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Les éoliennes offshore peuvent-elles casser comme des allumettes ?

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Le mât des éoliennes offshore pourrait se fatiguer bien plus rapidement qu'on le croit sous l'action du ringing. Ce phénomène physique non quantifiable pour le moment serait occasionné par le passage de vagues présentant des hauteurs et des périodes bien précises. Certaines fermes éoliennes pourraient ainsi devenir des ruines financières, selon un expert. Mais pour l'instant, de telles ruptures n'ont jamais été observées...

Les éoliennes offshore bénéficient de vents plus constants que les éoliennes terrestres. La mise en réseau de ces parcs permet de produire de l’électricité de manière continue et avec une amplitude de variations plus faible. © Less Salty, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

La France souhaite augmenter progressivement la part des énergies renouvelables dans son mix énergétique. Pour ce faire, elle développe notamment la filière de l'éolien offshore, comme d'autres pays européens tels que le Royaume-Uni ou le Danemark. Le littoral français devrait ainsi accueillir 600 nouvelles éoliennes d'ici 2020. Mais est-ce un bon investissement ? Certaines fermes offshore pourraient en effet devenir des ruines financières selon John Grue, un mathématicien de l'université d'Oslo spécialisé dans l'étude des vagues. En cause : une fatigue prématurée des turbines qui pourrait être provoquée sous certaines conditions de mer.

Le responsable, le ringing, a été découvert par ce chercheur en 1989. Ce phénomène se traduit par l'apparition de vibrations au sein d'installations marines soumises à des vagues de hauteur et de période définies. Cette description simplifiée cache cependant une réalité plus complexe, car ce phénomène physique reste méconnu de nos jours, même si plusieurs de ses caractéristiques ont été décrites. Ainsi, les vibrations ne sont pas engendrées par l'impact des vagues, mais durant les premiers instants qui suivent leur passage. Par ailleurs, la force en cause apparaît derrière le mât des éoliennes, probablement à la suite de la dépression causée par le passage des vagues. 

Un second phénomène physique directement lié au premier, la mise en résonance, peut alors provoquer le ringing à proprement parler. Chaque structure possède une fréquence propre. Si la fréquence des vibrations générées par la vague s'en approche, une mise en oscillation de l'éolienne s'ensuit. Elle va alors s'amplifier jusqu'à un état d'équilibre ou, dans un cas extrême, jusqu'à la rupture. Ces mouvements ont une conséquence directe sur la durée de vie de l'installation, puisqu'ils peuvent accélérer la fatigue des matériaux.

Le champ d'éoliennes est planté dans des eaux peu profondes. Le courant électrique produit est acheminé vers un poste de transformation, en mer lui aussi, avant de rejoindre la côte. © Idé

Calculs sur le ringing des éoliennes

Des expériences ont déjà été menées pour déterminer sous quelles conditions de mer le ringing peut apparaître. Ainsi, il pourrait sévir sur un mât de 8 m de diamètre exposé à des vagues de 13 m de haut et espacées de 11 s. Ces paramètres non exceptionnels en mer sont donnés à titre indicatif, car plusieurs facteurs tels que la profondeur du site incriminé ou la nature des fonds marins peuvent les faire varier. 

Les constructeurs et les agences de certification connaissent le problème du ringing et feraient même de nombreux calculs pour prévoir ses conséquences. John Grue estime cependant dans la revue Apollon que les théories exploitées sortent de leurs domaines de validité. Selon lui, il est actuellement impossible de quantifier correctement la fatigue des matériaux au cours du temps. Des remèdes préventifs existeraient, mais se pose alors la question du coût qui pourrait vite devenir exorbitant, au regard des milliers de turbines qui devraient voir le jour dans les années à venir. 

Précisons enfin qu'aucune éolienne offshore se brisant « comme une allumette » n'a été observée jusqu'à présent. Leur point de rupture ne serait d'ailleurs pas encore connu.