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

Éoliennes en mer : « une énergie verte et bon marché à fort potentiel »

Anaïs Marechal, journaliste scientifique
Le 19 janvier 2022 |
5 mins de lecture
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Éoliennes en mer : « une énergie verte et bon marché à fort potentiel »
Daniel Averbuch
Daniel Averbuch
Ingénieur à IFP Énergies nouvelles
En bref
  • En France, RTE projette une capacité d’éoliennes en mer de 22 à 62 GW à l’horizon 2050. D’ici là, le parc nucléaire historique verra sa capacité passer d’environ 60 GW à 16 GW en raison de la fermeture des centrales vieillissantes.
  • Plus précisément, l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) estime le potentiel de l’éolien en mer à 420 000 TWh d’électricité par an, soit 11 fois la demande mondiale d’électricité en 2040.
  • Grâce à ces atouts, l’éolien en mer se développe fortement. La capacité mondiale installée est passée de 3 GW en 2010 à 23 GW en 2018. L’Europe domine le marché en cumulant à elle seule 80 % des capacités installées.
  • L’appel d’offres pour le parc de Dunkerque en 2019 matérialise une baisse des coûts de production plus rapide qu’espérée : le prix du MWh s’élève à 44 €, contre environ 65 € pour l’éolien terrestre ou 40 à 70 € pour le solaire photovoltaïque au sol.

Depuis l’adoption des Accords de Paris en 2015, les objec­tifs inter­na­tionaux de lutte con­tre le change­ment cli­ma­tique sont clairs : vis­er la neu­tral­ité car­bone au milieu du siè­cle. Impos­si­ble d’atteindre cet objec­tif sans un développe­ment mas­sif des éner­gies renou­ve­lables. L’éolien en mer est en pre­mière ligne : toutes les pro­jec­tions s’accordent sur une explo­sion de la fil­ière — qui ne représente aujourd’hui que 0,3 % de la pro­duc­tion élec­trique mon­di­ale. En France, le ges­tion­naire du Réseau de Trans­port d’Électricité (RTE) désigne la fil­ière comme l’une « des plus promet­teuses pour la pro­duc­tion d’électricité bas-car­bone à long terme »1. Le Roy­aume-Uni est le cham­pi­on à ce jour : la capac­ité éoli­enne en mer instal­lée est de 10,4 GW (con­tre 14 GW à terre), et le pays vise 40 GW d’ici 20302. Alors qu’aucun parc n’est aujourd’hui opéra­tionnel dans l’hexagone, RTE prévoit une capac­ité d’éoliennes en mer de 22 à 62 GW à l’horizon 2050. D’ici là, le parc nucléaire his­torique (infra­struc­tures déjà présentes) ver­ra sa capac­ité dimin­uer, en rai­son de la fer­me­ture des cen­trales vieil­lis­santes – c’est-à-dire les réac­teurs de deux­ième généra­tion, con­stru­its au cours des années 80. Pas­sant d’environ 60 GW de pro­duc­tion à 24 GW, voir 16 GW, selon les scé­nar­ios retenus dans lesquels le nucléaire aura tou­jours une place dans le mix énergétique.

Un potentiel énergétique colossal

Les éoli­ennes peu­vent être fixées sur les fonds marins jusqu’à 50 mètres de pro­fondeur, ou au-delà repos­er sur une base flot­tante amar­rée. « Pour des raisons économiques, les éoli­ennes en mer sont préféren­tielle­ment instal­lées dans des zones où le vent a une vitesse moyenne annuelle d’au moins 8 mètres par sec­onde, détaille Daniel Aver­buch. Cette con­trainte, croisée à celle de la pro­fondeur min­i­male, aboutit à un poten­tiel tech­nique énorme. » Plus pré­cisé­ment, l’Agence Inter­na­tionale de l’Énergie (AIE) estime3 le poten­tiel de l’éolien en mer à 420 000 TWh d’électricité par an, soit 11 fois la demande mon­di­ale d’électricité en 2040.

Pourquoi un tel gise­ment ? « La puis­sance uni­taire des éoli­ennes en mer est aujourd’hui de 10 MW, et l’industrie vise 15 MW et plus d’ici la fin de la décen­nie, explique Daniel Aver­buch. C’est bien plus que les éoli­ennes à terre, plus petites pour lim­iter l’impact visuel, qui atteignent une puis­sance uni­taire d’environ 3 MW. » Autre atout de l’éolien en mer : le fac­teur de charge. Cette mesure représente le rap­port entre la pro­duc­tion réelle et la puis­sance théorique de l’engin. Elle pèche sou­vent pour les éner­gies renou­ve­lables qui reposent sur des sources inter­mit­tentes comme l’ensoleillement ou le vent.

Mais les éoli­ennes en mer sur­passent tous les autres modes de pro­duc­tion d’électricité, excep­té le nucléaire qui peut fonc­tion­ner qua­si­ment en per­ma­nence : les parcs éoliens récents affichent un fac­teur de charge moyen de 40 à 50 %, con­tre 25 % pour les éoli­ennes ter­restres en France et 14 % pour les pan­neaux solaires pho­to­voltaïques4. Le parc d’éoliennes Hywind Scot­land a même atteint un nou­veau record avec une moyenne annuelle de 57 % !5 « Cela s’explique par la nature des vents, qui sont plus forts et plus réguliers en mer, mais égale­ment par les choix de con­cep­tion réal­isés pour les éoli­ennes en mer », expose Daniel Aver­buch. L’Europe béné­fi­cie d’ailleurs d’un emplace­ment de choix : en mer du Nord, mer Bal­tique, Golfe de Gascogne, mer d’Irlande et mer de Norvège, les vents atteignent des fac­teurs de charge de 45 à 65 %, con­tre 35 à 45 % pour la Chine ou le Japon ou 40 à 55 % pour les États-Unis.

Cette plus grande sta­bil­ité de pro­duc­tion fait de l’éolien en mer un choix intéres­sant pour l’équilibre du mix énergé­tique. De plus, la pro­duc­tion est com­plé­men­taire à celle d’autres éner­gies renou­ve­lables : en Europe, en Chine ou aux États-Unis, elle est plus impor­tante en hiv­er, à l’inverse de la pro­duc­tion photovoltaïque.

Sur le chemin de la maturité

Grâce à ces atouts, l’éolien en mer se développe forte­ment. La capac­ité mon­di­ale instal­lée est passée de 3 GW en 2010 à 23 GW en 2018, une crois­sance dépas­sant toutes les autres sources d’électricité, à l’exception des pan­neaux pho­to­voltaïques. L’Europe — Roy­aume-Uni en tête — domine le marché en cumu­lant à elle seule 80 % des capac­ités instal­lées en 2018. La Chine pour­rait cepen­dant pren­dre la tête d’ici 2030 en pas­sant de 5 à 36 GW de capac­ité instal­lée. En France, l’Ademe estime le poten­tiel économique de l’éolien en mer à 924 mil­lions d’euros par an de valeur ajoutée d’ici 2030, avec 11 300 emplois directs par an.

Pen­dant des années le coût de l’éolien en mer était un frein : les coûts moyens de pro­duc­tion de l’éolien posé en France sont éval­ués à env­i­ron 100 €/MWh, con­tre 79–149 €/MWh pour l’hydraulique, 50–70 €/MWh pour l’éolien ter­restre, 45–81 €/MWh pour le solaire pho­to­voltaïque au sol ou 43,8–64,8 €/MWh pour le nucléaire (selon la méth­ode de cal­cul retenue). Mais l’appel d’offre pour le parc de Dunkerque en 2019 matéri­alise une baisse des coûts plus rapi­de qu’espérée6 : le prix du MWh s’élève à 44 € pour cet appel d’offre7. Les coûts de pro­duc­tion pour­raient même chuter à 25–30 € par MWh d’ici 2030. Pour Daniel Aver­buch, cette baisse impor­tante s’explique par « la plus grande matu­rité de l’industrie, qui réduit le coût des emprunts ban­caires. L’augmentation de la taille des éoli­ennes en mer per­met aus­si de pro­duire plus avec moins de machines, pour­suit le spé­cial­iste, et donc de réduire les coûts d’investissement et d’entretien. »

Certains obstacles sont encore présents

Mais atten­tion : la réus­site du développe­ment mas­sif de l’éolien en mer repose sur la lev­ée de cer­taines dif­fi­cultés. « L’augmentation de la pro­duc­tion élec­trique va néces­siter un ren­force­ment des réseaux de trans­port d’électricité, expose Daniel Aver­buch. L’éolien en mer con­cen­tre géo­graphique­ment la pro­duc­tion élec­trique : il impose l’évacuation d’une grande quan­tité d’énergie, con­traire­ment à l’éolien ter­restre ou au pho­to­voltaïque qui sont plus dis­tribués. » Autre point d’attention : les matéri­aux néces­saires à la con­struc­tion d’éoliennes. « Les ressources en métaux cri­tiques et ter­res rares pour la tran­si­tion énergé­tique font l’objet de travaux de prospec­tive, notam­ment au sein d’IFPEN8, ajoute Daniel Aver­buch. L’éolien, qui néces­site des ter­res rares pour les aimants per­ma­nents, ne représente cepen­dant qu’une petite part du marché glob­al. »

Enfin, l’éolien en mer flot­tant — instal­lé dans les zones dépas­sant 50 mètres de pro­fondeur — fait l’objet d’une plus grande incer­ti­tude. Env­i­ron 70 % du poten­tiel mon­di­al de pro­duc­tion repose sur ce type d’éoliennes. Or la tech­nolo­gie est moins mature, et aucune ferme flot­tante n’a aujourd’hui atteint le stade com­mer­cial (voir épisode 3). Mais même si aucun parc éolien flot­tant ne voy­ait le jour, l’éolien en mer ne sign­erait pas son arrêt de mort. Le poten­tiel des seules éoli­ennes posées dépasse la demande mon­di­ale prévue en élec­tric­ité d’ici 2040.

L’impact envi­ron­nemen­tal des éoli­ennes en mer est faible, con­sid­érant l’évaluation à l’aide d’une analyse du cycle de vie (ACV). L’ACV tient compte du trans­port, de la fab­ri­ca­tion, l’installation, l’utilisation et la fin de vie des machines. En 2015, l’Ademe éval­ue le taux d’émission des parcs éoliens français à 14,8 grammes d’équivalent CO2 par kWh9, pour une durée de vie du parc de 20 ans. Une syn­thèse récente con­cer­nant les éoli­ennes flot­tantes éval­ue leur ACV à 19,5 g équiv­a­lent CO2/kWh pour une durée de vie de 25 ans du parc10. Ces valeurs sont com­pa­ra­bles à l’éolien ter­restre (14,1 g équiv­a­lent CO2/kWh) ou le nucléaire (12 g équiv­a­lent CO2/kWh), inférieures à celles du pho­to­voltaïque (56 g équiv­a­lent CO2/kWh) et bien inférieur aux émis­sions des éner­gies fos­siles (406 g équiv­a­lent CO2/kWh pour une cen­trale à gaz).

1RTE, Futurs énergé­tiques 2050, octo­bre 2021
2https://​www​.great​.gov​.uk/​i​n​t​e​r​n​a​t​i​o​n​a​l​/​c​o​n​t​e​n​t​/​i​n​v​e​s​t​m​e​n​t​/​s​e​c​t​o​r​s​/​o​f​f​s​h​o​r​e​-​wind/
3Agence Inter­na­tionale de l’Énergie, Off­shore Wind Out­look 2019, World ener­gy out­look spe­cial report
4https://​www​.equinor​.com/​e​n​/​n​e​w​s​/​2​0​2​1​0​3​2​3​-​h​y​w​i​n​d​-​s​c​o​t​l​a​n​d​-​u​k​-​b​e​s​t​-​p​e​r​f​o​r​m​i​n​g​-​o​f​f​s​h​o​r​e​-​w​i​n​d​-​f​a​r​m​.html, con­sulté le 7 jan­vi­er 2021
5Ademe, Éolien off­shore : analyse des poten­tiels indus­triels et économiques en France, décem­bre 2019
6Ademe, Éolien off­shore : analyse des poten­tiels indus­triels et économiques en France, décem­bre 2019
7www​.eoli​en​nesen​mer​.fr, con­sulté le 7 jan­vi­er 2021
8https://​www​.ifpen​ergies​nou​velles​.fr/​t​a​g​s​/​m​e​t​a​u​x​-​c​r​i​t​i​q​u​e​s​-​e​t​-​t​e​r​r​e​s​-​rares
9Ademe, Impacts envi­ron­nemen­taux de l’éolien français, 2015
10Com­mis­sion nationale du débat pub­lic, BL Évo­lu­tion, Analyse bib­li­ographique des bilans car­bones de l’éolien flot­tant, décem­bre 2021