Les scientifiques prévoient que les épisodes de grêle de forte taille deviendront plus fréquents dans les scénarios climatiques futurs. Pour comprendre pourquoi, nous avons interrogé Dennis Weaver, un météorologue qui a mené des recherches et contribué à recenser les impacts sociétaux liés au risque de grêle.
DENNIS WEAVER, VDE AMERICAS
Dennis Weaver est météorologue au sein de VDE Americas, un cabinet de conseil technique qui a contribué au financement de plus de 15 milliards de dollars d’actifs dans les secteurs de l’énergie solaire et du stockage d’énergie. Dennis a commencé ses études de météorologie à la Central Michigan University, où il a mené des recherches sur les rapports relatifs aux dégâts causés par la grêle ainsi que sur les caractéristiques des épisodes de grêle violente, aux côtés du Dr John T. Allen. Son mémoire de master à l’université de Villanova portait sur les changements prévus en matière d’exposition au risque climatologique lié à la grêle à travers les États-Unis.
RETC : Quels sont les éléments clés d'un orage convectif violent ?
DW : La formation d’un orage convectif violent nécessite quatre éléments essentiels. Le premier élément clé est une forte teneur en humidité dans l’air. Des points de rosée élevés favorisent davantage la formation d’orages. Un autre élément clé est le soulèvement, c’est-à-dire un mécanisme de forçage qui pousse l’air vers le haut. Ce mécanisme de soulèvement peut se produire au niveau d’une frontière de convergence où se rencontrent de grandes masses d’air, par exemple le long d’un front chaud ou froid, ou au niveau d’un relief, tel qu’une chaîne de montagnes qui force l’air à s’élever verticalement. Un troisième élément clé est l’instabilité atmosphérique. En météorologie, l’instabilité désigne un état dans lequel la température relative d’une poche — ou d’une parcelle — d’air est plus élevée, moins dense et plus flottante que celle de son environnement, ce qui signifie qu’elle peut s’élever librement. Le quatrième élément clé est le cisaillement vertical du vent, qui correspond à une variation de la direction ou de la vitesse du vent en fonction de l’altitude. Imaginez des vents de surface soufflant de l’ouest à 35 mph [56 km/h] et des vents soufflant du nord à 100 mph [161 km/h] à une altitude de 10 000 ft [3 048 m]. Ce cisaillement du vent n’est pas seulement pertinent pour la formation des tornades, mais il influe également sur la durée des orages. Le cisaillement du vent sépare la zone de courant ascendant d’un orage convectif violent de la zone de courant descendant, où se produisent les précipitations. Sans cisaillement du vent, l’air froid descendant dans le courant descendant prive effectivement d’énergie l’air ascendant se déplaçant verticalement, ce qui se traduit par un orage de courte durée.
RETC : Comment se forme la grêle lors d'un orage violent ?
DW : Lorsque ces quatre éléments sont réunis, les conditions sont favorables à la formation de systèmes orageux de type « supercellule » qui durent plus longtemps. À mesure que ces orages se développent, il se forme, au sein du nuage, une zone où l’on trouve de l’eau liquide surfondue — c’est-à-dire de l’eau qui reste à l’état liquide même si sa température est inférieure au point de congélation. L’eau liquide surfondue est essentielle à la formation de la grêle et se trouve généralement à une altitude où les températures varient entre environ 0 °C [32 °F] et -20 °C [-4 °F]. La grêle se forme lorsque l’eau liquide surfondue entre en collision avec d’autres petites particules, qu’il s’agisse de poussière, de sable ou de petits grains de glace, et gèle au contact de celles-ci. Si l’on dispose d’une quantité suffisante de cette eau liquide surfondue et que le nombre de collisions au sein du nuage augmente, la grêle continuera à grossir. La teneur en humidité est importante pour la croissance de la grêle, car elle fournit l’eau liquide surfondue. Des courants ascendants plus puissants, associés à des niveaux élevés d’instabilité atmosphérique, peuvent maintenir plus longtemps les embryons de grêlons en croissance dans la zone de croissance primaire et conduire à la formation de gros grêlons.
RETC : Existe-t-il un consensus scientifique concernant l'impact du réchauffement anthropique sur la grêle ?
DW :Ce qui rend ce domaine d’étude si intéressant, c’est notamment que les climatologues et les modèles doivent tenir compte d’effets contradictoires. D’une part, le réchauffement climatique va accroître l’instabilité convective. Pour de nombreux endroits aux États-Unis, les modèles climatiques prévoient une forte augmentation de la quantité d’air chaud et humide près de la surface de la Terre. Comme des courants ascendants plus puissants favorisent le transport de l’humidité vers les nuages et augmentent la quantité d’eau liquide surfondue disponible pour la formation de grêlons, cela crée les conditions idéales pour des systèmes orageux plus violents et des grêlons de plus grande taille. D’autre part, l’augmentation de l’épaisseur de la couche d’air chaud en surface élève la hauteur de la couche de fusion — c’est-à-dire la hauteur en dessous de laquelle les grêlons commencent à fondre. Si l’on augmente l’épaisseur de la couche d’air chaud en surface de quelques milliers de pieds, la grêle en chute passera plus de temps à traverser la couche de fusion, ce qui augmentera son degré de fonte pendant sa chute. Il est intéressant de noter que les gros grêlons sont moins affectés que les petits par une augmentation du potentiel de fonte, car ils ont une masse plus importante et traversent la couche de fonte plus rapidement. Compte tenu de ces effets contradictoires, les scénarios climatiques futurs prévoient généralement une diminution des épisodes de grêle de petit diamètre, mais une augmentation de la probabilité de grêle de grand diamètre. Il est important de noter qu’il s’agit là de prévisions générales et que les changements spécifiques varieront d’une région à l’autre.
RETC : Les acteurs des projets solaires peuvent-ils sélectionner des sites en fonction des données météorologiques relatives à la grêle ?
DW : Oui, mais toutes les cartes de risque de grêle ne se valent pas. À titre d’exemple, la FEMA [Agence fédérale de gestion des urgences] publie des cartes qui caractérisent le risque de grêle sur l’ensemble du territoire continental des États-Unis, allant d’un risque très faible à un risque très élevé. Si vous observez ces cartes, vous constatez une mosaïque de couleurs plutôt que des contours lisses. Le problème avec ces cartes de risque de grêle en mosaïque est qu’elles présentent invariablement un biais lié à la densité de population, ce qui signifie que les valeurs d’exposition sont influencées par la disponibilité des données actuarielles ou des rapports des observateurs de grêle sur le terrain. Cartographier le risque de grêle en se basant uniquement sur les déclarations de sinistres et les observations, qui ont tendance à se concentrer autour des centres urbains et des zones d’activité agricole, donne une image faussée de l’exposition au risque dans les régions isolées ou peu développées. En d’autres termes, les cartes de gravité de la grêle présentant un biais lié à la densité de population ont tendance à sous-estimer le risque météorologique dans les sites de premier choix pour le développement de parcs solaires à grande échelle.
RETC : Quelle est la meilleure pratique pour cartographier les risques de grêle lors de l'élaboration d'un projet ?
DW : Pour éliminer les biais liés à la population, il faut cartographier le risque de grêle à l’aide de modèles qui tiennent pleinement compte des phénomènes atmosphériques. Pour l’Atlas des risques de grêle du VDE, un ensemble de cartes basées sur ArcGIS que je contribue à développer et à mettre à jour, nous cartographions le risque de grêle sur l’ensemble du territoire continental des États-Unis en nous appuyant sur une répartition stratégique d’environ 2 500 points de maillage. À chacun de ces emplacements, nous calculons la probabilité de grêle de différentes tailles à partir d’ensembles de données historiques d’observations de grêle, qui incluent à la fois les données NEXRAD [radar météorologique de nouvelle génération] et les observations au sol. L’intérêt du réseau NEXRAD réside dans le fait qu’il permet d’identifier la grêle dans ces zones reculées où les observations au sol seules ne suffisent pas toujours à recenser l’ensemble des événements de grêle. Une fois que nous disposons de la répartition complète des événements de grêle naturels pour chacun de ces emplacements, nous utilisons l’interpolation spatiale pour estimer le risque dans les zones non échantillonnées de la carte. Ce processus nous permet de cartographier le risque de grêle sous la forme d’une série de courbes de niveau lisses. Les ensembles de données proposés par VDE via un abonnement dans l’environnement ArcGIS d’Esri comprennent à la fois des cartes météorologiques du risque de grêle, qui caractérisent l’intervalle de retour en années pour différentes tailles de grêlons, et des cartes financières du risque de grêle, qui estiment les valeurs de perte maximale probable et de perte annuelle moyenne sur la base des technologies déployées sur le terrain. Ces cartes ArcGIS avancées constituent des outils très puissants pour accompagner les activités de développement de projets solaires dès leur phase initiale.
Cet entretien avec Dennis Weaver a initialement été publié dans un article consacré aux tendances du secteur, paru dans le rapport « PV Module Index » de 2025.
