Les énergies renouvelables. Partie 5. L’énergie éolienne.

dimanche 16 août 2020.
 

Nous continuons notre série sur les énergies renouvelables. Après le feu (solaire), la terre (géothermie), l’eau (hydraulique) voici l’air (énergie éolienne du vent).

Si la part de l’énergie éolienne reste encore relativement modeste dans le mix énergétique actuel, sa capacité de production en 2040 sera colossale en tenant compte de l’éolien en mer.

La production éolienne n’a cessé de croître ces dernières années : passant de 4 % à 7,2 % de la consommation électrique totale en 2019 et même à 10 % en décembre

La France accuse dans le domaine de l’éolien offshore un retard qu’il lui faut rattraper pour atteindre l’objectif d’obtenir un maximum d’énergies renouvelables à relativement court terme comme peut le permettre le développement rapide des technologies industrielles correspondantes.

Les sources utilisées :

Wikipédia : l’énergie éolienne https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

Wikipédia : les éoliennes https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

le journal de l’éolien http://www.journal-eolien.org/tout-...

Les énergies renouvelables. https://www.les-energies-renouvelab...

Les autres sources sont indiquées dans le cours de l’article.

1– Définition et utilisation de l’énergie éolienne.

a) Définition.

L’énergie éolienne est l’énergie du vent, dont la force motrice (énergie cinétique) est utilisée dans le déplacement de voiliers et autres véhicules ou transformée au moyen d’un dispositif aérogénérateur, comme une éolienne ou un moulin à vent, en une énergie diversement utilisable. L’énergie éolienne est une énergie renouvelable.

L’énergie éolienne est une source d’énergie intermittente qui n’est pas produite à la demande, mais selon les conditions météorologiques ; elle nécessite donc des installations de stockage ou de production de remplacement pendant ses périodes d’indisponibilité. La production électrique éolienne peut être prévue avec une assez bonne précision. L’énergie éolienne tire son nom d’Éole (en grec ancien Αἴολος, Aiolos), le dieu des vents dans la mythologie grecque.

b) Utilisation

L’énergie éolienne est utilisée de trois manières : –avec conservation de l’énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (navire à voile ou char à voile) ou pour faire tourner la meule d’un moulin ;

–transformation en force motrice (pompage de liquides, compression de fluides…) : pompage de l’eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer les champs ou abreuver le bétail) ;

–production d’énergie électrique : l’éolienne est couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne au sein d’un système « autonome » avec un générateur d’appoint (par exemple un groupe électrogène) et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage de l’énergie.

2–L’origine et le potentiel de l’énergie éolienne.

Comme presque toutes les énergies renouvelables (exceptées les énergies géothermique profonde et marémotrice), l’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. Or, la Terre reçoit en 30 minutes l’équivalent en énergie solaire de la consommation annuelle de l’humanité, tous types d’énergie confondus. De 1 à 2 % de cette énergie provenant du soleil est convertie en vent, soit environ 900 TW8, soit 50 à 100 fois plus que l’énergie convertie en biomasse par la photosynthèse.

À partir d’un modèle de circulation général de l’atmosphère, couplé à l’effet simulé du freinage des éoliennes, on estime que le potentiel maximal de puissance éolienne récupérable est compris entre 18 et 34 TW. D’autres études estiment que le potentiel éolien est beaucoup plus élevé, mais elles négligent les modifications qu’un déploiement massif d’éoliennes induiraient sur la circulation des vents, et donc ne prennent pas en compte toutes les contraintes physiques. Si l’on considère les nombreuses contraintes liées au déploiement des éoliennes, par exemple en excluant les villes, les parcs naturels, les zones maritimes très éloignées des côtes, etc., tout en prenant en compte l’effet des éoliennes sur le vent, on peut montrer que le potentiel maximal ne peut dépasser 20 TW, et largement moins si on se restreint à un taux de retour énergétique pas trop bas.

3–Connaître les éoliennes.

3.1–Fonctionnement et fin de vie d’une éolienne.

a) Principe de fonctionnement et structure

Le principe de fonctionnement de l’ énergie éolienne est relativement simple : le vent fait tourner des pales qui font elles même tourner le générateur de l’éolienne. A son tour le générateur transforme l’énergie mécanique du vent en énergie électrique de type éolienne. L’électricité éolienne est dirigée vers le réseau électrique ou vers des batteries de stockage

Une éolienne produit de l’électricité grâce au vent qui met en mouvement un rotor, permettant sa transformation en énergie mécanique. La vitesse de rotation de l’arbre entraîné par le mouvement des pales est accélérée par un multiplicateur. [Cela explique que la puissance d’une est

Proportionnelle au cube de la vitesse du vent et non au carré de cette vitesse comme l’indique l’énergie cinétique du vent.] Cette énergie mécanique est ensuite transmise au générateur.

Un transformateur situé à l’intérieur du mât élève la tension du courant électrique produit par l’alternateur, pour qu’il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à moyenne tension du réseau électrique.

Un peu plus précisément, les éoliennes modernes sont composées : – de 2 à 3 ailes, tournant autour d’un rotor à axe horizontal. Les pales de l’hélice d’une éolienne peuvent être en bois lamellé-collé, en plastique renforcé de fibre de verre, ou en métal… Le diamètre qu’elles balaient varie de 40 m à 120 m.

–La tour ou le mât d’une éolienneL’hélice de l’éolienne est située en haut d’une tour de 50 m à 110 m. le mât peut être des assemblages de croisillons métalliques, en béton ou en métal.

–. La partie électrique d’une éolienne.

Dans les éoliennes destinées à produire de l’électricité , l’hélice fait tourner un générateur électrique situé en haut de la tour, dans le prolongement de l’axe de l’hélice de l’éolienne. Entre l’hélice et le générateur électrique de l’éolienne se trouve en général un multiplicateur de vitesse, car l’hélice de l’éolienne tourne à des vitesses d’environ 100 à 650 tours min alors qu’un générateur électrique doit être entraîné à environ 1500 à 3000 tours min.

Un parc éolien est constitué de plusieurs éoliennes espacées de plusieurs centaines de mètres et connectées entre elles par un réseau interne souterrain et raccordées au réseau public par l’intermédiaire d’un poste de livraison.

Pour pouvoir démarrer, une éolienne nécessite une vitesse de vent minimale d’environ 10 à 15 km/h. Pour des questions de sécurité, l’éolienne s’arrête automatiquement de fonctionner lorsque le vent dépasse 90 km/h. La vitesse optimale est de 50 km/h.

b) Puissance et rendement d’une éolienne.

Le rendement énergétique et la puissance développée des éoliennes sont fonction de la vitesse du vent. Pour les éoliennes tri-pales, en début de plage de fonctionnement (de 3 à 10 m/s), la puissance est approximativement proportionnelle au cube de cette vitesse, jusqu’à un plafond de vitesse de 10 à 25 m/s lié à la capacité du générateur.

[Il faut distinguer puissance nominale et facteur de charge d’une éolienne. ] –Puissance nominale : une des caractéristiques importantes des éoliennes est leur puissance électrique nominale. Ainsi faire référence à une éolienne de 2 MWc (mégawatt-crête) signifie qu’elle est capable de fournir une puissance électrique maximale de 2 × (106 watts). La vitesse de vent minimale pour atteindre cette puissance maximale est de l’ordre de 15 m/s, soit environ 55 km/h : en dessous de cette vitesse, l’éolienne produit moins d’énergie, mais au-dessus, la production n’est pas plus importante et quand la vitesse du vent atteint le seuil de sécurité (souvent aux alentours de 25 à 35 m/s – 90 à 126 km/h), l’éolienne est bridée, voire mise à l’arrêt9. La production réelle d’énergie électrique est donc fonction de la distribution statistique de la vitesse du vent sur le site.

–Facteur de charge Rapport entre l’énergie électrique produite sur une période donnée et l’énergie que l’éolienne aurait produite si elle avait fonctionné à sa puissance nominale durant la même période. Cet indicateur est souvent calculé sur une année et exprimé en pourcent (%), [voir plus loin, le facteur de charge]

Les éoliennes tri-pales fonctionnent pour des vitesses de vent généralement comprises entre 11 et 90 km/h (3 à 25 m/s). Au-delà, elles sont progressivement arrêtées pour sécuriser les équipements et minimiser leur usureA 1. Les éoliennes actuellement commercialisées sont conçues pour fonctionner dans la plage de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s), que ce soit celles d’Enercon3, celles d’Areva pour l’offshore4, ou celles d’Alstom, pour les éoliennes terrestres5 comme en mer6.

La Chine a émis une référence technique pour les turbines terrestres dans les zones cycloniques, standard applicable à partir de février 2016, mais non obligatoire. Il a été mis au point par le fabricant chinois Windey, qui a développé des turbines pouvant faire face à des vents extrêmement puissants grâce à leur structure mécanique renforcée et à un algorithme de contrôle qui stoppe les éoliennes au-delà d’une vitesse de 70 m/s. Ces turbines ont ainsi résisté au cyclone Haiku le 8 août 2012, et ses vents de plus de 60 m/s7.

On peut trouver plus de détails techniques sur les éoliennes en utilisant l’article de Wikipédia : Éolienne. https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8... (On peut ainsi prendre connaissance de la formule deBetz qui donne la puissance théorique maximale d’une éolienne.)

Selon leur puissance, on peut classer les éoliennes en trois types. On distingue aussi le « grand éolien », qui concerne les machines de plus de 350 kW6, de l’éolien de moyenne puissance (entre 36 et 350 kW6) et du petit éolien (inférieur à 36 kW6).

c)Surface occupée par les éoliennes

En France, les éoliennes doivent se situer à au moins 500 m des habitations et des zones destinées à l’habitation ; la distance entre éoliennes doit être de 400 m environ dans une direction perpendiculaire aux vents dominants ; leur emprise au sol (fondations, aire de retournement, postes de transformation, routes) est d’environ 3 % de la superficie du parc ; les 97 % restants sont disponibles pour un usage agricole ; ainsi l’ADEME considère en 2016 que pour une capacité installée prévue de 19 000 MW en 2020, ces surfaces représenteraient seulement 0,004 % de la surface agricole utile de la France.

d) Démantèlement d’une éolienne.

La durée de vie d’un parc éolien est estimée à 20 ans. La réglementation française précise, à l’article L553-3 du Code de l’environnement, que l’exploitant d’une éolienne est responsable de son démantèlement et de la remise en état du site à la fin de l’exploitation.

Le démantèlement d’une installation doit comprendre :

le démontage de l’éolienne ;

le démontage des équipements annexes ;

l’arasement des fondations ;

le démontage ou la réutilisation du réseau local ou réseau inter-éoliennes (le réseau reliant le poste de livraison au poste de raccordement restant la propriété du Réseau de transport d’électricité).

Constituée de béton, d’acier et de matériau composite à base de fibre et de résine, une éolienne est démontable en fin de vie et recyclable à environ 90 % de son poids. Les 10 % restants concernent principalement les pales, dont les matériaux composites posent problème. En effet, ceux-ci peuvent être soit recyclés en matériaux de remblais, soit difficilement incinérés, car ils dégagent de fines particules, soit enfouis en décharge.

Le parc éolien français étant encore jeune, le marché du démantèlement devrait croître progressivement jusqu’en 2035, pour s’établir à 15 000 t/an. L’Allemagne, en revanche, est déjà confrontée en 2019 au démantèlement d’un quart de son parc et doit traiter 50 000 t de pales.

Sur son site d’implantation, chaque éolienne laisse en outre une partie de ses fondations en béton (entre 250 et 400 m)

3. 2–La puissance des éoliennes : étude comparative.

Rappel sur les unités de puissance :

1 kW = 1000 W (W =Wat)

1 MV = 1 Mégawatts = 1 MillionW

1 GW = 1 Gigawat = 1 milliard W

1TW = 1Terawat = 1000 milliards deW Un aérogénérateur : de quelques kilowatts à 7,5 MW3 ; la plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW13. La compagnie danoise Vestas a mis à l’essai en janvier 2014 sa nouvelle turbine V164 de 8 MW, dont le mât de 140 mètres de haut et le rotor de 164 mètres de diamètre atteint une hauteur totale de 220 mètres. Une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de Engie à Dunkerque) en 2010 ;

Une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire d’Agua Caliente aux États-Unis)14.

Une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).

Une centrale hydro-électrique : de quelques kW à plus de 10 000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au barrage des Trois-Gorges en Chine) en 2006.

Un réacteur nucléaire : de l’ordre de 900 à 1 500 MW (centrales nucléaires de Chooz dans les Ardennes et de Civaux au sud de Poitiers) et 1 650 MW pour l’EPR en construction à Flamanville.

Ces chiffres sur la puissance des éoliennes datant de 5 ans doivent être actualisés on est capable maintenant de fabriquer des éoliennes beaucoup plus puissantes. Voir article suivant. Source : L’énergie.com https://lenergeek.com/2019/07/24/eo...

Le 22 juillet 2019, GE Renewable Energy a dévoilé sa nouvelle éolienne marine : Haliade X. Avec 12 MW de puissance, c’est actuellement la machine la plus puissante du marché mondial. Fabriquées en France pour le moment, les nouvelles éoliennes de General Electric seront presque aussi hautes que la Tour Eiffel (260 mètres vs 300 mètres)…

Haliade X : l’éolienne marine de tous les records

La nouvelle éolienne marine Haliade X sortie des chantiers de General Electric Renewable Energy, près de Saint-Nazaire, a été pensée pour être la plus puissante. John Lavelle, le vice-président de l’éolien offshore chez General Electric, explique : “Quand nous sommes arrivés il y a trois ans, nous sommes allez voir les clients et ils nous ont exprimé leur besoin de disposer de turbines plus puissantes, plus efficaces et plus prédictibles afin de réduire les coûts et proposer une énergie propre plus compétitive.”

L’éolienne marine Haliade X mesure pas moins de 260 mètres de hauteur et pèse 700 tonnes. Ses pales mesureront 107 mètres, et leur surface couverte sera de 38 000 m2. Elle affiche une puissance de 12 GW. D’après General Electric, une seule Haliade X produira 67 GWh d’électricité en une année, soit la consommation électrique annuelle de 16 000 foyers français.

Début de la commercialisation des éoliennes en 2021

Cette première éolienne produite sera installée à Rotterdam avant la fin de l’été, pour entamer une phase de tests. En parallèle, une seconde nacelle est déjà en construction dans l’usine française. Ce deuxième modèle prendra la mer en septembre prochain, en direction du Royaume-Uni. Cette installation permettra de tester les performances de l’éolienne en conditions extrêmes.

Si l’éolienne marine Haliade X valide ces deux phases de test, General Electric prévoit de lancer sa production en série dès le second semestre 2021. L’entreprise compte stopper la production de l’Haliade 150 pour mettre l’Haliade X sur le marché le plus rapidement possible. General Electric compte investir 45 millions d’euros dans son site de production de Montoir-de-Bretagne, pour l’adapter à la production en série de ces éoliennes marines XXL. A terme, l’usine pourra produire 80 éoliennes par an. General Electric espère même atteindre les 100 éoliennes assemblées. En parallèle, l’entreprise a déjà financé des travaux d’aménagement dans son second site, LM Wind Power à Cherbourg. 75 millions d’euros ont servi pour moderniser la chaîne d’assemblage spécialisée dans les pales.

General Electric renforce sa position grâce à l’innovation

Cette innovation vise à renforcer la position de General Electric sur le marché mondial de l’éolien offshore. Avec une puissance de 12 GW, la nouvelle éolienne marine made in France est tout simplement la plus puissante au monde. D’après John Lavelle, l’Haliade X devrait permettre à General Electric de s’imposer sur le marché mondial : “Le timing est parfait puisqu’elle arrive au moment où le marché de l’éolien offshore est en plein boom.”

Et en effet, la compétition fait rage sur le marché. Le précédent modèle de General Electric, l’Haliade 150, affiche une puissance de 6 MW. Au moment de son lancement, en 2012, elle était la plus puissante du marché. Mais d’autres constructeurs sont lancés dans la course, notamment Siemens Gamesa. Leurs turbines les plus performantes affichent une puissance de 8 MW. Elles équiperont entre autres les parcs éoliens offshore de Fécamp et Courseulles-sur-Mer.

Derrière cette course à la puissance, c’est le coût de l’électricité qui est en jeu. Les éoliennes les plus puissantes affichent les coûts de production électrique les plus bas. General Electric estime ainsi que le coût du MWh sera de 50€ avec l’Haliade X. Il est de 150€ avec l’Haliade 150. “Notre but est de rendre les énergies renouvelables plus compétitives” explique le président de GE Renewable Energy, Jérôme Pécresse.

General Electric équipera le parc éolien offshore de Guérande

Avant d’entamer la commercialisation de l’Haliade X, General Electric va conclure la production de l’Haliade 150 sur une note positive. Malgré des années de retard sur ses différents projets d’éolien offshore, la France a finalement donné le coup d’envoi pour ses premiers parcs maritimes. L’éolien maritime bénéficie donc en ce moment d’un vent favorable, porté par les ambitions de la PPE. Cette dernière prévoit que les pouvoirs publics lancent des appels d’offre pour un total de 1 GW chaque année d’ici 2030.

A la suite de l’accord donné en juin dernier par le Conseil d’Etat, le parc éolien offshore de Guérande sera le premier à voir le jour au large des côtes françaises. General Electric a conclu un contrat avec EDF Renouvelables. L’entreprise équipera le parc avec 80 exemplaires de son Haliade 150.

[L’éolienne la plus puissante du monde : voir article complémentaire avec le lien suivant :] https://detours.canal.fr/levez-yeux... [On apprend notamment si l’on double le diamètre d’une éolienne, on multiplie par 4 sa puissance.]

3.3–Les éoliennes offshore (flottantes en mer) en France.

La situation de l’éolien offshore dans le monde sera examinée au paragraphe 5.3

n’existe à ce jour en France qu’une seule éolienne flottante en mer. L’éolienne flottante Floatgen à 22 km au large du Croisic (44), en production depuis septembre 2018.

La France a pris un retard considérable, notamment par rapport à l’Angleterre, pour l’implantation d’éoliennes offshore.

L’article suivant du magazine Les Échos fait le point sur la question.

Source : Les Échos https://www.lesechos.fr/industrie-s...

L’éolien français prend enfin le large

Très en retard dans l’éolien offshore fixe, l’Hexagone est bien placé dans sa version flottante conçue pour les grands fonds. Une dynamique que le gouvernement est bien décidé à soutenir, comme l’a souligné Emmanuel Macron la semaine dernière à Montpellier aux Assises de l’économie de la mer.

Par Stefano Lupieri. Publié le 13 déc. 2019 ;

« Le mois dernier notre éolienne a tourné à 90% de sa capacité maximale. Assez pour permettre à une voiture électrique de faire 100 fois le tour du monde. » Pour Paul de la Guérivière, fondateur du bureau d’ingénierie Idéol et exploitant de ce démonstrateur installé dans l’Atlantique à 22 km au large du Croisic, la preuve de l’énorme potentiel de l’éolien flottant n’est plus à faire . « Mis en place il y a un peu plus d’un an, cet équipement a parfaitement fonctionné, résistant à toutes les conditions de mer. » Un motif de satisfaction évident pour cet ingénieur qui n’a pas hésité en 2015 à prendre le risque de remplacer le fabricant de turbine espagnol Gamesa à la tête de ce projet européen de 25 millions d’euros. Devenant ainsi un peu le « père » de cette première et, pour le moment, la seule éolienne flottante installée en France.

Idéol en a surtout conçu le système de flottaison, une énorme barge carrée percée d’un trou en son milieu pesant la bagatelle de 4 000 tonnes, nécessaire pour supporter un mât de 60 m de haut surmonté d’une turbine de 2 mégawatts de puissance. Paul de la Guérivière se souviendra longtemps de la mise à l’eau de ce gigantesque donut carré en béton dans le port de Saint-Nazaire : « Lorsque la barge s’est mise à flotter respectant, au centimètre près, le tirant d’eau prévu, c’était véritablement magique. » Une fois remorqué sur son site en mer, le flotteur surmonté de son éolienne, a été stabilisé par six lignes d’ancrage à quelque 33 mètres de fond. Mais le dispositif est prévu pour des profondeurs bien plus grandes. C’est même là sa principale raison d’être. Et son énorme avantage par rapport à son cousin, l’éolien « posé ». Au-delà de 50 m de profondeur, il devient en effet beaucoup plus compliqué et coûteux d’envisager de fixer un mât au fond de l’eau.

La France très en retard dans le « posé »

En Europe, l’éolien offshore s’est d’abord développé en « posé », dans les pays où le plateau continental s’étend au large sur de longues distances et de faibles profondeurs. Comme en mer du Nord ou dans la Baltique. À lui tout seul, le Royaume-Uni compte aujourd’hui plus de 2000 éoliennes fixes qui produisent plus de 8 gigawatts d’électricité. Soit un tiers environ de la production mondiale de l’éolien offshore. Grâce aux vents maritimes, plus forts qu’à terre, ce type d’équipement peut tourner à pleine puissance en moyenne 45% de l’année, contre 25 à 30% pour l’éolien « onshore » .

Qui plus est, en mer on peut installer des éoliennes beaucoup plus grandes. Les derniers modèles en test culminent à 260 m de haut (plus si loin de la hauteur de la tour Eiffel) et embarquent une turbine d’une puissance de 12 mégawatts (MW). En dépit de ses milliers de kilomètres de côtes, la France a totalement raté le coche de l’offshore posé : aucune éolienne de ce type n’a encore été installée. « La France possède un des potentiels les plus importants au monde en matière d’éolien en mer. Il est incompréhensible qu’elle ne soit pas en pointe », déplorait le 3 décembre Emmanuel Macron dans son discours d’ouverture des Assises de l’économie de la mer qui se tenaient à Montpellier.

Un gigawatt par an

Mais, déjà depuis quelques mois le vent est en train de tourner. Près de huit ans après les premiers appels d’offres lancés en 2012, le Conseil d’Etat a enfin accordé, cet été, les autorisations administratives pour quatre parcs éoliens d’une puissance de près de 500 MW chacun, situés respectivement à Saint-Nazaire, Fécamp, Courseulles-sur-Mer et à proximité de Saint-Brieuc. Mise en service prévue à partir de 2022. « D’ici à 2024, l’Etat attribuera chaque année un gigawatt de puissance supplémentaire », a assuré Emmanuel Macron à Montpellier.

Le retard français s’explique notamment par les recours intentés par des associations de pêcheurs et autres riverains qui dénoncent, selon les cas, la pollution écologique ou visuelle induite par ces superstructures qui devront être installées à proximité des côtes. Mais aussi par le profil des fonds marins français, qui plongent très vite, limitant les possibilités d’implantation. C’est là que l’éolien flottant entre en jeu et révèle tout son potentiel. Avec lui, on s’affranchit des contraintes du plateau continental, et aussi d’une partie des critiques émises par les réfractaires. Qui plus est, selon l’European Wind Energy Association, 80% de la ressource éolienne européenne se trouve à plus de 60 m de profondeur. Hors de portée donc de l’éolien fixe.

Fermes pilotes [ferme = parc éolien]

Or, sur ce nouveau créneau, la France fait la course en tête, affichant un réel savoir-faire, dans la conception de flotteurs comme dans la gestion de projets. Ainsi, Idéol a déjà réussi à vendre sa technologie au Japon. Et c’est dans l’Hexagone que Shell est venu chercher son bras armé pour le guider dans cette discipline. Le géant pétrolier, qui se diversifie de manière très résolue dans les énergies renouvelables, a annoncé fin novembre le rachat du développeur de parc éolien Eolfi. Cette PME française, pionnière dans les domaines de l’éolien depuis 2004 , s’est lancée dans le flottant dès 2012, alors que ce secteur était encore dans les limbes.

Alain Delsupexhe, son fondateur, n’a pas ménagé sa peine pour inciter les autorités françaises à lancer les premières fermes pilotes au large de nos côtes. « Nous avons fait la plupart des études de faisabilité qui ont servi de support aux quatre appels d’offres lancés en 2015 », précise-t-il. Prévue à partir de 2022, la mise en service de ces petits parcs précommerciaux de trois ou quatre éoliennes, d’une puissance de 6 à 9 mégawatts chacune, est très attendue dans la filière. Car elle va aussi contribuer à arbitrer la compétition mondiale entre les différents concepteurs de flotteur. Cette pièce, qui représente environ 35% du coût de l’éolienne, joue en effet un rôle essentiel dans la performance et donc dans la rentabilité.

Quatre types de flotteurs

Aujourd’hui quatre grands systèmes de flottaison se disputent ce futur marché. Le modèle de barge d’Idéol a débuté été retenu sur la ferme pilote de Gruissan (Aude) par le groupe Quadran, un autre développeur de parcs renouvelables très implanté en Occitanie. « Plus compact, notre flotteur est le seul à bien se prêter à l’utilisation du béton, moins cher que l’acier », affirme Paul de la Guérivière. Un autre français, Naval Energies, veut sa part du gâteau. La filiale de Naval Group (ex-DCNS) a levé 100 millions d’euros en 2016 pour s’implanter dans les énergies renouvelables marines. Pour ce faire, elle a choisi un dispositif dit semi-submersible constitué de trois immenses tubes en acier reliés entre eux et à moitié immergés. « Nous avons adopté le design et le fonctionnement le plus simple possible, capable de s’adapter à toutes les conditions de mer », assure Laurent Schneider-Manoury, le président de l’entreprise.

Retenu par le consortium emmené par Eolfi sur la ferme pilote de Groix (Morbihan), ce modèle prometteur n’a encore jamais été testé en conditions réelles. À l’instar du dispositif de SBM choisi par EDF Renouvelables pour la ferme au large de Port-Saint-Louis-du-Rhône. Le groupe parapétrolier hollandais, fortement implanté à Monaco, a développé son concept en partenariat avec l’IFPEN (ex-Institut français du pétrole). « Totalement immergé, notre flotteur est globalement moins encombrant car, à l’inverse des autres solutions, il est tenu par des câbles d’ancrage tendus, ce qui lui offre une meilleure stabilité », souligne Laurent Verdier en charge du département Renouvelables.

Avril 2018 : l’ensemble, avec l’éolienne Floatgen haute de 60 mètres, a pris la mer pour rejoindre son point d’ancrage au large de Croisic.

Agnostiques !

Engie, le développeur de la quatrième ferme pilote au large de Leucate et du Barcarès, a choisi pour sa part le flotteur de l’américain Principal Power. Déjà en service notamment au Portugal, il propose une variante du dispositif semi-submersible.

Le quatrième grand modèle de flotteur, conçu par le norvégien Equinor, est surtout adapté aux grands fonds. Utilisé en Ecosse, il a la forme d’un long « crayon » de plus de 100 m, ce qui permet de baisser le centre de gravité de la structure. « Actuellement personne ne peut dire quel est le meilleur dispositif », note Vincent Fromont, directeur général d’Eolfi. Et rien n’indique que les choix faits par les développeurs sur les fermes pilotes seront confirmés sur les appels d’offres à venir. « Sur ce type de technologies nous sommes agnostiques », confirme Thierry Kalfon, directeur des énergies renouvelables chez Engie.

Industrialiser la production

Aujourd’hui, le principal enjeu pour la filière c’est de faire baisser le prix au kWh qui,sur les fermes pilotes, a été fixé à 240 euros. « Le flottant est plus cher à l’installation mais, grâce aux vents du large plus constants, il est aussi plus productif », déclare Alain Delsupexhe. Pour diminuer les coûts, il faut pouvoir industrialiser la production de flotteurs. Donc s’appuyer sur le lancement de vraies fermes commerciales.

D’où la responsabilité de la puissance publique qui, via sa programmation pluri-annuelle de l’énergie, détermine les orientations nationales dans ce domaine. « Les industriels ont réussi à convaincre le gouvernement que la part dédiée à l’éolien flottant, dans la première version proposée en début d’année, n’était pas suffisante pour consolider une filière », explique le président d’Eolfi. Bien qu’il ne soit pas encore publié, le texte devrait garantir un premier appel d’offres pour un parc de 250 MW en 2021, suivi par deux autres d’équivalente puissance dès 2022. Trois autres parcs de 500 MW pourraient ensuite suivre à partir de 2023. Fortes de leur savoir-faire, Eolfi, EDF Renouvelables et Engie, sont dans les starting-blocks.

Moins cher que le nucléaire

Pour autant, tous ces acteurs ne comptent pas que sur la France pour se développer. Des appels d’offres sur du flottant sont prévus notamment en Ecosse, au Japon, en Corée ou à Taïwan. Cette filière devrait donc connaître la même évolution sur les prix que dans le fixe. Renégociés cette année à 150 euros le mégawatt heure, les premiers appels d’offres français en 2012 sur Saint-Nazaire, Fécamp, Courseulles-sur-Mer se basaient sur un tarif à 220 euros. La toute dernière compétition dans l’éolien posé, pour la ferme de 600 MW de Dunkerque, a été remportée en juin dernier par EDF avec une offre à… 44 euros. Moins cher que le nucléaire. « On estime que les prix du flottant vont rejoindre ceux du posé à l’horizon 2030 », indique Béatrice Buffon, directrice générale adjointe d’EDF Renouvelables. Une technologie définitivement dans le vent.

General Electric et Siemens produisent en France.

Bien que le pavillon français ne flotte plus dans le secteur de la fabrication d’éoliennes depuis qu’Alstom est passé dans le giron de General Electric (GE), l’Hexagone profite encore d’une activité industrielle soutenue dans ce domaine. Forte d’un carnet de commandes bien rempli, l’usine ouverte par GE en 2014 à Saint-Nazaire, où est construit notamment le modèle de turbine de 12 MW baptisé Heliade X, a prévu d’embaucher 210 personnes d’ici à mi-2020. Sa filiale de Cherbourg, qui fabrique des pales, va suivre la même montée en puissance. Siemens Gamesa va lancer la construction de son unité de production du Havre (turbines, pâles, mâts) qui devrait entraîner la création de 750 emplois directs et indirects.

Fin de l’article

4–la variabilité de la production d’énergie éolienne.

4.1 Facteur de charge de la production éolienne.

Le facteur de charge effective et la production maximale théorique, est couramment utilisé comme indicateur de l’énergie produite par une installation électrique.

Une installation peut-être interrompue ralentit dans son fonctionnement en raison de maintenance, de précautions de sécurité, de pannes. Elle n’utilise pas forcément le maximum de ses capacités en raison de l’intermittence et des variations d’intensité de la source d’énergie qu’il alimente, comme c’est le cas notamment pour le soleil et le vent dans le cas de l’énergie solaire éolienne. Le facteur de charge traduit quantitativement cette situation.

Alors qu’une éolienne a, en moyenne, un facteur de charge de 20 %, celui du solaire photovoltaïque est situé autour des 10 % à comparer avec celui du nucléaire : 80 % en moyenne, 73 % en France en 2012 (76 % en 2011.

Ces chiffres évoluent avec la croissance relative de l’énergie solaire et de l’énergie éolienne au sein de la production énergétique totale.

Plus précisément, le facteur de charge moyen de l’éolien a été en 2012 de : 24 % en France métropolitaine (contre 21,7 % en 2011, ce qui montre que la ressource éolienne est assez fluctuante d’une année sur l’autre) . ce facteur de charge varie très fortement au cours de l’année : il a été inférieur à 7 % pendant 10 % de l’année ; on peut noter que, parmi les productions éoliennes relevées à 19 h, heure la plus chargée de la journée, 10 % sont inférieures à 440 MW et 10 % supérieures à 3 700 MW, pour une puissance installée totale de 7 449 MW au 31 décembre 2012.

Pour les États-Unis : 29,3 % moyenne sur 7 années

Les pays dotés de parcs éoliens offshore ont un facteur de charge plus élevé : au Danemark en 2012, le facteur de charge de l’éolien offshore atteignait 45 % contre 25 % pour le parc éolien terrestre.

Les anglo-saxons utilisent parfois un concept légèrement différent du facteur de charge (capacity factor) : le load factor qui est le rapport pmoy/pmax (puissance moyenne / puissance maximale observée) ; la puissance maximale étant toujours inférieure à la puissance installée, le load factor est toujours supérieur au facteur de charge.

4.2 Adaptabilité de la production éolienne.

La production des éoliennes ne peut pas être modulée à volonté pour l’adapter aux besoins des consommateurs (dans le jargon technique : elle n’est pas dispatchable) ; elle partage cette caractéristique avec les autres énergies produites directement par des sources d’énergie naturelles fluctuantes : solaire, hydraulique au fil de l’eau (c’est-à-dire sans réservoir).

[Certes, mais cette situation évolue avec l’informatisation du fonctionnement des éoliennes, l’évolution des capacités de stockage de l’énergie solaire et éolienne, de la synergie de fonctionnement avec hydraulique. Nous quittons ici Wikipédia pour se référer à une étude plus spécialisée et pointue très intéressante, en les comparant, la variabilité de l’énergie solaire photovoltaïque et de l’énergie éolienne.]

Voici le lien pour accéder aux graphiques de l’étude qui suit : Source : https://direns.mines-paristech.fr/S...

Les variations dans le temps de la production éolienne et photovoltaïque sont un problème dans le sens où leur origine météorologique n’est pas maitrisable et que pour être utile elles doivent être mises en face d’une consommation électrique qui n’est pas complètement maitrisable non plus. On peut bien évidement ajuster une production donnée par un niveau de vent pour l’éolien et par une irradiation solaire pour le photovoltaïque mais seulement à la baisse ce qui est utile mais limité.

Il est important tout de même de comprendre la différence de nature entre la variabilité de la production photovoltaïque et celle de la production éolienne. Pour le photovoltaïque c’est d’un coté la course du soleil parfaitement prédictible et la présence possible de nuage qui l’est moins qui sont à l’origine de variations de production. Pour l’éolien c’est d’abord la variation de vent qui est en cause.

Mais c’est aussi la nature non linéaire de la courbe de puissance qui amplifie les variations du vent le plus souvent. En effet lorsque le vent passe de 5m/s à 10m/s la production peut être multipliée par presque 10 alors que pour des vents plus forts elle n’est presque pas modifiée. C’est ce qu’illustre ce graphique qui donne la courbe de puissance d’une éolienne de 2MW c’est‐à‐dire la relation entre la vitesse du vent à la hauteur de nacelle et la production de l’éolienne. Cette courbe est donnée par le constructeur et reflète dans le domaine non linéaire une production électrique donnée par la vitesse du vent au cube.

Du fait de cette nature météorologique, dans le cas de l’éolien comme dans le cas du photovoltaïque, ces variations ont deux propriétés fondamentales.

D’un côté elles sont en partie décorrélées en deux points de l’espace, autrement dit une production basse sur un site peut être compensée par une production plus haute sur un autre site distant. Cette compensation des fluctuations à grande échelle est ce que l’on appelle le foisonnement. Cela implique que les niveaux de variations seront très différents si l’on considère la production d’un pays entier ou seulement la production d’une centrale.

De l’autre côté ces variations ont lieu à plusieurs échelles de temps différentes qu’il est nécessaire de savoir distinguer. Des échelles de temps très courtes de quelques secondes avec par exemple le passage de nuage sur une centrale photovoltaïque, des échelles de temps de quelques heures comme celles causées par l’arrivée d’une perturbation météorologique, des variations journalières comme celles dues à la course du soleil, des variations saisonnières amenant une différence de production notable par exemple entre l’hiver et l’été et les variations annuelles qui font que l’énergie produite ne sera pas la même d’une année à l’autre.

Concernant l’éolien les phénomènes les plus préoccupants vis‐à‐vis du système électrique à l’échelle d’un pays sont :

Premièrement la variabilité importante de la production globale que l’on peut avoir à l’échelle de temps de quelques heures lors du changement de systèmes météorologiques. C’est alors la rapidité du changement qui doit être compensée à l’échelle du pays qui est un problème

Deuxièmement la succession de jours avec une production réduite à l’échelle du pays. En effet il peut exister dans des conditions météorologiques très particulières plusieurs journées consécutives pour lesquelles le vent ne souffle dans presque aucune région de France. Dans ces cas de figure même si la production éolienne du pays n’est jamais tout à fait nulle la consommation électrique ne peux pas être diminué pendant quelques jours et il s’agit aussi de trouver des solutions alternatives de production.

Pour ces variation à des échelles de temps allant de quelque minutes à plusieurs jours il existe plusieurs solutions.

La première solution est la gestion de la demande électrique. Ses principales formes sont déjà pratiquées depuis longtemps. On peut ici en mentionner deux. D’une part la gestion de la demande industrielle qui peut prendre la forme du décalage dans le temps du démarrage d’un processus industriel ou de sa mise en veille. D’autre part le choix de la période d’utilisation des chauffe‐eau électriques qui est aujourd’hui dirigé pour accommoder la consommation électrique à la production des centrales nucléaires. On peut aussi penser à adapter la charge de futurs véhicules électriques à la production.

La deuxième solution est le stockage de l’électricité. Il existe pour ce faire plusieurs solutions, nous n’en mentionnons que les principales. D’une part le stockage hydraulique avec les STEPs dont nous avons déjà parlé, ensuite le stockage sous forme d’air comprimé dans des grandes cavités ou en mer et enfin le stockage électrochimique comme l’utilisation de batteries lithium ion dont le cout baisse aujourd’hui.

La troisième solution est la régulation de la production à la baisse. En effet si l’on ne peut jamais produire plus que ce que le vent et le soleil nous offrent on peut facilement choisir de produire moins en coupant une partie de la production. Pour les éoliennes par exemple il s’agit d’un bridage mécanique. Ce type de régulation peut être utile en permettant d’atténuer des variations de puissance mais aussi il permet d’atteindre des niveau de pénétration élevé en évitant des surinvestissement dans des moyens de stockage couteux.

Enfin la dernière famille de solution est la combinaison avec d’autres moyens de production. Il peut s’agir d’autres centrales du même type différemment localisées, c’est le foisonnement. Mais il peut s’agir aussi plus simplement de centrales conventionnelles. On peut aussi ici penser à la production de chaleur pour les réseaux de chaleur

Bien évidement aucune de ces solutions ne doit être a priori considérée comme la seule ou la meilleure solution mais c’est une combinaison bien choisie de ces différentes solutions qui est requise.

Les phénomènes saisonniers sont assez faciles à caractériser et ne sont pas sans conséquences, ces deux graphiques montrent respectivement la production éolienne française et la production photovoltaïque. En gris sont donnés les niveaux de production horaires et en rose les moyennes mensuelles. Il faut alors faire deux constats :

Le premier est que la variation de la production photovoltaïque à l’échelle d’une année est beaucoup plus importante et préjudiciable que celle de la production éolienne. En effet la production d’un mois d’hiver est en moyenne 4 fois moins importante que la production d’un mois d’été.

La deuxième est que pour l’éolien ces variations sont moins grandes et en opposition de phase, la production étant un peu plus grande en hiver qu’en été même si ces variations sont moins régulières et moins prédictibles.

Nous allons maintenant décrire ces variations annuelles et les variations d’une année sur l’autre, dites inter‐annuelles, de la production avec une approche plus quantitative. Nous commençons ici par la production photovoltaïque.

Nous avons utilisé des simulations météorologiques pour simuler la production de la France sur 7 années consécutives mois par mois. Ces simulations ont été calibrées sur des mesures réelles. A partir de cette simulation nous pouvons décomposer la production Française en trois parties qui sont données sur la formule ci‐dessous et représentées sur le graphique en pourcentage de puissances installées au cours du temps.

La première partie de l’équation représentée par un trait rouge dans un cadre bleu sur le graphique correspond à la production moyenne annuelle. On peut voir que cette moyenne annuelle varie très peu d’une année sur l’autre et est d’environ 12 pourcents de la capacité installée.

La deuxième partie de l’équation représentée en gris sur le graphique est une partie périodique qui se répète à l’identique chaque année sous la forme d’une sinusoïde de période un an. On peut voir que l’amplitude de cette sinusoïde est de 8,5% et qu’elle a un minimum à la mi‐décembre probablement autour du solstice d’hivers et un maximum mi‐juin lors du solstice d’été.

La dernière partie de l’équation est une partie résiduelle qui est relativement aléatoire. Cette partie résiduelle est représentée sur le graphique du bas. Nous appliquons maintenant la même décomposition pour la production éolienne Française sur une période plus longue de 30 ans.

De même que dans le transparent précédent, la première partie de l’équation représentée en rouge sur le graphique correspond à la production moyenne annuelle. On peut voir que cette moyenne annuelle varie un peu plus d’une année sur l’autre que dans le cas du photovoltaïque et est en moyenne deux fois plus élevée, autour de 24 pourcents de la capacité installée.

La deuxième partie de l’équation représentée en gris sur le graphique est une partie périodique qui se répète à l’identique chaque année sous la forme d’une sinusoïde de période un an. On peut voir que l’amplitude de cette sinusoïde est de 7,2% et qu’elle est à peu près en opposition de phase avec la partie périodique de la production photovoltaïque avec un minimum à la fin juin et un maximum fin décembre.

La dernière partie de l’équation est une partie résiduelle qui est relativement aléatoire. Cette partie résiduelle est représentée sur le graphique du bas.

Synthétisons maintenant les différences et les points communs de ces variations annuelles et interannuelles en comparant l’éolien et le photovoltaïque. Dans ce tableau nous avons rassemblé la moyenne et l’écart type des trois parties de la décomposition présentée dans les deux transparents précédents. Ce sont les 3 premiers indicateurs présentés dans le tableau. Puis nous donnons le rapport entre la production le mois de l’année où elle est la plus faible et le mois de l’année où elle est la plus forte en tenant compte ou pas de la partie résiduelle.

5–Données statistiques sur la production de l’énergie éolienne.

Sources : Wikipédia et RTE

https://fee.asso.fr/comprendre-leol...

https://fee.asso.fr/actu/bilan-elec...

https://fee.asso.fr/actu/bilan-elec...

https://fee.asso.fr/actu/bilan-elec...

https://fee.asso.fr/actu/bilan-elec...

5.1 Dans le monde et en Europe.

a) Dans le monde.

Plus de 54 GW d’énergie éolienne ont été installés sur le marché mondial en 2016, qui comprend maintenant plus de 90 pays, dont 9 avec plus de 10 000 MW installés, et 29 qui ont passé la barre des 1 000 MW. La capacité cumulée a augmenté de 12,6% en 2016 par rapport à l’année précédente pour atteindre un total de 486,8 GW. (Source : GWEC Global Wind Report 2016)

La part dans la production mondiale d’électricité atteignait 4,4 % en 2017 et est estimée à 5,3 % en 2019. Les principaux pays producteurs sont la Chine (31 % du total mondial en 2018), les États-Unis (23 %) et l’Allemagne (9 %).

b) ’éolien en Europe

L’Europe a installé 11,7 GW (10,1 GW dans l’UE) de capacité brute d’électricité en 2018, soit une baisse de 33% par rapport à 2017.Avec une capacité installée nette totale de 189 GW, l’énergie éolienne reste la deuxième forme de capacité de production d’électricité en Europe, devant dépasser les installations de gaz en 2019. L’année 2018 a été une année record pour la nouvelle capacité éolienne financée. 16,7 GW de projets futurs sont en développement.

La France avec plus de 15GW de puissance installée reste le 4ème Pays en Europe en termes de volume derrière l’Allemagne (59,3 GW, l’Espagne (23,4 GW) et le Royaume-Uni (20,9 GW).

En 2018 l’énergie éolienne en Europe a produit 362 Twh, soit 14% de la demande en électricité européenne (Source Wind Europe)

5.2 En France.

Les 6500 éoliennes installées en France ont une capacité totale de puissance de 13,559 gigaWatts (GW). Arrondissons ce chiffre à 13. Selon le panorama de l’électricité renouvelable, 24 térawattheures (TWh) d’énergie ont été produits par ces éoliennes en 2017, soit 24 000 gigawattheures (GWh).7 juin 2018 Le Parc éolien de Fruges (Nord–Pas-de-Calais) est le plus grand parc éolien de France avec ses 70 éoliennes produisant au total 140 MW.

Dans le rapport sur le bilan électrique 2019 de la France, RTE souligne une hausse des productions d’origines éolienne et solaire, associée au recul de la production thermique à partir de combustible charbon.

Au 31 décembre 2019, la capacité de production du parc installé éolien est portée à 16 494 MW, avec 1 361 MW nouvellement raccordés. Il s’agit d’une hausse de 9% par rapport à fin 2018.

Le gestionnaire de réseau indique qu’au 31 décembre 2019, la consommation totale d’électricité est en légère baisse par rapport à 2018 (- 0,5 %), permettant aux énergies renouvelables de se frayer une place plus importante dans le mix énergétique français.

En 2019, la production du parc éolien a produit 21 % d’énergie de plus par rapport à 2018 et l’énergie solaire a augmenté de près de 8 %. Cette augmentation s’explique non seulement par la croissance du parc mais aussi par des conditions météorologiques particulièrement favorables en 2019.

Le réseau Transport Électricité de France (RTE) a rappelé également que la production éolienne française se substitue bien à une production thermique carbonée et permet de lutter efficacement contre le réchauffement climatique en France et en Europe.

Quelques chiffres clefs :

•La production éolienne 2019 atteint un maximum le 13 décembre 2019 avec une puissance de 13 330 MW, soit un facteur de charge de 80,8%.. So https://fee.asso.fr/comprendre-leol... RTE. 18/02/2020

[Voici un texte complémentaire au précédent] Source : lenergik. Com https://lenergeek.com/2019/03/22/re...

L’année 2019 commence fort pour l’électricité éolienne en France. Le jeudi 14 mars 2019, elle a enregistré un record de production. RTE, en charge du transport d’électricité, a précisé que l’électricité produite par les éoliennes avait atteint 12 323 MW. Le pic a eu lieu en milieu de journée, à 14h30. De quoi couvrir 18% de la consommation électrique de la France qui s’élevait alors à 67 620 MW.

La journée du 14 mars 2019 a été particulièrement favorable au parc éolien français en raison des vents très forts qui ont traversé le pays. Les éoliennes ont atteint un facteur de charge (qui mesure l’électricité produite par rapport à la puissance installée) de 81%. Ce chiffre est d’autant plus impressionnant que RTE avait publié, dans son bilan de 2018, la moyenne annuelle : en 2018, le facteur de charge des éoliennes françaises était de 21,1%.

Et si les éoliennes ont pu produire autant d’électricité, c’est aussi parce que le parc éolien français a augmenté ces dernières années. L’Etat et les collectivités locales ont investi dans l’énergie éolienne. En 2018, la puissance éolienne installée dans l’Hexagone se monte à 15 108 MW avec environ 8 000 éoliennes en service, soit 11,2% de plus par rapport à 2017. C’est aussi trois fois plus qu’en 2010, preuve de la montée en puissance de l’énergie éolienne.

L’électricité éolienne, 2e derrière le nucléaire

En Europe se hissant à ce niveau de production, l’électricité éolienne s’est attribuée la seconde place dans le classement des sources de production. Elle a donc dépassé l’hydroélectricité pour arriver juste derrière l’énergie nucléaire. En janvier 2019, RTE soulignait dans son aperçu mensuel de l’énergie électrique : “Le déficit de pluviométrie d’environ 20% sur toute la France en moyenne a notamment provoqué un recul de la production hydraulique, en baisse par rapport à 2018 (-2,29 TWh, -31,2%)“.

Avec l’augmentation de la production d’électricité éolienne, le parc énergétique français fait la démonstration de son agilité. Cela confirme la montée en puissance de l’éolien, même si on note une forte concentration dans le Grand Est et les Hauts- de-France. D’après les prévisions pour le secteur évoquées par Le Figaro, on pourrait même à un doublement du nombre des machines installées d’ici à 2030. L’objectif le plus ambitieux de la Programmation pluriannuelle de l’énergie prévoit lui d’atteindre 35,6 gigawatts de puissance installée en 2028.

Electricité éolienne : une variabilité mieux maîtrisée

Ce record dans la production d’électricité éolienne en appelle d’autres. L’essor constant du parc éolien français devrait assurer une augmentation mécanique de cette électricité verte. Certes, il y a encore des opposants aux éoliennes terrestres. Pourtant, leurs arguments à l’encontre du rendement intermittent des éoliennes s’essoufflent sous l’effet du foisonnement. Les éoliennes sont effectivement tributaires du vent, ce qui empêche une production lissée. Toutefois, les turbines ont connu plusieurs avancées majeures ces dernières années. Les nouveaux modèles d’éoliennes sont ainsi capables d’être réorientées pour suivre le sens du vent, ce qui optimise leur production. Le pilotage des parcs éoliens peut désormais se faire machine par machine.

Pour rappel, le projet de décret de la PPE, présenté début mars, prévoit une augmentation massive des capacités de production des éoliennes. L’énergie éolienne sera la seconde filière d’ENR dans laquelle l’Etat investira le plus, après l’énergie solaire. Néanmoins, à en croire les résultats financiers présentés par RTE le 20 mars 2019, la décentralisation du réseau énergétique n’affecte pas ses performances, notamment grâce à “l’application du nouveau Tarif d’Utilisation des Réseaux Publics d’Electricité (TURPE 5) fixé par la Commission de Régulation de l’Energie (CRE)“.

5.3– l’éolien offshore dans le monde : bilans et perspectives

Source : Connaissance de l’énergie.org https://www.connaissancedesenergies...

Attention au vocabulaire : ne pas confondre éolienne (flottante) en mer activée par le vent et hydrolienne munie d’une hélice activée par le courant marin

L’éolien offshore, pilier de la transition énergétique ?

L’éolien offshore « va se développer de manière impressionnante au cours des deux prochaines décennies », prédit l’Agence internationale de l’énergie (AIE) dans un rapport(1) dédié à la filière publié le 25 octobre.

0,3% de la production mondiale d’électricité en 2018

Avec 67 TWh générés dans le monde en 2018 (dont environ 60 TWh dans l’Union européenne), l’éolien offshore a compté pour seulement 0,3% de la production électrique mondiale l’an dernier. Selon l’AIE, la filière a toutefois « le potentiel technique de produire plus de 420 000 TWh par an au niveau mondial », soit l’équivalent de 11 fois la demande mondiale d’électricité estimée en 2040 par l’Agence(2). À ce titre, le directeur exécutif de l’AIE Fatih Birol a qualifié de « quasi illimité » le potentiel de la filière.

Selon les prévisions plus « réalistes » de l’AIE (basées sur les politiques annoncées), les capacités éoliennes offshore dans le monde vont être multipliées par 15 d’ici à 2040, faisant l’objet de près de 1 000 milliards de dollars d’investissements cumulés durant cette période. L’AIE estime que l’éolien offshore pourrait produire au niveau mondial près de 1 280 TWh en 2040, soit environ 3,1% de la production globale d’électricité par an envisagée à cet horizon. Près de 150 nouveaux projets dans le monde devraient être finalisés dans les 5 prochaines années, rappelle l’AIE (dont en France où sont encore attendues les mises en service des premiers grands parcs offshore).

Les baisses des coûts(3), l’installation d’éoliennes de plus grande taille et de plus grande puissance et le développement des fondations flottantes vont ouvrir de nouvelles perspectives à l’éolien offshore selon l’AIE : la filière pourrait ainsi constituer le nouveau « game-changer du système énergétique », au même titre selon Fatih Birol que « la révolution du schiste et l’essor du solaire photovoltaïque » au cours de la dernière décennie.

Taille des éoliennes offshore

La hauteur des éoliennes offshore a environ doublé entre 2010 et 2016. La surface balayée par les pales des nouvelles installations (diamètre indiqué en orange sur l’infographie) devrait encore sensiblement augmenter dans les prochaines années

L’Union européenne et la Chine, principales zones de développement

La filière éolienne offshore s’est historiquement développée dans l’UE, en particulier au large des pays bordant la mer du Nord (avec des fortes ressources en vents et de faibles profondeurs d’eau). S’appuyant sur un soutien public, les capacités éoliennes installées dans les eaux européennes atteignaient près de 19 GW à fin 2018 (sur 23 GW installés au niveau mondial). Selon les estimations « centrales » de l’AIE, ces capacités pourraient s’élever à 127 GW en 2040(4) et l’éolien offshore pourrait compter pour 15,9% de la production annuelle d’électricité de l’UE à cet horizon (contre 1,8% en 2018).

La Chine va elle aussi « jouer un rôle majeur dans le développement à long terme de l’éolien offshore », notamment dans le cadre de ses efforts pour réduire la pollution de l’air. C’est déjà dans ce pays qu’ont été installées les plus importantes capacités éoliennes offshore en 2018 (1,6 GW). Aux environs de 2025, la Chine pourrait disposer des principales capacités éoliennes offshore cumulées devant le Royaume-Uni selon l’AIE. À l’horizon 2040, la puissance installée du parc éolien offshore chinois pourrait atteindre 110 GW (contre 4 GW à fin 2018) mais avec une part de la filière dans le mix électrique encore inférieure à 3% à cet horizon. L’AIE estime que les installations éoliennes offshore seront compétitives avec les nouvelles centrales à charbon en Chine « aux alentours de 2030 ».

Les États-Unis bénéficient d’un gisement éolien offshore important « dans le nord-est du pays et près des grandes zones de consommation le long de la côte est » et pourraient porter à 146 TWh la production électrique provenant de cette filière en 2040 (soit 2,9% du mix de production électrique estimé cette année-là).

L’UE, la Chine et les États-Unis pourraient compter ensemble pour 82% de la production électrique d’origine éolienne offshore en 2040 selon le scénario central de l’AIE. L’Agence cite par ailleurs l’Inde, la Corée du Sud et Taïwan parmi les pays ayant fixé des objectifs ambitieux pour la filière, auxquels peuvent être ajoutés le Japon et le Canada.

Une filière à production variable mais…

La production de la filière éolienne offshore est intermittente mais les facteurs de charge des nouvelles installations atteignent des niveaux moyens de 40% à 50%. La variabilité de la production éolienne offshore est par ailleurs bien plus faible que celle des installations éoliennes terrestres ou solaires : elle « fluctue généralement […] jusqu’à 20% d’heure en heure » (« jusqu’à 40% pour le solaire photovoltaïque »).

Malgré leur production intermittente, les installations éoliennes offshore pourraient ainsi rendre des services au système électrique similaires aux installations dites « de base » (centrales nucléaires, hydroélectriques, thermiques à combustible fossile, etc.) selon l’AIE. L’Agence estime par ailleurs que ces installations « ont l’avantage d’éviter la plupart des problèmes d’usage des terres et d’acceptabilité que rencontrent les autres filières renouvelables variables ».

L’AIE appelle les gouvernements et l’industrie à poursuivre leurs efforts afin de permettre à l’éolien offshore de devenir « un pilier des transitions énergétiques » bas carbone. L’Agence souligne les énormes opportunités, notamment pour les groupes pétroliers et gaziers qui peuvent s’appuyer « sur leur expertise en offshore »(5). Le succès de l’éolien offshore dépendra également du développement des infrastructures de transport électrique, rappelle l’Agence : « que la responsabilité du développement (et le financement) de la transmission en mer incombe aux développeurs de projets ou aux gestionnaires de réseaux, la réglementation devra encourager une planification qui soutienne le développement à long terme » de la filière, souligne l’AIE.

Facteur de charge éolien offshore Dans la plupart des pays où sont implantées des éoliennes offshore, leurs facteurs de charge sont sensiblement supérieurs à ceux des éoliennes installées à terre. d’après AIE) La consommation mondiale d’électricité avoisine actuellement 23 000 TWh par an. Le LCOE moyen de l’éolien offshore pourrait être réduit de 60% d’ici à 2040 selon l’AIE. Voire de 180 GW pour atteindre l’objectif de neutralité carbone.Selon l’AIE, près de 40% des coûts d’un parc éolien offshore au long de sa durée de vie (incluant construction et maintenance) pourraient faire l’objet de « synergies significatives avec le secteur pétrolier et gazier offshore ».

6 Europe–Quelques données historiques sur l’énergie éolienne

L’énergie du vent fut d’abord utilisée comme énergie mécanique avant de devenir productrice d’électricité.

Depuis l’Antiquité et même encore bien avant, le bateau à voile permet de se déplacer sur les mères, lacs et larges rivières.

Les marines à voile utilisées pour le commerce, la conquête et la guerre occupaient une place considérable jusqu’à la fin du XVIIIe siècle.

Le bateau à voile n’est plus utilisé que dans le domaine de la navigation de plaisance.

L’autre grande utilisation du vent se faisait avec les moulins à vent pour notamment fabriquer de la farine à partir de céréales ou encore pour pomper de l’eau en vue par exemple d’assécher des terres.

D’une manière plus anecdotique on a utilisé et on l’utilise aussi le vent dans le vol à voile (planeurs, delta plane, parapente), partiellement pour les ballons dirigeables et aussi pour faire avancer un char à voile. La conversion de l’énergie mécanique d’une éolienne en énergie électrique se réalise au XIXe siècle et se développe jusqu’à nos jours.

On peut consulter un premier texte sur l’histoire de l’éolien en utilisant l’article de Wikipédia sur l’énergie éolienne dont nous rappelons le lien : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

On se réfère ici à un second texte dans un autre article de Wikipédia sur l’éolienne dont voici le lien : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

« L’ancêtre de l’éolienne est le moulin à vent, apparu en Perse dès l’an 620 et suivi de la pompe à vent, apparue au IXe siècle dans l’actuel Afghanistan. De nos jours, ils sont encore utilisés couplés à une pompe à eau, généralement pour drainer et assécher des zones humides ou au contraire irriguer des zones sèches ou permettre l’abreuvage du bétail. […]

En 1888, Charles Francis Brush construit une grande éolienne pour alimenter sa maison en électricité, avec stockage par batterie d’accumulateurs. »

La première éolienne « industrielle » génératrice d’électricité est mise au point par le Danois Poul La Cour en 1890, pour fabriquer de l’hydrogène par électrolyse. Dans les années suivantes, il crée l’éolienne « Lykkegard », dont il vend soixante-douze exemplaires en 19082.

Une éolienne expérimentale de 800 kVA fonctionna de 1955 à 1963 en France, à Nogent-le-Roi dans la Beauce. Elle avait été conçue par le Bureau d’études scientifiques et techniques de Lucien Romani et exploitée pour le compte d’EDF. Simultanément, deux éoliennes Neyrpic de 130 et 1 000 kW furent testées par EDF à Saint-Rémy-des-Landes (Manche)4. Il y eut également une éolienne raccordée au secteur sur les hauteurs d’Alger (Dély-Ibrahim) en 1957.

Cette technologie ayant été quelque peu délaissée par la suite, il faudra attendre les années 1970 et le premier choc pétrolier pour que le Danemark reprenne les installations d’éoliennes. (Fin de l’extrait)

7–Le petit éolien

Le petit éolien, ou éolien individuel ou encore éolien domestique, désigne toutes les éoliennes d’une puissance nominale inférieure ou égale à 30 kilowatts (en Europe), à 36 kilowatts (en France), ou 100 kilowatts (aux États-Unis), raccordées au réseau électrique ou bien autonomes en site isolé. Il vise à répondre à de petits besoins électriques et alimenter des appareils électriques (pompes, éclairage, chauffage...) de manière durable, principalement en milieu rural ou sur des véhicules (voiliers, caravanes...), et est souvent accompagné d’un module solaire photovoltaïque et d’un parc de batteries. Ce type d’installation peut garantir l’autonomie énergétique par exemple d’un voilier (éclairage, instruments de bord...) ou d’une caravane.

Pour être efficient et économiquement rentable, le site doit être exposé au vent, qui doit idéalement être à la fois fort, régulier et fréquent.

Le petit éolien semble être appelé à se développer de manière complémentaire au photovoltaïque (il y a souvent plus de vent quand il y a moins de soleil et inversement). Dans les décennies à venir un réseau électrique intelligent (« Smart Grid » ou « Super Smart Grid »1) ou un « internet de l’énergie » tel que proposé par Jeremy Rifkin dans son projet de 3ème révolution industrielle devrait faciliter l’intégration du petit éolien au réseau électrique.

Généralement à « axe horizontal », les petites éoliennes classiques comprennent souvent deux à trois pales, pour une puissance électrique de 1 kW à 36 kW (en France2). Elles sont fabriquées par des professionnels (Nheolis3,AWP, Bergey, Eoltec4), ou en autoconstruction (selon les modèles de Hugh Piggott par exemple).

En décembre 2004, a été ouvert à Narbonne (Aude) le Site expérimental pour le petit éolien de Narbonne (Sepen5) pour obtenir des données fiables sur les performances de ces équipements. Cette installation permet de tester dans des conditions de vent fort et soutenu, les performances de quatre « petites » éoliennes de moins de 10 kilowatts.

Certains fabricants français proposent des éoliennes silencieuses par la forme de leurs pales. Le Sepen a classé une des éoliennes testées comme étant "inaudible".

Selon la société Vertéole (crée en 2009 pour concevoir et fabriquer des petites éoliennes (à axe vertical ou non) pour les particuliers et collectivités, combinées à des modules photovoltaïques et à un stockage de l’électricité6, les petites éoliennes sont en réalité difficiles à concevoir car devant fonctionner en régimes particulièrement turbulent et irrégulier au point qu’il ne resterait en 2017 (selon le PDG de l’entreprise en 2017 ne subsistent que cinq acteurs industriels sur ce secteur dans le monde)6. Pour un exposé complet, voir Wikipédia : le petit éolien https://fr.wikipedia.org/wiki/Petit...

On peut aussi consulter la carte des vents et du potentiel éolien par région de France en utilisant le lien suivant : http://www.aurore-energies.com/eoli...

De même, il est possible de consulter la carte de France de l’ensoleillement avec le lien suivant : http://www.cartesfrance.fr/geograph...

8–Impact environnemental de la production d’énergie éolienne

On peut déjà avoir un avis sur la question en se référant au paragraphe précédent traitant démantèlement d’une éolienne.

Voici un article assez complet sur cette question. Source : Natura science https://www.natura-sciences.com/ene...

Quels impacts environnementaux pour les éoliennes ?

Natura-Sciences | Mis à jour le 22/02/2017 à

Pour tout projet éolien, une étude d’impact est menée. Cette étude analyse les milieux naturels existants et l’incidence de l’aménagement sur la faune et la flore. Elle étudie également les nuisances sonores, l’impact sur le paysage et le patrimoine. impacts environnementaux éolienne Pour tout projet éolien, une étude d’impact est menée. Cette étude analyse les milieux naturels existants, l’incidence de l’aménagement sur la faune et la flore, les nuisances sonores et l’impact sur le paysage et le patrimoine.

Les éoliennes fournissent une électricité « propre », ne produisant ni polluant ni gaz à effet de serre. Cependant, il faut considérer l’intégralité du cycle de vie d’une éolienne pour avoir une idée de son impact environnemental. Ainsi, l’éolien onshore émet 11 kgCO2/MWh et l’éolien offshore 14 kgCO2/MWh, selon Areva. Ces valeurs sont à comparer aux 420 kgCO2/MWh émis par une centrale au gaz et aux 820 kgCO2/MWh.

Des éoliennes nuisibles pour les oiseaux ?

Les éoliennes menacent directement deux grandes populations animales : les oiseaux et les chauves-souris. Pour éviter tous impacts environnementaux important sur ces populations, des études préliminaires à l’implantation des éoliennes sont menées. Les sites sensibles sont écartés. Quelques règles simples sont respectées : l’implantation se fait hors des couloirs migratoires et des zones de nidification d’oiseaux menacés.

De nombreuses études ont été menées autour des parcs éoliens pour analyser leur impact sur les oiseaux. La mortalité liée aux éoliennes est négligeable comparée à plusieurs autres causes : la circulation routière, les lignes électriques, la chasse, les pesticides, les marées noires, l’ingestion de plastique, la collision avec les immeubles ou bien encore la disparition de milieux favorables à leur développement. D’après la Dutch Foundation for Bird Protection, les chiffres de mortalité parlent d’eux-mêmes. Si 0,4 à 1,3 oiseaux sont tués en moyenne par éolienne et par an, les lignes électriques en tuent chaque année 80 à 120 par km de lignes installées et les routes 30 à 120 par km.

Profitant des retours d’expériences internationaux via le réseau Birdlife International, les impacts sont de mieux en mieux cernés par la Ligue de Protection des Oiseaux (LPO). L’ONG a souhaité partager ses connaissances avec les acteurs de la filière en France en vue de la constitution de parcs éolien à haute qualité environnementale. Ainsi, le programme national « éolien-biodiversité » a été constitué en 2006 à l’initiative de l’Agence De l’Environnement et de la maîtrise de l’Energie (ADEME), du Syndicat des Energies Renouvelables et France Energie Eolienne (SER-FEE), du Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable et de la Mer (MEEDDM) et de la LPO. Ce programme vise à donner les moyens aux acteurs de l’éolien afin de stopper la perte de biodiversité.

Lire aussi : Quels sont les impacts environnementaux d’une centrale nucléaire ?

Un bruit relativement faible

L’étude d’impact comprend un volet sonore. Il prend en compte les effets du bruit sur les habitations et les populations les plus sensibles telles que les écoles et les hôpitaux. Le bruit est de 55 dB au pied d’une éolienne et s’atténue avec l’éloignement. Il est de 35 à 45 dB à 350 mètres.

L’Agence française de sécurité sanitaire environnementale et du travail (AFSSET), désormais l’agence nationale de sécurité sanitaire (Anses) a rendu en mars 2008 un rapport sur le bruit produit par les éoliennes. Ses conclusions sont les suivantes :« Il apparaît que les émissions sonores des éoliennes ne génèrent pas de conséquences sanitaires directes sur l’appareil auditif. Aucune donnée sanitaire disponible ne permet d’observer des effets liés à l’exposition aux basses fréquences et aux infrasons générés par ces machines ». Le groupe de travail recommande de « ne pas imposer une distance d’espacement unique entre parcs éoliens et habitations riveraines ». Mais plutôt de les « évaluer au cas par cas, lors des études d’impact ». Le volet Eolien du Grenelle II prévoit un éloignement minimal de 500 mètres entre les éoliennes et les habitations les plus proches, la distance retenue effective étant définie suite à l’étude d’impact.

Dans l’étude d’impact, le milieu culturel est également pris en compte. Ainsi, les éoliennes ne peuvent pas être implantées sur des sites classés, dans un périmètre de 500 m autour des monuments historiques. Pas plus que dans les zones de protection du patrimoine architectural, urbain et paysager, dans les sites inscrits au patrimoine mondial de l’UNESCO ou encore les sites archéologiques. Les sites naturels inscrits peuvent quant à eux accueillir des éoliennes après avis de la commission départementale des sites.

Le cas des éoliennes offshore – un atelier de travail de chasseurs et pêcheurs

Les éoliennes offshore sont également susceptibles de porter atteinte à la biodiversité. L’étude d’impact doit donc étudier les routes des oiseaux marins, mais également l’impact potentiel sur la vie marine. Le 29 avril 2011, un atelier de travail s’est tenu en France, au Touquet (65). Il réunissait chasseurs, pêcheurs professionnels et de loisir et personnalités politiques. Leur but était d’élaborer des systèmes de suivi environnemental sur la migration des oiseaux, des poissons et des mammifères marins.

Ces professionnels partent du principe que les poissons de mer et d’eau douce utilisent les ultrasons pour une quantité de fonctions sociales et de survie. Des générateurs d’ultrasons, en l’occurrence les éoliennes, peuvent donc les dérouter. Cependant, les retours d’expérience compilés par l’ADEME montrent que les structures en béton des éoliennes constituent des habitats pour les moules, algues, crabes, diatomées et bernacles, mais également pour les poissons de toutes sortes. Aucune baisse de productivité autour des parcs éoliens offshore n’est connue à ce jour. Au contraire ! Elle a tendance à augmenter de manière significative, observédans les parcs éoliens offshore au Danemark, en Suède ou au Royaume-Uni.

Plusieurs études scientifiques ont montré que le bruit marin dû au trafic maritime ne cessait d’augmenter. En moyenne, son niveau a pris 10 dB entre 1950 et 1975. De 1950 à 2000, le bruit basse fréquence s’est accru de 16 dB. Il a donc doublé tous les 10 ans. En cause : le nombre de bateaux qui a triplé, passant de 30 000 à 87 000. Dans le même temps, le tonnage a été multiplié par 6,5, grimpant de 95 à 550 millions de tonnes. Mais, remet-on en cause la pêche et le trafic maritime ? On n’impose aucune étude d’impact pour mesurer le bruit et les rejets toxiques en vue de d’autoriser les routes maritimes. Encore une fois, ne se trompe-t-on pas d’ennemi ?

Un démantèlement programmé

La durée de vie d’un parc éolien est estimée à 20 ans. L’exploitant est responsable de son démantèlement et de la remise en état du site à la fin de l’exploitation. Constituée d’acier et de matières plastiques, une éolienne est démontable en fin de vie et presque totalement recyclable. Une fois démontée, elle ne laisse pas de polluants sur le site.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com

Hervé Debonrivage


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