RAPPORT SUR L`Etude DU POTENTIEL EOLIEN EN MILIEU URBAIN

Contrat N° EIE/04/130/S07.38591
WINEUR
Wind Energy Integration in the Urban Environment
RAPPORT SUR L’Etude DU
POTENTIEL EOLIEN EN MILIEU
URBAIN
FRANCE
septembre 2006
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informations qui y figurent.
Projet WINEUR
Délivrable D5.1 Rapport
« Etude du potentiel éolien en milieu urbain»
Table des Matières
1.
2.
3.
4.
Introduction .................................................................................................................... 3
Methodologie d’étude du potentiel eolien conduite en france ....................................... 4
Lecons tirées et conclusion ............................................................................................ 5
conclusion....................................................................................................................... 7
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« Etude du potentiel éolien en milieu urbain»
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.
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2. METHODOLOGIE D’ETUDE DU
EOLIEN CONDUITE EN FRANCE
POTENTIEL
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 2000. 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 (http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=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.
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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).
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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
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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.
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