L’éolien flottant : le savoir-faire français poussé par une R&D dynamique a le vent en poupe

L’éolien flottant : un marché au développement prometteur

L’éolien flottant permet d’envisager le déploiement de systèmes offshores dans des zones inaccessibles à l’éolien posé en raison d’une hauteur d’eau supérieure à 60 m. Son efficacité démontrée également pour de petites profondeurs permet de l’envisager comme une alternative compétitive à l’utilisation de pieux ou de fondations gravitaires. Développer cette technologie permettrait de mieux exploiter les gisements éoliens offshores. Les première fermes pilotes montrent un facteur de charge moyen de 65 % à 70 % quand l’éolien posé est à 40-45 % et le terrestre à 22 %. L’éloignement par rapport à la côte offre un vent plus constant et de vitesse moyenne supérieure, mais représente une contrainte forte pour l’export de l’électricité produite. Le marché est en émergence avec un développement soutenu par plusieurs fermes pilotes dont certaines sont déjà en fonctionnement. Sachant que 80 % de l’énergie éolienne offshore disponible en Europe se situe dans des profondeurs propices au flottant et que les surcoûts d’exploitation par rapport à l’éolien fixe sont plus faibles que prévu, la filière anticipe un développement très rapide. Ceci est conforté par les performances des prototypes actuels, supérieures aux prévisions initiales.

Des enjeux de fiabilité et de performance

Les principaux enjeux pour un déploiement de l’éolien flottant en France et à l’international sont :

La fiabilité de systèmes mobiles sur 20 à 25 ans dans un milieu marin hostile,
Un gain de performance conditionné par la minimisation des pertes de production liées aux mouvements du flotteur,
La fiabilité et robustesse de la partie dynamique du câble d’export électrique,
L’intégration des futurs parc commerciaux aux activités maritimes déjà en place,
La mise en place d’une filière industrielle et de zones portuaires dédiées,
La construction d’une filière d’installation et de maintenance avec des moyens adaptés,
L’attractivité économique qui passe par l’atteinte d’un coût moyen de l’énergie produite compétitif par rapport aux autres sources d’énergie décarbonées,
La réglementation applicable et l’acceptabilité des projets qui peuvent engendrer des délais importants qui limitent alors le déploiement des technologies.

En France, des appels d’offres pour quatre fermes pilotes ont été attribués en 2016. Les premières productions sont attendues pour 2022. Dans le cadre de la loi sur la Programmation Pluriannuelle de l’Energie publiée en 2020, l’Etat annonce des parcs commerciaux octroyés dès 2021. Ces éléments font ressortir la nécessité d’apporter rapidement des réponses aux enjeux de l’éolien flottant.

Ressource en vent, dimensionnement des systèmes et impact environnemental

France Energies Marines contribue à apporter des solutions pour la filière de l’éolien flottant, majoritairement au travers de projets de R&D collaborative qui permettent de :

Evaluer les impacts du changement climatique sur la ressource éolienne et le dimensionnement des systèmes (Projet 2C NOW)
Réduire les incertitudes sur la caractérisation des ressources en vent et ainsi contribuer à l’optimisation de la production (Projets ARCWIND, CARAVELE, CASSIOWPE, POWSEIDOM, DRACCAR-NEMO),
Mieux caractériser l’environnement physique et notamment les champs de vagues tout en tenant compte de l’impact des vagues déferlantes sur les structures flottantes (Projets DIME, DIMPACT et OROWSHI),
Evaluer des solutions d’ancrage permettant de réduire les coûts d’investissement tout en garantissant un amortissement du système, ce qui permet une performance accrue et proposer des standards de dimensionnement adaptés (Projets POLYAMOOR, MONAMOOR, BAMOS),
Améliorer la prédiction de la durée de vie en service des câbles dynamiques d’export, des sous-stations électriques et des lignes d’ancrages afin de proposer des solutions de suivi adaptées et d’optimiser le plan de maintenance et les coûts de dimensionnement conservatifs destinés à couvrir les incertitudes (Projets OMDYN2, DYNAMO, LISORE, MOS I SS, AFOSS-DC, MHM-EMR, ABIOP+, BIODHYL, POLYAMOOR, MONAMOOR, SUBSEE 4D, DIONYSOS),
Proposer des stratégies innovantes pour optimiser la conception des parcs et les opérations en mer (Projets FLOWTOM, MUTANC),
Optimiser les études d’impact environnemental, sociétal et économique en proposant des modèles originaux intégrant l’écosystème au sens large pour accompagner l’acceptabilité des projets (Projets TROPHIK, APPEAL, WINDSERV),
Accompagner le choix des implantations et les futures études d’impacts notamment en proposant des moyens et méthodes adaptés pour acquérir des données (Projets GEOBIRD, ORNIT-EOF, ECOSYSM-EOF, SEMMACAPE, OWFSOMM),
Etudier les potentiels effets environnementaux des systèmes par l’évaluation de l’effet des champs électromagnétiques des câbles sous-marins (Projet SPECIES), la surveillance acoustique passive du benthos (Projets BENTHOSCOPE, BENTHOSCOPE2) ou l’évaluation quantitative des métaux libérés dans le milieu marin et issus des anodes galvaniques (Projet ANODE),
Identifier des voies d’amélioration de la durabilité environnementale et sociétale des parcs éoliens offshores en analysant leur cycle de vie (Projet LIF-OWI),
Développer une plateformes de recherche en mer (Projet FOWRCE SEA);
Mener des études préliminaires sur la production d’hydrogène en mer (Projets OPHARM et OPHARM2),
Proposer une optimisation multicritère pour l’alimentation des réseaux électriques isolés (Projet OPTILE).

Le lancement récent de DRACCAR, la première plateforme française de recherche en mer dédiée à l’éolien offshore couplée à un programme de R&D innovant, va permettre d’améliorer la compréhension des interactions entre l’éolien en mer et l’environnement, d’optimiser le dimensionnement des éoliennes et de co-construire un réseau d’observation pérenne des façades maritimes.

Des recommandations pour faire évoluer les normes actuelles

Les différentes études auxquelles l’Institut contribue visent à apporter à la filière des modèles validés, des moyens de mesures adaptés, des données représentatives et des rapports de recommandations basés sur des expertises reconnues. Un projet en cours sur le biofouling (Projets ABIOP+ et BIODHYL) apporte ainsi des éléments déterminants pour le dimensionnement des lignes d’ancrages et des câbles dynamiques en qualifiant et quantifiant la croissance de la biocolonisation à proximité des futurs parcs et en mesurant son effet sur le comportement de ces composants critiques. Les résultats de ce projet renforcent la confiance des développeurs sur la prise en compte du biofouling en proposant de standardiser le protocole de caractérisation de ce paramètre influent. Les travaux menés dans le cadre de nos activités de caractérisation de sites ainsi que de dimensionnement et suivi en service sont menés en présence d’organismes certificateurs et produisent des recommandations destinées à faire évoluer les normes actuelles.

Liste des publications en lien avec l’éolien flottant (PDF)

Crédit photo : Naval Energies

Projets

En cours

2C NOW

Impact du changement climatique sur le secteur de l’éolien offshore

En cours

DIMPACT

Dimensionnement d’éoliennes flottantes prenant en compte les impacts de la raideur et du déferlement des vagues

Terminé

DYNAMO

Suivi en service des câbles dynamiques

Terminé

ABIOP

Quantification du biofouling au moyen de protocoles établis et recommandations associées

Terminé

ABIOP+

Prise en compte du biofouling au moyen de protocoles de quantification utiles à l’ingénierie

En cours

AFOSS-DC

Architecture et dimensionnement d’une sous-station offshore flottante pour des applications en courant continu

Terminé

ANODE

Evaluation quantitative des métaux libérés dans le milieu marin et issus des anodes galvaniques des structures EMR

Terminé

APPEAL

Approche socio-écosystémique de l’impact des parcs éoliens flottants

Terminé

ARCWIND

Adaptation et mise en œuvre des technologies de conversion de l'énergie éolienne flottante pour la région Atlantique

En cours

BAMOS

Comportement et vieillissement des ancrages en cordages synthétiques

Terminé

BENTHOSCOPE 2

Compréhension et surveillance des impacts des EMR sur le compartiment benthique via une plateforme de mesure dédiée à l’acoustique passive

En cours

BIODHYL

Caractérisation du biofouling et description des chargements hydrodynamiques

Terminé

CARAVELE

Caractérisation du vent pour les applications liées aux énergies marines renouvelables

Terminé

CASSIOWPE

Caractérisation des interactions entre l’atmosphère et la surface de la mer pour le déploiement de l’éolien offshore dans le Golfe du Lion

Terminé

COASTWAVE

Analyse locale à haute résolution de la variabilité des vagues et des déferlements à partir d’imagerie satellite

En cours

COME3T

Comité d’expertise pour les enjeux environnementaux et socio-économiques des énergies marines renouvelables

Terminé

DIME

Dimensionnement et météocean : modélisation et observations des états de mer extrêmes déferlants pour les énergies marines renouvelables

En cours

DIONYSOS

Réseau numérique intelligent opérationnel à l’aide d’une approche hybride capteurs / simulations

En cours

DRACCAR – NEMO

Nouvelles méthodes pour la mesure et la modélisation de la turbulence éolienne en mer

Terminé

DUNES

Dynamique des dunes hydrauliques et impact sur les projets EMR

Terminé

ECOSYSM-EOF

Préfiguration d’un observatoire des écosystèmes marins du Golfe du Lion en interaction avec les parcs éoliens offshore flottants

Terminé

ECUME

Groupe de travail dédié aux effets cumulés des projets EMR

Terminé

EOLINK

Preuve de concept d'une éolienne flottante innovante

En cours

FISHOWF

Stratégies de suivi pour identifier et évaluer les effets des parcs éoliens offshores et de leurs raccordements sur les peuplements de poissons

En cours

FLOWTOM

Opération et maintenance pour les éoliennes flottantes

Terminé

FOWRCE SEA

Plateforme de recherche en mer pour l’éolien offshore

Terminé

GEOBIRD

Développement d’une balise de géolocalisation pour les oiseaux marins

En cours

LIF-OWI

Vers une meilleure intégration des aspects environnementaux, socio-économiques et technologiques dans l’analyse du cycle de vie des parcs éoliens offshores

Terminé

LISORE

Des sous-stations offshores innovantes à coût compétitif pour les EMR à horizon 2025

Terminé

MEDSEA CHECKPOINT

Evaluation du système de surveillance à l'échelle de la Méditerranée basée sur des applications ciblées

Terminé

MHM-EMR

Suivi en service des systèmes d’ancrage pour les énergies marines renouvelables

En cours

MODULLES

Modélisation de dunes sous-marines : évolutions locales et à grande échelle dans un contexte éolien offshore

Terminé

MONAMOOR

Modélisation et suivi en service des lignes d’ancrages en polyamide

Terminé

MOSISS

Stratégies de suivi en service pour les sous-stations innovantes

En cours

MUTANC

Ancres mutualisées pour les éoliennes offshores flottantes

Terminé

OMDYN

Ombilicaux dynamiques pour les énergies marines renouvelables

Terminé

OMDYN2

Ombilicaux dynamiques pour les systèmes d'énergies marines renouvelables flottants - Phase 2

Terminé

OPHARM

Hydrogène et éolien offshore : outils d'aide à la décision

En cours

OPHARM2

Analyse avancée pour la production d’hydrogène en mer à partir d’éoliennes offshores

En cours

OPTILE

Optimisation multicritère pour la production hors réseau d’électricité issue d’énergies marines renouvelables

Terminé

ORNIT-EOF

Préfiguration d’un observatoire de l’avifaune du Golfe du Lion en interaction avec les parcs éoliens offshore flottants

En cours

OROWSHI

Dimensionnement d’éoliennes offshores en incluant des données vents-vagues dans les standards pour les sites exposés aux ouragans

Terminé

OWFSOMM

Standardisation des outils et méthodes de suivi de la mégafaune marine à l’échelle des parcs éoliens offshores

Terminé

POLYAMOOR

Ligne d’ancrage polyamide souple et durable pour les énergies marines renouvelables

Terminé

POWSEIDOM

Déploiement de moyens d’observations du vent et de la turbulence en Méditerranée

Terminé

SEMMACAPE

Suivi et étude par caractérisation automatique de la mégafaune marine dans les parcs éoliens

Terminé

SPECIES

Interactions des câbles sous-marins avec l'environnement et suivis associés

Terminé

SUBSEE 4D

Un jumeau numérique pour faciliter l’exploitation des parcs éoliens flottants

Terminé

TROPHIK

Modélisation du rôle des éoliennes offshore dans la modification du fonctionnement des réseaux trophiques côtiers et dans le cumul d’impacts

Terminé

VALARRAY

Logiciels d’optimisation de fermes hydroliennes et éoliennes offshore flottantes : état de l’existant, comparaison et spécification d’outils nouveaux

Terminé

VALEF

Modélisation hydro-aéroélastique d'éoliennes offshores flottantes

Terminé

WINDSERV

Vers une approche multi-modèle des indicateurs de services écosystémiques

En cours

WREN

Initiative collaborative dédiée aux effets de l’éolien sur l’environnement

Recommandations pour la caractérisation des impacts potentiels des câbles électriques sous-marins associés aux projets d’énergies marines renouvelables

Atlas bibliographique du biofouling des façades maritimes françaises dans un contexte d’énergies marines renouvelables

Fofack-Garcia et al. (2023)

Socio-political acceptability of floating offshore wind farms in France: challenges and perspectives for marine governance towards sustainability. Ocean & Coastal Management

Renaud et al. (2023)

Semi-analytical load models describing the progressive immersion of a fixed vertical cylinder in a breaking wave. Ocean Engineering

Civier et al. (2022)

Short and long term creep behaviour of polyamide ropes for mooring applications. Ocean Engineering