Énergies renouvelables au pluriel

En 2020 les énergies renouvelables devraient dépasser les 20 % dans la consommation totale d’électricité en France.

3,6 ha de bâtiment recouverts, sur l’exploitation de Weinbourg, en Alsace. C’est le plus gros projet au monde de photovoltaïque intégré comprenant à la fois une couverture d’étanchéité et une production d’électricité photovoltaïque.

Si ces nouvelles technologies progressent, elles n’excluent pas pour autant les technologies traditionnelles de production et d'utilisation de l'énergie bénéficiant, elles aussi, d'améliorations technologiques. Mais dans un contexte de hausse du prix de l’énergie due à celle des énergies fossiles durablement chères, de la forte croissance des besoins, c’est l’ensemble des filières énergétiques qui doit se mobiliser autour des mêmes objectifs d’économie d’énergie, de réduction des émissions de gaz à effet de serre intégrant, dans le panachage énergétique, les énergies renouvelables.

Dans le sillage du Grenelle de l’environnement

La France affiche de nouvelles ambitions pour remonter dans le peloton de tête européen des pays producteurs d’énergie éolienne et atteindre la part des 6 % d’éolien dans la consommation totale d’ici 2020. Pour y arriver, la feuille de route fixe un objectif de puissance de 25 000 MW dont 6 000 MW à réaliser au large des côtes françaises. Deuxième gisement éolien d’Europe après le Royaume-Uni, la France tente actuellement de combler le retard accumulé. De plus, RTE estime que la France grâce à ses 3 gisements de vent indépendants, peut bénéficier d’un lissage de la production exemplaire grâce à l'intégration de l'électricité éolienne dans le réseau. Ainsi, 100 MW d’éolien installés peuvent substituer 25 MW d’électrique conventionnel.

Les avancées technologiques attendues dans l’éolien doivent à la fois relever le défi de la puissance et de la production tout en veillant à réduire l’encombrement et les diverses nuisances occasionnées. Le cadre législatif évolue. Les « zones de développement de l’éolien » (Z.D.E.) optimisent les conditions d’insertion des éoliennes dans le paysage et l’environnement ainsi que sur le réseau électrique, en accordant le système d’obligation d’achat d’électricité à la seule électricité produite par des éoliennes installées dans des Z.D.E. Ces zones proposées à l’échelle des communautés de communes doivent prendre en compte trois critères définis par la loi : le potentiel éolien ; les possibilités de raccordement au réseau électrique ; la protection des paysages, des monuments historiques et des sites remarquables et classés. Un périmètre ainsi qu’une fourchette de puissance minimale et maximale est également fixée par Z.D.E., le préfet ayant la responsabilité de les approuver et ainsi de veiller à la cohérence des installations à l’échelle départementale.

Parcs éoliens offshore

C’est aux larges des côtes françaises que se réalisera une partie significative du développement des parcs éoliens. Le off-shore s'affranchit en grande partie du problème des nuisances esthétiques et de voisinage et résout le problème d'intermittence du vent et donc de la production d'électricité. En mer, le vent est beaucoup plus fort et constant qu'à terre : on donne couramment comme moyenne 3 000 MWh par MW installé en mer au lieu de 2 000 MWh par MW installé à terre.

En termes de technologies, l’ancrage des éoliennes en mer est déjà une réalité. Cette solution permet le développement technique progressif d'éoliennes de très grande puissance. Siemens bénéficie d’un savoir faire de pointe en matière de turbines offshore et sait relever le défi à l’instar de la ferme offshore de Burbo située au large de Liverpool équipée de la dernière turbine de 3,6MW. Affichant une puissance totale de 90 MW, le parc alimente plus de 80 000 foyers. Le Royaume-Uni, dont les gisements pétroliers de la Mer du Nord sont en voie d'épuisement, a décidé d’exploiter au plus tôt son gisement éolien.

Des expérimentations sont en cours associant la réflexion de la diminution du coût du kWh produit. Parmi les solutions étudiées, celle de systèmes flottants, ancrés, permettant de s'affranchir des coûts des fondations de pylônes à grande profondeur. Actuellement le groupe Siemens et StatoilHydro sont tournés vers la haute mer pour élaborer leur projet Hywind. Le vent y souffle avec plus de constance et de puissance que près des côtes (lire article p.16). Le projet devrait prendre corps courant 2009 avec l’installation d’un prototype à 12 km de la terre ferme, au large de la côte sud-ouest de la Norvège, dans une zone d’une profondeur de 200 m. La mise en oeuvre de ce projet à grande échelle est, elle, programmée d’ici une dizaine d’années.
« Siemens occupe actuellement en France la 7ème place dans l’éolien, mais son ambition est de passer dans le top 5 dès 2011 », souligne Pierre- Nicolas Bihel, responsable des activités éoliennes au sein de Siemens en France, soit une puissance installée de plus de 100 MW par an.

Le cadre réglementaire et administratif de l’éolien offshore doit encore être clarifié. De plus, comme le souligne Andris Piebalgs, commissaire européen à l’énergie, l’objectif de produire 20 % d’électricité renouvelable, propre et sûre d’ici 2020 ne peut être atteint sans éoliennes offshores, et sans établir un réseau électrique interconnecté capable notamment de relier les mers Baltique et du Nord au reste de l’Europe.

La haute tension en courant continu (HDVC) est utilisée sur de longues distances (câbles sous-marins ou lignes enterrées) pour des raisons d’économie, d’encombrement et de fiabilité.

Désertec : une actualité brûlante

Il est actuellement un projet qui est l’objet de toutes les attentions. Il s’agit du "plan solaire méditerranéen" qui s’inscrit dans le cadre de l’Union pour la Méditerranée, qui pour être plus précis ne concerne pas uniquement la production d’énergie solaire puisque ce projet vise à promouvoir plus généralement l'utilisation des énergies renouvelables comme l’éolien notamment, dans des régions où les ressources sont abondantes. Les industriels du secteur s’y intéressent donc tout naturellement comme c’est déjà le cas de Siemens qui intensifie ses recherches dans ces domaines.

L’un des volets les plus avancés dans le cadre du développement des énergies renouvelables est le programme baptisé « Desertec ». Initialisé par l’Allemagne et l’Algérie, il vise à raccorder l’Europe à de vastes centrales solaires implantées dans le désert, via des câbles sous-marins. Ces installations solaires qui pourraient produire jusqu’à 100 GW à l’horizon 2050, seraient pour l’essentiel des centrales fonctionnant selon le procédé « thermodynamique ». Elles utilisent des miroirs pour concentrer la lumière du soleil créant de la chaleur utilisée pour générer de la vapeur nécessaire au fonctionnement des turbines à vapeur et des générateurs d’électricité. L’excès de chaleur peut être stocké dans des citernes contenant un sel fondu qui est alors utilisé pour actionner les turbines à vapeur pendant la nuit ou lors de pics de consommation. Afin de garantir un service ininterrompu en période de moindre ensoleillement, les turbines pourront être couplées avec des chaudières classiques.

Le réseau électrique joue ici un rôle clé. En installant des lignes de transmission de Courant Continu à Haute Tension (CCHT), le transport de cette électricité verte ne dépasse pas les 5 % de perte totale. « L’ambition d’installer un large réseau CCHT à l'échelle de l’Europe, l’Afrique du nord et du Moyen- Orient constituerait un atout important pour toutes les énergies d’origine solaire, éolienne ou hydroélectrique, prévues ou envisagées dans ces grandes régions », précise François Gerin, Directeur général adjoint de Siemens France.

A ce jour, Siemens a construit quatre lignes CCHT en Chine, transportant chacune jusqu’à 2000 – 3000 MW, avec des déperditions minimes et une aux Etats-Unis, dans le New Jersey. Un autre projet est en phase d’étude préliminaire : la liaison France – Espagne destinée à faciliter les échanges entre les réseaux de transport d’électricité des deux pays.

L’énergie propre des déserts d’Afrique du Nord, du Moyen-Orient et des pays de l’Europe du Sud associée à la construction d’un « super réseau » étendu est un scénario attendu à l’horizon 2020 et qui devrait bénéficier aux pays européens d’ici 2030.

Photovoltaïque

Sur les hauteurs de Weinbourg, au nord de l’Alsace. Les rayons de soleil se reflètent sur les toits d’une exploitation agricole assez spéciale. Ou plus exactement sur les 27.000 panneaux photovoltaïques intégrés directement à une ossature en bois lamellé-collé. Etanchéité et résistance aux intempéries garanties. Cette installation abrite le projet de Jean-Luc Westphal, agriculteur de métier et président de sa toute jeune entreprise Hanau Energies. Pas moins de 36.000 m2 de panneaux photovoltaïques intégrés au bâtiment alimenteront une centrale électrique solaire qui produira une puissance maximale de 4,5 mégawatts (MW) destinés au réseau de la ville voisine d’Ingwiller. Cela correspond à l’alimentation en électricité de 4.000 à 5.000 foyers. Il est même déjà question d’y ajouter un mégawatt supplémentaire à partir des bâtiments actuels. Soit la plus grande unité photovoltaïque intégrée au monde.

Coup double pour la société Hanau Energies. Cette installation comprend en tout cinq hangars de 360 m de long sur 22 m de large chacun, conçus en mono pente et ouverts à l’arrière pour permettre la circulation d’air (voir photos). « C’est en réfléchissant à la question de la transformation des déchets agricoles et de leur stockage qu’est née l’idée de combiner le projet de valorisation de la biomasse en bois énergie avec celle du photovoltaïque », explique l'agriculteur. « Puisque je devais construire de très grands halls de stockage, autant les orienter plein sud et prévoir des panneaux en toiture ». Le projet comprend donc à la fois une centrale photovoltaïque qui produira à terme 5,5 MW et une unité de fabrication de granulés de combustible compactés issus des 200 ha de l’exploitation familiale. Livraison du chantier attendue fin janvier 2009.

Projet novateur et audacieux que Siemens accompagne en fournissant les onduleurs et les postes de transformation moyenne tension indispensables pour le raccordement au réseau électrique. Les onduleurs convertissent le courant continu produit par les cellules solaires en courant alternatif. Siemens assure la supervision du lot onduleur du projet et la mise en service des outils de pilotage de ces installations. 15 % environ de l’énergie reçue des rayons du soleil est ainsi convertie et réinjectée dans le réseau de distribution électrique. Pour l’anecdote, 1 % de la surface du Sahara suffirait à satisfaire la demande mondiale en électricité, mais le soleil n’étant pas toujours au rendez-vous, cette contrainte implique la possibilité de pouvoir stocker l'énergie ainsi transformée pour subvenir aux ruptures naturelles d'alimentation. La solution : raccorder l’installation solaire photovoltaïque au réseau électrique du fournisseur.

Un investissement de 20 millions d’euros. C’est le montant global de l’investissement qui comprend le bâtiment, les panneaux photovoltaïques et les onduleurs. Il aura fallu entamer un vrai parcours du combattant pour convaincre qu'un tel projet, innovant mais conçu sans cabinet d'études et porté par un actionnaire unique, était viable. Face au temps de retour sur investissement relativement long (de 10 à 11 ans), c’est le prix de rachat fixé à l’avance et sur une durée déterminée garantie (20 ans suivant le raccordement des panneaux) qui a été l’avantage décisif. Le principe du tarif d’achat a été mis en place en juillet 2006 pour soutenir la production d’électricité d’origine renouvelable apportant aux investisseurs une visibilité nécessaire pour l’émergence de nouvelles technologies.

La création à Weinbourg de ces vastes installations photovoltaïques intégrées de 5, 5 MW doit être considérée comme une première étape pour la société Hanau Energies qui souhaite, à terme, implanter des panneaux photovoltaïques en plein air sur une partie de la surface de l’exploitation et développer le photovoltaïque en France en proposant des installations clé en main. D’ici 10 à 15 ans, il y a fort à parier que le prix du kWh photovoltaïque soit à parité avec les filières conventionnelles. En attendant, rendez-vous en février/mars 2009 pour la mise en route, avec les premiers rayons de soleil du printemps, de la centrale photovoltaïque.

Valérie Rassel