L’éolien en mer se développe partout dans le monde. Mais quels sont ses avantages et ses inconvénients ? Quels sont ses enjeux techniques ?
Ici, un article en deux parties afin d’appréhender d’abord les enjeux de cette technologie, puis dans une seconde partie, les enjeux sociaux et écologiques du déploiement de cette technologie (1/2).
D’immenses pales balayeront bientôt les embruns marins dans le monde. De nombreux projets d’éolien en mer (ou offshore) voient le jour dans les eaux territoriales, l’Europe en meneuse de ce vaste mouvement de déploiement d’infrastructures marines de production électrique. L’Union européenne souhaite porter à 60 Gigawatts (GW) d’ici 2030 la puissance de la filière d’éolien en mer sur son territoire, soit 5 fois plus que la capacité de production actuelle. En France, la ministre de la transition énergétique, Agnès Pannier-Runacher a présenté le 26 septembre 2022 un projet de loi relatif à l’accélération de la production d’énergies renouvelables (EnR), qui sera voté définitivement le 10 janvier 2023.
Le projet de loi annonce des « objectifs ambitieux pour 2050 » en multipliant « par dix notre capacité de production d’énergie solaire pour dépasser les 100 GW, déployer 50 parcs éoliens en mer pour atteindre 40 GW », d’après le document disponible sur Légifrance. Une décision qui n’est pas anodine. L’éolien offshore connaît des progrès technologiques significatifs depuis la dernière décennie, ce qui rend son déploiement nettement plus efficace et rentable. À tel point que le gestionnaire français RTE (Réseau de transport d’électricité) considère l’éolien en mer dans son dernier rapport « Futurs énergétiques 2050 » sorti en 2021 comme « une des filières les plus prometteuses pour la production d’électricité bas-carbone à long terme ».
Cette proposition d’un parc éolien en mer conséquent n’arrive pas non plus au hasard dans le calendrier du gouvernement. La France est touchée par des risques de coupure sur le réseau électrique pour l’hiver 2023, notamment en raison de travaux de réparation sur de nombreux réacteurs du parc nucléaire français et de retards sur le déploiement des EnR depuis de nombreuses années. Pour la ministre, l’objectif politique est énoncé clairement : celui « de permettre de lever les freins législatifs » à la mise en œuvre de projets de production d’énergie bas-carbone en réduisant le temps de déploiement de ces technologies sur le territoire afin de raccrocher aux objectifs européens de « l’Ajustement à l’objectif 55 » (Fit for 55) qui visent à réduire de 55% les émissions de gaz à effet de serre de l’Europe d’ici 2030 par rapport à leur niveau en 1990.
Mais alors, comment fonctionne cette technologie ? Quels sont les enjeux techniques, technologiques, de l’éolien offshore ?
L’éolien en mer : mode d’emploi d’une technologie plus performante que l’éolien terrester
L’éolien en mer fonctionne logiquement sur le même principe que l’éolien terrestre. Les pales fixées à un mat et entraînées par la force du vent font tourner un générateur qui va produire grâce à la force mécanique du vent de l’énergie électrique. Le parc éolien offshore est raccordé au continent par un vaste maillage de câbles marins qui rejoint d’abord un poste électrique de gestion mutualisé pour les parcs marins adjacents avant d’atteindre le réseau électrique national sur le continent.
Placer ces éoliennes loin des côtes peut sembler être une option compliquée aux premiers abords. La construction de telles infrastructures nécessite des opérations marines de grande envergure à plusieurs kms des côtes. Déplacement de matériaux et d’ouvriers, utilisation d’imposants navires, travaux marins et raccordement par câble complexe et coûteux, l’éolien en mer exige une expertise manuelle et technologique importante. Pourtant, c’est à cet endroit, dans les eaux régulièrement balayées par des vents violents, qu’il est possible de construire les éoliennes les plus performantes. Car plus les bourrasques sont importantes, plus les vents sont capables de faire tourner de vastes pales, et plus l’énergie produite sera importante. Faire tourner d’immenses turbines devient donc rentable en mer.
Ainsi en un peu plus d’une décennie, la taille d’une éolienne en mer a presque doublé. En 2010, une éolienne offshore d’une puissance de 7,5 mégawatts (MW) atteignait 138 mètres de haut pour 128 m de diamètre pour les pales. Pour 2024, il est prévu qu’elles atteignent 270 m de hauteur pour 240 m de diamètre. Des monstres capables de fournir une puissance deux fois supérieure (15 MW) aux versions de 2010. À titre de comparaison, une éolienne terrestre a une puissance entre 1,8 et 3 MW et ne dépasse guère les 155 m de hauteur. Un parc éolien marin peut de ce fait produire jusqu’à 60 % d’énergie en plus qu’un parc terrestre, soit une puissance deux à trois fois plus grande que sur le continent selon la fiche technique de l’Ademe sur l’éolien en mer.
Mais ces parcs marins sont également plus performantes lorsque l’on traite du facteur de charge – le rapport entre l’énergie produite par une technologie durant une période donnée et l’énergie qu’elle aurait pu produire si elle avait fonctionné à 100% de ses capacités. L’éolien par nature est une énergie intermittente, sa production dépend de la force du vent et ne peut fonctionner en permanence. Plus violents et plus constants, les vents marins permettent actuellement aux éoliennes offshore européennes d’atteindre un facteur de charge compris entre 29% et 48%, bien devant les 24% de facteur de charge moyen estimés par l’association WindEurope en 2019.
Comment tiennent les éoliennes en mer : après l’éolien « posé », l’étape de l’éolien « flottant »
Tout récemment, le premier parc éolien en mer a été inauguré fin de l’année 2022 au large de Saint-Nazaire (Loire-Atlantique). Un parc de 80 éoliennes situé à plus de 12 km des côtes et embarquant une puissance de 480 MW, soit 20% de la consommation électrique de la Loire-Atlantique. Ces éoliennes sont fixées directement au plateau continental grâce à une fondation (principalement faite d’acier et/ou de béton), ce qui est le cas pour le moment de la plupart des projets en cours en France. À cause de cette fondation, les projets d’éolien dit « posé » ne peuvent donc être construits qu’à des endroits très spécifiques, là où la profondeur maximale ne dépasse pas 60 m de profondeur.
Dans le but d’élargir les possibilités de l’éolien en mer, une nouvelle méthode de fixation est en développement. L’objectif est d’aller chercher encore plus de vent, et donc de puissance, en s’aventurant encore plus loin des littoraux. Au lieu de reposer sur une fondation fixe, les éoliennes « flottantes », construites sur des plateformes, sont maintenues par des lignes d’ancrage reliées aux fonds marins. La profondeur n’est en conséquence plus un problème à partir d’une moment où il ne suffit que de câbles pour équilibrer la structure. Il n’en reste pas moins que la technologie coûte encore cher et n’est pas réellement éprouvée dans le cadre d’une production industrielle d’électricité car ballotées par les vents, ces structures flottantes restent plus sensibles aux aléas climatiques.
Comment installer des éoliennes en mer à bas coût ?
L’objectif dans les prochaines années est de permettre la réduction des coûts de construction de l’éolien flottant, notamment celui du flotteur qui représente une bonne partie des dépenses. Selon les estimations du Energy Research Centre of the Netherlands (ECN), l’un des plus grands instituts de recherche sur l’énergie en Europe, même si l’installation reste onéreuse pour le moment, il n’est pas impossible que dans le futur les coûts de l’éolien flottant rejoignent ceux de l’éolien posé. L’obligation de construire les éoliennes d’un même bloc sur le continent et de les remorquer sur la zone définie permettrait notamment de réduire les coûts d’installation de 50%, peut-on lire dans l’étude de l’ECN.
Des projets pilotes beaucoup plus modestes de 30 MW et moins sont en cours en Méditerranée afin d’évaluer la performance de ces nouvelles turbines flottantes. La France de son côté, a engagé pas moins de 300 millions d’euros dans le cadre du plan France 2030 pour la création dès 2023 d’une filière de fabrication et d’assemblage de flotteurs. Un moyen pour l’industrie française de rattraper son retard après avoir raté le coche 10 ans auparavant avec les éoliennes posées. Nos voisins européens ont pendant ce temps développé des parcs éoliens conséquents, à l’image du Royaume-Uni, actuel meneur mondial avec ses 2300 turbines ou l’Allemagne, détentrice de 1500 éoliennes en mer du Nord.
Retrouvez la deuxième partie de l’article ici : Éolien en mer : avantages et inconvénients
Documentation Base Carbone. https://bilans-ges.ademe.fr/documentation/UPLOAD_DOC_FR/index.htm?renouvelable.htm
Eoliennes en mer. Eoliennes en mer. https://www.eoliennesenmer.fr/eoliennes-en-mer
Éolien offshore : Contexte et ambition. https://www.edf.fr/groupe-edf/inventer-l-avenir-de-l-energie/r-d-un-savoir-faire-mondial/pepites-r-d/eolien-offshore/contexte-et-ambition
Éolien terrestre. Ministères Écologie Énergie Territoires. https://www.ecologie.gouv.fr/eolien-terrestre
Projet de loi relatif à l’accélération de la production d’énergies renouvelables (ENER2223572L)—Exposé des motifs—Dossiers législatifs—Légifrance. https://www.legifrance.gouv.fr/dossierlegislatif/JORFDOLE000046329719/?detailType=EXPOSE_MOTIFS&detailId=
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