Résilience climatique : l’éolien aussi doit faire ses preuves

Résilience climatique : l’éolien aussi doit faire ses preuves

Tribune signée Thibault Laconde, fondateur de Callendar.

Les scénarios publiés récemment par RTE l’ont encore confirmé dans le cas de la France : un développement rapide de l’énergie éolienne est nécessaire pour réduire les émissions de gaz à effet de serre liées à la production électrique.

Mais si la filière s’impose comme une composante incontournable de la transition climatique, elle est aussi exposée aux variations de la météo. Ses mauvaises performances actuelles en Europe doivent être vues comme un avertissement : l’éolien ne pourra occuper la place qui lui est destinée sans apporter de garanties sur sa vulnérabilité climatique.

Le spectre de « l’accalmie globale »

Les trois premiers trimestres de l’année 2021 ont particulièrement peu ventés en Europe. En mars, le Royaume-Uni a connu sa plus longue période de vent faible depuis au moins une décennie.

De son côté, le facteur de charge mensuel du parc éolien français est passé sous les 10% en juin – une première depuis que cette donnée est publiée par RTE. Le rôle de cette accalmie dans les tensions sur le marché de l’électricité européen est difficile à quantifier mais son impact économique est de toute façon important : Orsted, par exemple, a annoncé récemment que le phénomène lui a coûté près de 400 millions de dollars sur les 9 premiers mois de l’année.

Mais ces quelques mois de calme ne sont-ils qu’un accident météorologique fortuit ou le signe d’une évolution durable de la ressource en vent ?

La question peut se poser sérieusement : de nombreuses études régionales ont montré un affaiblissement de la vitesse moyenne du vent au cours des dernières décennies. Cette tendance a une « accalmie globale » (ou global stilling en anglais) sous l’effet du changement climatique et de l’évolution de la rugosité de la surface semble s’être inversée récemment mais l’évolution de la ressource en vent à moyen terme reste incertaine. Les projections réalisées par RTE, par exemple, anticipent une dégradation limitée des facteurs de charge éoliens à l’horizon 2050.

Comme souvent lorsqu’on parle des impacts du changement climatique, les évolutions moyennes peuvent masquer des changements plus marqués à l’échelle locale. C’est le cas, par exemple, dans le nord de la Chine : en Mongolie intérieure et dans le Gansu, deux des provinces les plus équipées, le potentiel éolien a baissé d’environ 15% depuis 1979. Pour certains parcs, au contraire, l’évolution pourrait être positive, ce qui souligne l’importance d’une étude prospective locale de la ressource en vent.

Au-delà de la vitesse moyenne du vent

Il est intéressant de comparer l’éolien à l’autre grande source d’électricité renouvelable : l’hydroélectricité. Les deux filières exploitent une ressource directement liée au fonctionnement du système climatique : le vent dans un cas, l’eau dans l’autre. Mais l’éolien se distingue par deux caractéristiques.

D’abord, la relation entre les précipitations et le productible hydraulique est grossièrement linéaire. C’est loin d’être le cas pour celle entre la vitesse du vent et la production éolienne : la production d’électricité est nulle si le vent est inférieur à la vitesse de démarrage (environ 10 km/h). Lorsque la vitesse de démarrage est atteinte, la production augmente rapidement jusqu’à ce que le vent atteigne la vitesse nominale (environ 50 km/h). Au-delà, elle reste approximativement constante jusqu’à la vitesse de coupure (autour de 90 km/h) où l’éolienne se met en sécurité et cesse de produire.

Si on laisse de côté pour l’instant ce dernier cas, la vitesse du vent n’a une influence sur la production éolienne que lorsqu’elle se situe entre la vitesse de démarrage et la vitesse nominale.

Dans cette zone, l’énergie produite varie approximativement avec le cube de la vitesse du vent. Cela signifie qu’une modification même mineure du régime des vents peut avoir un impact disproportionné sur la production : si la vitesse du vent baisse de 1%, la production d’électricité baissera de 3% environ, si le vent baisse de 5%, la production chutera de 14% et une baisse de la vitesse du vent de 20% diviserait par deux la production électrique.

Autre différence avec l’hydroélectricité, l’éolien ne dispose d’aucun moyen de lissage ou de stockage. Ce n’est donc pas seulement la vitesse moyenne du vent qui détermine la production mais aussi sa répartition.

Si, par exemple, la vitesse instantanée est plus souvent inférieure à la vitesse de démarrage ou supérieure à la vitesse de coupure, la production électrique baissera même si la vitesse moyenne est inchangée.

Cela signifie aussi que la valeur de la production peut être plus facilement affectée par la variabilité inter- et intra-annuelle de la ressource même si elle ne modifie pas la quantité moyenne d’énergie produite. Ce serait le cas, par exemple, si une évolution de la saisonnalité du vent déplaçait les périodes ventées vers des mois où les besoins en électricité sont moindres.

Affronter des vents plus extrêmes

L’évolution de la fréquence et de l’intensité des événements climatiques extrêmes est un autre risque qui mérite d’être mentionné. Les turbines sont conçues pour pouvoir résister à des vents violent, notamment grâce au mécanisme de « mise en drapeau » qui consiste à orienter l’éolienne dans l’axe du vent en ajustant l’angle des pâles de façon à réduire leur prise.

Cela n’empêche pas des incidents ponctuels, comme par exemple au Texas et en Oklahoma cette année mais globalement les parcs éoliens terrestres résistent bien aux tempêtes. En 2017, par exemple, les parcs éoliens du Texas ont résisté sans difficulté à l’ouragan Harvey.

Le cas des éoliennes installées en mer dans des zones à risque cyclonique est plus compliqué : elles peuvent être soumises à des vents beaucoup plus violents et surtout à des changements de direction rapides.

En 2013, par exemple, le typhon Usagi a ravagé un parc éolien off-shore près de Hong Kong : sur 25 éoliennes, 8 se sont effondrées et 11 ont eu des pâles arrachées. Il s’agissait de turbines relativement anciennes (des Vestas V47 mises sur le marché en 1997) mais des modélisations sur des normes récentes montrent qu’elles sont encore insuffisantes pour résister à un ouragan de catégorie 5.

Les caractéristiques techniques de l’énergie éolienne en font une des sources d’électricité les plus exposées à une modification du climat. Mais l’économie du secteur contribue aussi à accentuer cette vulnérabilité : très concurrentiel et anticipant une baisse régulière des coûts, les marges y sont calculées au plus juste.

Dans ce contexte les implications d’un aléa climatique sur la viabilité financière des projets peuvent être importantes or, selon une revue de littérature de 2019, elles sont encore très rarement étudiées…

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Mieux évaluer les risques climatiques sur la durée de vie des projets est évidemment dans l’intérêt des développeurs et des financeurs. Mais, à mesure que la part de l’éolien grandit dans les mix électriques, cela devient aussi une nécessité pour le système électrique dans son ensemble. Comme l’ont déjà fait ceux de l’hydroélectricité, les représentants de la filière éolienne devrait se saisir rapidement de ce sujet.

 

 

Thibault Laconde

Ingénieur Supelec, dirigeant du cabinet Énergie et Développement