Quand les éoliennes ont le pied marin

Les éoliennes terrestres ne sont pas conçues pour la pleine mer. Pour améliorer leur fiabilité, faciliter leur maintenance, et augmenter leur puissance, les technologies existantes sont adaptées aux contraintes de l'offshore, tandis que des designs innovants sont en cours de test.

Trop cher, l'éolien offshore ? Aujourd'hui, l'installation d'un mégawatt revient à 3,5 millions d'euros en moyenne. Et certains projets complexes atteindront 5 ou 6 millions d'euros par mégawatt. « Alors qu'habituellement les prix baissent avec le temps, le coût du mégawatt installé en offshore croît sans cesse », rapporte Charles Madja, directeur adjoint de Nenuphar, jeune société qui développe un concept d'éolienne flottante. La raison est connue : les exploitants s'efforcent de placer en mer des éoliennes conçues pour la terre ferme. « Pour rendre l'éolien offshore compétitif, il faut concevoir et construire des machines faites pour l'offshore », conclut le danois Vestas.

AUGMENTER LA FIABILITÉ

Le coût prohibitif de l'éolien offshore est lié aux contraintes d'installation des parcs. « Les fabricants de turbines n'autorisent pas que l'on modifie les procédures de manipulation de leurs produits : les éoliennes sont installées en mer comme sur terre. Alors que dans le monde pétrolier, tout est fait pour diminuer le très coûteux temps passé en mer », regrette un ensemblier. Mais la principale source de coût des éoliennes en mer est leur maintenance. L'accès à une éolienne offshore, par gros temps, peut s'avérer impossible sur de longues périodes, diminuant sa disponibilité. La conception des machines doit donc être revue, afin d'améliorer leur fiabilité et de faciliter des révisions régulières.

Les fabricants de turbines s'entendent sur une solution : l'entraînement direct des pales. Les industriels estiment en effet que l'absence de multiplicateurs sur les chaînes d'entraînement améliore la fiabilité de l'ensemble. Multibrid, filiale d'Areva, l'avait pressenti dès 2001, puisque la M5000, une puissante nacelle de 5 MW, première machine réellement conçue pour l'offshore, était hybride en s'affranchissant de la boîte de vitesses. Les éoliennes offshore à venir seront toutes à entraînement direct. Alstom, qui prépare une machine de 6 MW pour 2014, a choisi cette voie. Mais prévoit des effets collatéraux : « Qui dit entraînement direct, dit générateur de grandes dimensions. Il faudra s'appuyer sur des technologies nouvelles, moteurs à aimant permanent ou matériaux supraconducteurs, pour diminuer les masses », explique Philippe Cochet, président d'Alstom Hydro. Car plus la masse augmente, plus le risque que l'éolienne entre en résonance avec la fréquence de la houle est important.

Des opérations de maintenance resteront indispensables. L'objectif est donc de minimiser leur fréquence, mais aussi de faciliter leur réalisation. De nombreuses start-up travaillent sur des éoliennes à axe vertical, qui constituent une véritable rupture technologique. L'intérêt est de diminuer le nombre de pièces mobiles.

Ainsi, la direction du vent n'importe pas, alors qu'une éolienne classique doit aligner la nacelle sur la brise. L'éolienne Vertiwind (voir page 53) évite même l'utilisation d'un frein hydraulique, préférant opter pour un système de frein électrique. De plus, le design vertical permet de concentrer les pièces lourdes, en particulier le générateur, à la base de la machine, et donc d'en faciliter l'accès. Reste que les grands industriels, tout en reconnaissant les qualités de l'axe vertical, ne s'engagent pas aujourd'hui dans cette voie. Jérôme Gosset, directeur ingénierie et énergies renouvelables chez Areva, explique ce paradoxe : « D'un point de vue scientifique, l'éolienne tripale n'est pas forcément la meilleure technologie, mais elle a bénéficié d'investissements très importants sur le plan industriel. »

LE PROBLÈME DU TRANSPORT

L'éolien offshore devra bientôt affronter un nouvel obstacle : la raréfaction des zones de pose. Les machines reposent aujourd'hui jusqu'à 30 mètres, voire 50 mètres de profondeur. Au-delà, les fondations deviendraient trop onéreuses. « Avec l'éolien flottant, nous aurons accès à un domaine plus vaste », prédit Laurent Le Dévéhat, directeur adjoint de l'incubateur de DCNS. « Il existe un énorme potentiel en Méditerranée pour l'éolien marin flottant », estime Stéphane His, responsable énergies renouvelables chez Technip. Ces machines pourront être ancrées à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Le montage pourrait être simplifié en les construisant près des côtes, pour les tracter ensuite en mer. Hywind, la première éolienne flottante du norvégien Statoil, a ainsi été construite dans un fjord puis traînée à 10 kilomètres des côtes. Avec 100 mètres de tirant d'eau, c'est un exploit.

Quelques années de travail seront encore nécessaires avant que ces designs du futur arrivent à maturité. En attendant, l'Europe du Nord va continuer à faire appel aux éoliennes horizontales posées. Un débat existe autour de leur puissance optimale. L'allemand Repower, le norvégien Sway ou le britannique Clipper Wind envisagent des turbines de 10 MW. GE ou Siemens développent des machines de 4 MW, voire moins. Chez Alstom, 6 MW semblent être un bon compromis. « La course à la puissance n'est pas forcément souhaitable. Des nacelles de grande dimension entraînent des contraintes de fabrication et de transport », analyse Stéphane His. Ce qui est sûr, vue la croissance exponentielle des parcs éoliens offshore dans les prochaines années, c'est que de nouvelles techniques de transport et d'installation seront nécessaires. Elles restent à inventer.