Éolien offshore : bilan, perspectives et enjeux

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Ce lundi 24 avril 2023, neuf États d’Europe se réunissaient pour fixer des objectifs de la filière éolienne offshore. L’enjeu ? Mettre en place les conditions qui permettront de quadrupler le parc actuel d’ici 2030. L’éolien en mer est une filière stratégique, que Selectra a décidé d’explorer au travers d’une étude chiffrée.

Une étude pour mieux comprendre une filière clé des énergies renouvelables

L’éolien en mer - ou éolien offshore - s’est considérablement développé au cours de ces vingt dernières années. Depuis le premier parc installé en Suède en 1990, les installations offshore se multiplient en Europe et dans le monde. Cette filière présente en effet de nombreux avantages par rapport à l’éolien terrestre

  • Peu de contraintes en termes d’espace, ce qui permet d’installer un très grand nombre de turbines, qui peuvent par ailleurs être plus larges et donc produire plus d’électricité ;
  • Des vents plus puissants et plus réguliers que sur terre, permettant une intermittence moins élevée ;
  • Des enjeux de pollution visuelle plus limités.

Ces avantages feront sensiblement de l’éolien offshore une filière centrale de la production d’énergie renouvelable dans les années à venir, en Europe et dans le reste du monde. On annonçait ainsi ce lundi 24 avril 2023 à l’Élysée que “l'éolien en mer sera vraisemblablement entre 2030 et 2050 la principale source de production d'énergie renouvelable, loin devant le solaire et l'éolien terrestre”. Pour rappel, la France défend des objectifs ambitieux : 2,4 gigawatts (GW) d’éolien offshore installée fin 2023 et environ 5 GW fin 2028.

Ces ambitions sont partagées par les autres États et mobilisent également de nombreux acteurs privés, qui sont toujours plus nombreux à se lancer sur le marché. Au cours du dernier mois en France, pas moins de trois chantiers d’éolien en mer ont ainsi (re)démarré ou sont entrés en phase de construction :

  • Reprise du chantier du parc offshore de Saint-Brieuc le 27 mars, après une pause hivernale ;
  • Décision finale d’investissement et démarrage de la phase de construction pour le parc des îles d’Yeu et de Noirmoutier le 6 avril ;
  • Début du chantier de la ferme pilote d’éoliennes flottantes EolMed à Port-La Nouvelle le 20 avril.

C’est pour toutes ces raisons que Selectra a décidé de mener un tour d’horizon approfondi de cette filière stratégique à travers une étude chiffrée. Le cœur de cette étude porte sur la puissance installée à l’heure actuelle, à différentes échelles. Des projections à l’horizon 2030 et 2050 permettent également d’envisager l’avenir de la filière éolienne offshore en Europe et dans le monde.

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D’autres enjeux sont cependant centraux pour bien comprendre la place actuelle et l’avenir de la filière offshore. En effet, plusieurs éléments freinent le développement de l’éolien en mer, notamment les coûts encore élevés par rapport aux autres filières EnR ou la méconnaissance des impacts de la filière sur la biodiversité marine et sur l’avifaune.

La production de ce rapport a donc pour but d’éclaircir les grands enjeux de l’éolien en mer et de dresser un bilan de la filière dans le monde et en Europe, en évoquant les perspectives d’évolution du secteur. Pour faire simple, proposer en une trentaine de pages un tour d’horizon de ce secteur stratégique.

Éléments clés de cette étude

Capacité installée

Du point de vue de la capacité installée, les conclusions à retenir sont les suivantes :

  • Le secteur est encore assez peu développé, avec 56,7 GW d’éolien offshore installé dans le monde en 2021. À titre de comparaison, le parc nucléaire français représente à lui seul près de 63 GW* ;
  • Le rythme d’installations croît très rapidement, avec plus de 60 % de la capacité totale installée entre 2019 et 2021 ;
  • À l’échelle mondiale, l’Europe et la Chine dominent le marché, avec respectivement 48,9 % et 48,7 % de la capacité installée (27,7 et 27,6 GW) ;
  • En Europe, le Royaume-Uni (12,5 GW) et l’Allemagne (7,9 GW) sont en tête, avec respectivement 22 % et 14 % de la capacité installée. Les Pays-Bas, le Danemark et la Belgique suivent avec chacun entre 2 et 3 GW installés ;

Côté éolien flottant, les résultats sont les suivants :

  • La filière est encore moins développée que l’éolien posé, avec seulement 121,4 mégawatts (MW) installés sur l’ensemble du globe ;
  • Le Royaume-Uni détient 64 % de cette capacité, avec 78 MW installés ;
  • La France tire cette fois-ci son épingle du jeu avec 2 MW d’éolien flottant installés.

*Ministère de la Transition Écologique

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Coût et rendements

Les coûts de l’éolien en mer sont à l’heure actuelle bien plus élevés que pour la filière photovoltaïque ou l’éolien terrestre. Le coût actualisé de l’énergie éolienne en mer est ainsi en moyenne de 50 % à 83 % supérieur à celui de l’éolien terrestre, selon la fourchette observée. Il en est de même pour les coûts d’investissement et les coûts de maintenance, qui sont près de trois fois supérieurs à ceux de l’éolien terrestre.

Les coûts de l’éolien en mer sont relativement similaires entre les quatre pays étudiés (Pays-Bas, Royaume-Uni, Allemagne et France). Bien que les résultats de l’étude indiquent des coûts d’opération et de maintenance largement supérieurs en France, ceux-ci s’expliquent avant tout par des différences dans les références (années et méthodes calculatoires) utilisées pour réaliser les calculs.

En revanche, les prévisions à l’horizon 2030 et 2050 semblent indiquer que ces différences de coûts devraient s’atténuer à l’avenir. Le coût actualisé de l’éolien en mer posé en 2050 devrait ainsi atteindre 54 € / mégawattheure (MWh) contre 46 € / MWh pour l’éolien terrestre, soit seulement 17 % de plus. Quant à l’éolien flottant, il devrait rester plus coûteux que les autres filières, mais ses coûts devraient également diminuer de l’ordre de 30 % entre 2030 et 2050.

Ces coûts plus élevés sont heureusement compensés par de meilleurs rendements que la filière éolienne et la filière photovoltaïque. Les rendements dépendent de deux variables :

  • Le facteur de charge, soit le rapport entre l'électricité effectivement produite par l’installation et celle qu'elle aurait pu produire si elle avait fonctionné à sa puissance maximale théorique durant la même période ;
  • La puissance nominale des installations, correspondant à la puissance électrique maximale que l’éolienne peut fournir en continu dans des conditions nominales de fonctionnement, c’est-à-dire des conditions corrigées des aléas extérieurs (vents particulièrement forts ou faibles, interruptions pour cause de maintenance, etc).
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D’après les données observées pour les installations existantes, l’éolien en mer présente un facteur de charge moyen 30 % supérieur à celui de l’éolien terrestre et 135 % supérieur à celui de la filière photovoltaïque au sol. Les turbines offshore existantes présentent en outre une puissance nominale 70 % supérieure à celle des éoliennes terrestres. Pour les nouvelles installations, l’écart est encore plus important, avec une puissance nominale estimée 112 % supérieure à celle des nouvelles turbines terrestres.

En conclusion, l’avantage conséquent de l’éolien en mer en termes de rendements sur les autres énergies renouvelables, couplé à la baisse progressive des coûts à l’horizon 2030/2050, devrait rendre la filière particulièrement compétitive.

Perspectives d’évolution

Les prévisions à l’horizon 2030 semblent en effet indiquer que la filière devrait se développer rapidement dans les dix prochaines années, avec 315 GW d’éolien en mer nouvellement connectés d’ici 2031. L’Europe devrait dominer cette dynamique avec plus de 140 GW connectés, soit 45 % de la nouvelle capacité installée. La Chine devrait suivre avec près de 30 % des nouveaux parcs. Enfin, l’Amérique du Nord entrera pleinement dans la course à l’éolien offshore avec 35 nouveaux GW connectés. À l’échelle européenne, le Royaume-Uni continuera à dominer le marché avec presque 38 GW nouvellement connectés d’ici 2031. L’Allemagne et les Pays-Bas devraient installer chacun une vingtaine de GW supplémentaires. La France devrait enfin tirer son épingle du jeu en se plaçant en septième position en Europe avec environ 7 % de la capacité nouvellement connectée, soit 9,4 GW.

Ces prévisions contrastent pourtant avec les objectifs annoncés le 16 avril dernier par les ministres de l'Énergie, du Climat et de l'Environnement des pays industrialisés participant au G7. Ceux-ci ont annoncé augmenter la capacité installée d’éolien en mer de 150 GW supplémentaires d’ici à 2030, soit le double des prévisions du Global wind energy council pour les pays du G7 à cet horizon.

Enjeux liés à la biodiversité

Les conséquences des parcs éoliens offshore sur la biodiversité, qu’elles concernent des oiseaux ou des espèces aquatiques, sont l’un des enjeux majeurs de cette filière. Les principales questions soulevées par les experts sont :

  • La mortalité provoquée par les chantiers d’installation ou les pales des éoliennes ;
  • Les autres perturbations : effets d’évitement, perturbations de la communication, etc ;
  • Sans oublier les éventuels effets bénéfiques de telles structures.

La mortalité des oiseaux provoquée par les parcs éoliens en mer est particulièrement difficile à établir, puisque les cadavres d’oiseaux sont pratiquement impossibles à retrouver en mer. Une étude sur les parcs éoliens terrestres français semble montrer qu’une éolienne tue en moyenne entre 6,6 et 7,2 oiseaux par an, on pourrait donc extrapoler ces résultats aux éoliennes en mer. Une autre étude réalisée sur un parc offshore britannique et reposant sur de la surveillance vidéo semble pourtant montrer qu’à peine plus de 5 % des oiseaux observés volent à moins de dix mètres de la zone de balayage des pales, les autres préférant éviter les pales de loin. Il est donc difficile à ce jour de trancher sur les effets réels des éoliennes en mer sur la mortalité de l’avifaune.

En revanche, des effets d’éloignement des populations d’oiseaux semblent bien avérés. Une autre étude indique ainsi qu’après la construction d’un parc éolien en mer, les populations d’oiseaux chutent de 94 % dans un rayon d’un kilomètre et de 52 % dans un rayon de dix kilomètres. Ces déplacements massifs des populations d’oiseaux ne sont pas sans conséquences, car les nouvelles zones où se retrouvent les oiseaux peuvent venir à manquer de nourriture, entraînant plusieurs conséquences : condition physique réduite, départ vers les aires de reproduction retardé et moindres chances de reproduction.

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Du côté de la biodiversité marine, les effets sont plus contrastés. Les éoliennes en mer sont connues pour l’effet récif qu’elles provoquent une fois ancrées dans le sol : des crustacés s’installent sur les structures, attirant des poissons, qui attirent à leur tour d’autres espèces marines le long de la chaîne alimentaire, ce qui contribue à créer de nouveaux habitats riches en biodiversité. De même, les parcs éoliens fermés à la pêche constituent des réserves naturelles pour les espèces aquatiques, qui peuvent s’y renouveler librement à l’abri des bateaux de pêche.

La filière semble toutefois également affecter négativement les espèces marines, principalement au moment de la construction des nouveaux parcs. En effet, le bruit produit lors du battage des pieux génère une nuisance sonore importante, qui peut entraîner des effets traumatiques sur le système auditif des espèces. Lors de telles opérations, la mortalité des poissons est ainsi observée dans 25 % des cas.

Même si les animaux ne meurent pas, ils ont tendance à éviter les lieux, et ce jusqu’à 25 kilomètres de distance chez certaines populations de phoques. Ces réactions d’évitement entraînent les mêmes risques que pour les oiseaux. Par ailleurs, les bruits générés peuvent perturber la communication entre les espèces ou leur capacité à se localiser, ce qui peut déséquilibrer leurs habitudes de chasse ou de reproduction. Le processus d’écholocation utilisé notamment par les dauphins serait ainsi perturbé jusqu’à une distance de 40 km.

Méthodologie de l’étude

Les pistes de résultats de cette étude reposent sur des données chiffrées issues de plusieurs rapports d’analyse sur le secteur, provenant de diverses sources institutionnelles ou cabinets d’analyse. Les échantillons et les méthodes de calculs utilisés pour établir ces données varient d’une source à l’autre, ce qui peut impliquer de légères imperfections dans les comparaisons. De plus, il a parfois fallu réaliser des extrapolations à partir de données arrondies ou indiquées seulement en pourcentages. De même, nous avons parfois arrondi certaines données dans un objectif de lisibilité des graphiques.

Par ailleurs, les données utilisées pour établir les résultats en termes de capacité installée sont celles de 2021. En cause : l’absence de données plus récentes suffisamment pertinentes au moment de l’élaboration de l’étude.

L’ensemble de ces éléments peut donc conduire à de légères imprécisions. Cette étude n’a cependant aucunement la prétention de proposer des conclusions arrêtées sur le sujet. Elle aide simplement à éclaircir les enjeux principaux de l'éolien offshore et à donner des pistes de réflexion au lecteur. Les tendances générales établies restent pertinentes, il convient toutefois de ne pas interpréter les chiffres trop littéralement.

Nous rappelons également que les données source de l’étude sont accessibles sur simple demande auprès de Selectra.

La méthodologie utilisée pour chaque section est détaillée ci-dessous :

Évolutions de la capacité installée et bilan 2021

Les résultats de la section “Évolutions de la capacité installée et bilan 2021” reposent exclusivement sur les données du rapport “Global offshore wind report 2022” du Global wind energy council (GWEC). Afin de faciliter la lisibilité, seuls les pays possédant en 2021 une capacité installée supérieure à 2 GW ont été spécifiés, les autres sont regroupés dans les sections “Autres”. Seule exception : la sous-section sur l’éolien flottant, pour laquelle l’ensemble des pays concernés ont été répertoriés, car ils sont peu nombreux.

Le graphique et le tableau concernant la capacité nouvellement connectée en 2021 (Monde et Europe) sont établis directement à partir des puissances installées (en GW) indiquées dans la section “Market status 2021” du rapport du GWEC.

Pour les graphiques concernant la capacité totale installée de 2006 à 2021 par région, les valeurs en GW ont été extraites du graphique “New offshore installations 2006-2021 (MW)” pour chaque année, puis additionnées. Les deux graphiques “Part de la capacité installée par période” et “Capacité mondiale nouvellement installée de 2006 à 2021” sont construits selon la même méthode.

Il a par ailleurs fallu extrapoler certaines données pour le graphique “Capacité totale installée par pays”. Les données pour tous les pays sauf la Chine et la Belgique (dont les capacités installées en GW sont directement mentionnées) sont construites selon la méthode suivante :

  • On dresse deux colonnes, “Capacité totale installée par pays” et “Pourcentage”.
  • La capacité totale installée par pays entre 2006 et 2021 dans le monde, soit 56,7 GW, sert de base à 100 % dans la colonne Pourcentage. Cette capacité totale installée a été obtenue plus tôt en additionnant les valeurs annuelles en GW du graphique “New offshore installations 2006-2021” (rapport du GWEC).
  • Les données pour la Chine et la Belgique en GW (27,6 et 2,2 GW) sont ajoutées dans la première colonne, et on calcule leur équivalent en pourcentage. On obtient respectivement 48,7 et 1,2 %.
  • Les pourcentages restants sont complétés à partir du graphique “Total offshore wind installations by market” du rapport du GWEC, sauf pour la ligne “Autres”. Celle-ci est simplement égale au reste, soit 100 % - (somme des % des autres pays).
  • On extrapole ensuite par un produit en croix les capacités en GW des pays manquants à partir de la valeur totale 56,7 GW et des pourcentages entrés à l’étape précédente.

Exemple : Pour la capacité totale installée en Allemagne, le graphique du GWEC indique 14 % du total. On indique 14 % dans la colonne Pourcentage, puis on calcule : Capacité totale en GW = 0.14 x 56.7 = 7.938, qu’on arrondit à 7,9.

Éolien en mer : coûts et rendements

Pour établir les résultats de la sous-section “Analyse en termes de coûts”, le rapport de l’Ademe “Coûts des énergies renouvelables et de récupération en France - 2019” a servi de base principale à l’élaboration des tableaux. Cependant, pour pouvoir obtenir des données pour l’éolien en mer posé en France à l’horizon actuel mais également établir une comparaison internationale, il a fallu croiser ces résultats avec le référé publié par la Cour des comptes en 2019, “L’analyse des coûts du système de production électrique en France”.

La Cour des comptes a en effet effectué sa propre estimation des LCOE, CAPEX et OPEX de la filière éolienne offshore posée en 2020*. C’est sur cette estimation qu’ont été établis certains résultats de cette section. L’écart d’un an entre les données de l’Ademe (2019) et celles de la Cour (2020), et la différence de méthode de calcul entre les deux rapports, implique donc probablement de légères imprécisions. Malgré cela, Selectra a tenu à établir cette comparaison plutôt que de laisser uniquement des prévisions à l’horizon 2030 et 2050, moins représentatives des réalités actuelles.

Le coût actualisé de l’énergie (LCOE) de la filière nucléaire (68,4 € / MWh) est également présenté dans l’un des tableaux et dans le graphique correspondant. Cette donnée a été indiquée car il semblait important de donner un ordre de comparaison avec la première filière de production électrique en France. Pour rappel, le nucléaire représentait 63 % de la production d’électricité en 2022 d’après le dernier bilan de RTE.

*Définitions dans la section “Analyse en termes de coûts - Méthodologie”

La sous-section “Analyse en termes de rendements” repose quant à elle sur les données de deux rapports : l’étude de l’International Energy Agency, “Offshore wind outlook 2019” et celle de l’institut WindEurope, “Wind energy in Europe - 2021 statistics and the outlook for 2022-2026”. Les données sont exploitées telles quelles dans le rapport.

Les perspectives d'évolution de l'éolien en mer à l'horizon 2050

Les colonnes 2022 à 2031 des deux tableaux de cette section ont été construites à partir de la section “Global Offshore Market Outlook to 2031” du rapport du GWEC, en récupérant les estimations en GW pour chaque pays, chaque année. La colonne “2022-2031” a ensuite été établie en faisant une somme des capacités installées chaque année. Comme indiqué dans l’étude, les graphiques reposent sur cette colonne “2022-2031”.

Pour la sous-section “Objectifs G7”, le tableau récapitulant la capacité nouvellement connectée entre 2022 et 2031 dans les pays membres du G7 a été établi à partir des données du rapport du GWEC. La valeur pour la colonne États-Unis + Canada correspond à celle pour l’Amérique du Nord indiquée dans la sous-section précédente, les deux pays n’ont pas été séparés en l’absence de données distinctes pour l’un et l’autre. La valeur pour l’Italie a été établie à partir de la section “Floating Offshore Market Outlook to 2031” du rapport du GWEC, et concerne les projections d’installation d’éoliennes flottantes en 2029, 2030 et 2031, pour 0,35 + 0,5 + 0,5 = 1,35 GW au total.

Enjeux liés à la biodiversité

Comme mentionné en introduction, il est difficile de trouver des données entièrement fiables sur les enjeux liés à la biodiversité. Le développement de la filière étant assez récent, les conséquences sur la biodiversité sont encore difficiles à observer, sans compter que les études reposant sur des observations suffisamment pertinentes restent rares. Cette section s’est ainsi rapidement destinée à être moins orientée “chiffres” que les autres, mais à proposer toutefois des pistes de réflexion illustrées par quelques résultats chiffrés représentatifs. Aucun calcul complémentaire de la part de Selectra n’a donc été réalisé.

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