vents d 'oues t et de sud-ouest . En t, les vents de nord et de nord-est dominent . Mises part les diffrences rgionales (Sbai et al., 1 9 9 2 ) , on o b s e r v e l e s c h a n g e m e n t s q u i s ' t a b l i s s e n t progress ivement Oujda d 'une saison l 'autre (fig. 5) . Entre les deux situations ext rmes d 'h iver et d ' t , se dgagent des rgimes intermdiaires. Ainsi , de mars mai les vents d 'oues t cdent la place aux vents de nord-ouest . La transition entre l ' t et l 'h iver est prcise par les roses des vents du bimestre oc tobre-novembre qui soulignent un retour progressif des vents d 'oues t et de sud-ouest et un accroissement trs net de la vitesse du vent.

    EZ 2 - 4 m/s ZZ 5 - 7 HZ] 8 - 1 0 l > 1 1 m / s

    Figure 4 - Rgime des vents Oujda (1984-1989)

    2 - 4 m/s

    8 - 1 0

    H M 1 m/s

    Figure 5 - Rgimes mensuels des vents Oujda (valeurs 6 h, 12 h et 18 h, 1974-1989)

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    MODLISATION DE LA VITESSE DU VENT

    Distribution statistique de la vitesse du vent

    L'ana lyse frquentielle de la vitesse du vent met en vidence les classes de vitesse prdominantes . Par consquent , et en fonction des caractrist iques des

    ol iennes disponibles sur le march , on peut choisir celles qui fournissent le meil leur rendement .

    On tudie la rpartition de la vitesse du vent par classes, la frquence d 'occurrence tant expr ime directe-ment (en pourcentage) ou de faon cumule , ce qui permet de connatre la probabil i t q u ' u n e valeur de vitesse ne soit pas dpasse. La figure 6 montre une prdominance de la tranche de classes 2-7 m/s qui reprsente 79 ,4% des cas avec un m a x i m u m pour la classe 2-3 m/s (16 ,8%) . Presque la moit i des valeurs sont infrieures ou gales 4 m/s (vents faibles). Les vents modrs (5-7 m/s) reprsentent 3 4 , 5 % des cas et les vents assez forts et forts 15 ,5%. Enfin, les vents violents et trs violents ne reprsentent que 0 ,5% des cas .

    Figure 6 - Distribution statistique de la vitesse du vent Oujda (valeurs mesures 6 h, 12 h et 18 h, 1974-1989) et ajustement par une loi de Weibull

    Ajustement par la loi de Weibull

    La distribution p(V) de la vitesse du vent peut tre dcrite par la loi de Weibul l . C 'es t un modle deux paramtres :

    - un paramtre de forme k qui dcrit la dispersion des donnes (il indique une plus ou moins grande dissymtr ie de la distribution des vi tesses du vent) ;

    - un paramtre d 'chel le c qui est li la vitesse moyenne par la fonction g a m m a (il caractrise, un peu c o m m e la moyenne , l ' intensit du vent) .

    Cette loi est expr ime par la relation suivante :

    p (V) = k/c (V/c) k-' exp [-(V/c)k]

    Les paramtres c et k peuvent tre dtermins par une rgression linaire entre les frquences cumules et les classes de vitesse, l 'quat ion de rgression tant:

    y = a + bx, avec k = b et c = exp (-a/b)

    F tant la frquence cumule des observat ions pour lesquelles la vitesse du

    vent est infrieure V, on a y = ln (ln 1 ) et x = ln (V).

    1 - F

    V (la vitesse moyenne thorique) est relie aux paramtres k et c par :

    V = c r (1 + 1/k), o r est la fonction gamma.

    Les rsultats prsents dans le tableau 2 montrent que k varie entre 1,49 et 2,16. Les faibles valeurs de k indiquent une grande dispersion des donnes : les donnes tendent tre disperses au-del d 'une classe relat ivement large de vi tesses faibles. Pour les valeurs leves de k, la majorit des donnes se concentre autour de la vitesse moyenne ; dans ce cas, et si cette moyenne est faible, le vent ne pourra pas tre utilis c o m m e source d ' nerg ie ol ienne.

    Les paramtres k et c sont utiliss pour tracer la courbe de densit de probabil i t de la vitesse du vent. Cette courbe, compare l ' h i s togramme des frquences observes (fig. 6), montre que l 'a justement est satisfaisant. L 'appl ica t ion du test du Khi2 confirme l 'adquat ion de cet ajustement : la valeur calcule (9,13) est infrieure la valeur thorique lue dans la table du Khi2 pour un nombre de degrs de libert de 8 et un risque d 'er reur de 0 , 1 .

    LE POTENTIEL OLIEN

    Le potentiel olien P est calcul en utilisant la formule suivante : P = 1/2 p V 3, avec P en W / m 2 , o p est la densit de l 'air (tableau 2).

    Des paramtres tels que les moyennes annuel les , mensuel les et horaires du potentiel olien ont t calcules 10 m et es t imes 30 m et 50 m partir du logiciel

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