Une start-up norvégienne, baptisée World Wide Wind, a développé une technologie visant à améliorer le rendement des projets éoliens offshore. Il s’agit de turbines flottantes à axe vertical, comportant deux ensembles de pales contrarotatifs. Selon les concepteurs, ces éoliennes pourraient générer plus du double de la puissance fournie par les éoliennes offshore actuelles.
Les parcs éoliens offshore reposent généralement sur des éoliennes à axe horizontal (ou HAWT, pour Horizontal Axis Wind Turbine), dont les axes rotatifs sont parallèles au sol. Les pales tournent sur un plan perpendiculaire au sol, et plus celles-ci sont longues, plus les mâts doivent être grands. Leur installation au large des côtes, là où l’océan devient plus profond, représente toutefois un vrai défi : les composants les plus lourds (le moteur et les pales) se trouvent au sommet du mât et leur montage sur plateforme flottante est donc particulièrement complexe.
Les turbines à axe vertical (ou VAWT, pour Vertical Axis Wind Turbine) de World Wide Wind (WWW) permettent de contourner ces difficultés. Le générateur et le rotor se trouvent au pied de l’éolienne, sous l’eau, servant de stabilisateurs et de contrepoids ; la turbine supérieure tourne dans un sens, tandis que la turbine inférieure et l’extérieur du mât tournent dans l’autre sens. La structure s’incline avec le vent. WWW affirme que ses turbines coaxiales à fond lourd, inclinables et contrarotatives, peuvent résoudre les limites d’échelle de l’éolien offshore.
Un effet de sillage réduit, une densité de turbines plus élevée
Ces éoliennes se distinguent par leur double turbine : la turbine supérieure est fixée à un arbre placé au centre du mât (et qui rejoint le pied, jusqu’au rotor), tandis que la turbine inférieure est fixée à l’enveloppe extérieure du mât (elle-même liée au stator). Chaque partie tourne dans le sens inverse de l’autre. Cette configuration permet de doubler la vitesse relative de la rotation par rapport à un stator statique.
L’autre avantage de ces éoliennes est qu’elles peuvent exploiter le vent provenant de n’importe quelle direction. Les pales ne sont pas tournées face au vent : les deux jeux de trois pales sont disposés sous forme de cône. WWW souligne par ailleurs que cette conception entraîne une réduction significative de l’effet de sillage — qui correspond à la diminution de la vitesse du vent en aval d’une éolienne, suite au captage d’une partie de son énergie cinétique.
Cet effet oblige à espacer suffisamment les HAWT les unes des autres dans les parcs éoliens, pour limiter les baisses de production. Ici, la distance entre les turbines peut être réduite de 50%, ce qui permet d’installer quatre fois plus de turbines dans une zone maritime donnée.
Autre avantage de cette technologie : un moindre impact sur la faune, car la turbine en rotation est perçue comme un obstacle naturel. « La faible vitesse de l’extrémité de l’aile de la pale du rotor empêche les collisions avec les oiseaux, et notre conception permet également d’utiliser davantage de matériaux recyclables », précise la société sur son site web.
Des mâts de 400 mètres de haut, pour une capacité de 40 MW
Le fait que ces tours flottantes puissent s’incliner avec le vent leur permet de résister à des vents violents, limitant ainsi les dommages. Les pièces nécessitant le plus d’entretien se situent au pied de l’éolienne, sous la plateforme flottante — ce qui facilite la maintenance, contrairement aux HAWT. Reste à prouver que ces éoliennes sont aussi résistantes que prévu face aux éléments.
Actuellement, la tendance est plutôt aux éoliennes offshore géantes. GE Wind Energy (filiale de General Electric) s’est illustrée en 2019 avec son éolienne Haliade-X, d’une capacité de 12 MW. Elle a récemment présenté son nouveau prototype, l’Haliade-X 14 MW, qui peut générer jusqu’à 74 GWh de production annuelle brute d’énergie, économisant au passage jusqu’à 52 000 tonnes de CO2. « La capacité de produire plus d’électricité à partir d’une seule turbine signifie que moins de turbines doivent être installées dans chaque parc éolien. En plus de réduire les dépenses en capital, cela simplifie également les opérations et la maintenance » a souligné Vincent Schellings, directeur de la technologie chez GE Renewable Energy Offshore Wind.
La plus grande éolienne du monde à ce jour reste la turbine MySE 16.0-242 (16 MW), dévoilée par la société chinoise MingYang Smart Energy en août 2021 : d’une hauteur de 264 mètres, elle est dotée d’un rotor de 242 mètres de diamètre, et de pales de 118 mètres de long lui permettant de balayer une surface de près de 46 000 m2. Elle est conçue pour résister aux vents violents, y compris les typhons. Une telle turbine peut générer 80 000 MWh d’électricité chaque année, soit suffisamment pour alimenter plus de 20 000 foyers.
Mais les éoliennes de WWW pourraient complètement éclipser ces projets déjà impressionnants : selon la société, elles pourraient atteindre 400 mètres de haut pour une capacité de 40 MW ! Ces turbines verticales contrarotatives pourraient ainsi radicalement améliorer le rendement et réduire le LCoE (Levelized Cost of Energy, soit le coût actualisé de l’énergie) des projets éoliens offshore flottants ; ce dernier pourrait être inférieur à 50 dollars par mégawatt, selon les représentants de la société.
WWW promet un prototypage rapide. Elle prévoit de disposer d’un modèle de 3 MW opérationnel d’ici 2026 ; le mastodonte de 40 MW pourrait être prêt pour 2029.