L’éolien et le solaire offshore flottants

La technologie flottante est une tendance dans le monde des énergies renouvelables. Nous en examinons les moteurs et découvrons comment Nexans contribue à faire du rêve de l’éolien offshore flottant – et du solaire – une réalité.

La production d’énergie éolienne en mer a connu une croissance considérable au cours de la dernière décennie. La capacité offshore mondiale atteint désormais 35 GW, soit près de neuf fois plus qu’en 2011. Une capacité offshore supplémentaire de 235 GW est attendue d’ici 2030, portant le total mondial à 270 GW.

La technologie des turbines a fait d’énormes progrès depuis l’apparition des premiers parcs éoliens dans nos océans, il y a plus de vingt ans. Les turbines d’aujourd’hui sont plus grandes et plus efficaces que jamais, avec des diamètres de rotor de plus de 200 mètres et des puissances de 10 MW et plus. Ces progrès ont joué un rôle essentiel dans la baisse du coût de l’éolien offshore.

Presque toutes les éoliennes offshore existantes aujourd’hui dépendent de fondations fixées sur le fond, qui constituent une bonne solution dans les eaux relativement peu profondes – jusqu’à 60 mètres de profondeur. Ces fondations sont des semelles en acier et en béton qui fixent la structure de l’éolienne directement au fond de la mer.

La grande majorité des océans et des mers ont des eaux dont la profondeur dépasse 60 mètres – et c’est là que l’on trouve les vents les plus forts et les plus constants. En Europe, par exemple, 80 % des ressources éoliennes se trouvent dans des eaux d’une profondeur de 60 mètres ou plus. Les fondations conventionnelles ne sont pas rentables dans ces situations. Il existe donc de vastes zones où les ressources éoliennes sont inexploitées.

De nouveaux horizons pour l’éolien offshore

Les éoliennes flottantes permettent de surmonter le problème des fondations en eaux profondes. Au lieu d’être ancrées au fond de la mer, les turbines sont montées sur une sous-structure flottante qui est attachée par des lignes d’amarrage et des ancres.

Tout cela change la donne pour l’éolien offshore. Au lieu d’être limitées à une profondeur de 60 mètres, les turbines flottantes peuvent être déployées dans des eaux allant jusqu’à 1000 mètres de profondeur – et potentiellement beaucoup plus.

Cela offre un potentiel intéressant pour étendre la portée géographique de l’éolien offshore. La partie nord du bassin de la mer du Nord en est un exemple. La profondeur des eaux y dépasse généralement de loin les 60 mètres, ce qui les met hors de portée des fondations conventionnelles.

Hywind Scotland au Royaume-Uni – le premier parc éolien flottant au monde – illustre ce qui peut être réalisé. Situé à environ 30 km au large des côtes dans des eaux pouvant atteindre 120 mètres de profondeur, Hywind est en service avec succès depuis 2017. Hywind présente le facteur de capacité le plus élevé de tous les parcs éoliens du Royaume-Uni : en 2020, il a établi un nouveau record britannique en atteignant un facteur de capacité moyen de 57,1 %. À titre de comparaison, la moyenne de l’éolien offshore au Royaume-Uni est d’environ 40 %.

La technologie de l’éolien flottant devrait avoir un impact bien au-delà de la mer du Nord, notamment dans les régions où la mer est très profonde et très proche du rivage. Citons par exemple le bassin méditerranéen, la côte ouest des États-Unis, la Corée du Sud et le Japon, qui disposent tous d’énormes ressources éoliennes en mer qui ne demandent qu’à être exploitées. L’éolien flottant peut également être déployé dans des eaux peu profondes où les conditions du fond marin empêchent l’utilisation de fondations conventionnelles.

Actuellement, l’éolien flottant ne représente que 0,1 % du total de l’éolien en mer. Mais cette situation est appelée à changer. Les prévisions du Conseil mondial de l’énergie éolienne suggèrent que d’ici 2030, l’éolien flottant pourrait représenter 6,1 % de toutes les nouvelles installations, avec une capacité ajoutée estimée à 16,5 GW au cours des dix prochaines années. Des technologies robustes et rentables sont la clé pour atteindre cet objectif.

L’un des grands défis techniques de l’éolien offshore flottant est l’exportation de l’électricité qu’il produit. Trois facteurs entrent en jeu. Premièrement, les câbles reliant les parcs éoliens à la côte sont plus longs, car les turbines sont généralement situées plus loin en mer. Deuxièmement, les niveaux de puissance à gérer augmentent avec la taille des turbines. Troisièmement, et c’est le plus important, des câbles dynamiques sont nécessaires. Ils doivent être capables de s’adapter aux mouvements de la structure flottante causés par les courants, les marées et le vent. La résilience est essentielle.

Des câbles dynamiques plus intelligents

L’expérience de Nexans en matière de systèmes de câbles sous-marins haute tension et de câbles dynamiques en fait le partenaire idéal pour le développement de l’éolien flottant. En effet, Nexans a fourni des câbles dynamiques pour les projets d’éoliennes flottantes Hywind Demo et Hywind Scotland. L’expérience de l’entreprise a des racines profondes : Nexans a développé son premier câble dynamique en 1983.

Aujourd’hui, l’innovation se poursuit. L’accent est désormais mis sur le développement de câbles dynamiques HT capables de supporter une puissance et des tensions plus élevées que jamais. Cette nouvelle génération de câbles sera plus légère et plus souple que les câbles sous-marins traditionnels. Ils seront également plus intelligents, grâce à l’intégration d’éléments en fibre optique permettant une surveillance en temps réel – fournissant des informations essentielles sur les différents paramètres des câbles et garantissant des années de fonctionnement fiable.

L’énergie solaire flottante à l’échelle industrielle est l’une des technologies renouvelables qui connaît la plus forte croissance. Des panneaux photovoltaïques sont montés sur des radeaux ancrés en pleine mer et des câbles sous-marins acheminent l’énergie vers la terre.

L’aspect le plus difficile du projet du point de vue du câblage est la gestion de la charge dynamique, causée par le mouvement de la plateforme en réponse au vent, aux vagues et aux marées. Nexans utilise un câble tripolaire d’un type éprouvé dans les parcs éoliens offshore et les installations de pisciculture. Le câble de 5 km est fabriqué dans notre usine de Rognan en Norvège.

L’intérêt de l’énergie solaire flottante est qu’elle élargit considérablement la surface disponible pour l’installation de panneaux solaires, sans qu’il soit nécessaire d’acquérir des terrains. La croissance du secteur de l’énergie solaire flottante est forte. Près de 10 GW de nouvelles capacités flottantes devraient être déployées d’ici 2025.