Les parcs éoliens offshore toutes voiles dehors grâce à une aide sous-marine

Au large du Portugal, des robots sous-marins examinent la base des éoliennes d’un parc afin d’y déceler d’éventuels signes de dommages, pendant que des drones contrôlent les pales. Ces activités s’inscrivent dans un projet visant à réduire les frais d’inspection, à maintenir les éoliennes en état de marche pendant plus longtemps et, au final, à abaisser le prix de l’électricité.

En 2020, l’énergie éolienne représentait plus d’un tiers de l’électricité produite à partir de sources renouvelables dans l’UE et la part de l’énergie éolienne offshore devrait augmenter dans les années à venir. Le Danemark a accueilli le premier parc éolien off-shore au monde en 1991 et l’Europe est un leader mondial dans ce domaine.

Pourtant, exploiter des parcs éoliens en mer et sur les océans coûte cher et augmente le coût global de cette énergie propre. De plus, les entreprises asiatiques du secteur gagnent du terrain et l’Europe doit plus que jamais conserver son avantage concurrentiel.

Réduire les coûts

«Jusqu’à 30% des coûts d’exploitation sont liés à l’inspection et à la maintenance», explique João Marques de l’INESC TEC, une association de recherche portugaise.

Des équipes de maintenance doivent en effet être transportées sur place par bateau pour examiner les infrastructures et effectuer les réparations.

Le projet ATLANTIS, financé par l’UE, étudie comment des robots pourraient se rendre utiles dans ce domaine. Le but ultime est de réduire le coût de l’énergie éolienne.

Parmi les robots testés figurent des machines sous-marines, des véhicules qui se déplacent à la surface de l’eau et des drones. Ils utilisent une combinaison de technologies, comme l’imagerie visuelle et non visuelle, ainsi que des sonars pour inspecter l’infrastructure. L’imagerie infrarouge peut, par exemple, identifier les fissures dans les pales de l’éolienne.

Les recherches menées par le projet suggèrent que les technologies robotiques pourraient permettre d’allonger d’environ 35% de temps d’intervention des navires de maintenance des parcs éoliens.

Sécurité renforcée

Les dépenses ne sont pas le seul aspect pris en compte.

«Nous avons aussi des problèmes de sécurité», indique M. Marques, chercheur senior dans le cadre du projet ATLANTIS.

Transférer des personnes des bateaux aux plateformes des éoliennes, demander à des plongeurs d’aller sous les vagues pour inspecter les points d’ancrage et détartrer les éoliennes présente un danger.

Ce n’est que lorsque les vagues font moins de 1,5 mètre que le transfert de personnes entre bateaux et plateformes éoliennes ne présente aucun risque. Les systèmes d’inspection et de maintenance robotisés peuvent, quant à eux, être déployés en mer depuis les navires lorsque les vagues sont hautes de 2 mètres.

Par ailleurs, une maintenance plus simple et plus sûre augmentera la durée de fonctionnement des fermes éoliennes. En hiver, les opérations d’inspection et de maintenance offshore sont souvent impossibles à réaliser et doivent être repoussées au printemps ou à l’été, lorsque la météo est plus clémente.

«S’il y a un problème dans un parc ou sur une éolienne particulière à une période de l’année où la structure n’est pas accessible, le parc ou l’éolienne doit être arrêté jusqu’à ce que quelqu’un puisse de nouveau y accéder», ajoute M. Marques.

La possibilité d’intervenir lorsque la houle est plus importante signifie que les dysfonctionnements peuvent être réparés plus rapidement.

Le premier parc équipé de robots

Le site d’essai du projet se trouve dans un véritable parc éolien offshore de l’océan Atlantique, à 20 kilomètres de la ville de Viana do Castelo, au nord du Portugal. Il s’agit d’une première en Europe.

«Nous avons besoin d’un endroit pour tester ces machines, d’un lieu où les gens peuvent développer leurs propres robots», indique M. Marques.

Parallèlement à ses technologies robotiques, le projet ATLANTIS s’est aussi fixé pour mission d’aider d’autres équipes de recherche et entreprises à mettre au point leurs propres systèmes.

Dès le début de cette année, des chercheurs et des entreprises du secteur devraient être en mesure de réserver des créneaux pour utiliser ces installations.

Prévention des dommages

Un autre moyen d’abaisser les frais de maintenance consiste à réduire les dommages et les réparations nécessaires. C’est ce qu’avait pour objectif de faire le projet FarmConners, financé par l’UE, tout juste achevé, grâce à l’utilisation généralisée d’une technologie appelée «contrôle de parc éolien» ou WFC.

Lorsque le vent souffle, l’éolienne extrait de l’énergie du flux d’air. Par conséquent, le flux situé derrière l’éolienne contient moins d’énergie, un phénomène appelé «effet d’ombrage». En raison de la répartition inégale de la charge énergétique exercée sur les pales et les mats, certaines éoliennes se détériorent plus vite que d’autres.

D’après le coordinateur du projet, Tuhfe Göçmen, de l’Université technique du Danemark, le rôle du WFC est d’équilibrer la répartition de l’énergie éolienne dans le parc.

Il existe plusieurs façons de limiter les effets de l’ombrage. L’une d’elles consiste à décaler les éoliennes. Au lieu de les positionner directement face au vent, il est possible de tourner légèrement les éoliennes afin de dévier l’effet d’ombrage pour que les éoliennes situées derrière soient épargnées.

L’angle et la vitesse de rotation des trois pales de l’éolienne peuvent également être modifiés. Même si cela réduit la quantité d’énergie produite par l’éolienne, cela permet aux autres turbines situées derrière de recevoir davantage d’énergie.

Avantageux pour le réseau électrique

Outre le fait qu’il réduit l’usure et les frais de maintenance, le WFC peut améliorer la productivité des parcs éoliens et faire en sorte que l’énergie qu’ils produisent soit plus facile à gérer par le réseau électrique.

L’énergie renouvelable produite, et notamment l’énergie éolienne, est souvent très irrégulière. Il arrive que les pics, ou hausses de puissance, surchargent le réseau électrique.

Lorsque les éoliennes fonctionnent ensemble, la production électrique peut être nivelée de façon à ce que la quantité injectée dans le réseau soit homogène et stable, d’après M. Göçmen.

«En contrôlant les éoliennes de façon groupée, nous gagnons tout simplement en efficacité», explique-t-il.

Des études ont montré que ce mode de contrôle des parcs éoliens pourrait augmenter le débit de l’ensemble des parcs de l’UE de 1%.

Cela équivaut à deux fois le débit d’un parc éolien de 400 mégawatts, dont la construction pourrait coûter environ 1,2 milliard EUR, d’après Gregor Giebel, coordinateur de FarmConners, lui aussi de l’Université technique du Danemark.

Cette technologie est également simple à mettre en œuvre puisque la plupart des éoliennes peuvent être contrôlées et ajustées de la façon préconisée par le WFC. Les parcs éoliens ont simplement à mettre à jour leur logiciel de contrôle.

La technologie WFC suscite un grand intérêt de la part des entreprises et offre un moyen prometteur à l’Europe d’étendre son utilisation de l’énergie éolienne, selon M. Göçmen.

Elle est «économique et peut être source de profits», ajoute-t-il.

Les recherches réalisées dans le cadre de cet article ont été financées par l’UE. Cet article a été publié initialement dans Horizon, le magazine de l’UE dédié à la recherche et à l’innovation.

Plus d’infos

ATLANTIS

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Recherche et innovation financées par l’UE dans l’énergie éolienne