Éolienne offshore

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Éoliennes D4 (au premier plan) à D1 (en arrière plan), sur le banc Thornton (28 km de la Belgique en Mer du Nord).la partie émergée mesure 157 m de haut, soit 184 m au-dessus du fond marin. Le diamètre balayé est de 126 m, chaque pale mesurant 61,5 m. Puissance : 5 MW par turbine « REpower »
Les vents marins sont plus forts et plus réguliers que sur terre (ici en janvier et en juillet, en vitesse moyenne ; la couleur claire indique les zones les plus ventées)
Trépied d'éolienne offshore (Cuxhaven)

Une éolienne offshore ou officiellement éolienne en mer[1] fonctionne de la même manière qu'une éolienne terrestre, mais est implantée au large des côtes pour mieux utiliser l'énergie du vent afin de produire de l'électricité grâce à une turbine.

Surfaces et répartition nécessaires[modifier | modifier le code]

L'énergie éolienne est un élément non suffisant, mais essentiel des bouquets énergétiques. D'importants progrès sont en cours en matière de dispositifs de stockage temporaire de l'énergie (systèmes d'accumulateurs électriques, stockage sous forme d'hydrogène (utilisable comme carburant ou dans les piles à hydrogène), de calories ou de masses d'eau remontées dans des réservoirs quand l'énergie est disponible, puis utilisées pour produire de l'électricité par « turbinage » quand nécessaire...).
Pour limiter les pertes en ligne lors du transport de l'électricité, il est préférable que les fermes éoliennes soient harmonieusement réparties dans le monde, en tenant compte de la proximité des consommateurs et des réseaux électriques (en particulier des nouvelles ou futures lignes HVDC qui permettent de transporter le courant électrique à haute tension plus loin, avec moins de pertes en ligne).

Si la volonté politique existait, il semble techniquement possible de répondre en 20 à 40 ans à tous les besoins énergétiques planétaires par des sources renouvelables et plus propres, avec les technologies d'aujourd'hui, en occupant 0,4 pour cent de la surface du globe, à un coût à peu près comparable à celui des énergies fossiles et nucléaires.[Informations douteuses] Ceci nécessiterait cependant une refonte importante du système de transport et de stockage de l'énergie[2].

Concernant les surfaces nécessaires, en utilisant les éoliennes modernes de 5 MW, « l'empreinte cumulée en surface des éoliennes (dans un bouquet solaire-éolien) nécessaire à la moitié de la consommation électrique mondiale est moindre que la surface de Manhattan (..) et si la moitié des fermes éoliennes étaient localisées en offshore, un seul Manhattan suffirait »[2]. Pour les États-Unis, ce serait un effort de mobilisation « comparable au projet Apollo de voyage sur la lune ou à la construction de tout le réseau routier inter-État »[2].[Informations douteuses]

Dans son discours sur l'état de l'union[3] du début 2011, le Pdt Obama a proposé aux élus de tous les partis de soutenir d'ici 2035, un programme visant à produire 80 % de toute l'électricité consommée aux États-Unis à partir de sources d'énergie propre, via un bouquet d'énergies renouvelables. L'éolien offshore devrait en faire partie.

Puissance et rendements[modifier | modifier le code]

Les coûts de production et d'installation sont supérieurs à ceux des éoliennes terrestres classiques, mais leur rendement est plus élevé car elle bénéficie d'un vent plus fort et plus régulier.

Une éolienne de type « 5 MW offshore » produit environ 15 GWh d'électricité par an, soit à titre d'exemple de quoi permettre à 10 000 voitures électriques standards de parcourir chacune 10 000 kilomètres par an.
Une éolienne offshore de 5 MW (de puissance maximale) est en fait une éolienne de 1,7 MW (de puissance moyenne):

  • 5 MW * facteur de charge offshore (34 %) = 1,7 MW.

La production annuelle d'électricité de l'éolienne est donc de : 1,7 MW * 8 760 heures = 15 GWh.

Ces éoliennes sont généralement hautes et tournent lentement – moins de 10 tours par minute pour les grandes éoliennes offshore.

En 2014 le groupe Areva (qui se développe aussi en Écosse[4]) a confirmé à l'occasion de la création d'une co-entreprise (joint-venture) avec le producteur espagnol de turbines éoliennes Gamesa (via sa filiale Areva Wind)[5],[6] vouloir rapidement développer une éolienne de 8 mégawatts qui se contenterait d'un vent moyen de 12 m/s[7]. Areva entrerait alors dans le marché restreint des éoliennes de très grande puissance, qui intéresser de nombreux pays disposant d'un espace maritime. Areva a aussi candidaté fin 2013 au second appel d'offres français pour l'éolien offhsore avec GDF Suez pour lequel il espèrait produire une nouvelle turbine de 8 MW[8]. Cette turbine comptera parmi les plus puissantes au monde, équivalente au seul prototype actuellement prévu, celui du groupe danois Vestas annoncé pour 2014.

Impact sur l’environnement[modifier | modifier le code]

Un des inconvénients des installations offshore est le risque qu'il fait courir à la navigation si la signalisation tout-temps n'est pas mise en place.

Un des avantages est qu'il crée un ilot propice aux espèces qui ont besoin d'un récif pour se développer (par exemple les moules)[9].

Dans le monde[modifier | modifier le code]

Des fermes éoliennes en mer sont envisagées partout dans le monde. En 2010, le plus grand parc éolien offshore au monde est celui de Horns Rev au Danemark avec une puissance totale installée de 369 MW.

En Europe[modifier | modifier le code]

Champ d'éoliennes au large entre l'Allemagne et le Danemark.

L'Union européenne (où le cap des 2000 éoliennes offshore installées et des 6.500 mégawatts en fonctionnement a été franchi fin 2013) a décidé de produire 23 % de son électricité en énergie renouvelable, propre et sûre d’ici 2020, ce qui ne peut se faire sans éoliennes offshore, et donc sans établir un réseau électrique interconnecté capable de livrer l’électricité produite avec irrégularité en mer Baltique ou en mer du Nord au reste de l’Europe, ce qui est une des deux priorités annoncées par le commissaire européen à l’énergie Andris Peibalgs fin novembre 2007. Celui-ci a confié une mission de coordination à l’Allemand Goerg Wilhmelm Adamowitsh[10].

Selon l’European Wind Energy Association (EWEA),

  • 308 nouvelles éoliennes ont été construites en mer en Europe en 2010, soit une capacité supplémentaire de 883 MW), pour 2,6 milliards d’euros investis.
  • en 2013, 418 nouvelles éoliennes ont été raccordées (dans 12 parcs marins), pour une capacité totale de 1.567 mégawatts, soit 34% de plus qu'en 2012. 47% des capacités nouvellement installées en 2013 l'ont été dans les eaux anglaises puis dans les eaux danoises (22%), allemandes (15%), belges (12%), suédoises (3%) et espagnoles (1%). 2.080 éoliennes en mer produisaient fin 2013 6.562 mégawatts dans 69 parcs (11 pays) mais c'est le Royaume-Uni qui domine ce secteur (56%) devant le Danemark (19%), l'Allemagne (8%), les Pays-Bas (4%) et la Suède (3%). Deux groupe dominent ce marché en Europe : Siemens pour 60% et Vestas pour 23% des installations offshore européennes[11]
  • 2014 : en janvier 11 chantiers sont en cours (3.000 mégawatts prévus)[11].

Au Royaume-Uni[modifier | modifier le code]

Ce pays qui bénéficie d'une large façade maritime particulièrement exposée aux vents d'ouest (premier potentiel européen, devant la France), est devenu le premier producteur d'électricité offshore au monde, avec en 2010 une capacité installée de 1 341 MW, chiffre qui devrait rapidement croître avec le parc de London Array, prévu avant les Jeux Olympiques de Londres. Ce dernier parc, dans l’estuaire de la Tamise prévoit à terme 341 éoliennes devant produire GW d'électricité, soit l'équivalent de la consommation de sept cent cinquante mille foyers en électricité[réf. nécessaire], ce qui est trois cent cinquante mille de plus que le parc éolien danois d'Anholt prévu pour 2013. Le projet London Array vise à à contribuer pour 7 % à l’objectif national de 15,4 % d’électricité d’origine renouvelable avant 2015[12]. Shell, l'un des principaux cofinanceurs du projet a failli s'en retirer en 2008[13], pour des raisons de trop faible rentabilité, mais le gouvernement a finalement garanti un rachat de l'électricité à un prix suffisant pour garantir la rentabilité du projet.

Une deuxième série de parcs éoliens, appelée Round 2, au large de la cote est de l'Angleterre, a été programmée pour réalisation entre 2012 et 2020. Les principaux sites sont les parc éolien de Race Bank (580 MW), de Dudgeon (560 MW), et Greater Gabbard ((500 MW) et de Burbo Bank

Au Danemark[modifier | modifier le code]

Ce pays est depuis les années 1990 à la pointe en matière d'éolien, mais ne dispose pas d'une façade maritime comparable à celles du Royaume-Uni, de la France ou de l'Espagne.

En Belgique[modifier | modifier le code]

Le potentiel est moindre que dans d'autres pays, mais des éoliennes fonctionnent depuis plus de 10 ans sur les jetées du port de Zeebruges, et des parcs éoliens offshore pourraient apparaître dans un futur proche avec notamment un parc de 300 MW au large de Zeebruges[14],[15].

En , la 7e concession nommée MERMAID a été attribuée[16].

En Allemagne[modifier | modifier le code]

En France[modifier | modifier le code]

Le potentiel éolien de la France est très élevé (le second en Europe[17]) avec un potentiel de 20 GW terrestres (pour une production de 50 TWh par an) et de 40 GW offshore (pour une production de 150 TWh par an), soit un potentiel éolien théorique total de 200 TWh par an. S'il était mobilisé en 2040, il représenterait 31 % de la consommation française prévisible d’électricité, soit 200 TWh/an, pouvant se répartir comme suit :

  • 8000 éoliennes offshore de 5 MW sur 40 grandes centrales installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales d'eau de 200 m ;
  • 8000 éoliennes terrestres de 3 MW, soit moins du quart du nombre de pylônes très haute tension (400 kV) installés en France (qui mesurent 50 à 55 m de haut - et jusqu’à 100 m dans les zones vallonnées, contre 80 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).

Après l'abandon de projets situés face à Dunkerque dans les années 1990, puis en Bretagne-sud, ou en Manche avec le Parc éolien en mer des Deux-Côtes[18] freiné notamment en raison de la présence d'un dépôt de munitions immergées, ce pays n'avait en 2010 aucun projet offshore mis en œuvre ou en construction.

En 2009-2010 un dispositif de concertation sur l’Éolien offshore a défini, sous l'autorité des préfets et pour chaque façade maritime (Bretagne, Pays de la Loire, Haute-Normandie, Aquitaine et Provence-Alpes-Côte d'Azur), des zones propices[19]. Dans la cartographie qui prend en compte la profondeur et la vitesse du vent, mais aussi la sensibilité ou la proximité de zones naturelles protégées, de zones de pêche, de couloir de transport maritime, de zones d'extraction marines, etc. :

  • des zones rouges à forts enjeux désignent les zones marines où l'éolien serait a priori exclu ;
  • Les zones orange à enjeux modérés sont des zones de tolérance
  • les zones vertes à enjeux faibles sont celles qui ne poseraient aucune contrainte majeure à l'implantation d'éoliennes offshore.

Plus les enjeux environnementaux mis en valeur par ces cartes sont importants, plus les études d'impact devront les étudier et les prendre en compte[20].

Éolienne Haliade au Carnet, test pour le parc offshore

En 2011, avec quatre mois de retard[21], en janvier un appel à projets de 10 milliards d'euros a été annoncé pour environ 600 éoliennes (soit environ 3 000 MW de puissance maximale) à installer de 2010 à 2020 sur 5 sites dits :

Ceci reste loin des objectifs éoliens du Grenelle de l'environnement (23 % d'énergie renouvelable en 2020 et 25 000 MW de puissance éolienne installée à cette date, dont au moins 6 000 MW offshore avant 2020) qui selon un rapport de 2010, à ce rythme ne pourront pas être tenus[23].

Le projet global est de construire en 5 ans (de 2015 à 2020) 1 200 éoliennes offshore assurant 6 000 MW en 2020, ce qui devrait nécessiter 20 milliards d’euros[22] mais aussi selon Jean-Louis Bal, le président du SER permettre la création de 50.000 emplois supplémentaires et fournir 10 % de l'électricité du pays[24].
L’État n'a pas souhaité fixer de tarif de rachat de l'électricité. Le surcoût de l’électricité produite par les éoliennes ne sera pas financé par une écotaxe sur les énergies polluantes, mais compensé par la « Contribution au service public de l'électricité » (CSPE), taxe qui devrait augmenter de 2015 à 2020 (à 4 % de la facture des ménages en 2020, soit environ 25 €/an par ménage) avant de probablement diminuer après 2020, selon les prix de marché de l’électricité[22].

Un premier appel d'offres est annoncé pour mai 2011 (remise d'offres pour novembre 2011 ; décision d'attribution au 1er semestre 2012, confirmation de participation à l'été 2013, construction à commencer en 2015 et mise en service échelonnée[22]. En avril 2012, le gouvernement a rendu ses conclusions en choisissant EDF/Alstom pour trois sites, AREVA pour le site de Saint-Brieuc et en reportant son choix pour le site du Tréport. Plusieurs groupes européens dont EON et Vattenfall, ou français (EDF énergies nouvelles et Alstom ou GDF Suez via sa filiale La compagnie du vent) se montrent intéressés[25] et quatre zones sont retenues, au large de Courseulles (Calvados), Fécamp (Seine-Maritime), Saint-Nazaire (Loire-Atlantique) et Saint-Brieuc (Côtes d'Armor), pour un total de 2 000 MW.
L'Université de Nantes a été parmi les universités pionnières en France en formation de cadres en conception, fiabilité et maintenance des structures marines et offshore. Le Master de Génie Civil, Spécialité Travaux Publics et Maritimes, Maintenance (TPMT) dirigé actuellement par le professeur Franck Schoefs s'appuie sur une formation créée en 1984 par le professeur Alain Grovel disposant d'un réseau de 750 anciens étudiants: il dispense des cours en offshore depuis 1994. Plus récemment le master de Mécanique Numérique a ouvert en 2004 un parcours intitulé à la rentrée 2014 Fiabilité et Maintenance des structures Marines et Offshore (FM2O). En 2011 pour répondre aux besoins spécifiques de cette filière, l'École supérieure d'ingénieurs des travaux de la construction de Caen (Estic, école privée) annonce ouvrir à l'automne 2011 un Mastère spécialisé (Bac+6), orienté sur le thème « Ouvrages Maritimes et Portuaires »[26].

Début 2013, un 2nd appel d'offres a été publié[27] pour deux parcs éoliens (de 80 à 100 machines chaque et 480 à 500 MW par projet, pour un total de 1 000 MW au maximum), au large du Tréport (Seine-Maritime) et de l'île de Noirmoutier et d'Yeu (Vendée), dont le premier était inclus dans le premier appel d'offres mais finalement non-attribué[24] par la CRE qui sélectionnera les projets. 20% des critères de choix porteront sur « le respect de la mer et de ses usages » (20 %) [24]. 4 mois après réception des dossier, la CRE transmettra à la ministre de l’énergie une synthèse du projet qui servira au choix des opérateurs retenus, qui auront ensuite 7 ans et 3 mois pour mettre en service au moins 40% des installations (90% après 8 ans et 3 mois et la totalité après 9 ans et 3 mois).

En Asie[modifier | modifier le code]

La Chine vise un taux de 15 % d'électricité "verte" avant 2020, notamment via un grand programme éolien, terrestre, et maintenant au large[28]. Après les 34 éoliennes offshore de Shanghai (capacité de 100 MW), on évoque quatre parcs offshore devant le littoral de la province orientale du Jiangsu (investissement de 2,4 milliards d'euros pour une capacité d'environ 1 000 MW). Les constructeurs pourraient être Sinovel, Goldwind ou Dongfang Electric[29].

Installations[modifier | modifier le code]

Les techniques d'installations sont dérivées d'autres technologies offshore (pétrolières notamment) à faible profondeur.

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Plateformes de conversion[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « FranceTerme »
  2. a, b et c Vidéo (en anglais) ; Une nouvelle étude (Mark Z. Jacobson, qui est notamment chercheur et professeur en Génie civil et environnemental à l’Université de Stanford, et directeur du Stanford's Atmosphere/Energy Program) et Mark A. Delucchi(UC-Davis researcher) étudie ce qu'il faudrait faire pour convertir le système énergétique mondial aux énergies douces et renouvelables avec les technologies d'aujourd'hui sans augmentation significative de coûts
  3. State of the Union Address (Vidéo) et site officiel
  4. Bati-actu (2012) Le groupe français Areva et le gouvernement écossais ont dévoilé, ce lundi 19 novembre un projet d'usine d'éoliennes maritimes en Écosse. Objectif : desservir le nord du marché britannique et compléter la future usine française du Havre et le site existant en Allemagne 2012-11-20
  5. Areva and Gamesa agree joint venture in offshore wind energy, Reuters, 20 janvier 2014
  6. Batiactu (2014), Éolien offshore : Areva se rapproche de Gamesa ; Le groupe public français Areva et l'espagnol Gamesa vont regrouper dans une coentreprise dans le secteur des éoliennes en mer, viennent de déclarer, ce lundi 20 janvier, les sources ayant une connaissance directe du dossier ; 2014-01-21, consulté 2014-01-21
  7. AREVA Powerful: the M5000 delivers up to 5 MW (for an average wind speed of around 12 m/s). The AREVA 8MW wind turbine delivers up to 8 MW (for an average wind speed of around 12 m/s), consulté 2014-01-21
  8. Anne Feitz (2013), Éolien en mer : EDF EN et GDF Suez face à face, Les echos 2013-11-28
  9. L'éolien offshore contribuerait à l'épanouissement de la vie marine, sur le site enerzine.com - consulté le 25 octobre 2012
  10. Communiqué du Commissaire, vendredi 30 novembre 2007
  11. a et b Bati-actu et AFP Le cap des 2.000 éoliennes en mer franchi en Europe (28/01/2014)
  12. portail du projet London Array
  13. (en) Shell pulls out of Thames Estuary mega-windfarm ; Project could supply a thousandth of UK's energy article de Lewis Page sur le site theregister.co.uk
  14. Parc Zeebruges, sur le site planete-eolienne.fr
  15. Potentiel éolien chiffré pour la Belgique, sur le site printempsdelenvironnement.be
  16. 1. Concessions domaniales en Mer du Nord, sur le site creg.be, MAJ d'août 2012
  17. 200 TWh par an, 2040, énergie éolienne, France, potentiel éolien en France ; cabinet d’études Espace Éolien Développement, filiale de Poweo
  18. [PDF] Synthèse du dossier du maitre d'ouvrage, présenté mi 2010 à l'enquête publique, sur le site debatpublic-eolien-en-mer.org
  19. Île de Noirmoutier (Vendée) : pas d'éoliennes offshore selon Nicolas Sarkozy, Actu Environnement, 29 novembre 2010
  20. Éolien offshore : la définition des zones propices s'achève, actu Environnement, 15 septembre 2010
  21. Éolien offshore : l'État lancera un appel d'offres de 3 000 MW en septembre, Actu-Environnement,
  22. a, b, c, d, e, f, g et h Éolien en mer : les ménages mettront la main à la poche, Batiactu 2011
  23. Xerfi Research ; Marché français de l’éolien à l’horizon 2020 ; La rentabilité des exploitants de parcs ; La structure de la concurrence et les mutations à l’œuvre au sein de la filière
  24. a, b et c Batiactu, Éolien offshore : le 2e appel d'offre est lancé, sur le site batiactu.com du 9 janvier 2013
  25. Éoliennes off shore : Nicolas Sarkozy donne le coup d’envoi, Batiactu.com, 25 janvier 2011
  26. MS Ouvrages Maritimes et Portuaires, communiqué de l'ESIT Caen du 15 février 2011
  27. Date limite de dépôt des offres : 29 novembre 2013 ; Avis est paru au Journal officiel de l’Union européenne 16 mars 2013 ; Cahier des charges produit par la Commission de régulation de l'énergie mis en ligne le 18 mars 2013
  28. La Chine ambitionne d'installer 30 GW d'éoliennes offshores, sur le site chineenergie.centerblog.net du 18 mai 2011, consulté le 18 novembre 2012
  29. Chine : 4 nouveaux parcs d'éoliennes offshore d'une capacité de 1000 MW, source AFP du 7 septembre 2010, sur le site Batiactu, consulté le 18 novembre 2012

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Michel Paillard, Denis Lacroix, Véronique Lamblin, "Énergies renouvelables marines', Éditions Quae, 01/02/2009.

Articles connexes[modifier | modifier le code]