Comparaisons éolien terrestre/ éolien marin à Fécamp

Eoliennes offshore

Quelle surface de paysage ou de mer faut-il couvrir d’éoliennes pour remplacer une centrale nucléaire ?

Quelle surface de paysage ou de mer faut-il couvrir d’éoliennes pour remplacer une centrale nucléaire ?
Par Alexandre Moatti

Eoliennes offshore

Depuis mes deux jours à Fécamp (billet précédent), je continue mon investigation sur les éoliennes – certains commentaires allaient un peu loin, mais d’autres étaient fort intéressants techniquement. Voici les questions que je me suis posées et que je vous fais partager, avec quelques URLs de vérification. Notamment : quelle est la puissance effectivement mobilisée annuellement en MWh d’une éolienne (et non sa puissance nominale en MW) ? en quoi un projet éolien maritime se distingue-t-il d’une réalisation éolienne terrestre ?

Prenons l’exemple concret de Fécamp (un site terrestre existant, cf. ma photo + un site marin à venir, parmi les 4-5 sites de l’appel d’offres). Voici une fiche sommaire des 5 éoliennes terrestres de Fécamp (site Windpower): la puissance nominale de chaque éolienne est de 1 MW, donc au total 5 MW ; la production délivrée (si l’on en croit Windpower) est de 11 GWh annuels – c’est-à-dire qu’elles fonctionnent au nominal en équivalent 2200 heures annuelles (rendement effectif de 25% puisqu’une année comporte 8760 heures).

Le projet maritime est prévu avec des éoliennes beaucoup plus puissantes : 6MW – on peut prévoir un rendement meilleur (dû non à la puissance mais à la situation en mer), d’environ 40 à 45%. Les chiffres de rendement proviennent à la fois du commentaire de qivitoq sur mon précédent billet (nous l’en remercions), de la référence Wikipédia [en] qu’il donne et d’une source de haut niveau chez EDF-EN. Ce parc maritime fournira donc 6 * 83 éoliennes * 8760 * 0,45 = 1963 GWh.

Je fais la comparaison avec Cattenom (bien que cela déplaise à certains de mes commentateurs virulents – alors que justement je connais peu l’éolien et essaie de comprendre) : la centrale a une puissance nominale de 5200 MW et une production effective de 35 TWh, soit un rendement de 77% (ce qui recoupe les chiffres de rendement du nucléaire, de l’ordre de 80%). Au passage je réactualise mon chiffre précédent, en faveur du nucléaire : Cattenom équivaut à 18 champs maritimes type Fécamp, soit environ 1500 éoliennes dernier cri (et non 10 et 870 comme j’avais précédemment écrit).

Panneaux

Du point de l’information publique, je suis étonné que les panneaux (plage de Fécamp, photo) ne mentionnent que la puissance installée (MW), et non la puissance produite annuellement (MWh). Je lis « le parc de Fécamp avec une puissance de 498 MW permettra d’approvisionner l’équivalent de 10% de la consommation annuelle de la Haute-Normandie (ou 750 000 habitants) ». Si l’on doit appliquer le taux de rendement, ce pourcentage tombe à 4,5%. Par ailleurs la référence aux habitants m’inquiète : s’agirait-il uniquement de la consommation domestique, sans prendre en compte la consommation industrielle ? Je n’ai pas réponse à cette question.

Du point de vue scientifique et technique, j’ai essayé de comprendre pourquoi ce rendement de 25 à 45% dans l’éolien. C’est lié à « la courbe de puissance » – voir le remarquable WikiEolienne (rien à voir avec Wikipédia) :

courbe puissance eolienne

On doit donner une puissance nominale à vitesse de vent donnée : sur cette courbe, cette éolienne a une puissance nominale de 750 kW à vitesse de vent de 15 m/s. On voit se dessiner sur cette courbe les raisons du rendement de 25 à 45% :

1°) de 0 à 5 m/s l’éolienne ne se déclenche pas : le vent est trop faible pour mouvoir les éléments (pales de 25 à 70 mètres, mais aussi rotor, etc.)

2°) de 5 à 15 m/s elle tourne mais pas à puissance nominale.

3°) de 15 à 25 m/s elle fonctionne à puissance nominale.

4°) au-dessus de 25 m/s on doit arrêter l’éolienne le vent étant trop violent.

Donc quand on parle (chiffre ci-dessus) de 2200 heures annuelles (soit 25% de l’année), cela ne signifie pas qu’elle tourne un quart du temps : elle fonctionne plus que cela – c’est un « équivalent 2200 heures ».

Quelques éléments techniques intéressants encore. L’éolienne terrestre (Fécamp) a un diamètre de 52 mètres. L’éolienne marine (Fécamp) aura un diamètre de 160 mètres. Le site Portail-Eolien donne une loi empirique légérement au-dessus du carré du diamètre. Cela recoupe à peu près les chiffres ci-dessus (1MW pour 50 mètres, 6MW pour 150 mètres).

D’autres chiffres de comparaison entre les deux parcs méritent investigation : distance moyenne entre éoliennes environ 4 fois le diamètre en terrestre (soit 200 mètres – j’aurais dit un peu moins sur la falaise, mais les distances sont toujours difficiles à évaluer à l’œil nu) et environ 4 à 8 fois le diamètre en marin – l’information en plage de Fécamp parle de distance inter-éoliennes de 1km (chiffre recoupé par un document de la Commission du débat public : toutes les distances inter-éoliennes des parcs marins sont entre 800 et 1000 m). Pourquoi cette différence ? C’est dû à la prise de vent et à « l’effet de sillage » – comme un voilier qui prend le vent à un autre dans une course. Aussi : le terrestre est généralement en une dimension (un linéaire sur une ligne de crête), alors que la marin est en deux dimensions (un carré). Peut-être un autre billet à prévoir, car l’éolienne recèle plein de sujets passionnants de mécanique des fluides : extrados, portance, etc.

Lire l’article original sur maths-et-physique.net

Autres liens :
40 000 km² pour remplacer le parc nucléaire français par des éoliennes. Autrement dit, remplacer tous les champs de blé de la France par des éoliennes.