Le nom de cette source d’énergie aujourd’hui tant convoitée nous vient d’Eole le dieux des vents dans la mythologie grecque.

L’homme a très tôt identifié l’intérêt d’utiliser le vent pour récupérer une source d’énergie mécanique : les moulins à vent ont ainsi été utilisés pour moudre du grain (dés l’an 620 en Perse) ou pomper de l’eau (apparus au IX ème siècle en Afghanistan et utilisés par exemple pour assécher les polders hollandais).

Il a fallu attendre la fin du 19 ème siècle, au Danemark, pour voir la première utilisation d’une éolienne pour produire de l’électricité.

Aujourd’hui l’éolien électrique est en pleine croissance et après avoir s’être développé à terre, il est en train de conquérir le domaine offshore.

La première éolienne offshore a été installée au Danemark en 1991.

En 2021, il y 116 parcs éoliens en mer en Europe dans 12 pays, représentant un total de 5000 éoliennes (turbines).

Comment fonctionne une éolienne ?

Une éolienne est avant tout une machine permettant de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.

Pour les éoliennes tri-pâles, la puissance est approximativement proportionnelle au cube de la vitesse du vent.

A noter qu’on ne peut accéder qu’à une partie de l’énergie du vent. Albert Betz, un physicien allemand, a calculé qu’on ne pouvait pas, physiquement, récupérer plus de 59,3% de l’énergie du vent.

Une éolienne est composée de trois éléments :

• Des pâles, en général au nombre de trois, fixées sur un rotor,
• Une nacelle qui contient le générateur qui va permettre de générer un courant éléctrique ;
• Ces deux pièces sont fixées sur un mât.

Figure extraite du dossier « L’éolien en 10 questions » site internet Ademe

Au-delà de 10km/h (2,8m/s), le vent fait tourner l’éolienne par la force qu’il exerce sur les pâles. Le rotor sur lequel sont fixées les pâles, mis en rotation, entraine à son tour le générateur situé dans la nacelle permettant ainsi la génération d’électricité. A noter que la vitesse de rotation du générateur est démultiplié par un système de boîte de vitesses : par conception un générateur classique fonctionne avec des vitesses de 1000 à 2000 tours par minute alors que les pâles tournent plus lentement à des vitesses de 5 à 25 tours par minute. Cette boîte de vitesse, située entre le rotor et le générateur permet également de freiner et stopper la rotation des pâles si nécessaire. Un anémomètre fixé sur la nacelle permet à chaque instant de mesurer la vitesse et la direction du vent de manière à :

• orienter automatiquement les pâles face au vent pour plus d’efficacité ;
• arrêter les pâles et les mettre dans la direction du vent si la vitesse du vent devient trop forte (supérieure à 90 km/h (25m/s)) pour éviter tout endommagement de la structure.

Trois paramètres sont essentiels pour optimiser le fonctionnement d’une éolienne :

• la taille et l’orientation des pâles : plus les pâles d’une éolienne sont grandes, plus elle va pouvoir produire d’électricité ; c’est pour cela qu’on assiste à une augmentation progressive de la taille des éoliennes : on atteint aujourd’hui des diamètres  de 80 à plus de 200 mètres. Le fonctionnement est optimum lorsque les pâles sont positionnées face au vent.
• l’aérodynamisme des pâles : leur forme est étudiée grâce à des études aérodynamiques poussées : les premières pâles étaient plattes, elles sont aujourd’hui galbées (comme les ailes des avions) et légèrement vrillées.  
• la quantité de vent : c’est biensûr un élément essentiel, qui fait l’objet d’études et  de quantification préalables.

L’ électricité produite est ensuite acheminée par un cable partant du générateur et passant à l’intérieur du mât jusqu’à un transformateur à la base du mât, puis connectée au réseau d’alimentation général par d’autres cables électriques.

Le vent :

La quantité et la force du vent varient d’une région à une autre. Certaines régions sont naturellement plus ventées que d’autres. Comme le montre la carte mondiale des vents à 100m au dessus du sol, au niveau européen, c’est la partie Nord, en particulier la mer du Nord qui est la plus ventée.

A l’échelle de la France, les deux régions les plus ventées sont la façade côtière Nord-Ouest et le golfe du Lion comme le montre la carte ci-dessous :

Figure extraite du dossier « L’éolien en 10 questions » site internet Ademe

La région Sud-Ouest est comme on peut le constater peu propice à des projets éoliens.

La plupart des éoliennes sont implantées dans des zones présentant des vitesses de vent en moyenne supérieures à 20km/h (6,9m/s).

La présence d’obstacles va naturellement freiner la propagation du vent : c’est pour cette raison que l’on essaie de mettre les éoliennes le plus loin du sol, grâce à des mats de plus en plus longs, de 50 à plus de 200 mètres de hauteur.

C’est également en partie pour cette raison (l’autre raison étant l’acceptabilité), que les opérateurs se déplacent aujourd’hui vers le domaine offshore où les vents sont plus forts et plus constants. Le facteur de charge (ratio entre période de fonctionnement et temps total ; voir article dédié au niveau du site WEB) d’une éolienne onshore n’est que de 25% alors qu’il atteint 50% pour les éoliennes offshore. Les éoliennes installées en mer sont plus grandes et plus puissantes : elles ont une puissance maximale de 6 à 9MW, voire plus de 10 MW pour certains modèles récents (contre 2 à 3 MW pour une éolienne terrestre).

Pour le domaine offshore, on fait un distingo entre la partie peu profonde (jusqu’à 60m de profondeur), où on peut envisager de poser les éoliennes sur le fond de la mer et la partie plus profonde (au-delà de 60m de profondeur) où il faudra alors envisager de poser les éoliennes sur des systèmes flottants.

Figure extraite du dossier « L’éolien en 10 questions » site internet Ademe

Le domaine peu profond correspond au plateau continental, ou domaine côtier.

Le domaine plus profond correspond à ce que les pétroliers appellent « deep offshore » et présente une superficie accessible bien plus vaste. Les compagnies pétrolières habituées à exploiter des gisements en domaine « offshore » que ce soit par des plate-formes posées au fond de la mer ou grâce à des systèmes flottants possèdent naturellement un fort savoir-faire ce qui explique qu’elles se tournent naturellemnt vers les systèmes éoliens marins.

Les grandes étapes d’un projet éolien en mer (« offshore ») :

Il y a généralement 5 étapes majeures :

• La phase d’évaluation initiale et de prise de permis : cela prend en général 1 à 2 ans (c’est variable selon la législation du pays et les oppositions) ;
• La phase de développement : une fois le permis obtenu, l’opérateur peut alors lancer les études d’ingénierie et les demandes d’autorisation. Cette phase peut durer de 2 à 8 ans.
• La phase de cosntruction : correspond à la fabrication et à l’installation du dispositif ; cette phase dure généralement de 2 à 3 ans .
• La période de fonctionnement : les parcs d’éoliennes sont généralement prévus pour une durée de fonctionnement de 25 à 35 ans.
• La phase de démontage, remise à l’état (« decommissioning ») a une durée de 2 ans.

Parmi les études préalables particulièrement importantes pour un projet offshore ; elles peuvent représenter jusqu’à 25% des coûts de développement :

• Des analyses approfondies (durée d’un an) pour mieux connaitre les conditions de vent (vitesse, direction) appuyées sur la pose de dispositifs enregistreurs sur flottants ou sur poteaux  et pour mieux appréhender  les conditions maritimes (vagues, ..).

Figure extraite du dossier « L’éolien en 10 questions » site internet Ademe

• Des analyses de génie civil (utilisation de campagnes sonar ou sismique et carottage/échantillonnage fond de mer) pour mieux connaître la géométrie et la nature des fonds marins sur lesquels vont être posées ou ancrées les éoliennes et sur lesquels, les cables électriques vont être posés.

Quelques ordres de grandeur sur le coût d’un parc éolien offshore de 10MW: environ 5 millions d’euros pour un parc sur monopile, 20 millions d’euros pour un parc sur système flottant.

Les défis du développement de l’éolien :

L’un des principaux défis est lié à l’acceptabilité. Les éoliennes sont souvent rejettées, avec dépôt de nombreux recours juridiques, par les populations locales qui leur repprochent de nombreuses nuisances :

• Visuelles : « elles dénaturent le paysage » ;
• Sonores : « elles font du bruit » ;
• Environnementales : « elles causent des dommages sur la faune (oiseaux, chauve-souris, poissons, mamifères marins), ou sur la flore (ancrage en mer) ;
• Le passage des cables électriques, pourtant enterrés, est également accusés d’impact néfaste.

Un autre défi majeur est lié à l’intermittance de cette source d’énergie. Si les opérateurs mettent souvent en avant les capacités installées de leur parc éolien, la fourniture d’électricité est entièrement dépendantes des conditions de vent avec des arrêts possibles pendant des périodes peu ventées ou trop ventées. Les gestionnaires de réseau électrique ont alors le défi de devoir gérer ces périodes de pénurie ou de surplus de fourniture d’électricité. Parmi les moyens à disposition, le stockage de l’électricité (batteries, fabrication d’hydrogène) et également une meilleure prédiction des productions grâce à de meilleures modèles météorologiques.

Les parc éoliens sont assez gourmands en emprise au sol (1 kilomètre entre éolienne pour des projets en mer) et on peut être confronté à un défi d’usage, bien sur pour les projets terrestres (agriculture, urbanisme,..) mais également pour les projets maritimes (pêche,…).

Enfin, la disponibilité des matériaux nécessaires au développement d’éoliennes de plus en plus importantes ou pour les cables électriques (pour des projets de plus en plus distants des côtes) pourrait également être un frein au développement de cette ressource.

Recyclage :

En fin de vie, au bout de 25-30 ans, les éoliennes sont démantelées et recyclées :

• l’acier et le béton qui représentent 90% du poids d’une éolienne terrestre, le cuivre et l’aluminium (moins de 3% du poids) sont recyclables à 100% ;
• les pâles et le mât, constitués de composite associant résine et fibres de verre ou de carbone (6% du poids de l’éolienne) sont plus difficiles à recycler. Des travaux de recherche sont en cours pour utiliser ce matériel comme combustible en cimenterie ou l’incorporer, broyé, da,s des produits du BTP ;
• les aimants permanents contiennet des terres rares (moins de 0,001% du poids de l’éolienne) dont l’extraction peut s’avérer polluante. Des études sont en cours pour réduirer le volume de terres rares utilisées et optimiser le recyclage.

Etat des lieux et perspectives :

L’Europe est en position de leadership au niveau de la production éolienne offshore, avec une contribution importante de la Grande Bretagne. Parmi les gros projets offshore récents ou en cours de développement :

• Le parc éoliens d’Hywind (30MW) inauguré en octobre 2017 comprend 6 turbines de 5MW et 253m de haut est situé à 25km des côtes écossaises;
• le parc de Kindcardine (50MW) au large de l’Ecosse ;
• Le projet de Provence Grand large (25MW) en France.

En France, en 2021, l’éolien (31,3%) représente la deuxième source d’électricité renouvelable produite en France en 2017, derrière l’hydraulique (49,7%), mais devant le photovoltaique (12,2%) et les bioénergies (6,8%). En 2022, l’éolien produit 8,3% de la consommation nationale électrique (37,9TWh).

Il y a en France 35 parcs éoliens citoyens ; ils apportent 910,3 GWh d’électricité produite par an.

Les projets prévus par la programmation pluriannuelle visent une capacité pour l’éolien en mer de 2,4GW en 2023 et d’environ 5GW en 2028.