Impact des vortex polaires … sur le Texas

Impact des vortex polaires … sur le Texas

Des épisodes de tempête hivernale inédits au Texas ont privé des millions de foyers d’eau et d’électricité pendant plusieurs jours. Le réchauffement climatique serait à l’origine des vortex polaires responsables des fortes perturbations subies dans cet Etat du sud.

Sur les rives du Bayou, Houston le 16 février 2021

Le Texas vient d’être balayé par « Uri », une tempête hivernale avec des minima autour de -20°C. Uri a privé 4 millions de personnes d’eau et d’électricité (dont 1,4 million pour la ville de Houston), suspendant toute activité pendant plusieurs jours. Ce n’est cependant pas le premier épisode de coupure de courant que le Texas connaît.

En effet, durant l’été 2019, le réseau électrique a presque fondu en raison des chaleurs extrêmes 1, un record de 40.5 °C a été enregistré dans la ville de Austin au mois de septembre 2. Ce problème a soulevé de réelles inquiétudes pour répondre aux besoins grandissants en électricité durant ces périodes (ex : climatisation).

Plusieurs réseaux électriques dans les États du Sud des Etats-Unis ne sont pas protégés dans des constructions ce qui les laisse vulnérables aux variations climatiques telles que les périodes de chaleur mais également les périodes de froid extrême comme l’explicite le rapport North American Electric Reliability Corporation (NERC) de 2019 qui examine la chute brusque des températures dans les états du sud-est américains 3.

De nouveaux épisodes météorologiques extrêmes risquent probablement de se reproduire et conduire à une dégradation plus importante des réseaux électriques, des conduites de gaz et autres infrastructures énergétiques. Un besoin urgent surgit alors afin de mettre en place des systèmes capables de résister à une grande variété d’événements climatiques: sècheresses, incendies, ouragans et grand froid.

Energie

Le réseau électrique du Texas n’est pas régi par des réglementations fédérales. Il est contrôlé par l’État du Texas4, et son opérateur principal est le Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), couvrant environ 75% du territoire et 90% de la charge électrique. Le Texas dépend largement du gaz naturel, surtout en période de forte demande, pour alimenter l’État.

Fait souvent méconnu, le Texas est le leader américain en matière d’énergie éolienne, avec près de 15 000 éoliennes produisant 23 % de l’électricité de l’État de Lone Star l’année dernière 5.

Du fait des températures cependant, des puits de gaz naturel ont été gelés ainsi que des éoliennes. De manière générale, toutes les sources de production d’électricité ont été confrontées à des difficultés pendant cette tempête hivernale.

Aussi, plus de la moitié de la capacité de production d’ERCOT était hors service en raison de la tempête hivernale : 29 000 mégawatts de capacité thermique en gaz et charbon et 16 000 mégawatts en énergies renouvelables à la date du 16 février 2021 1.

Contrairement à certaines annonces, les éoliennes gelées ne seraient pas le principal responsable des pannes d’électricité au Texas 6.

« C’est vraiment le gaz naturel, le charbon et le nucléaire qui fournissent la majeure partie de l’électricité et c’est la cause principale des pannes », selon Mark Jacobson, directeur du programme Atmosphère/Energie et professeur de génie civil et environnemental à l’université de Stanford, qui a rejeté la responsabilité de l’énergie verte 7 comme également Daniel Cohan, un professeur associé d’ingénierie civile et environnementale à l’université de Rice (Houston) 8.

Globalement, certaines éoliennes ont gelé (mais pas toutes), certaines centrales au gaz naturel sont devenues non-opérationnelles (mais pas toutes) et un réacteur nucléaire s’est arrêté (mais pas les trois autres) 9.

Lien avec le changement climatique ?

L’origine de l’épisode glacial de la semaine initié le 15 février au Texas est en lien avec un immense courant atmosphérique connu sous le nom de vortex polaire, un tourbillon d’une masse d’air froid à basse pression au pôle nord. Le vortex polaire reste habituellement confiné au niveau de l’arctique mais peut subir des perturbations qui vont causer des anomalies et envoyer des rafales d’air froid en direction des latitudes les plus basses. Une élévation soudaine des températures dans l’atmosphère pourrait être à l’origine de ce type de phénomène qui va se répandre n’importe où entre les Etats-Unis jusqu’en Sibérie. Le vortex responsable de l’épisode de froid extrême vécu au Texas durant la semaine du 15 février est en fait instable depuis le mois de janvier à la suite d’un réchauffement soudain dans la stratosphère. Il a aussi été responsable des chutes de neige extrêmes au travers une grande partie du Nord-Est américain 10.

Même si cela semble contre intuitif, ces tempêtes hivernales soudaines seraient en lien avec le changement climatique selon le climatologue du Massachussetts Institute of Technology, Judah Cohen et d’autres spécialistes. Selon cette théorie, lorsque les températures présentent un pic élevé, ou lorsqu’une vague de chaleur se produit, cela peut générer le type de réchauffement atmosphérique qui déstabilise le vortex polaire. Si cette théorie est vraie, les instabilités du vortex polaire pourraient se produire plus souvent à l’avenir étant donné que l’arctique est actuellement l’une des régions les plus touchées par le réchauffement climatique.

Le Dr. Cohen a suggéré une connexion statistique entre les épisodes de réchauffement de l’arctique et le climat extrême hivernal 11. Les modèles climatiques ont cependant rencontré des difficultés à simuler cet effet. Certains experts ont suggéré que l’influence du climat arctique serait relativement faible ou qu’il y aurait d’autres facteurs qui causeraient à la fois le réchauffement de l’arctique et les tempêtes hivernales extrêmes 12.

Selon une étude publiée en 2019 dans la revue Nature Climate Change 13, les auteurs se sont penchés sur les connexions entre la fonte des glaces en arctique (fortement corrélée au réchauffement climatique), et les hivers glaciaux des régions du globe en moyenne altitude. Selon ces auteurs, les décalages temporaires dans le mouvement des vents dans l’hémisphère Nord du globe terrestre peuvent causer à la fois une diminution de la surface glacée au pôle Nord et l’intensification du climat hivernal dans les régions plus au sud du globe.

Cependant, cette étude stipule qu’il n’y a pas d’augmentation dans l’ondulation du jet stream (courant d’air rapide dans l’atmosphère) ou dans la fréquence du climat hivernal extrême durant les dernières années et que l’influence du climat arctique sur les latitudes moyennes serait probablement faible.

Le coût de cet événement climatique est actuellement évalué à plus de 40 milliards de dollars. Si le débat scientifique au sujet de l’origine de ces vagues de froid reste ouvert, il n’en demeure pas moins que ce phénomène soulève de fortes inquiétudes concernant l’ensemble du système énergétique au Texas qu’il faudrait repenser pour devenir plus fiable et plus résilient face aux possibles vents arctiques à venir et autres variations climatiques extrêmes.

Rédacteurs :

Lynda Amichi, Attachée adjointe pour la Science et Technologie (SST Houston).

Renaud Seigneuric, Attaché pour la Science et Technologie (SST Houston).

Références:

  1. News, B. S., Chelsea Harvey,E&E. Texas Power Outage Underscores Looming Climate Tests. Scientific American https://www.scientificamerican.com/article/texas-power-outage-underscores-looming-climate-tests/.
  2. Summer 2019: Second Hottest in Austin History. https://spectrumlocalnews.com/tx/austin/news/2019/09/24/summer-2019—second-hottest-in-austin-history.
  3. The South Central United States Cold Weather Bulk Electric System Event of January 17, 2018. 161 (2018).
  4. Ramsey, R. Analysis: Texas failed in a storm, again. Will we be ready next time? The Texas Tribune https://www.texastribune.org/2021/02/22/texas-ercot-abbott/ (2021).
  5. Why wind turbines in the Northeast keep working in bitter cold weather unlike the ones in Texas. masslive https://www.masslive.com/news/2021/02/why-wind-turbines-in-the-northeast-keep-working-in-bitter-cold-weather-unlike-the-ones-in-texas.html (2021).
  6. Dunphy, M. Watch: Texas Gov. Greg Abbott gives update on power outages. Houston Chronicle https://www.houstonchronicle.com/weather/article/greg-abbott-texas-power-outage-update-15957640.php (2021).
  7. Texas power outages fault of unique supply, not green energy. https://nypost.com/2021/02/17/texas-power-outages-fault-of-unique-supply-not-green-energy/.
  8. King, C. W. Opinion: After power outages end, Texas must debate its electricity independence. MarketWatch https://www.marketwatch.com/story/after-texas-power-outages-end-lets-aim-to-make-the-electric-grid-more-resilient-11613583054.
  9. Ramsey, R. Analysis: Working political angles instead of solving problems. The Texas Tribune https://www.texastribune.org/2021/02/17/texas-power-outage-analysis/ (2021).
  10. CNN, J. G. Every US state will see below freezing temperatures over the next week. CNN https://www.cnn.com/2021/02/02/weather/polar-vortex-forecast-freezing-cold/index.html.
  11. Cohen, J. et al. Recent Arctic amplification and extreme mid-latitude weather. Nat. Geosci. 7, 627–637 (2014).
  12. Parshina-Kottas, Y., Patanjali, K., White, J., Wilhelm, B. & Grothjan, E. A Closer Look at the Polar Vortex’s Dangerously Cold Winds. The New York Times (2019).
  13. Blackport, R., Screen, J. A., van der Wiel, K. & Bintanja, R. Minimal influence of reduced Arctic sea ice on coincident cold winters in mid-latitudes. Nat. Clim. Change 9, 697–704 (2019).
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