La fondation d'une éolienne Vestas de 2 MW haute de 125 m, dans le parc éolien du Lomont / Image : Capture vidéo Velocita Energies
L’impressionnant développement des parcs éoliens terrestres en France depuis une quinzaine d’années ne se fait pas sans quelques interrogations, et le béton utilisé pour leurs fondations en fait partie. Qu’en est-il vraiment ? Les fondations des éoliennes sont-elles un réel problème pour l’environnement, comme le prétendent certains opposants ?
Si les éoliennes sont un atout indispensable pour la transition énergétique, certains aspects suscitent la polémique, comme la quantité de béton nécessaire pour leurs fondations. Selon le syndicat des professionnels de l’éolien « France Énergie Éolienne » (FEE), la masse de béton utilisée varierait de 600 à 800 tonnes par turbine. Sujet de discorde, ces fondations posent question tant pour les émissions de CO2 générées à leur fabrication que pour la pollution potentielle des sols. Dans cet article, nous allons donc tenter de faire la lumière sur ce sujet et d’estimer leur impact environnemental.
À quoi ressemblent les fondations d’une éolienne terrestre ?
Avant de s’attaquer aux enjeux qui entourent les fondations d’éoliennes, voyons d’abord à quoi elles ressemblent. Il est important de noter que ces fondations sont conçues pour supporter le poids de celle-ci, mais surtout pour en assurer la stabilité mécanique lorsqu’il y a du vent. Elles sont ainsi dimensionnées en fonction de la taille de l’éolienne, de sa prise au vent, des conditions climatiques du site, mais également de la nature du sol.
À lire aussi Notre visite au coeur d’une éolienneEn France, les éoliennes terrestres ont une puissance moyenne de 1,8 à 3 MW, pour une hauteur de mât comprise entre 80 et 110 mètres et un poids total proche des 250 tonnes. Leurs fondations, de type embase poids, ont généralement une forme circulaire d’environ 15 mètres de diamètre et de 1,5 mètre d’épaisseur pour un total de 600 à 800 tonnes de béton et 25 tonnes d’acier. Lorsque l’installation d’une simple embase poids n’est pas suffisante, le sol peut être renforcé par des colonnes ballastées qui permettent de le rigidifier. Si ce n’est pas suffisant, il est possible de recourir à des fondations profondes grâce à la mise en place de pieux en béton. Dans quelques cas, des plaques d’acier sont posées en surface, au pied de l’éolienne, pour stabiliser sa fondation en béton.
À titre de comparaison, la quantité de béton utilisé pour les fondations d’une éolienne est à peu près équivalente à celle de 4 maisons de 70 m² en maçonnerie traditionnelle, soit environ 34 camions toupies. Ce timelapse d’un chantier éolien permet d’observer le volume de matériaux enfoui sous la surface.
Une dette carbone rapidement compensée
Par leur taille, ces fondations ont un impact environnemental non négligeable. Si le béton, inerte, ne présente pas réellement de risque pour l’environnement, sa fabrication est particulièrement énergivore. On estime qu’une tonne de béton génère aujourd’hui 235 kg de CO2, et une tonne d’acier génère 585 kg de CO2. Ainsi, la fondation d’une éolienne est responsable de l’émission d’environ 155 tonnes de CO2. C’est autant que 700 000 km en voiture, selon le comparateur Impact CO2 de l’ADEME.
Toutefois, 155 tonnes de CO₂ équivalent également à 310 MWh d’électricité produite à partir de gaz fossile (500 g/kWh) ou 155 MWh à partir de centrales au charbon (1 000 g/kWh). Or, une éolienne de 2 MW produit normalement 4 100 MWh chaque année, en considérant le facteur de charge moyen de l’éolien terrestre en Europe entre 2018 et 2021 (23,5 %). Sa dette carbone est donc compensée en quelques mois, si elle évite de produire de l’électricité à partir de centrales très polluantes.
Outre la fondation en elle-même, les voies d’accès nécessaires à l’installation et à la maintenance des éoliennes peuvent grandement modifier les sols. Elles doivent en effet supporter le passage de nombreux camions, dont le convoi principal qui transporte le mât et fait généralement plus de 100 tonnes. Cela se traduit par la création de cheminements spécifiques, ou le renforcement des voies existantes ainsi que leur élargissement à 5 mètres. Ces chemins sont parfois réalisés à partir de granulats concassés sur une épaisseur de plusieurs dizaines de centimètres.
À la fin de la période d’exploitation, les fondations d’éoliennes n’étaient autrefois que partiellement démantelées : seule la partie supérieure était rognée. Depuis le 22 juin 2020, un nouvel arrêté oblige désormais les exploitants à « l’excavation totale des fondations et le remplacement par des terres de caractéristiques comparables aux terres en place à proximité de l’installation ». Cette mesure permet de restituer des sols dans un parfait état, si le site n’est pas à nouveau utilisé pour la production éolienne. Cette vidéo donne un aperçu d’un chantier de démantèlement d’une fondation d’éolienne.
Certaines fondations peuvent être stabilisées avec des pieux profonds / Image : Peikko Group.
Quel impact par rapport à d’autres moyens de production ?
Pour avoir une idée de ce que représente réellement la quantité de béton nécessaire aux fondations d’une éolienne, il convient de la comparer à celle utilisée pour d’autres moyens de production, rapportée à leur production électrique. En France, les trois principaux « rivaux » de l’éolien sont le photovoltaïque, l’hydroélectrique, et le nucléaire.
Concernant la consommation de béton, le photovoltaïque fait figure de meilleur élève. Si en phase d’exploitation, cette technologie requiert d’immenses surfaces, les champs solaires ne nécessitent aucune fondation en béton. Les panneaux sont montés sur des structures métalliques basiquement enfoncées dans le sol. Seuls les locaux techniques attenants et les infrastructures de support sont équipés d’une simple dalle en béton. Dans la centrale photovoltaïque de Cestas ou la centrale solaire à concentration de Llo, par exemple, les panneaux sont installés grâce à des pieux battus, ce qui permettra une remise en parfait état du site à la fin de l’exploitation.
À lire aussi Pourquoi éolien et solaire ne sont pas une menace pour la production alimentaireIl reste donc les barrages hydroélectriques et les centrales nucléaires. Comparer leur impact environnemental précis nécessite des calculs d’une très grande complexité. Nous nous livrerons donc plutôt ici à établir des ordres de grandeur qui nous permettront de constater les éventuelles différences entre ces différents moyens de production. Pour cela, calculons simplement le rapport entre la quantité d’électricité totale produite sur la durée d’exploitation du moyen de production et la quantité de béton nécessaire à sa construction.
Hydraulique et nucléaire, complexes à comparer
Notre point de référence est une éolienne terrestre française dont la taille et la puissance est dans la moyenne nationale, avec un facteur de charge dans la moyenne européenne (23,5 %). Ainsi, sur une durée de vie de 20 ans, une éolienne de 2 MW produit environ 82 GWh. Sachant que la fondation d’une éolienne nécessite 600 tonnes de béton, on peut en déduire qu’il faut 7,3 tonnes/GWh.
Réaliser un calcul similaire pour les centrales hydroélectriques est très compliqué, car celles-ci n’ont pas de durée de vie prédéfinie et leurs caractéristiques varient considérablement d’un site à l’autre. Pour se faire tout de même une idée, nous avons choisi de prendre l’exemple du barrage de Génissiat, second plus grand barrage français mis en service en 1948. 1,3 million de tonnes de béton ont été nécessaires pour sa construction ainsi que celle de l’usine attenante. Depuis sa mise en service, il a produit annuellement 1,7 TWh, ce qui donne un total de 126 000 GWh sur 74 ans. Le rapport de cette production sur la quantité de béton nécessaire atteint 10 tonnes/GWh.
À lire aussi Soft-spot : une solution innovante pour les fondations d’éoliennes terrestresEnfin, pour l’énergie nucléaire, prenons pour exemple le futur EPR de Flamanville. Celui-ci, dont la mise en service est prévue en 2024, nécessite un million de tonnes de béton et 50 000 tonnes d’armature métallique. En prenant en compte le facteur de charge du nucléaire français (68 %) par rapport à la puissance électrique théorique de l’EPR de Flamanville (1 600 MW), on obtient une production totale sur les 60 ans de durée de vie de l’EPR de 568 000 GWh. Ramené à la quantité de béton nécessaire à la construction de l’EPR, il faut ainsi 1,7 tonne/GWh produit.
En résumé, nous obtenons 7,3 tonnes par GWh produit pour l’éolien, 10 tonnes par GWh pour l’hydroélectricité et 1,7 tonne par GWh pour le nucléaire. Si ce chiffre à lui seul ne résume pas l’impact environnemental de chaque mode de production, on constate tout de même que l’éolien fait mieux que l’hydroélectricité, mais reste éloigné du nucléaire en termes d’utilisation du béton.
Une optimisation possible des fondations d’éoliennes
Heureusement, ce constat n’est pas une fatalité, et plusieurs pistes pourraient permettre de limiter l’impact environnemental de ces fondations. En premier lieu, utiliser du béton bas-carbone peut être un excellent moyen de réduire les émissions de CO2 générées par la construction des fondations. Produit en quantités anecdotiques actuellement, le béton décarboné devrait être de plus en plus utilisé dans les années à venir.
L’entreprise française Hoffmann Green Cement Technologies conçoit notamment un ciment sans clinker (le clinker, principal responsable des émissions de CO2 du béton, est un produit obtenu grâce à la cuisson à très haute température de calcaire et d’argile.) dont les émissions de CO2 sont divisées par 5 par rapport à un ciment traditionnel.
À lire aussi Le démantèlement et le recyclage des éoliennesLa réutilisation des fondations d’éoliennes est également une méthode efficace pour réduire leur impact carbone. La durée de vie du béton est donnée pour environ 100 ans, tandis que celle des éoliennes est de l’ordre d’une vingtaine d’années. Certains exploitants préfèrent d’ailleurs rénover leurs éoliennes (remplacement des pales, du générateur et de la boîte de vitesses, par des modèles plus efficaces) en adaptant simplement la fondation existante, plutôt que de démolir l’ensemble pour installer des turbines modernes.
Commentaires
Merci pour ce papier très intéressant, hélas, beaucoup des pseudo solutions renouvelables sont très gourmandes en diverses ressources ou "effets" pour des facteurs de charges parfois assez faibles. Je regrette que l eolien offshore ne soit que peu mentionné mais aussi que les références ne soient pas mentionnées. Ceci ne diminue en rien la valeur de ce papier.
Merci,
Si ce chiffre à lui seul ne résume pas l’impact environnemental de chaque mode de production, on constate tout de même que l’éolien fait mieux que l’hydroélectricité, mais reste éloigné du nucléaire en termes d’utilisation du béton.
" C'est oublier un peu vite qu'il faut constamment fournir du minerai au nucléaire pour qu'il puisse fonctionner et qu'il faut donc lui rajouter tous les travaux nécessaires à ces besoins d'extraction et de transports même s'ils ne se font pas dans le pays ! Mais sans lesquels, il n'y aurait pas de nucléaire !"
"Il faut également dire que sans eau ,le nucléaire aurait bien du mal à fonctionner notamment en été Et que les barrages lui permettent d'apporter une certaine souplesse nécessaire à l'adaptation de la production. Et que donc il partage les avantages et les inconvénients des barrages "
Je souris quand je lis les commentaires sur la différence de production entre nucléaire et éolien. Quand la seule différence prise en compte se résume pour les tenants de l'atome à n'importe quel prix, en la comparaison de la puissance instantanée ? Alors que comme le dit Iker l'éolien va pouvoir produire pendant bien plus longtemps que les temps annoncés. Et cela, sans besoins de carburant , sans produire déchets et sans réchauffer quoi que ce soit, hormis bien sur le moteur !
Et ceci est bien le commentaire d'un "anti atome à tout prix". Un sujet sur le béton, oui mais le nucléaire a besoin d'eau !?!
Et un petit mille feuilles argumentatif au passage.
Vous vous trompez, je ne suis pas un antinucléaire inconscient , j'essaye juste de dire les choses pour que chacun puisse se faire une idée juste des problèmes. Le nucléaire était prévu pour nous laisser le temps de trouver d'autres solutions que le pétrole ou le gaz dont nous sommes devenus dépendant et qui représentent une facture de plusieurs dizaine de milliards chaque années. Hors après soixante ans de règne de l'atome , si aucun des pays du monde n'avait fait des avancées, nous aurions toujours plus d'atome et rien pour ce qui concerne les renouvelables, dont chacun peu bien comprendre les intérêts qu'ils apportent ,même si ces énergies sont inconstantes . Notre intérêt à tous est donc bien de trouver des moyens de développer le stockage renouvelable qui nous sortirait nos dépendances tout en améliorant la qualité de vie de tous les habitants de la terre.
Si vous souhaitez vraiment que chacun se fasse une opinion juste, il faut arrêter de toujours tout mélanger. C'est un sujet sur le béton, c'est intéressant de comparer la consommation de béton. Vous pouvez donner votre avis sur la consommation d'eau dans un sujet qui parle de l'eau (https://www.revolution-energetique.com/dossiers/les-centrales-nucleaires-consomment-elles-vraiment-de-grandes-quantites-deau/).
Voici quand même quelques réponses aux points que vous soulevez :
"Vous avez tout de même raison de rappeler qu’il faut des mines pour le nucléaire, les émissions de CO2 sont comptées dans l’ACV, les autres externalités je ne pense pas mais c’est la même chose pour n’importe quelle industrie."
Bah pas du tout ! Lorsque l'éolien ou le photovoltaïque est construit , même si ces énergie sont intermittentes elles vont pouvoir produire pendant des années , sans avoir des besoins constant de carburant.
Ce qui n'est pas le cas des fossiles et du nucléaire qui ont besoin d'être extrait du sol en permanence .Il faut donc plus de besoin d'extraction .Ce qui demande de construire également des machines qui ont aussi des besoins d'énergie. Des transport réguliers qui demandent aussi d'être construit et vont consommer de l'énergie. Ou de l'eau, dont il faut garantir les apports. Ce qui demande encore des machines à construire qui vont elles aussi consommer des fossiles et donc produire du co2. Il faut encore enrichir ce minerai, ce qui demande d'énormes moyens supplémentaires, qui consomme de l'énergie .
A l'issu on récolte de déchets indestructibles et plus dangereux pour lesquels il faut construire des piscines, des conteneurs, des centre d'entreposage ou d'enfouissement . Et tout ça c'est encore de l'énergie, de la chaleur et du co2 !
Vous dites ensuite que le nucléaire a été construit pour assurer notre indépendance ?
C'est quand même un peu fort d'avoir un telle assurance, quand dans le même temps on achète le minerai qu'on ne possède pas, et qu'on consomme toujours autant de pétrole ou de gaz, dont chacun peut constater ce qu'est la réalité de notre indépendance à ce propos !
"Je n’ai pas entendu dire que le programme électronucléaire français avait été lancé pour nous laisser le temps de trouver un substitut au fossile mais bien pour augmenter notre indépendance, ce qui a bien fonctionné pour l’électricité."
Là vous avez raison ! Les afficionados de l'atome ont sans doute pensé que vu la puissance de la technologie, ils pouvaient dormir sur leurs deux oreilles ? Ils ont juste oublié que le monde ne s'arrêtait pas à ce que peuvent penser nos élites !
"Développer les renouvelables et tout ce qui va autour (stockage, réseaux, voitures…) va diminuer notre dépendance au fossile mais également fortement augmenter notre dépendance à pleins d’autres choses (ressource, technologie…)."
Ce que vous dites là est idiot !
D'une part parce que ce que font les fossiles et l'atome n'est rien d'autre que du stockage !
Mais aussi par le fait que faire du stockage à partir des Enr, qui produisent de l'énergie sans dépendre des fournisseurs ou des importateurs nous ouvre la porte de la véritable indépendance énergétique.
On peut même envisager réduire les besoins du transport électrique , si on développe des outils de stockage suffisamment puissant pour alimenter en énergie un secteur déterminé ?
A puissance équivalente, il faut plus de béton pour l'éolien que pour le nucléaire, je n'invente pas c'est le thème de cet article (si on regarde l'uranium c'est l'inverse). Et peu importe pour cela que ce soit au moment de la construction ou étalé sur le cycle de vie.
Vous pensez qu'il ne faut pas de machine pour entretenir un parc éolien en mer? Vous n'avez clairement pas lu la source que j'ai cité dans un autre commentaire, l'ACV du parc de St Nazaire, qui indique clairement la consommation de fioul pour les bateaux qui vont faire la maintenance tout le long de la vie du parc.
Je n'ai jamais affirmé que l'on était 100% autonome avec le nucléaire, d’ailleurs à ma connaissance personne n'a jamais dit cela. On est juste plus autonome dans le nucléaire que dans beaucoup d'autres secteurs. Dans de nombreuses interview, on parle de 2 à 3 ans d’uranium d'avance déjà stocké sur le territoire, c'est largement suffisant pour se retourner si l'un de nos fournisseurs nous fait défaut. Vous pensez que l'on a sur notre territoire 2 à 3 ans de stock de panneaux solaire, de médicament, de pétrole, de gaz, d'ordinateur, de voiture, d'engrais, de lithium, de terre rare... (la liste est encore très longue). Et en développant la surgénération on passerait à 100 ans, mais on n'y est pas du tout.
Cela illustre parfaitement mon dernier point (j'ai beaucoup de mal à comprendre l'argumentaire de votre dernier paragraphe)
Article très intéressant, qui permet d’avoir un avis plus nuancé sur le sujet.
Il est a noter également que la france se precipitent dans l'agrivoltaisme qui consomme beaucoup de terre ou de foret, alors que nous avons une surface bati considerable prete a être installé, il y a un cout financier mais qui ne correspond uniquement a de la main d'oeuvre donc sans impact carbone et moins de deterrioration des sols et de pose de beton.
Pour rappel nois avons plusieurs millions de chomeur et il ne faut pas 10 ans d'étude pour savoir poser des panneaux. Juste une bone santé et de l'equilibre.
Mais cela demande une direction claire de nos objetifs donc totalement irréaliste.
Pourquoi une fois la durée de vie et nécessité de remplacement de l'éolienne atteintes, il n'est jamais évoqué la possibilité de réutiliser le socle béton + cheminements pour poser un nouveau mat, nacelle et pales ? (Ie: Réutiliser le socle béton tel quel ainsi que voies d'accès). Est ce que le socle est si abîmé au risque de nécessiter une complexe et coûteuse extraction et recyclage?
Avec ce glorieux principe de précaution, inscrit dans notre Constitution, peut-être l'administration considère-t-elle qu'on ne peut plus faire confiance à la solidité du béton après 25 ans passés en terre ? (avec le temps, le béton s'acidifie au contact de son environnement et devient friable)
Par ailleurs, si on veut mettre une plus grosse éolienne en remplacement, il faut une fondation plus lourde. Là, on n'y coupe pas.