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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Cinquième partie. Les énergies renouvelables

27. L’éolien offshore

Daniel Averbuch

Texte intégral

1Exploiter les larges ressources énergétiques provenant de vents plus forts et plus réguliers en mer qu’à terre, tout en maîtrisant la complexité de la réalisation de projets d’infrastructures de très grande taille à un coût acceptable par la communauté, tels sont les enjeux et les défis du développement de l’éolien offshore.

Un large potentiel

2Représentant à ce jour seulement une part de 1 à 2 % de la puissance éolienne totale installée, l’éolien offshore devrait bénéficier d’une forte croissance pour atteindre une part de 10 % à l’horizon 2020. Cette technologie voit en effet une forte accélération de son développement depuis quelques années, avec l’installation en Europe de près d’1 GW de puissance en 2011, pour un total de 4 GW de puissance installée cumulée, ce qui constitue 90 % de la capacité mondiale. À l’horizon 2020, ce seront ainsi près de 40 GW qui seront raccordés en Europe, selon l’EWEA (European Wind Energy Association), la Chine se fixant une cible ambitieuse à 30 GW d’éolien offshore à cette même date.

3La France, quant à elle, possède un objectif fixé par le Grenelle de l’environnement de 6 GW installés en 2020, dont le développement a été initié par les récents appels d’offres.

4Les moteurs d’un tel développement sont donc multiples : importance et « qualité » de la ressource (turbulence réduite), capacité à déployer des machines spécifiques de plus grande taille unitaire et à exploiter de plus grandes superficies pour développer des projets de plusieurs centaines de MW, contraintes de conflit d’usage potentiellement réduites.

Des technologies spécifiques

5Ainsi, des technologies spécifiques sont aujourd’hui développées pour atteindre les objectifs fixés par les diverses feuilles de route mondiales, et permettre une réduction des coûts de production de l’électricité, qui sera une condition du déploiement à grande échelle de l’éolien en mer.

6L’installation d’éoliennes en mer permet l’utilisation de machines de plus grande taille qu’à terre. Ainsi, lorsque les éoliennes terrestres développent aujourd’hui une puissance maximale de l’ordre de 2 à 3 MW par machine, des machines de 5 à 6 MW de puissance unitaire, dont les rotors peuvent dépasser 130 voire 150 mètres de diamètre, sont maintenant proposées pour de nombreuses fermes. Les moteurs de cette évolution sont d’une part la réduction du nombre d’opérations d’installation, de raccordement, et potentiellement de maintenance, mais aussi la possibilité d’exploiter des vents plus forts en altitude. En effet, pour un site donné, le vent augmente généralement en fonction de la distance au sol ; la puissance apportée par le vent variant comme le cube de sa vitesse (cf. V.26), on conçoit donc l’intérêt d’évoluer vers des machines de plus grande taille.

Fig. 1 – Parc éolien de Middelgrunden, au large de Copenhague. © D. Averbuch

7Actuellement, plusieurs projets de développement de machines de 7, 8 voire 10 MW sont en cours de réalisation. Le projet de recherche Européen Upwind du FP6 a, quant à lui, permis de poser les bases de la conception de machines de 20 MW de puissance unitaire. Pour autant, ces machines ne sont pas une simple extrapolation des machines terrestres, et nombre de technologies spécifiques sont ainsi développées.

8Ce besoin de nouvelles technologies résulte d’une part des contraintes liées à l’environnement marin qui imposent de traiter la problématique de la corrosion marine et de développer des fondations adaptées, mais d’autre part de la grande taille des fermes (plusieurs centaines de MW, voire plus d’1 GW pour certaines fermes prévues notamment au Royaume-Uni) qui nécessitent un raccordement par des câbles à haute tension en courant alternatif* ou continu*, et des sous-stations électriques de taille importante.

9Plusieurs types de fondations sont disponibles en fonction de la profondeur, des conditions océano-météorologiques et géotechniques du site, mais aussi de considérations industrielles de fabrication. La plus simple et la plus répandue, la monopile (ou monopieu, figure 2a), consiste à réaliser une structure de support métallique installée sur un pieu placé dans le sol marin, dont le mat de l’éolienne constitue ainsi le prolongement. Cette solution, très simple, n’offre cependant pas assez de raideur en plus grande profondeur. On doit alors se tourner vers des solutions plus adaptées comme les structures tripodes telles qu’utilisées par exemple sur le parc d’Alpha Ventus en Allemagne (figure 2b), des structures en treillis (figure 2c) proches de celles de plateformes pétrolières, des fondations tripiles (figure 2d) mais aussi les fondations à base gravitaire (figure 2e).

10Enfin, pour des profondeurs d’eau plus importantes (supérieures à 50 mètres), des fondations flottantes (figure 2f et 2g) sont aujourd’hui envisagées. L’objectif d’une telle technologie est d’accéder à une ressource de vent encore plus importante, en s’affranchissant des limitations de la bathymétrie, tout en autorisant une installation et une maintenance potentiellement plus aisée. Cette technologie, encore au stade de la démonstration, avec notamment les projets Hywind de Statoil en Norvège et Windfloat au large du Portugal, fait l’objet de plusieurs développements technologiques, essentiellement en Europe, au Japon et aux États-Unis.

11Par ailleurs, des moyens d’installation spécifiques reposant pour l’essentiel sur des barges dotées de fortes capacités de levage sont aussi mobilisés pour ces projets, ces moyens pouvant être un goulet d’étranglement pour la réalisation des projets.

12Les génératrices présentes sur les éoliennes offshore font également l’objet de développements technologiques. En effet, la tendance actuelle est de proposer des génératrices synchrones à entraînement direct (c’est-àdire sans multiplicateur entre le rotor et la génératrice) ou semi-direct, s’affranchissant ainsi des multiplicateurs, ou en limitant le nombre d’étages. Des compromis sont alors dans tous les cas à rechercher entre efficacité, poids de la nacelle, coût et fiabilité des composants.

Fig. 2 – Fondations pour éoliennes en mer. Source rapport Upwind

13Les pales et les systèmes de contrôle de leur orientation, font aussi l’objet de travaux de recherche, notamment pour augmenter la production mais aussi pour parvenir à réduire les sollicitations mécaniques subies par les éoliennes.

14Parallèlement aux considérations techniques, la problématique de l’acceptation par les usagers de la mer est également à traiter avec beaucoup de sérieux lors des démarches de concertation, les interactions potentielles avec les zones de pêche, ainsi que l’existence de zones classées pouvant créer des freins au développement de fermes éoliennes en mer. L’éolien en mer est cependant une source d’emploi local tant pour les travaux associés à la fabrication de certains composants et à l’installation des machines, que pour la maintenance.

Bibliographie

Références bibliographiques

L’Énergie éolienne en mer, Fiche du Syndicat des Énergies Renouvelables, www.enr.fr.

The European Offshore Wind Industry - Key Trends And Statistics 1st Half 2012, EWEA, www.ewea.org.

Wind Power Generation and Wind Turbine Design, Wei Tong Editor, WIT Press, 2010.

• M. RAPIN et J.-M. NOËL – Éoliennes : principes. Études de cas, Dunod, 2010.

• J. TWIDELL and G. GAUDIOSI – Offshore Wind Power, Multi-science publishing, 2009.

• Rapport Upwind. Design Limits and Solutions for Very Large Wind Turbines, 2011.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Parc éolien de Middelgrunden, au large de Copenhague. © D. Averbuch
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11086/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 347k
Légende Fig. 2 – Fondations pour éoliennes en mer. Source rapport Upwind
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11086/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 151k

Auteur

Responsable du programme Énergies Marines du Centre de Résultats Ressources, IFP Énergies nouvelles, Solaize.
daniel.averbuch@ifpen.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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