Le « wake effect » ou turbulences liées à l’effet de sillage représentent un défi majeur pour les parcs éoliens en mer. Ce phénomène encore mal compris désigne la turbulence créée par une éolienne perturbant le vent et réduisant ainsi l’efficacité des éoliennes en aval. Cette baisse de rendement peut s’étendre sur de grandes distances affectant l’ensemble de parcs éoliens marins. D’après une étude publiée au début de l’année dans la revue Marine Policy, les pertes de rendement liées au « wake effect » peuvent atteindre dans les conditions les plus défavorables jusqu’à 20% sur une distance de 50 kilomètres.
Il faut une avancée majeure en physique et mathématique
De nombreuses équipes de recherche se penchent sur le « wake effect », dont celles de l’université de Bergen en Norvège, de l’institut allemand Fraunhofer ou de l’université Takanori Uchida au Japon. Elles cherchent à développer des modèles de prédiction plus précis et à identifier des solutions pour minimiser son impact.
Mais pour y parvenir complétement, il faut une avancée majeure en physique et mathématique dans la compréhension des subtilités de la mécanique des fluides. Cela permettrait de prédire de manière fiable les évolutions atmosphériques et notamment celles du vent et des turbulences qui ont par définition un impact considérable sur l’efficacité des éoliennes.
Maîtriser la mécanique des fluides
La production d’électricité est d’ailleurs avant toute chose une question d’efficacité. Il faut convertir une quantité donnée d’énergie naturelle disponible en la plus grande quantité possible du vecteur électricité. Les centrales au charbon, au fioul, au gaz naturel et nucléaire chauffent de l’eau pour fabriquer de la vapeur et faire tourner des turbines. La thermodynamique est bien comprise ce qui permet de prédire et de maximiser de manière fiable l’efficacité des centrales fossiles et nucléaires.
Décrire l’atmosphère demande une physique d’une toute autre complexité. C’est la raison pour laquelle d’ailleurs les modèles météorologiques et climatiques restent très perfectibles. L’atmosphère est une énorme masse de fluides qui interagit avec elle-même mais également le soleil, le sol et l’océan. Les pressions, les densités et les températures varient à tout moment et en tout lieu. Le comportement d’un tel système est décrit par la mécanique des fluides.
Des solutions expérimentales
Mais la mécanique des fluides n’est capable aujourd’hui de fournir que des modèles de comportement très approximatifs et statistiques. Pour changer cela, il faudrait parvenir à résoudre les célèbres équations mathématiques Navier-Stokes, formulées au XIXe siècle, et qui ne l’ont jamais été… Le jour où les équations Navier-Stokes seront résolues, l’énergie éolienne deviendra alors une science exacte.
En attendant, les constructeurs de parcs éoliens marins tentent de trouver des solutions par la méthode expérimentale. Ils travaillent sur des ajustements dans la disposition des éoliennes, des modifications matérielles et même l’exploration de nouveaux designs d’éoliennes.
On peut citer comme exemple le projet « Wake Adapt » de Siemens. Il s’agit d’ajuster légèrement l’orientation des pales et des turbines lorsque le vent est aligné avec les éoliennes et de dévier l’effet de sillage.
Une autre piste suivie est celle consistant à tester des éoliennes d’un design différent de celles classiques comptant trois pales sur mâts. Des rotors inclinés pourraient atténuer l’effet de sillage. Le projet POWER initié par la société néerlandaise Touchwind a été initié dans ce but. Il vise à installer 10 éoliennes Touchwind à un seul rotor afin d’évaluer leur capacité à éviter le « wake effect ».
