L'énergie fournie par le vent et les vagues est considérée comme l'une des sources les plus prometteuses pour atténuer le changement climatique. Cet article explique les différentes analyses réalisées, à l'aide de différents modèles, afin de simuler à la fois les situations passées et les prévisions futures. À cet égard, les ressources éoliennes et houlomotrices ont été analysées, à l'échelle mondiale et régionale, ainsi que la production d'électricité qui leur est associée, en utilisant souvent des dispositifs standard à cet effet. La possibilité de combiner les deux technologies a également été étudiée en recherchant des emplacements optimaux pour l'application de cette combinaison vent-vagues, ainsi qu'en considérant la fatigue mécanique possible que pourrait subir une éolienne couplée à un système flottant. Dans tous les cas, il conclut que, sauf dans des régions très spécifiques (l'Arctique et l'océan Austral ou, plus localement, dans la baie de Guinée ou le sud du Brésil), les ressources éoliennes et houlomotrices, ainsi que la production d'électricité associée, ne seront pas significativement affectées par le changement climatique à long terme , même dans le scénario le plus défavorable analysé. Cette stabilité se traduit par une production d'électricité constante, faisant des centrales d'énergie renouvelable éoliennes et houlomotrices existantes des sources fiables à long terme.
L’énergie marine est l’un des leviers de la transition énergétique à moyen et long terme aux niveaux national, européen et mondial. L’énergie marine présente non seulement une grande régularité et prévisibilité des ressources, mais aussi une polyvalence – pour une mise en œuvre à terre et en mer –, une modularité et une évolutivité pour fournir de l’électricité à une variété de secteurs d’utilisation finale tels que, entre autres, les ports et les usines de dessalement. Ainsi, l’utilisation de l’énergie éolienne et houlomotrice est cruciale pour atténuer le changement climatique. Ces sources d’énergie renouvelables sont propres, durables et n’émettent pas de gaz à effet de serre (GES), ce qui en fait une alternative clé à l’utilisation des combustibles fossiles qui contribuent au changement climatique. En fait, lors du sommet sur le climat COP28, qui s’est tenu à Dubaï en novembre et décembre 2023, un appel spécifique a été lancé pour tripler la capacité mondiale d’énergie renouvelable d’ici 2030.
En outre, l’éolien offshore accélère son développement technologique et industriel. Selon les projections de l’IRENA, pour atteindre les objectifs de l’Accord de Paris – maintenir la hausse des températures mondiales bien en dessous de 2°C au cours de ce siècle et s’efforcer de limiter l’augmentation de la température à 1,5°C par rapport aux niveaux préindustriels – la capacité éolienne offshore totale requise à l’échelle mondiale sera de 228 GW en 2030 et de 1 000 GW en 2050. En outre, selon l’Agence internationale de l’énergie, l’éolien offshore représentera la moitié de la production éolienne européenne d’ici 2040.
Dans cette section, les estimations futures du vent CMIP6 sont traitées pour obtenir les rendements énergétiques finaux générés par les éoliennes et les dispositifs houlomoteurs. À cette fin, une éolienne standard et un convertisseur d'énergie houlomotrice spécifique de type 1 ont été sélectionnés et leur production électrique future a été calculée en utilisant les estimations futures du vent et des vagues comme données d'entrée. Les tendances mondiales décennales ont été estimées pour la période 2015-2100 dans les zones côtières où, selon les développements technologiques actuels, les dispositifs éoliens et houlomoteurs peuvent être déployés dans le monde entier.
Les figures 1 et 2 montrent les résultats correspondant aux tendances décennales de la production d'énergie éolienne et houlomotrice. Ces tracés correspondent aux tendances intermédiaires (moyennes) entre les scénarios limites SSP5-8.5 et SSP1-2.6.
Les résultats fournissent une image presque statique avec seulement quelques zones où l’on peut s’attendre à des changements significatifs, bien que limités, dans la production offshore.
Les résultats indiquent également que malgré les changements importants attendus dans la température de la Terre jusqu'en 2100, cela ne compromet pas la production future d'énergie offshore et que des changements modérés ne sont attendus que dans quelques endroits. Il existe un consensus sur le fait que le changement climatique doit être abordé, entre autres, en augmentant la part des énergies renouvelables et en réduisant l'utilisation des combustibles fossiles. Ces travaux suggèrent que l'augmentation attendue des températures n'entravera pas les efforts visant à réduire les émissions de GES, du moins en ce qui concerne les capacités de production d'énergie renouvelable offshore.
Figure 1. Tendances de la production d'énergie éolienne : scénario SSP1-2.6
Source : les auteurs.
Figure 2. Tendances de la production d'énergie éolienne : scénario SSP5-8.5
Source : les auteurs.
Figure 3. Tendances de la production d'énergie éolienne : scénario intermédiaire (moyenne entre SSP1-2,6 et SSP5-8,5)
Source : les auteurs.
Figure 4. Tendances de la production d'énergie des vagues : scénario SSP1-2.6
Source : les auteurs.
Figure 5. Tendances de la production d'énergie des vagues : scénario SSP5-8.5
Source : les auteurs.
Figure 6. Tendances de la production d’énergie des vagues : scénario intermédiaire (moyenne entre SSP1-2,6 et SSP5-8,5)
Presque toutes les études sur les ressources énergétiques éoliennes actuelles et futures se concentrent sur la densité de puissance éolienne (WPD), calculée en utilisant une densité de l'air constante. Cette dernière, cependant, dépend inversement de la température de l'air et dans une moindre mesure de l'humidité de l'air. L'augmentation des températures futures implique une diminution des densités de l'air et, par conséquent, une diminution de la WPD future. La WPD future, spatialement variable, mais en général, décroissante, a été décrite dans de nombreuses études mondiales et locales basées sur les modèles CMIP5 et CMIP6, en particulier dans les scénarios SSP moyens et élevés. Ces études, cependant, ne prennent pas en compte l'effet de la diminution des densités de l'air, qui peut se produire avec une cohérence spatiale avec des modèles de WPD décroissants, les amplifiant ainsi, ou affecter des zones sans WPD attendue sous l'hypothèse d'une densité constante, induisant un effet de WPD décroissant. L'absence de détermination de la production énergétique annuelle ou saisonnière future (AEP ou SEP), le résultat énergétique attendu des turbines installées, est également une faiblesse des études précédentes. Cela implique l'utilisation des spectres de vitesse du vent future combinés aux courbes de puissance des éoliennes du monde réel. Elle offre ainsi une vision plus complète du problème de production d'énergie éolienne future, permettant de considérer les changements sur l'ensemble des spectres et pas seulement dans les conditions de vent moyen. De plus, une telle stratégie peut grandement bénéficier de l'utilisation de la fréquence temporelle la plus élevée disponible des futures simulations CMIP pour inclure l'effet de la variabilité sub-journalière du vent (en utilisant la résolution temporelle la plus élevée de trois heures dans le référentiel CMIP6) dans la détermination des spectres de vent.
Une étude récemment publiée a estimé les changements de la vitesse du vent, de la densité de l'air, de la puissance du vent et de la production d'énergie (AEP et SEP) futures par rapport aux valeurs de référence de la période historique pour tous les scénarios SSP CMIP6, mais seuls les résultats relatifs aux scénarios intermédiaires, SSP2-4.5 et SSP3-7.0, ont été présentés ici. Les résultats des études précédentes concernant la vitesse du vent et la puissance du vent ont été confirmés, montrant une diminution globale dans de nombreux endroits de l'hémisphère nord, y compris les zones d'industries éoliennes bien développées, et des valeurs croissantes dans les zones polaires. Presque tous les changements montrent en outre des modulations saisonnières. Considérant la relation des changements avec le futur forçage radiatif, le modèle global des changements est déjà clairement identifié dans SSP2-4.5. Ensuite, il est essentiellement amplifié, en ce qui concerne à la fois le taux de changement et l'extension des zones affectées, lors de la réalisation d'une analyse dans le cadre de SSP3-7.0.
Les changements futurs de l'AEP et du SEP coïncident avec les changements du WPD mais incluent des zones supplémentaires de valeurs essentiellement en baisse, en particulier au-dessus des océans. En gros, les changements de l'AEP devraient être de l'ordre de -20 % à +15 % pour SSP2-4,5, et de -25 % à +20 % pour SSP3-7,0, en fonction à la fois de la zone et de la saison.
Il a été conclu que la production d’énergie devrait diminuer ou rester inchangée dans la plupart des endroits, même dans le pire des cas, à quelques exceptions près, comme dans l’Arctique et l’océan Austral, ou plus localement dans la baie de Guinée ou dans le sud du Brésil.
Les conditions de gel pendant plusieurs jours dans les régions froides constituent un défi important pour les éoliennes. La glace s'accumule sur leurs composants mécaniques et instrumentaux, entraînant des pertes substantielles en AEP. À cette fin, la fréquence des températures de congélation (FTF) à 100 m dans les régions froides et aux hautes latitudes (50°N, 75°N) pour la période 1950-2019 a été analysée. L'objectif principal de cette étude a été d'estimer les pertes d'AEP causées par l'accumulation de glace afin d'améliorer la caractérisation des parcs éoliens.
L'étude révèle une diminution moyenne de 72,5 heures FTF par décennie dans les régions froides. La côte sud-est du Groenland connaît notamment la réduction la plus importante (621 heures par décennie). De plus, une zone spécifique de Scandinavie devrait connaître une réduction annuelle remarquable de 60 % des heures FTF. De plus, compte tenu de la classification définie par l'Agence internationale de l'énergie, une augmentation maximale de l'AEP de plus de 26 % est prévue. Cela signifie que l'augmentation de la température ne compromet pas, mais favorise plutôt considérablement, la production d'énergie éolienne dans les régions froides.
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