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Développer l’énergie éolienne face à la variabilité du climat

Comment l'Europe peut-elle gérer les fluctuations des vents, face aux pressions croissantes favorisant l'utilisation des énergies renouvelables ?
Comment l'Europe peut-elle gérer les fluctuations des vents, face aux pressions croissantes favorisant l'utilisation des énergies renouvelables ?   -   Tous droits réservés  Getty Images

Au cours de l'année passée, l'Europe a enregistré un nombre record d'installations produisant de l'énergie éolienne, même si leur total reste inférieur à celui nécessaire pour atteindre l'objectif européen de 40 % d'énergies renouvelables d'ici la fin de la décennie.

Néanmoins, la ruée vers l'indépendance énergétique, les 236 GW de capacités éoliennes actuelles et les 116 GW prévues dans les quatre années à venir (source : WindEurope) témoignent de la détermination de l'Europe à développer l'énergie éolienne. Mais comment le secteur peut-il maintenir ces ambitions lorsque les vents sont faibles ?

Les sécheresses éoliennes : un nouveau défi pour le système énergétique européen ?

En 2021, les vitesses des vents ont été particulièrement faibles dans certaines parties du nord-ouest et du centre de l'Europe ; notamment pendant l'été où, selon le service Copernicus concernant le changement climatique (C3S), elles ont été parmi les plus basses enregistrées au cours des 40 dernières années. Dans certaines régions du Royaume-Uni, de République tchèque, d'Irlande, d'Allemagne et du Danemark, les données du C3S montrent une vitesse moyenne annuelle du vent inférieure de 10 % à celle des 30 dernières années.

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© C3S/ECMWFeuronews

Figure 2. (Gauche) Anomalies moyennes annuelles de la vitesse du vent à 100 m par pays, en 2021 et par rapport à la période de référence 1991-2020. (Droite) Série temporelle des anomalies moyennes annuelles de la vitesse du vent à 100 m pour les cinq pays présentant les plus fortes anomalies négatives en 2021. Dans tous les graphiques, les anomalies sont exprimées en pourcentage de la moyenne de la période de référence 1991-2020. Source des données : indicateurs climatiques et énergétiques pour l'Europe du C3S dérivés de l'ERA5.

« Des périodes prolongées de haute pression ont été observées dans l'Atlantique Nord autour de l'Europe », explique Hannah Bloomfield, chercheuse spécialisée dans les risques climatiques à l'Université de Bristol, au Royaume-Uni. « Ce sont des conditions qui entraînent normalement des vents faibles, que l'on appelle des effets de blocage, lorsque ces masses d'air à haute pression ne bougent pas », précise Bloomfield, qui ajoute que le Royaume-Uni a enregistré de tels blocages à plusieurs reprises, l'été dernier. Les scientifiques appellent ces phénomènes des sécheresses éoliennes et, bien que moins spectaculaires que les tempêtes ou les tornades, ils restent des phénomènes météorologiques extrêmes.

Selon Hannah Bloomfield, bien que la sécheresse éolienne de l'année dernière soit principalement associée à la variabilité du climat, il est important de noter que le changement climatique peut aussi influencer les schémas éoliens à long terme. Ainsi, en fonction du scénario climatique, la vitesse du vent peut augmenter ou diminuer. Le sixième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) suggère qu'il y a 8 chances sur 10 que la vitesse moyenne du vent diminue dans la zone Europe Méditerranée et environ 5 chances sur 10 que le même phénomène se produise en Europe du Nord, si les températures mondiales augmentent de 2 degrés après 2050. Bloomfield explique qu'une telle situation est possible car l'Arctique se réchauffe à un rythme beaucoup plus rapide que les latitudes inférieures, réduisant ainsi les différences de température qui influencent le comportement des vents. Autrement dit, plus les différences de température diminuent, plus les vents sont susceptibles de s'affaiblir également.

L'énergie que produit une éolienne est directement liée au cube de la vitesse du vent. En d'autres termes, la variation de la vitesse du vent affecte par trois la production d'énergie. De par cette corrélation, la moindre altération de la vitesse du vent peut avoir un impact majeur sur le secteur de l'électricité et, par conséquent, sur la capacité de l'Europe à accroître son portefeuille d'énergies renouvelables.

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© C3S/ECMWFeuronews

Figure 3. Anomalies annuelles du facteur de capacité éolienne (FC) par pays en 2021, par rapport à la période de référence 1991-2020, pour la production d'énergie éolienne terrestre (à gauche) et offshore (à droite). Les anomalies sont exprimées en pourcentage de la moyenne de la période de référence 1991-2020. Source des données : indicateurs climatiques et énergétiques pour l'Europe du C3S dérivés de l'ERA5.

En raison des vents faibles de l'année écoulée, la Grande-Bretagne, l'Allemagne et le Danemark n'ont utilisé que 14 % de leur capacité éolienne installée, entre juillet et septembre, loin des 20 à 26 % utilisés les années précédentes, selon Reuters. Un rapport publié par Forbes indique qu'au cours du premier semestre de l'année dernière, la production d'énergie éolienne en Allemagne a chuté de 25 % (46,8 TWh) comparée à la même période en 2020 (59,4 TWh), imposant un recours accrue aux centrales à combustible fossile et augmentant de 25 % les émissions de carbone liées à l'électricité dans le pays.

Gérer la variabilité

Selon WindEurope, l'association européenne de l'énergie éolienne, cet épisode de vents faibles n'est pas vraiment surprenant et la pénurie de l'été a été compensée par les vents de l'hiver. « Les ressources éoliennes présentent toujours de petites différences, d'une année sur l'autre », explique Christoph Zipf, responsable presse et communication chez WindEurope. « L'année 2021 a été légèrement inférieure à l'année 2020, qui avait été une très bonne année éolienne, avec des vents forts au printemps. Durant la majeure partie de l'année dernière, 2021 s'annonçait comme une année éolienne plutôt médiocre, mais les tempêtes de novembre et décembre ont boosté la production annuelle. Elle a fini dans la fourchette des fluctuations prévue. »

Être en mesure de faire face à ces périodes de disette est important pour l'industrie des énergies renouvelables, qui doit s'imposer et aider l'Europe à mettre fin, rapidement, à sa dépendance au pétrole et au gaz. Le 18 mai dernier, la Commission européenne a publié son plan d'action REPowerEU, en réponse à l'invasion de l'Ukraine par la Russie. « La Commission est on ne peut plus claire : notre dépendance excessive à l'égard des importations de combustibles fossiles en provenance de Russie et d'ailleurs doit cesser », déclare Christoph Zipf. Il explique que l'expansion massive des énergies renouvelables nationales est l'un des trois piliers de ce plan, au même titre que la recherche de nouvelles sources d'importation énergétique et le renforcement de l'efficacité énergétique. « L'énergie éolienne est au cœur de ce plan [...]. D'ici 2050, la Commission veut que l'énergie éolienne représente 50 % de toute l'électricité utilisée dans l'Union européenne. Aujourd'hui, nous en sommes à 15 % », informe Zipf. « À moyen terme, l'énergie éolienne est appelée à connaître une forte accélération et à contribuer à remplacer les combustibles fossiles importés. Dans cette optique, la Commission européenne prévoit de porter la capacité éolienne installée de l'UE, de 190 GW aujourd'hui à au moins 480 GW d'ici 2030. »

Suivant l'annonce de Bruxelles, l'Allemagne, le Danemark, les Pays-Bas et la Belgique ont signé un accord de 150 milliards d'euros pour construire au moins 150 GW d'installations éoliennes offshore d'ici 2050. Avec autant de projets à l'horizon et le plan REPowerEU prévoyant de réduire les formalités administratives liées à l'approbation des projets éoliens, l'amélioration de l'efficacité des centrales éoliennes face aux variations climatiques suscite un intérêt croissant.

« La sécheresse éolienne qui a touché la majeure partie de l'Europe centrale et occidentale en 2021 témoigne de l'importance des données climatiques dans la gestion de notre mix énergétique », déclare Carlo Buontempo, directeur du C3S. « Les observations récentes et les prévisions actuelles n'ont pas modifié de manière significative le potentiel de production de l'énergie éolienne en Europe. Elles ont simplement mis en évidence certaines vulnérabilités et certains risques, qui doivent être gérés. Les données et les outils fournis par le C3S aideront les industries et les décideurs politiques dans ce processus. »

Hannah Bloomfield souligne que, bien qu'il soit toujours difficile de prévoir les vents faibles à long terme, de nombreux scientifiques produisent des ensembles de données pouvant aider le secteur de l'énergie éolienne à mieux s'adapter. « Les risques à long terme liés aux sites d'énergie éolienne sont désormais plus faciles à évaluer. Je pense que l'industrie pourrait vraiment bénéficier des découvertes en météorologie énergétique », déclare la chercheuse. « Faire preuve de transparence et chercher conseil auprès d’organisations telles que Copernicus pour résoudre les problèmes pourrait aider la communauté scientifique à examiner des questions pertinentes pour l'industrie. » Les producteurs d'énergie éolienne pourront élaborer des solutions permettant d'intégrer les observations et les prévisions scientifiques dans leurs décisions, afin de les aider à gérer les défis posés par la variabilité du climat, confirme Carlo Buontempo.

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© Getty Imageseuronews

Certains pays ont réussi à identifier d'autres sources d'énergie pour compenser les pertes de production d'énergie éolienne de l'an passé. L'Allemagne a exploité son énergie solaire, tandis que le Royaume-Uni a utilisé ses liens avec les systèmes énergétiques de France et de Norvège pour compléter sa production. Face à tant de fluctuations, l'éolien joue un rôle important dans le portefeuille européen des énergies renouvelables, mais comme le suggère WindEurope, il n'en est pas le seul acteur. « D'une manière générale, le système énergétique européen de demain aura besoin de toutes les sources d'énergie renouvelables [...] », conclut Zipf. « Vent et soleil sont des partenaires naturels. La production d'énergie éolienne est généralement la plus forte en automne, en hiver et au printemps, et plutôt faible en été ; précisément lorsque la production d'énergie solaire est à son apogée. En ce sens, les deux technologies sont complémentaires. Néanmoins, pour atteindre une part plus importante d'énergies renouvelables dans le système énergétique, elles devront être associées au stockage par batterie et à d'autres moyens de stockage, tels que l'hydrogène renouvelable. Les coûts de ces deux technologies diminuent rapidement et elles seront bientôt disponibles à grande échelle. »