Lorsqu’elles sont groupées, les éoliennes situées en première ligne projettent une «ombre» de vent sur celles situées derrière elles, un remous, ce qui réduit leurs performances. Or cet effet se dissipe plus rapidement dans des conditions de convection de l’air, disent des chercheurs de l’EPFL dans une récente publication.
C’est une évidence: les parcs éoliens fonctionnent le plus efficacement lorsqu’il y a du vent. Mais mis à part la vitesse du vent et sa direction, d’autres facteurs plus subtils influencent leur production d’électricité.
A l’aide d’un modèle mathématique, des chercheurs du Laboratory for Wind and Renewable Energy (WIRE) de l’EPFL ont montré l’impact des mouvements verticaux de l’air sur la productivité des parcs éoliens. Ils ont découvert que des turbulences accrues, provoquées par les mouvements de convection typiques qui se produisent lors de journées chaudes et ensoleillées, accroissent la productivité des parcs éoliens, en réduisant la durée de vie des remous en aval des turbines individuelles. Ils ont publié leurs résultats ce mois dans le journal Physics of Fluids.
Les auteurs de l’étude, Mahdi Abkar et Fernando Porté-Agel, ont utilisé un modèle mathématique pour étudier la turbulence générée par une éolienne lorsque ses hélices taillent dans le vent qui l’anime. Comme les turbines sont souvent disposées de manière à former des parcs éoliens denses, il est important de comprendre les remous turbulents générés par celles qui sont situées en amont, et combien de temps il faut pour que ces remous s’étalent. On peut alors prédire la production totale d’électricité de ces parcs éoliens, puisque les turbines situées dans l’ombre de vent de celles situées devant elles sont animées par un fort courant. Aujourd’hui, les turbines sont espacée de l’équivalent de cinq à sept diamètres d’hélice – environ 500 à 700 mètres pour les grandes unités – afin de maximiser la quantité d’énergie pouvant être produite en un endroit donné.
Vers une production optimale sur 24 heures
«Nous voulions comprendre l’effet de la stabilité thermique sur les caractéristiques et la dynamique des remous à l’arrière des éoliennes», dit Mahdi Abkar. En d’autres termes, comment les courants verticaux de la basse atmosphère provoqués par la chaleur influencent l’ombre de vent d’une éolienne. Lors de journées ensoleillées, le sol chaud réchauffe l’air et le fait monter. Cet mouvement vertical est caractéristique d’une atmosphère en convection, et donc instable. Lors d’une nuit typique, au contraire, la surface fraîche du sol refroidit l’air situé au-dessus, ce qui produit une situation stable.
A l’aide de simulations, Mahdi Abkar a étudié la production d’électricité d’un parc éolien par conditions de convection, et par conditions stables. Il a trouvé des différences significatives entre les deux situations. «Dans une situation de convection, les turbines situées en aval avaient une production inférieure d’environ 30% par rapport à celles situées dans les premières lignes. Dans une atmosphère stable, les pertes étaient encore plus importantes, de l’ordre de 60%», dit-il. Ses découvertes sont importantes pour optimiser la production de parcs éoliens sur un cycle de 24 heures, puisque la basse atmosphère passe de son état stable la nuit à une situation de convection typique de jour.
Mais pourquoi les remous se calment-ils beaucoup plus rapidement dans des conditions de convection? Selon le chercheur, cela est principalement dû aux niveaux élevés de turbulence dans le vent, qui ont pour effet d’accroître le brassage de l’air à l’intérieur du parc, ce qui brise le remous à l’aval des turbines. Par contraste, dans une situation calme, le remous n’est pas perturbé et peut durer beaucoup plus longtemps, puisque le brassage reste faible.
L’impact des éoliennes sur la méteo
Décortiquer les données physiques en jeu dans les parcs éoliens ne vise pas seulement à optimiser leur rendement. Les éoliennes modifient la dynamique de l’atmosphère, en absorbant une partie du vent et en accroissant les turbulences, ce qui peut modifier plusieurs autres paramètres, comme l’humidité de l’atmosphère et la température. C’est pourquoi les météorologistes sont intéressés à améliorer la manière dont ils les intègrent dans les modèles météorologiques.
Dans un deuxième article, publié dans le Journal of Renewable and Sustainable Energy, Abkar et Porté-Agel proposent une nouvelle manière de prendre en compte les parcs éoliens dans les modèles atmosphériques à grande échelle, qui intègrent le nombre de turbines du parc, la manière dont elles sont disposées, et la direction du vent.
”Les éoliennes modifient la dynamique de l’atmosphère, en absorbant une partie du vent et en accroissant les turbulences, ce qui peut modifier plusieurs autres paramètres, comme l’humidité de l’atmosphère et la température”. -> reportage vu il y a qqs temps sur la Nouvelle Zélande, où des éoliennes implantées dans des vignobles pas trop loin de la mer, permettent de retarder ou amoindrir l’effet des gelées en fin d’hiver -début de printemps, par l’effet du brassage de l’air. -> donc oui, une influence bénéfique des éoliennes sur certaines morsures du climat ! A+ Salutations Guydegif(91)
-> donc oui, une influence bénéfique des éoliennes sur certaines morsures du climat ! ça sent le parti pris à plein nez…… je ne vois pas comment aujourd’hui on peut déclarer bénéfique un quelconque changement des paramètres bio climatiques. on a bientot un siecle de démonstration flagrante de conséquences désastreuses pour chaque concept. seuls peut etre les barrages de montagne ne modifient pas grand chose, en tout cas avant la rupture. l’eolien y échapperait..??
Vous n’êtes quand même pas sérieux ? C’est quoi ce commentaire à mille lieu de la pensée écologique !!?
J’ai toujours vu les gelées tardives de printemps (celles qui occasionnent des dégats aux cultures) associées à des périodes de ciel bleu et de grand calme, donc à des éoliennes arrêtées. Vous avez vraiment vu des gelées de printemps associées à du vent, ou bien votre commentaire était juste un mensonge destiné à donner un petit coup de main au lobby des ENRs ?
moi je pense que c’est possible. Après tout le vent n’est qu’une transformation mécanique de l’énergie solaire. capter cette énergie à grande échelle doit avoir une influence certaine. Parfois en bien, parfois en mal, cela n’est jamais que subjectif. Je ne suis pas loin de penser que le climat hivernal actuellement doux en Europe est influencé par le nombre toujours croissant d’éoliennes installées. si on reprend par exemple l’histoire du groenland (pays vert) on se rend compte que c’est suite à la déforestation humaine que les vents ont augmenté et cela entrainé la transformation de cette endroit en plaine gelée. Donc pourquoi l’inverse ne serait pas possible avec les éoliennes. je ne pense pas que que l’exemple de guydegif soit particratif, les autres commentaires par contre???
Peut-être qu’ils les forcent à tourner pour éviter qu’elles gellent ? Les éoliènnes n’aiment pas le froid et encore moins la glace 🙂
Il y a évidement une influence des éolienne sur le climat hyper-local. Très difficile par contre de le modéliser à l’avance en l’état actuel de nos connaissances, et surtout avec des outils “simples”. Ceux qui conluent dans un sens ou dans un autre, à distance, sont très prétentieux. On ne peut que constater. Il n’y pas de modélisation simple en matière de climat. Et il y a de nombreux facteurs qui fondent cette complexité. Un des effets aussi de ces facteurs disséminés est donc une réelle auto-régulation. Tous les facteurs varient en même temps dans des directions non ccordonées, dans la plupart des cas. La prévison d’effets précis et mesurables sur des maillages très fins (un parc éolien et ses environs par exemple) est donc impossible aujourd’hui. On se borne à constater. Et on constate le plus souvent un effet regulateur, assez logique si on pense l’éolienne comme un consommateur d’énergie, donc un régulateur à la baisse des déséquilibres. L’éolienne est aussi un “mélangeur”, là aussi un facteur de modération des variations locales. La dynamique locale est inversement proportionnelle à l’énergie prélevée, pour aller vite. Reste à comprendre finement, à parler modèles, prévisions chiffrées, reproductibilité, ce que commence à faire une petite communauté scientifique grâce à des modélisations numériques très puissantes (et imparfaites). PS : à celui ou celle qui dit que les barrages hydro EUX ne changent rien à rien , et surtout pas le climat local, par opposition à d’autres ENRs comme les éoliennes, je l’invite à réfléchir et à se cultiver un peu avant d’écrire… Je n’explique même pas, que chacun fasse déjà un petit bout de chemin.
Il y a belle lurette qu’on utilise déjà des éoliennes de dégel pour brasser l’air dans les parcelles gélives. Pétaradantes et et franchement laides ces éoliennes fonctionnent au fioul. Si il y a un effet similaire possible au pied des éoliennes de production électrique il doit être tout de même très réduit, il n’y a pas de flux d’air dirigé vers le sol dans ce cas mais un effet de sillage horizontal à hauteur du rotor qui se dilue assez rapidement. Quand à dérègler le climat ou à ralentir la vitesse de rotation de la terre, on a déjà eu ce genre d’affirmation l’an dernier un peu plus tard dans le calendrier (vers le 1er avril je crois…)
Mais ce ne sont pas les seules constructions humaines dans ce cas : des immeubles, des rangées d’arbres aussi ont un effet sur les vents locaux.