# Distributed small-reservoir pumped-storage hydropower screening — Europe (36 countries) GIS screening of **distributed small-reservoir pumped-storage hydropower** in Europe: detection of natural closed depressions in the DEM (FABDEM), combination with existing water bodies, constrained pairing of upper/lower reservoirs (head, distance, grid proximity, protected areas), non-overlapping site selection with explicit lake-drawdown, karst and site-size scenarios, and global sensitivity analysis. Companion code of the paper *"Distributed small-reservoir pumped-storage hydropower in Europe: a continental GIS screening under drawdown and geological constraints"* (Girard, Rogeau and Quaranta, 2026, in preparation) — extension of [Rogeau, Girard & Kariniotakis (2017, Applied Energy)](https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.100) to 36 European countries on open pan-European data. **Résumé (fr)** : criblage topographique de petites STEP distribuées en Europe (36 pays) — cuvettes naturelles + lacs existants, appariement sous contraintes, scénarios de marnage et de taille, filtre karst et Sobol. ## État / Status 🟢 Pipeline complet et évalué (France : comparaison partielle avec l'étude 2017 et données nationales ; Europe : 36 pays, MNT FABDEM, réseau OSM). Le code d'origine 2020 (Antoine Rogeau) est conservé dans [`legacy/`](legacy/) comme référence historique, non maintenu. Historique de la modernisation : [`PLAN.md`](PLAN.md). ## Structure (convention étude maison) ``` MicroSTEP/ ├── config/ # PROFILS par pays (france.yaml, switzerland.yaml + README) │ └── README.md # système de profils ; France (validé) vs Europe (exploratoire) ├── Snakefile # orchestration du pipeline (squelette du DAG) ├── workflow/ │ ├── R/ # scripts R modernisés (do_*.R : sf/terra/whitebox), partagés │ ├── run_chain.sh # chaîne 9 étapes/zone ; run_region.sh : dispatch parallèle │ └── scripts/ # helpers Python (ex. accès BD TOPO via buildingdata) ├── reports/ # rapports Quarto (*.qmd → *.html) — livrables ├── output/ # sorties intermédiaires/finales (hors dépôt) ├── figures/ # figures générées (hors dépôt) └── legacy/ # code d'origine 2020 (référence, non maintenu) ``` ## Données (hors dépôt) Les données ne sont **jamais** versionnées ; elles sont lues dans `~/Documents/Code/Data` (cf. `config/france.yaml`, clé `data_root`). Sources principales : | Couche | Emplacement | |--------|-------------| | MNT France (SRTM ~30 m) | `Data/Maps/Relief/SRTM - France/Source` | | MNT Europe (Copernicus 30 m) | `Data/Maps/Copernicus` | | BD TOPO (lacs, réseau, bâti) | package Python `buildingdata` | | Zones protégées | `Data/Maps/{WDPA,Natura2000,ZNIEFF}` | | Réseau électrique | `Data/Maps/reseau` | | Précipitations (bassins versants) | `Bases de donnees/WorldClim` | ## Prérequis - **R ≥ 4.5** — dépendances figées dans `renv.lock` (`sf`, `terra`, `whitebox`, `exactextractr`, `raster`, `yaml`, `tictoc`, `knitr`/`rmarkdown`…). Restaurer : ```r renv::restore() ``` - **whitebox** (WhiteboxTools) : remplace SAGA-GIS (remplissage de cuvettes) et TauDEM/MPI (bassins versants) de la version 2020 — binaire autonome, multi-plateforme. Après `renv::restore()`, installer le binaire une fois : `whitebox::install_whitebox()`. - **Snakemake** + **Quarto** sur le `PATH` (orchestration + rapport). - Corrélation surface→volume des lacs pré-calibrée : `workflow/lake_correlation.rds` (versionnée). ## Lancer ```bash snakemake -c1 -n # dry-run : DAG à construire snakemake -c4 testzone_report # fil rouge vertical (zone de test) ``` Un pays Europe (profils `config/europe/f.yaml`, MNT FABDEM) : ```bash Rscript workflow/gen_europe.R AT # génère les profils du pays NP=6 bash workflow/run_europe.sh AT # terrain (tiles→pairing→sélection) NP=6 bash workflow/run_europe_osm.sh AT # variante contrainte réseau OSM ``` CRS de travail : **EPSG:2154 (Lambert-93)** pour la France, **EPSG:3035 (ETRS89-LAEA)** pour l'Europe. ## Données d'entrée Aucune donnée n'est versionnée ; tout est lu sous `data_root` (cf. profils YAML). La plupart des couches sont **récupérées par le code** (FABDEM via `workflow/dl_driver.sh`, RGE ALTI par WMS IGN, BD TOPO par WFS, OSM par Overpass avec cache par pays, WorldClim, frontières Eurostat, karst WOKAM, base hydro JRC). Exceptions nécessitant un compte gratuit : CLC 2018 et EU-DEM (Copernicus), WDPA (Protected Planet, la licence interdit la redistribution), ERA5 (CDS). Toutes les figures du papier se régénèrent d'une commande depuis les couches de résultats (scripts un-par-figure dans `workflow/analysis/`) : ```bash bash workflow/make_paper_figures.sh ``` ### Scénarios de marnage et définition de l'énergie L'attribut historique `energy_kwh` applique le rendement de cycle et une fraction utile uniforme à tous les réservoirs. Il est conservé pour reproduire les runs antérieurs, mais ne doit plus être interprété seul comme une capacité technique des lacs naturels. L'analyse révisée plafonne leur volume mobilisable par `surface du lac × marnage admissible` et distingue énergie hydraulique brute et énergie électrique restituable : ```bash Rscript workflow/analysis/lake_drawdown_sensitivity.R Rscript workflow/analysis/lake_drawdown_prepare_candidates.R Rscript workflow/analysis/lake_drawdown_summarize_matching.R ``` Les scénarios de 0,5, 1, 2 et 5 m sont écrits dans `output/compare/`. Le script de préparation reconstruit aussi les attributs des deux réservoirs pour les anciens GeoPackages ; les nouveaux runs les écrivent directement depuis `do_pairing.R`. La sélection principale maximise l'énergie par un glouton continental non recouvrant. `exact_energy_matching.py` permet des contrôles par couplage de poids maximal ; le blossom exact devient coûteux sur la plus grande composante continentale et n'est pas utilisé silencieusement comme résultat principal. ### Analyse continentale révisée (référence du papier, 2026-07-13) La chaîne complète se lance avec `bash workflow/make_paper_figures.sh`. Elle construit deux jeux de candidats (5 km pour le portefeuille de référence, 10 km pour couvrir le domaine Sobol), puis régénère scénarios de marnage, Sobol, typologie et cartes. Le scénario principal combine marnage 1 m, réseau <=5 km, exclusion des cuvettes sèches karstiques, plafond d'altitude 2500 m (haute montagne) et plafond de 100 MWh/site, avec sélection non-recouvrante par matching exact (max-weight, blossom) : **29 213 sites et 752,888 GWh**. Le reporting complémentaire `policy_review_outputs.R` calcule le sous-ensemble géographique UE-27, le volume d'eau transférable, les classes de taille et de rapport distance/chute `L/H`, et produit un classeur de revue site par site. Pour le portefeuille de référence : **2 875,5 Mm3** d'eau transférable sur l'ensemble du criblage, dont **279,466 GWh et 1 354,3 Mm3** dans l'UE-27 ; 81,5 % de l'énergie se trouve sur des sites avec `L/H >= 10`. Les puissances sur 4 h et 8 h du classeur sont de simples conversions énergie/durée, pas des dimensionnements hydrauliques. Le Sobol Jansen (`sobol_drawdown_size.R`) échantillonne explicitement chute minimale, distance entre bassins, distance au réseau, énergie minimale, marnage, plafond d'énergie par site et plafond d'altitude (2000--3000 m). Le run publié utilise N=4 000, 36 000 évaluations, 500 bootstraps et la graine 20260713. Indices totaux : distance entre bassins 0,747 ; plafond de taille 0,149 ; réseau 0,137 ; chute 0,036 ; énergie minimale 0,025 ; marnage 0,009 ; altitude 0,001. Les sorties sont dans `output/compare/sobol_drawdown_size_*`. La typologie (`fig_clusters_revised.R`) applique CLARA aux 29 213 sites et sélectionne k=3 parmi k=3--8 par silhouette : lake-connected (246,1 GWh), high-head dry (364,4 GWh) et small dry (142,4 GWh). Les cartes NUTS-2 et des classes, les trois médoïdes réels et le diagnostic géographique sont produits par `fig_revised_maps.R`, `fig_medoid_sites_revised.R` et `geo_distribution_revised.R`. Ne pas mélanger ces sorties avec les anciennes analyses utilisant `energy_kwh` historique, une fraction utile uniforme pour les lacs, une sélection par score de coût ou l'ancienne typologie PAM. ## Résultats & citation Les couches de résultats (sites sélectionnés par pays, jeux de candidats complets, courbes coût-potentiel, table maître corrigée) sont archivées sur **Zenodo** : (CC BY-NC-SA 4.0). Si vous utilisez ce code ou ces résultats, merci de citer le papier ci-dessus et l'archive Zenodo. ## Licence Code sous licence [MIT](LICENSE). Le MNT FABDEM utilisé par le pipeline est sous licence **CC BY-NC-SA 4.0** (usage non commercial) — les couches dérivées en héritent ; voir Hawker et al. (2022, ERL).