La caractérisation fine des vents, un paramètre crucial pour les EMR

Connaître précisément les vents : une nécessité pour le développement des EMR

La définition et la conception optimale de projets EMR nécessite une connaissance précise des propriétés de l’écoulement atmosphérique telle que la variabilité spatio-temporelle du vent à la hauteur du moyeu des éoliennes, son cisaillement vertical ou l’intensité et la structure de la turbulence. Ces paramètres sont utilisés à plusieurs niveaux, notamment pour :

l’estimation de la ressource énergétique éolienne sur un site donné,
l’optimisation de la production d’électricité et la réduction de l’usure des machines,
l’estimation des chargements sur les éoliennes comprenant les chargements extrêmes pour la survie des systèmes en conditions de tempêtes et les chargements moyens pour le dimensionnement en fatigue,
l’installation en mer des systèmes EMR ainsi que les interventions d’opération et de maintenance.

En général, les conditions de vents peuvent être obtenues par le biais de mesures in situ sur le site d’intérêt, d’observations par satellite, de simulations numériques… Cependant, les effets régionaux et locaux sont importants, en particulier pour les domaines côtiers et les mers continentales où les conditions atmosphériques sont fortement modifiées par la topographie des régions environnantes. France Énergies Marines mène depuis plusieurs années des projets de R&D, avec les principaux acteurs du secteur éolien, portant sur les champs de vents à différentes échelles spatiales. L’Institut a également étudié la faisabilité de développer une plateforme de recherche en mer dédié à l’éolien offshore (Projet FOWRCE SEA).

Une approche multicritère pour la sélection de sites destinés à l’éolien flottant

Un projet Interreg visant à évaluer le potentiel de l’Arc Atlantique européen pour le déploiement de l’éolien flottant a été mené de 2017 à 2022 (Projet ARCWIND). Il propose une approche multicritères de sélection des emplacements des parcs éoliens, sélection à laquelle sont associés différents développeurs de technologies. France Énergies Marines y a contribué scientifiquement au travers de l’amélioration de la représentation des états de mer de tempête dans l’Atlantique Nord-Est.

Une caractérisation fine du vent pour mieux évaluer la ressource et optimiser le dimensionnement des éoliennes

France Energies Marines a coordonné un projet collaboratif dont l’objectif est d’améliorer la caractérisation fine du vent afin de réduire les incertitudes dans l’évaluation des ressources et la conception des éoliennes (Projet CARAVELE). Ce projet se concentrait sur l’exploitation conjointe des champs de vent modélisés et des observations in situ et satellitaires. Les effets de couplage entre l’océan et l’atmosphère à travers l’effet des déferlantes sur le décollement du vent au-dessus des vagues ont également été étudiés. Des expérimentations menées dans le canal d’essais de l’Université de Miami ont permis d’améliorer la restitution des vents extrêmes pour le dimensionnement des éoliennes grâce aux images satellitaires. Si l’évaluation de la ressource éolienne est cruciale, la formulation de recommandations pour le dimensionnement des machines l’est tout autant. France Energies Marines a ainsi initié plusieurs projets collaboratifs : deux portant sur le déploiement de moyens d’observations du vent et de la turbulence (Projets POWSEIDOM et DRACCAR-NEMO) et un sur la caractérisation des vents et vagues extrêmes lors des cyclones tropicaux (Projet OROWSHI).

Une meilleure connaissance des interactions entre mer et atmosphère

Un autre projet collaboratif a été lancé à l’initiative de France Énergies Marines afin de mettre en place une chaîne numérique dédiée capable de simuler avec précision les conditions de vents, de vagues et de courants dans le Golfe du Lion (Projet CASSIOWPE). Cette zone va accueillir trois fermes pilotes et plusieurs fermes commerciales d’éoliennes flottantes à court et moyen terme. Le projet se concentrera sur l’amélioration de la capacité des modèles numériques couplant la mer et l’atmosphère pour capturer les conditions vent, de vagues et de circulation dans les conditions difficiles et spécifiques du Golfe du Lion (Mistral, Tramontane, tempêtes hivernales). Les outils numériques seront validés de manière intensive en utilisant les données in situ et satellitaires existantes. Une base de données des conditions météo-océaniques dans le Golfe du Lion pourra ainsi être proposée. Celle-ci nourrira des estimations de la ressource éolienne et des contraintes aérodynamiques et hydrodynamiques à considérer dans le dimensionnement des éoliennes flottantes.

Intégrer l’impact du changement climatique

Au cours des quelques 25 ans de la durée de vie d’un parc éolien en mer, la ressource éolienne pourrait évoluer, entraînant une modification de la production d’énergie associée. Cela aurait alors un impact sur le plan d’affaires initial. Le changement climatique pourrait également affecter la durée des saisons ou leur intensité et avoir un effet sur l’équilibre entre l’offre et la demande en énergie. L’intensité des vents extrêmes et leur fréquence peuvent aussi varier et avoir un impact sur la conception des éoliennes ou sur les fondations, ancrages, sous-stations et câbles électriques d’export. Les vagues extrêmes et la montée des eaux doivent également être pris en compte car ils sont dimensionnants pour ces systèmes. Un premier projet (Projet 2C NOW) vient d’être lancé par l’Institut sur le sujet.

Liste des publications en lien avec les vents (PDF)

Crédit photo : Alba Fotos / Pixabay