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Description sommaire du satellite Météosat
Nous avons travaillé sur des données du satellite Météosat, acquises par une station SOUS au C.T.A.M.N. Nous décrirons ci-dessous brièvement le système Météosat et pour plus de détails le lecteur est invité â se reporter à l’annexe B. Météosat est un satellite géostationnaire de position nominale cPN, 0°E à 36.000 km d’altitude. Météosat est muni d’un radiomètre qui lui permet de mesurer la luminance provenant de chaque partie élémentaire de surface (pixel) dans l’une des bandes spectrales suivantes :
-canal visible (VIS) longueur d’onde 0,4 à 1,1 lJ.m,
– canal vapeur d’eau (VW) de 5,7 â 7,1 lJ.m,
– canal infra rouge (IR) de 10,5 à 12,5 lJ.m.
Les images sont transmises à Darmstadt oQ elles subissent un prétraitement destiné à corriger certains défauts élémentaires avant d’être renvoyées à Météosat qui les diffuse sous forme numérique ou analogique, à des stations d’utilisateurs (PDUS, SDUS).
Méthode de TARPLEY (1979)
TARPLEY utilise les mesures du satellite géostationnaire GOES 1 pour estimer l’éclairement horaire et journalier dans les Grandes Plaines des Etats-Unis du 7 juin au 15 aoQt 1977. La « luminance ciel clair » (Le) est donnée par l’équation suivante
Le = a + b cos ~ + c sin ~ cos p + d sin ~ cos2p
où a, b, c, d sont des coefficients de régression et p et ~ sont respectivement la différence des azimuts du soleil et du satellite et l’angle zénithal local.
Méthode de REINHARDT et SCHWARZMANN (In CANO et al, 1985)
C’est une méthode purement statistique on n’intervient aucune physique. Elle est fondée sur deux principes :
– les valeurs de 1′ irradiation globale à la surface de la terre sont entièrement définies par l’atmosphère, la relation entre la luminance mesurée par le satellite et l’éclairement global au sol peut être entièrement déterminée à l’aide de descripteurs statistiques. Les deux principes de cette méthode se traduisent par la détermination des informations (sous-images) xi extraites de l’image satellitaire qui seront corrélées au rayonnement global, la détermination des fonctions d’estimation f(xi) provenant des données au sol. L’ensemble des points de l’image satellitaire sont séparés en deux classes : nuageuses ou non. Le résultat est une image binaire décrivant la situation nuageuse. Cette image binaire est ajoutée aux autres sous-images de données (xi). Puis par un calcul de régression multidimensionnelle, ces sous-images sont corrélées aux données pyranométriques. Cette méthode a été testée en avril 1982 sur l’Europe à l’aide des données NOAA. La corrélation entre le rayonnement mesuré et le rayonnement estimé est élevé (0,93) mais l’écart-type est très élevé aussi (45,7 J/cm2 pour les valeurs horaires et 245 J/cm2 pour les valeurs journalières). Il est surprenant de voir combien l’histogramme n’est pas centré en l’origine ce qui traduit un biais dans la méthode. Par ailleurs, il existe pratiquement autant de cas oQ l’éclairement global G mesuré est égal à G estimé et de cas oa G estimé est égal à 50 fois G mesuré (cas horaire, figures III.S et III.6). Cette méthode ne permet pas d’estimer de façon sérieuse le rayonnement global au sol. La valeur élevée de 1 ‘écart-type prouve que cette méthode n’est pas assez précise et ceci est sans doute dû au fait qu’elle soit totalement dépourvue de physique.
Méthode de GAUTIER et al. (1980)
Ils furent les premiers à utiliser un modèle physique fondé sur l’équation du bilan radiatif à la surface de la terre. GAUTIER et al. (1980) utilisent deux modèles : un « ciel clair », l’autre « ciel nuageux ». Initialement, le modèle ciel clair permet d’analyser les phénomènes d’absorption et de diffusion. Contrairement à DEOIEU et al. (1983) qui utilisent un modèle ciel clair valable dans tous les cas ciel clair, nébulosité partielle ou totale, GAUTIER et al. construisent un modèle ciel couvert (extension du modèle ciel clair) qui permet de tenir compte de l’ effet nuageux dans une atmosphère plane parallèle à 3 épaisseurs. Un seuil de luminance est déterminé à partir de l’albédo de surface par ciel clair, de la position du soleil et des effets atmosphériques. Le modèle ciel clair est utilisé si la luminance est inférieure à ce seuil et dans le cas contraire le modèle ciel nuageux est pris en compte. Les données du satellite GOES sur le Canada, de mai 1978 à octobre 1978 (90 jours) sont comparées aux données pyranométriques. Ce modèle a tendance à surestimer l’éclairement global au sol sous conditions très nuageuses. Dans le cas horaire, sous des conditions ciel clair, l’écart type est de 5% de l’irradiation moyenne mesurée et sous des conditions nuageuses il est de 15% de l’irradiation moyenne mesurée (figure III.9). Dans le cas journalier, l’écart type n’est pas précisé et le coefficient de corrélation est de 0,987 (figure III.10). Cette méthode a été appliquée sur un an de mesures satellitaires (1978) pour le sud du Canada, (GAUTIER et al. 1981) afin d’estimer les variations à moyenne échelle de l’éclairement global au sol. Les résultats sont en accord avec la climatologie de cette région et les mesures du International Great Lakes Experiment.
La rectification géométrique et le filtrage
Les images brutes acquises (figure IV. 4a) sont stockées sur disque et traitées à la fin de chaque semaine. Ces images présentent un certain nombre de défauts qu’il faut prendre en considération lorsqu’il s’agit de comparer des images prises à des instants différents. Une translation doit être effectuée sur chaque image de façon à les rendre superposables les unes par rapport aux autres. Les images présentant des croix de référence (toutes les dizaines de degrés de latitudes et longitudes), un programme évalue (pour chaque image) les paramètres de la translation à effectuer afin de superposer les croix de chaque nouvelle image aux croix de référence (précision au pixel près). Les images translatées sont ensuite filtrées afin d’éliminer le bruit de mesure.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I GENERALITES SUR LE RAYONNEMENT SOLAIRE
I.1. Quelques définitions, notations et variables utilisées
I.1.1. Quelques définitions
I.1.2. Notations et variables utilisées
I.2. Distribution spectrale
I.3. Extinction atmosphérique
I.3.1. L’absorption atmosphérique
I.3.2. La diffusion atmosphérique
CHAPITRE II INTERPRETATION DES IMAGES SATELLITAIRES
II.1 . Introduction
II.2. Description sommaire du satellite Météosat
II.3. Interprétation des images
CHAPITRE III REVUE BIBLIOGRAPHIQUE DE L’EVALUATION DU RAYONNEMENT GLOBAL AU SOL A L’AIDE DE DONNEES SATELLITAIRES
III.1. Les méthodes statistiques
III.1.1. Introduction
III.1.2. Méthode de TARPLEY ( 1979)
III.1.3. Méthode de PASTRE (1981)
III.1.4. Méthode de REINHARDT et SCHWARZMANN
III.1.5. Conclusion
III.2. Les méthodes physiques
III.2.1. Introduction
III.2.2. Un modèle physique simple : DEDIEU et al. (1983)
III.2.3. Méthode de GAUTIER et al. (1980)
III.2.4. Méthode de RASCHKE et PREUSS ( 1979)
III.2.5. Méthode de MOSER et RASCHKE (1981)
III. 3. Conclusion
CHAPITRE IV LA METHODE DU C.T.A.M.N. (Centre de T~lédétection d’Analyse des Milieux Naturels) POUR LA CARTOGRAPHIE QUOTIDIENNE DU RAYONNEMENT GLOBAL HORAIRE
IV.1. Introduction
IV.2. La méthode de CANO (1982)
IV.2.1. Présentation de la méthode
IV.2.2. Prétraitement des données satellitaires
IV.2.3. Construction de la carte d’albédo référence
IV. 2.4. Evaluation de l’indice d’ ennuagement
IV.2.5. Relation statistique entre l’indice d’ennuagement et la transmittance atmosphérique globale
IV.2.6. Extension des coefficients aux points extérieurs au réseau
IV.2.7. Précision de l’estimation du rayonnement global horaire
IV.3. La méthode utilisée opérationnellement au C.T.A.M.N
IV.3.1. La rectification géométrique et le filtrage
IV.3.2. Evaluation des indices d’ennuagement
IV.3.2.1. Construction de la carte d’albédo référence
IV.3.2.2. Comparaison des luminances normalisées et de l’albédo référence : évaluation des indices d’ ennuagement
IV.3.3. Evaluation du rayonnement global horaire
IV.4. Présentation des données
IV.4.1. Archivage des données
IV.4.2. Périodes d’acquisitions
CHAPITRE V COMPARAISON DES MESURES SATELLITAIRES (les indices d’ennuagement) ET DES MESURES AU SOL (les transmittances atmosphériques globales)
V .1. Introduction
V. 2. Périodes de mesures
V.3. Les différentes comparaisons effectuées
V.4. Résultats pour l’année 1983
V.4.1. Comparaison effectuée sur une période de 15jours
V.4.2. Comparaison effectuée sur une période d’un mois
V.4.3. Comparaison effectuée sur une période d’un an
V.4.4. Le mois d’avril 1983
V.5. Résultats pour l’année 1984
V.5.1. Données disponibles
V.5.2. Comparaison sur une période d’un mois
V.5.3. Comparaison effectuée sur une période d’un an
V.5.4. Remarques
V.6. Résultats pour l’année 1985
V.6.1. Comparaisone sur une période d’un mois
V.6.2. Comparaison sur une période de 7 mois
V. 6. 3. Remarques
V.7. Estimation des transmittances atmosphériques par ciel clair et par ciel couvert
V.7.1. Valeurs pour 1′ année 1983
V.7.2. Valeurs pour l’année 1984
V.7.3. Valeurs pour l’année 198 5
V.7.4. Valeurs du modèle de BOURGES
V.8. L’erreur quadratique moyenne sur l’estimation du rayonnement global horaire obtenue par cette méthode et celles obtenues par des méthodes similaires
V. 9. Conclusion
CHAPITRE VI LES ATLAS SOLAIRES DE L’ANNEE 1983
VI.1. Moyens actuels de mesure en vue de la construction d’Atlas rayonnement solaire
VI.1.1. Les mesures pyranométriques
VI.1.2. Les mesures déduites des durées d’insolation par application de la relation du type ANGSTROM
VI.2. Atlas européen du rayonnement solaire pour l’année 1983
VI.2.1. Introduction aux cartes
VI.2.2. Description détaillée des cartes mensuelles d’irradiation globale
VI.2.2.1. La carte de janvier
VI.2.2.2. La carte de février
VI.2.2.3. Les cartes de mars
VI.2.2.4. Les cartes de juin
VI.2.2.5. Les cartes de juillet
VI.2.2.6. Les cartes du mois d ‘ aout
VI.2.2.7. Les cartes de septembre
VI.2.2.8. La carte du mois d’octobre
VI.2.2.9. Les cartes de novembre
VI.2.2.10. Les cartes de décembre
VI. 3. Conclusion
CHAPITRE VII DIFFERENTES APPLICATIONS DIRECTES DE CETTE METHODE
VII.1. L’interpolation spatiale
VII.2. L’extrapolation spatiale
VII.3. L’extrapolation temporelle
VII.4. Les applications dites « solaires »
VII.4.1. Le dimensionnement
VII.4.2. La prévision de rentabilité
VII.4.3. Le choix d’un système et de ses composants
VII.4.4. Le choix d’une centrale électrosolaire thermique et de son emplacement
VII.4.5. La conception architecturale assistée par microordinateur: les méthodes CASAMO, CSTB
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE A DONNEES ASTRONOMIQUES, FORMULES D’INTERPOLATION ET D’APPROXIMATION
ANNEXE B :DESCRIPTION DU SATELLITE METEOSAT
8.1. Observation de la terre
8.2. Diffusion des données station de DARMSTADT
ANNEXE C A METHOD FOR THE DETERMINATION OF THE GLOBAL SOLAR RADIATION FROM METEOROLOGICAL SATELLITE DATA
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