« Wake effect » : quel est ce phénomène redoutable pour les parcs éoliens en mer ?

L'effet de sillage rendu visible par des nuages sur le parc éolien en mer d'Horns Rev 2 (Danemark) / Image : Orsted - Bel Air Aviation.

Bien connu des spécialistes de l’éolien, mais encore mal compris, le wake effect (ou effet de sillage en français) pose de plus en plus de problèmes, à mesure que les parcs se multiplient. C’est pourquoi, de nombreuses équipes de recherche travaillent actuellement sur le sujet pour tenter de mieux le prédire et limiter les pertes de rendement des parcs qui y sont associées. 

À l’image d’un avion qui transperce l’air, une éolienne perturbe le flux d’air qui la traverse et crée une zone de turbulence dans laquelle le vent ralentit. À l’échelle d’un parc éolien, ce phénomène, appelé wake effect ou effet de sillage en français, peut engendrer une baisse d’efficacité énergétique des éoliennes situées en aval, et même générer des contraintes sur la structure des éoliennes. Mais au-delà de cette baisse de production locale, l’effet de sillage peut avoir des répercussions sur de grandes distances. Selon des études préliminaires menées par l’énergéticien allemand RWE, cet effet pourrait même se ressentir sur près de 200 km.

Ainsi, il pourrait poser de plus en plus de problèmes à mesure que la densité de parcs éoliens offshore augmente dans certaines zones du globe, à l’image de la mer du Nord. Là-bas, le gouvernement norvégien planifie l’installation du parc Sørlige Nordsjø II… à seulement 22 km du parc danois Nordsren III. Dans cette configuration, les deux parcs pourraient se faire de l’ombre en fonction de la direction du vent, entraînant alors une baisse de productivité. Pour l’heure, l’absence de connaissances précises et de réglementation sur le sujet laisse les différents acteurs des projets dans le flou.

L’effet de sillage, un phénomène de plus en plus étudié

Pour éviter ce type de situation tout en améliorant les performances des parcs, de nombreux projets de recherche tentent de mieux comprendre ce phénomène grâce à des relevés in situ ainsi que le développement de modèles de calcul. Ces projets de recherches universitaires sont extrêmement nombreux du côté des pays entourant la mer du Nord, comme l’University of Bergen (UiB) mais aussi l’institut allemand Fraunhofer, aidés par des subventions gouvernementales et l’appui de grands acteurs du secteur de l’éolien. C’est notamment le cas de RWE qui a pris part à plusieurs projets comme X-Wakes, C2-Wakes ou encore OWA GloBE.

De l’autre côté du globe, ce phénomène est également étudié par l’université Takanori Uchida de Kyushu, qui s’est associée pour l’occasion à Toshiba Energy Systems Corporation et Hitachi Zosen Corporation. Ce projet a pour objectif de mieux comprendre les effets de sillage, et de trouver les designs et les méthodes d’implantation les plus adaptées au contexte géographique du Japon.

Des solutions émergent pour réduire l’effet de sillage

Pour lutter contre ce phénomène, plusieurs solutions émergent. D’un point de vue général, l’implantation des différents parcs éoliens nécessite une étroite collaboration internationale pour éviter qu’un parc éolien ne provoque une perte de rendement sur un autre parc. Ensuite, les scientifiques cherchent à déterminer quelle est la meilleure implantation des éoliennes pour limiter au maximum ce phénomène. Le modèle d’implantation a notamment fait l’objet de recherches dans le parc éolien de Horns Rev.

Mais les solutions peuvent aussi être matérielles. Siemens Gamesa a, par exemple, mis au point une solution appelée Wake Adapt. Celle-ci consiste à modifier légèrement l’orientation des turbines lorsque le vent souffle dans l’alignement des éoliennes. Grâce à cette subtile modification d’orientation, l’effet de sillage est déporté sans pour autant entraîner d’effort trop important sur la structure de l’éolienne. Ce système a également l’avantage de pouvoir être adaptable dans certains parcs existants et permet, selon le fabricant, de réduire les pertes liées au phénomène.

Enfin, des réflexions sont en cours sur le type d’éolienne à utiliser. Aujourd’hui, les turbines à trois pales montées sur des mâts sont les modèles les plus courants. Mais certains cherchent à envisager la possibilité d’utiliser des rotors inclinés qui pourraient permettre de réduire l’effet de sillage. C’est pour cela qu’a été mis en place le projet POWER, qui vise à mettre en place 10 éoliennes Touchwind afin de voir s’il est possible, grâce à ce design, d’améliorer la production d’électricité par kilomètre carré tout en limitant l’effet de sillage.