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Éoliennes en mer : goutte d’eau ou tsunami énergétique ?

« L’éolien flottant doit prouver qu’il peut changer d’échelle »

Anaïs Marechal, journaliste scientifique
Le 19 janvier 2022 |
4 mins de lecture
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« L’éolien flottant doit prouver qu’il peut changer d’échelle »
Yves Perignon
Yves Perignon
ingénieur de recherche CNRS à l’École centrale de Nantes
En bref
  • Les éoliennes flottantes offrent un potentiel considérable de production d’énergie dans le monde : 330 000 TWh par an, soit 79 % du potentiel théorique total de l’éolien en mer.
  • L’éolien posé a permis de démontrer l’intérêt de l’éolien en mer pour l’équilibre énergétique d’un pays. L’éolien flottant, moins mature technologiquement, représente naturellement l’étape suivante.
  • L’obstacle n’est pas que technique, mais également économique : les coûts de l’éolien flottant sont 1,5 à 4 fois supérieurs à ceux de l’éolien posé, cela s’explique par le plus faible niveau de maturité de la filière.
  • Les éoliennes flottantes disposent de facteurs de charge supérieurs à celles du posé, et donc d’une moindre intermittence de la production d’énergie. Plus loin des côtes, elles bénéficient de vents plus forts pour une capacité de production plus importante.

Les éoli­ennes flot­tantes offrent un poten­tiel con­sid­érable de pro­duc­tion d’énergie dans le monde : 330 000 TWh par an, soit 79 % du poten­tiel théorique total de l’éolien en mer1. Les dis­posi­tifs flot­tants sont employés au-delà d’une pro­fondeur de 50 mètres, lim­ite à par­tir de laque­lle le déploiement d’éoliennes posées (type d’éoliennes en mer, fixées au fond marin) devient trop coû­teux. De pre­miers sites semi-com­mer­ci­aux ont com­mencé leur pro­duc­tion. Le site d’essai en mer SEM-REV2, porté par l’École cen­trale de Nantes, est le seul à pro­duire de l’électricité en France, au large du Croisic, grâce à une éoli­enne flot­tante dans le cadre du pro­jet Float­gen. L’éolienne déployée par la société Ide­ol y génère plus de 6 GWh d’électricité par an depuis 2018. Yves Perignon, ingénieur de recherche en hydro­dy­namique, est respon­s­able du site d’essai.

Alors que de nom­breux parcs éoliens posés sont en activ­ité depuis les années 90, l’éolien flot­tant émerge seule­ment. Com­ment l’expliquez-vous ?

L’éolien flot­tant est effec­tive­ment moins mature. Le pre­mier pro­to­type a été déployé en Norvège par le pétroli­er Equinor en 2009. Le Por­tu­gal a suivi avec un autre pro­to­type du flot­teuriste Prin­ci­ple Pow­er en 2011. Les développe­ments se sont par la suite accélérés, et il existe aujourd’hui une dizaine de pro­to­types dans le monde. Plusieurs pays débu­tent la phase com­mer­ciale : par exem­ple en Écosse, deux parcs éoliens de 30 et 50 MW de capac­ité instal­lée sont en ser­vice. En France, qua­tre fer­mes pilotes vont être con­stru­ites ces prochaines années.

Ce retard s’explique par un fais­ceau de raisons. Les pays du Nord de l’Europe ont été les pio­nniers con­cer­nant l’éolien : après avoir testé l’éolien ter­restre sur des îles, nom­bre d’entre eux ont investi dans l’éolien en mer posé. Ce sont l’Allemagne, le Roy­aume-Uni, les Pays-Bas, le Dane­mark, la Norvège ou encore la Bel­gique. Leur retour d’expérience a per­mis de résoudre de nom­breuses ques­tions : réduc­tion des coûts, capac­ité de pro­duc­tion, rac­corde­ment aux réseaux élec­triques… L’éolien posé a per­mis de démon­tr­er l’intérêt de l’éolien en mer pour l’équilibre énergé­tique d’un pays. L’éolien flot­tant, moins mature tech­nologique­ment, représente naturelle­ment l’étape suiv­ante. Les pro­jets et développe­ments sont portés par des con­sor­tiums inter­na­tionaux com­prenant sou­vent des acteurs de l’off­shore pétroli­er, qui déti­en­nent déjà de nom­breuses com­pé­tences utiles à l’éolien flottant.

Quels obsta­cles tech­nologiques entra­vent le développe­ment com­mer­cial de l’éolien flottant ?

L’enjeu prin­ci­pal con­cerne la struc­ture por­tant l’éolienne, com­posée d’un flot­teur et d’un sys­tème d’ancrage. Une var­iété de tech­nolo­gies matures existe, mais dif­férents ver­rous restent à lever. Par exem­ple, con­cer­nant leur fia­bil­ité : la fatigue des matéri­aux et la résis­tance aux con­di­tions extrêmes lors des tem­pêtes doivent être éprou­vées sur toute la durée de vie d’un parc. Autre enjeu : le change­ment d’échelle, depuis le pro­to­type jusqu’au parc éolien. On peut par exem­ple se deman­der si nous dis­poserons de suff­isam­ment de fenêtres météo pour rem­plac­er des lignes d’ancrage détéri­orées de plusieurs flot­teurs. L’adéquation des choix tech­nologiques aux con­traintes de main­te­nance con­di­tion­nera la via­bil­ité économique d’un parc.

D’autres enjeux por­tent sur le rac­corde­ment élec­trique : les indus­triels tra­vail­lent à amélior­er la résis­tance et la fia­bil­ité des câbles et du rac­corde­ment. De plus, le rac­corde­ment intra-parc aujourd’hui util­isé est en série, ce qui implique la mise à l’arrêt de plusieurs éoli­ennes lors d’une panne. D’autres solu­tions pour­raient être per­ti­nentes pour lim­iter les temps d’indisponibilité.

FLOATGEN (BW Ide­ol) ©Cen­trale Nantes

Le pas­sage à l’échelle indus­trielle pose-t-il d’autres défis ?

Oui. De façon plus générale, il implique de men­er une réflex­ion sur la main­te­nance de ces parcs situés loin des côtes. L’obstacle n’est pas que tech­nique, mais égale­ment économique : ces parcs néces­siteront plus d’inspections sous-marines autour des câbles, des ancrages ou du flot­teur. La main­te­nance doit être ren­due plus rou­tinière et ver­sa­tile pour y faire face. L’optimisation des moyens d’inspections pour­ra par exem­ple avoir d’importantes impli­ca­tions économiques. Enfin, l’infrastructure por­tu­aire sera « dimen­sion­nante » : l’adéquation des zones de con­struc­tion ou de stock­age des flot­teurs et des autres com­posants sera un enjeu majeur.

Les indus­triels sont aujourd’hui capa­bles de con­stru­ire des éoli­ennes flot­tantes, mais le défi con­siste à chang­er d’échelle et ten­dre vers une pro­duc­tion élec­trique à bas coût et faible empreinte carbone.

Pourquoi l’équation économique est-elle un problème ?

À ce jour, seul un appel d’offres a été lancé en France pour la créa­tion d’un parc éolien flot­tant en Bre­tagne Sud d’ici 2029. Les coûts de l’éolien flot­tant sont 1,5 à 4 fois supérieurs à ceux de l’éolien posé3, cela s’explique par le plus faible niveau de matu­rité de la fil­ière. Des études prospec­tives4 mon­trent en out­re que l’éolien flot­tant va suiv­re une tra­jec­toire de réduc­tion des coûts com­pat­i­ble avec un prix de marché d’ici moins de 15 ans.

Le mod­èle économique de l’éolien flot­tant repose sur des choix tech­niques et opéra­tionnels inno­vants, mais égale­ment sur une meilleure exploita­tion des capac­ités éoli­ennes. Comme pour le posé, l’augmentation de la puis­sance uni­taire des éoli­ennes per­me­t­tra d’améliorer le ren­de­ment des parcs.

Quels intérêts existe-t-il à dévelop­per l’éolien flottant ?

L’éolien flot­tant représente un gise­ment très impor­tant de pro­duc­tion d’énergie que l’éolien posé ne peut cou­vrir. Mais il offre d’autres avan­tages : les éoli­ennes flot­tantes dis­posent de fac­teurs de charge supérieurs à celles du posé, et offrent ain­si une moin­dre inter­mit­tence de la pro­duc­tion d’énergie. Déployées plus loin des côtes, les éoli­ennes flot­tantes béné­fi­cient de vents plus forts et donc d’une capac­ité de pro­duc­tion plus impor­tante, à moin­dre impact visuel pour les pop­u­la­tions du littoral.

Plus large­ment, la car­ac­téri­sa­tion des retombées socio-économiques ou sur la bio­di­ver­sité béné­fi­cie actuelle­ment des pre­miers retours d’expérience d’implantations en mer. Les atouts et les con­traintes de l’éolien flot­tant pour­ront donc être éval­ués dans l’orientation des poli­tiques énergé­tiques et la plan­i­fi­ca­tion des futures implantations.

1Inter­na­tion­al Ener­gy Agency, Off­shore wind out­look 2019
2https://​sem​-rev​.ec​-nantes​.fr
3https://​www​.eoli​en​nesen​mer​.fr/​l​e​o​l​i​e​n​-​e​n​-​m​e​r​-​d​a​n​s​-​m​i​x​-​e​n​e​r​g​e​t​i​q​u​e​-​f​r​a​ncais
4Cat­a­pult Off­shore Renew­able Ener­gy, Float­ing off­shore wind : cost reduc­tion path­ways to sub­sidy free