Pourquoi la stabilisation des éoliennes flottantes freine-t-elle leur développement ?
- D’ici 2035 la Programmation pluriannuelle de l’énergie prévoit d’augmenter la production d’électricité par l’éolien en mer à environ 59 TWh.
- Selon la profondeur du fond marin, il existe deux grands types d’éoliennes en mer : l’éolien posé (inférieure à 70 m) et l’éolien flottant (dépasse 70 m).
- La stabilisation est une des difficultés à relever pour les éoliennes flottantes, car les courants marins, les vagues et les vents engendrent différents mouvements pour la structure : roulis, tangage et pilonnement.
- Le pilonnement d’une éolienne flottante ou semi-flottante correspond à un mouvement vertical de la structure.
- Des techniques actives ou passives existent déjà pour atténuer ce pilonnement, comme des plaques anti-pilonnement ou encore l’utilisation de la rotation des pales de l’éolienne pour contre-balancer.
La Programmation pluriannuelle de l’énergie prévoit d’augmenter la production d’électricité par l’éolien en mer à environ 59 TWh d’ici 2035, dépassant ainsi la production actuelle de l’éolien terrestre1. En mer, si les éoliennes flottantes constituent un gisement très important pour la France, seules quelques fermes pilotes ont été inaugurées jusqu’à présent. Les actuels parcs éoliens français sont constitués d’éoliennes posées sur le fond marin. Pour mieux comprendre l’enjeu maritime de la filière de l’éolienne, Luc Pastur, professeur associé de l’ENSTA et spécialiste de mécanique des fluides, répond à nos questions.
Quels verrous technologiques limitent le développement de l’éolien flottant ?
Luc Pastur. L’éolien flottant n’a pas encore atteint son stade commercial, car l’un des problèmes principaux est de réussir à stabiliser les éoliennes. Les courants marins, les vagues et les vents engendrent différents mouvements pour la structure : roulis, tangage, pilonnement – ce dernier étant particulièrement délétère. Cela a pour conséquence de fatiguer les structures, et, donc, d’accélérer leur vieillissement tout en dégradant l’efficacité de la production énergétique. Les constructeurs cherchent donc à minimiser ces mouvements, en particulier pour répondre aux exigences de performance des exploitants.
Les installations éoliennes en mer
Il existe deux grands types d’éoliennes en mer : l’éolien posé, quand la profondeur de la mer est inférieure à 70 m ; et l’éolien flottant est le seul qui peut être viable quand les fonds marins dépassent 70 m de profondeur2. Les éoliennes posées et flottantes peuvent coexister sur une même gamme de profondeur du fond marin lorsque celui-ci est compris entre 50 et 70 mètres. Au total, quatre types d’éoliennes flottantes existent. Elles diffèrent en fonction de la typologie de leur flotteur. À ce jour, l’éolien flottant n’est pas une filière industrielle mature et la totalité des installations en service en France reposent sur l’éolien posé. Au quatrième trimestre de 2025, 5,7 TWh d’électricité ont été produites grâce aux éoliennes en mer sur un total de 16,49 TWh de la production des différents parcs éoliens3.
Qu’est-ce que le pilonnement ?
C’est un mouvement vertical de l’éolienne, qui peut être induit par des conditions de mer défavorables ou les vents. Une éolienne flottante est une structure oscillant dans le champ de vagues avec une fréquence qui lui est propre. Lorsque la houle présente la même fréquence que l’éolienne [ndlr : c’est-à-dire le même nombre d’oscillations par unité de temps], le mouvement oscillant entre en résonance : les oscillations sont alors amplifiées. Cela devient problématique lorsque le mouvement dépasse une amplitude seuil définie par le constructeur. Le pilonnement touche toutes les éoliennes flottantes, mais les semi-submersibles sont particulièrement concernées.
Existe-t-il des solutions pour atténuer ces mouvements verticaux ?
Oui, l’une des solutions privilégiées est l’ajout de plaque anti-pilonnement. Ces grandes plaques en acier de plusieurs centimètres d’épaisseur sont placées sous les flotteurs. Lorsque l’éolienne oscille verticalement, elle entraine avec elle une masse d’eau, ce qui accroit l’inertie de l’éolienne, la rendant plus difficile à mettre en mouvement. Ces plaques contribuent aussi à l’amortissement des oscillations grâce aux structures d’écoulements qu’elles génèrent autour d’elles.
C’est-à-dire, que s’y passe-t-il ?
Deux mécanismes physiques interviennent. D’une part, le mouvement oscillant de la plaque dans le fluide [ndlr : l’eau de mer] induit des zones de basse pression sous la plaque. Cela génère une première structure : la traînée dite de forme. D’autre part, des tourbillons de bord de plaque sont lâchés cycliquement au-dessus et en dessous de la plaque oscillante. Toutes ces structures d‘écoulement emportent avec elles une partie de l’énergie cinétique prélevée sur le mouvement de la plaque : cela permet d’amortir le mouvement de la plaque.
Pourquoi ces plaques font-elles toujours l’objet de recherche ?
Les scientifiques s’attèlent à mieux comprendre les structures d’écoulement induites par les plaques anti-pilonnement. En améliorant notre compréhension des mécanismes physiques à l’œuvre dans l’amortissement des oscillations des structures en mer, nous pourrons imaginer des dispositifs encore plus efficaces.
Nous avons, par exemple, constaté que l’amortissement se révèle optimal lorsque la plaque est percée de trous, à hauteur de 10% de sa surface. Les trous donnent en effet naissance à un nouvel effet lors de l’oscillation verticale de la plaque : des jets fluides sont produits au travers des trous. Le cisaillement qui résulte de ces structures d’écoulement dégénère en turbulence et donne naissance à une multitude de structures tourbillonnaires, jusqu’à des échelles très petites. Les plus petits tourbillons sont finalement dissipés de façon visqueuse. Cette cascade d’énergie, prélevée sur l’énergie du mouvement oscillant de la plaque, est susceptible de constituer un processus important dans les mécanismes d’amortissement.
Existe-t-il d’autres façons de réduire le pilonnement ?
Les plaques anti-pilonnement sont une technique d’amortissement passive, ne nécessitant pas d’apport extérieur d’énergie. Des techniques actives existent : en particulier, il est possible de contre-balancer le pilonnement avec la rotation des pâles contrôlée par le rotor. Cela repose sur un système de contrôle actif – consommant donc de l’énergie – qui agit sur les axes des turbines et des pâles selon des mesures effectuées sur le mouvement de la structure flottante. Mais cette technique, plus coûteuse et reposant sur une sollicitation accrue du rotor, doit sans doute être plutôt considérée comme un complément aux plaques anti-pilonnement.
Au-delà de ces obstacles technologiques, le développement des éoliennes flottantes exige une réflexion sur l’ensemble de la chaine industrielle. Les lieux de production, le coût des matériaux, leur acheminement, l’assemblage des machines, l’ancrage en mer, etc., toutes ces étapes de la chaine de valeur doivent être soigneusement réfléchies pour garantir un développement commercial de la filière.
