RAPPORT SUR L Etude DU POTENTIEL EOLIEN EN MILIEU URBAIN - FRANCE

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1 Contrat N EIE/04/130/S WINEUR Wind Energy Integration in the Urban Environment RAPPORT SUR L Etude DU POTENTIEL EOLIEN EN MILIEU URBAIN - FRANCE septembre 2006 Le contenu de cette publication, n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas nécessairement l'opinion de la Communauté européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent.

2 Table des Matières 1. Introduction Methodologie d étude du potentiel eolien conduite en france Lecons tirées et conclusion conclusion... 7 Page 2 de 7

3 1. INTRODUCTION De manière générale le cadre définissant le développement du grand éolien en Europe, et par la même en France, est plutôt précis. Le processus d évaluation du potentiel éolien est bien connu et a maintenant fait ses preuves. Cependant, plusieurs producteurs européens ont récemment introduit un nouveau produit adapté aux conditions de milieu urbain ou connu sous le nom d éolienne urbaine. L intérêt pour l installation de ces petites éoliennes en zones habitées est particulièrement important notamment parmi les collectivités territoriales et les municipalités. Néanmoins, en France comme dans la plus part des autres pays européens, les lois, procédures ou lignes directrices liées à l intégration de ces petites éoliennes en milieu urbain n ont pas à l heure actuelle réellement en place. C est la raison pour laquelle le potentiel éolien n a pas vraiment été évalué jusqu à présent. Cela représente une réelle entrave à l implantation d installations pilot ou le déploiement à plus grande échelle de petites éoliennes urbaines. Dans le cadre de l activité 5 du projet WINEUR «Identification de projets potentiels», les premières études du potentiel éolien en milieu urbain ont été conduites. Les orientations ou conclusions obtenues suite à cette activité sont liées aux études de faisabilité réalisées pour les villes de Grenoble, Lyon et Lille. Ce rapport présente la méthodologie adoptée pour évaluer le potentiel éolien. Enfin, les conclusions importantes à retenir seront mises en évidence. Page 3 de 7

4 2. METHODOLOGIE D ETUDE DU POTENTIEL EOLIEN CONDUITE EN FRANCE La méthodologie pour l étude du potentiel éolien en milieu urbain a dû être sensiblement différente dans les 3 pays partenaires du projet WINEUR. En effet, le Royaume-Uni dispose d une base de données nationale de la ressource éolienne précieuse, NOABL Celle-ci permet d obtenir une évaluation de cette ressource satisfaisante même en l absence de période de mesures sur site. Cette base de données permet d obtenir une vitesse moyenne du vent pour chaque kilomètre carré au Royaume-Uni. Etant donné que la base de données ne prend pas en compte la topographie locale, les vitesses réelles de vent peuvent donc varier et une erreur de ± 3 m/s est possible. Il semblerait que les vitesses sont la plus part du temps surestimés par la base de données NOABL. A l inverse, la France n est pas autant avancé dans ce domaine. Il existe bien quelques atlas éolien locaux ( 1&cid=96&m=3&catid=15129) mais aucune évaluation du potentiel éolien a pu être réalisable à partir de ceux-ci. La méthodologie adoptée en France a donc été de procéder à de la mesure sur site. Il semble évident que les conditions de vent dans un environnement urbain sont particulières : fréquentes variations de vitesse et de direction du vent. Considérant ces contraintes, les mesures de vent entreprises en France ont été faites selon la méthode suivante. Tout d abord, plusieurs instruments de mesure du vent (anémomètre NRG 40, girouette NRG 200P, logger NRG 9200) ont été installés sur le toit du bâtiment. L incertitude réside ici dans le choix du bon emplacement du matériel de mesure. En effet, il n existait aucune recommandations à ce sujet puisqu il s agissait d une première. Suite à ces études du potentiel éolien à Grenoble, Lyon et Lille, quelques conclusions peuvent être tirées notamment par rapport à la bonne localisation du mât de mesure et donc de l éolienne par la suite. La méthode de mesure du vent retenue a été la même que celle conçue pour le grand éolien : un anémomètre mesure la vitesse du vent pendant qu une girouette permet d obtenir la direction du vent. L ensemble des données est enregistrées sur des puces d une capacité de 100 jours. Afin d obtenir un maximum de précision, les mesures doivent être faites pendant une certaine période, le plus longtemps possible. Dans le cas du grand éolien, les mesures sont généralement effectuées pendant un an à une certaine hauteur de mât. Cependant, dans le cadre du projet WINEUR, il n a pas été possible de faire des mesures pendant un an. La position du mât de mesure s est avéré être un point délicat de l étude. Il faut retenir que cela a été fait de manière empirique et que la précision obtenue n est peut-être pas la plus satisfaisante. Les données collectées ont ensuite été analysées par un spécialiste du traitement des données du secteur éolien afin d obtenir un ordre de grandeur de l énergie produite sur le site. Page 4 de 7

5 Un contrôle régulier du matériel de mesure a été nécessaire pour s assurer du fonctionnement de celui-ci. Des opérations de maintenance, comme le remplacement des puces, ont été nécessaires. Les données obtenues sont alors comparées aux données collectées par le service de météorologie de Météo France durant une période de 10 ans. Ces informations ont permis alors d identifier la technologie s adaptant exactement aux particularités de chaque site. Faute de connaissances plus précises sur l évaluation d un potentiel éolien en milieu urbain, cette méthode théorique a été adoptée pour les trois sites français de Lille, Lyon et Grenoble. 3. LECONS TIREES ET CONCLUSION Jusqu à présent, il semble plutôt difficile d évaluer précisément le potentiel éolien autour d un bâtiment. En milieu urbain, la vitesse et la direction du vent sont imprécises là où les immeubles adjacents génèrent ainsi des zones de turbulence. Cela s est démontré lors des campagnes de mesure empiriques effectuées en France et des résultats de simulation. Les principales conclusions obtenues à l étude du potentiel éolien en France sont : En milieu urbain avec une forte rugosité, une éolienne à axe horizontal placé au centre du toit d un bâtiment doit être placé à une hauteur supérieur à 35 % /50 % de la hauteur du bâtiment pour éviter les phénomènes de turbulence ; Plus le mât est haute et plus l énergie du vent captée est importante ; Sur le bord de toit, une éolienne doit être placée à une hauteur assez suffisante pour éviter l effet de turbulence se produisant juste en sortie de toit ; A l inverse, les éoliennes à axe vertical captent la turbulence. Des études menées par l université de Delph montrent que certaines de ces éoliennes, positionnées de manière judicieuse, peuvent récupérer un maximum d énergie contenue dans la turbulence. Les études du potentiel éolien en France ont donc été menées en essayant de prendre en considération au maximum les principes de la turbulence illustrés par la Figure 1 (simulation obtenue par l université de Delph). Page 5 de 7

6 Ressource du vent apparemment faible Zone d importantes turbulences Figure 1 : Les principes de la turbulence autour d un bâtiment Le vent soufflant autour d un bâtiment est détourné aux abords du toit d un bâtiment. Afin de récupérer de la manière la plus optimale l énergie contenue dans le vent, un certain angle doit être retenu entre le bord du bâtiment et l angle de flèche de l éolienne. Cela doit être également calculé pour chaque site. Ces phénomènes particuliers de turbulence et de positionnement ont été étudié par une entreprise hollandaise, DHV, qui a fait une présentation de ces résultats lors du voyage d études du projet WINEUR aux Pays-Bas. Ils sont entre autre réalisés des simulations sur le comportement du vent en milieu urbain afin d obtenir des résultats plus précis pour la sélection d un site. Les conclusions présentées par DHV étaient alors : Le toit sélectionné doit être bien plus haut que celui des bâtiments environnant (environ 50 %) ; Il doit être bien pris en compte l influence significative du site mis en évidence par une rose des vents locale et également l orientation du bâtiment ; L énergie produite peut facilement varier d un facteur 2 à 5 donc le site doit être scrupuleusement sélectionné comme sur la Figure 2; Figure 2 : Turbulence et sélection de site Page 6 de 7

7 4. CONCLUSION En conclusion, les éoliennes fonctionnement de manière plus effectives dans des vents relativement forts et surtout réguliers sans turbulence. Cela s obtient selon les études menées jusqu à présent dans les milieux urbains en plaçant l éolienne loin de tous obstacles à une hauteur suffisant importante. La vitesse de vent augmente de manière significative avec la hauteur par rapport au sol. Une vitesse moyenne de 5 m/s est généralement nécessaire pour qu un projet soit jugé économiquement rentable. Il faut en effet retenir que la puissance récupérée dans le vent est proportionnel au cube de la vitesse, soit en d autres termes une augmentation de 20 % de la vitesse du vent se résume en une augmentation de 70 % de la puissance instantanée. Page 7 de 7