L’énergie éolienne s’impose comme l’un des moyens les plus rapides de produire une électricité verte. Les fournisseurs d’électricité utilisent deux approches principales : les installations onshore (à terre) et offshore (en mer).
Énergie éolienne terrestre (onshore)
La production d’électricité à partir de turbines installées à terre définit l’énergie éolienne onshore. Ces turbines fonctionnent dans des zones rurales qui offrent des vitesses de vent plus élevées avec un minimum d’obstacles. La technologie a considérablement évolué depuis 1887. La petite turbine du professeur James Blyth produisait de l’électricité en Écosse, mais l’essor commercial de l’énergie éolienne a réellement commencé en 1991. Rien qu’au Royaume-Uni, on compte aujourd’hui plus de 2 600 projets éoliens terrestres. Leur capacité combinée dépasse 15 GW. Les installations modernes utilisent des turbines d’environ 98 mètres de haut avec des pales de 50 mètres. Les éoliennes terrestres actuelles offrent une puissance nominale comprise entre 2,5 et 3 MW.
Énergie éolienne en mer (offshore)
Les vents océaniques alimentent les installations éoliennes en mer. Ces parcs bénéficient de vents plus forts et plus réguliers, sans que le relief terrestre ne vienne les perturber. Quelle est la hauteur de ces éoliennes ? Les turbines offshore dominent largement leurs homologues terrestres, atteignant 190 mètres de hauteur. Le coût de construction et de maintenance des parcs éoliens en mer reste élevé, mais ils transforment profondément le paysage des énergies renouvelables. Hornsea 2, au Royaume-Uni, est actuellement le plus grand parc éolien offshore au monde. Ses 165 turbines produisent 1 320 MW, soit suffisamment d’électricité pour alimenter 1,4 million de foyers.
Les deux types jouent un rôle essentiel dans la transition énergétique mondiale, même si leurs échelles, leurs rendements et leurs modèles économiques diffèrent. Les dix dernières années racontent une histoire impressionnante. La capacité mondiale installée en éolien offshore a bondi de 97 % entre 2010 et 2021. Le diamètre des rotors de ces turbines continue de dépasser celui des installations terrestres.
Comparer l’énergie éolienne aux autres sources d’énergie renouvelable, son niveau d’innovation et ses progrès augmentent à un rythme remarquablement rapide.
Qu’est-ce que l’énergie éolienne terrestre ?
Les éoliennes installées à terre captent l’énergie cinétique de l’air en mouvement et la transforment en électricité. Cette source d’énergie renouvelable repose sur un mécanisme simple : le vent fait tourner de grandes pales, qui entraînent un générateur pour produire de l’électricité.
Les éoliennes terrestres se déclinent en deux grands types :
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- Des turbines tripales à axe horizontal orientées face au vent
- Divers types de turbines à axe vertical, dont des modèles en « battant d’œuf », qui fonctionnent quelle que soit la direction du vent
Ces turbines ont besoin de vitesses de vent comprises entre 11 km/h et 90 km/h pour fonctionner efficacement. Elles atteignent leur rendement optimal à 30 km/h et produisent leur puissance maximale à 44 km/h. L’électricité produite passe par un transformateur qui augmente la tension avant le raccordement au réseau électrique.
Un parc éolien typique répartit plusieurs turbines sur une vaste zone. Chaque éolienne possède des pales spécialement conçues pour tourner avec des vents aussi faibles que 11 kilomètres par heure. Les pales sont reliées à un moyeu par des arbres de transmission, et une boîte de vitesses accélère la rotation avant de l’acheminer vers le générateur.
L’éolien terrestre progresse plus vite que la plupart des autres technologies renouvelables. Les projets à terre sont plus simples à construire et moins coûteux à entretenir que les parcs en mer. Ces parcs éoliens s’intègrent facilement à d’autres sources renouvelables comme les panneaux solaires. Les centrales hybrides éolien-solaire ont ajouté 2,6 gigawatts de capacité éolienne en 2022.
Qu’est-ce que l’énergie éolienne en mer ?
L’énergie éolienne offshore exploite les vents qui soufflent au-dessus des étendues d’eau, principalement les mers et les océans, pour produire de l’électricité. Les installations en mer bénéficient de vitesses de vent plus élevées et plus constantes, en l’absence d’obstacles physiques, ce qui permet une production d’énergie plus efficace.
La Chine (49 %), le Royaume-Uni (22 %) et l’Allemagne (13 %) dominent le secteur mondial de l’éolien offshore avec plus de 75 % des installations à l’échelle mondiale. La capacité totale mondiale a atteint 64,3 gigawatts en 2022. Hornsea Project Two, au Royaume-Uni, qui génère 1,4 GW, est le plus grand parc éolien offshore au monde farm.
Ces installations marines se présentent sous deux formes principales :
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- Des turbines à fondations fixes ancrées au fond marin dans des eaux relativement peu profondes (moins de 60 mètres de profondeur)
- Des éoliennes flottantes pour les eaux plus profondes, encore à un stade de développement précoce
Le processus de production d’électricité commence lorsque le vent fait tourner les pales de la turbine. Ce mouvement est transmis par un arbre de transmission à des aimants situés à l’intérieur de bobines de fil pour créer un courant électrique. L’énergie est ensuite transportée par des câbles sous-marins vers des postes électriques offshore, où la tension est augmentée pour un transport efficace vers le réseau terrestre.
Les avantages des parcs éoliens en mer par rapport aux installations terrestres sont les suivants :
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- Un potentiel énergétique doublé grâce à des vents marins plus forts et plus réguliers
- Des effets visuels et sonores minimisés pour les zones habitées
- La possibilité d’installer des turbines de plus grande taille et des parcs éoliens plus étendus
La technologie est devenue compétitive en coût par rapport aux sources conventionnelles en 2017, malgré des coûts initiaux plus élevés. Cette évolution confère à l’éolien offshore un rôle de plus en plus important dans la transition mondiale vers une énergie propre.
Éolien terrestre vs éolien en mer : principales différences
L’éolien terrestre et l’éolien en mer se distinguent à bien des égards, au-delà du simple lieu d’implantation.
La différence de taille est la plus évidente. Les turbines offshore atteignent des hauteurs de 260 mètres, avec des pales de 150 mètres. Ces géants sont 3,5 fois plus grands que leurs équivalents terrestres. Quelle quantité d’énergie ces éoliennes produisent-elles ? Cela signifie que les turbines offshore génèrent 8 à 12 MW chacune, tandis que les modèles terrestres produisent 2,5 à 3 MW.
L’environnement marin rigoureux détermine les matériaux utilisés. Les turbines en mer nécessitent des aciers spéciaux résistants à la corrosion. Les éoliennes terrestres fonctionnent parfaitement avec un acier standard associé à de la résine de fibre de verre, du fer, du cuivre et de l’aluminium.
La dimension financière raconte également une histoire intéressante. Les parcs éoliens terrestres coûtent moins cher à construire, et les petites éoliennes encore moins. Les projets offshore exigent une infrastructure complexe, ce qui renchérit les coûts, même si les nouvelles technologies contribuent progressivement à réduire cet écart.
Les chiffres montrent que les parcs éoliens en mer affichent de meilleures performances. Leur facteur de charge est de 38 %, contre 24 % pour les parcs terrestres. Cela s’explique par des vents océaniques plus forts et plus réguliers, sans obstacles.
Les enjeux de sécurité favorisent le développement onshore, car les câbles sous-marins peuvent devenir des cibles potentielles de sabotage. De plus, les communautés locales peuvent s’impliquer dans les projets terrestres, notamment via les petites éoliennes, tandis que les projets en mer exigent généralement des investissements d’entreprises de grande envergure.
Les deux types d’éoliennes connaissent une croissance sans précédent. D’ici 2050, les experts prévoient que la capacité onshore atteindra 5 044 GW, tandis que l’offshore devrait avoisiner 1 000 GW.
Avantages et inconvénients
Les systèmes d’énergie éolienne se déclinent en deux grandes catégories – onshore et offshore. Chaque type présente des avantages spécifiques et fait face à des défis distincts qui influencent ses performances globales.
Les parcs éoliens terrestres se démarquent par leur caractère économique. Ils coûtent beaucoup moins cher à construire que leurs équivalents en mer. Ces systèmes peuvent être installés en quelques mois seulement et se connecter facilement aux réseaux électriques existants. Leur empreinte carbone reste faible, autour de 9 gCO2/kWh, ce qui surpasse largement les centrales à gaz (450 gCO2/kWh) et au charbon (1 050 gCO2/kWh).
Les parcs éoliens en mer tirent parti de conditions de vent nettement plus favorables. La vitesse du vent a un impact majeur sur la production d’électricité. Une turbine obtient deux fois plus d’énergie avec un vent de 15 mph qu’avec un vent de 12 mph. Ces installations offshore utilisent des turbines plus grandes, exposées à des vents plus forts et plus réguliers, et produisent souvent deux fois plus d’énergie que leurs homologues terrestres.
Chaque type fait toutefois face à ses propres contraintes. Les grands projets terrestres suscitent fréquemment des oppositions en raison de leur impact visuel et de la nécessité d’assurer un appoint via des combustibles fossiles lorsque les vents sont faibles. Les projets en mer doivent quant à eux surmonter des défis de construction complexes, en particulier dans des eaux profondes de plus de 200 pieds, et ils coûtent nettement plus cher à construire et à entretenir.
L’impact environnemental diffère également entre les deux types. Ces parcs éoliens influencent la faune de manières variées. Les recherches montrent que certaines espèces rencontrent des difficultés, tandis que d’autres bénéficient des récifs artificiels qui se forment autour des structures.
Tableau comparatif : éolien terrestre vs éolien en mer
Un écart significatif existe entre les deux types d’éolien, comme le montrent les chiffres de capacité mondiale. La capacité onshore a atteint 1 053 GW, tandis que la capacité offshore s’élève à 79,4 GW en 2024. Ce tableau comparatif complet met en lumière les différences fondamentales entre ces deux approches d’énergie renouvelable :
| Caractéristique | Éolien terrestre | Éolien en mer |
| Hauteur de la turbine | ≈ 98 mètres | ≈ 190 mètres (jusqu’à 260 mètres) |
| Longueur des pales | ≈ 50 mètres | Jusqu’à 150 mètres |
| Puissance unitaire de la turbine | 2,5–3 MW | 8–12 MW |
| Facteur de charge | 24 % | 38 % |
| Délai de construction | 3 ans et 8 mois | 7–11 ans |
| Coût par MW | 3,13 millions $ | 4,49 millions $ |
| LCOE (2023) | 0,033 $/kWh | 0,075 $/kWh |
| Matériaux requis | Acier standard, résine de fibre de verre | Acier à haute résistance, anticorrosion |
| Conditions de vent requises | 7–56 mph (optimal à 18 mph) | Vitesses de vent plus élevées et plus régulières |
| Principaux avantages | – Coûts d’investissement réduits
– Installation plus rapide – Besoins de maintenance plus faibles – Raccordement au réseau simplifié |
– Vents plus réguliers et plus puissants
– Production d’énergie doublée – Moindre impact visuel et sonore – Capacité accrue des turbines |
| Principaux défis | – Préoccupations des riverains quant à l’apparence
– Production d’énergie variable – Disponibilité limitée du foncier |
– Exigences de construction complexes
– Coûts de maintenance élevés – Besoin d’infrastructures avancées – Vulnérabilité des câbles sous-marins |
Les installations offshore offrent une production plus régulière avec des rendements plus élevés, mais nécessitent des investissements plus importants. Le Danemark est le pays européen affichant le LCOE offshore le plus bas, à 0,053 $/kWh. Les deux technologies joueront un rôle crucial à l’avenir, l’énergie éolienne devant fournir environ 35 % de la production mondiale d’électricité d’ici 2050.
