Le petit éolien en zone urbaine : vraie alternative ou fausse bonne idée ?

Le secteur de l’éolien s’est relativement bien développé en France. Fin 2016, la capacité de production totale attribuée à l’éolien était de 11800 MW, soit 3,9% de la production électrique du pays (ADEME, 2017). A l’échelle mondiale, cette filière s’est aussi fortement développée (+17% depuis 2010) pour atteindre une production de 3,7% de l’électricité mondial (ADEME, 2017). En France, dès 2000, une politique publique favorable au développement des énergies éoliennes est mise en place (Ministère de la Transition écologique et Solidaire, 2018 & article L. 314-1 Code de l’Energie). Ce soutien à la filière se caractérise par le rachat obligatoire de l’électricité produite à un tarif fixé par l’Etat, mais aussi par de nombreux appels d’offres.

                  Malgré le soutien des pouvoirs publics, le développement de l’éolien fait face à certaines réticences de la part de certaines parties prenantes (riverains, collectivités, associations, communautés locales). En effet, ces installations de grandes tailles tranchent avec leur environnement d’implantation qui est souvent des espaces ruraux. L’aspect visuel d’une éolienne peut déplaire et certaines personnes y voient une altération de la qualité paysagère et patrimoniale locale.  De plus, le bruit produit par la rotation du rotor des éoliennes est souvent pointé du doigt (ZELEM, 2012). En partant du constat que la création de parcs éoliens cristallise une certaine hostilité de la part des populations locales, il paraît légitime de s’interroger sur la pertinence de ce modèle de développement. Plutôt que l’installation de parcs contenant plusieurs grandes éoliennes (souvent plus de 100 mètres de haut pour une puissance d’environ 2 MW) dans le but d’injecter l’électricité produite sur le réseau, pourquoi ne pas favoriser le développement d’une solution éolienne dite « domestique » en autoconsommation ? De plus les projets éoliens sont exclusivement développés au sein de territoires ruraux : les milieux urbanisés ne sont pas ou très peu exploités. Quelles en sont les raisons et peut-on y remédier ?

                  En 2016, 80% de la population française vivait en zone urbaine, c’est-à-dire ville ou village de plus de 1000 habitants (Groupe Banque Mondiale, 2018). Ainsi, si l’on veut favoriser un développement important de l’autoconsommation il sera nécessaire d’implanter des installations productrices d’énergie renouvelable au sein de ces zones urbaines.

                  Du fait des règlementations, de la sécurité et du rejet social que cela pourrait engendrer, il est impossible de construire du grand éolien au sein d’une zone urbaine. La solution est à chercher auprès du petit éolien.

Tableau 1 : Les trois plus petites catégories d’éoliennes (Source : ADEME, 2015)

Micro éolien : moins de 1 kW Petit éolien : entre 1 et 36 kW Moyen éolien : entre 36 et 250 kW

Une des principales contraintes pour le fonctionnement d’une éolienne en ville est les perturbations. En effet, les bâtiments et autres infrastructures sont des obstacles importants qui ont pour conséquence de faire dévier les flux d’air, modifiant ainsi la vitesse, l’orientation et la régularité du vent. Les éoliennes urbaines doivent donc être adaptées à cette spécificité afin de maintenir un taux de performance élevé. Pour cela, les éoliennes à axe vertical seront préférées aux éoliennes à axe horizontal. En effet, une éolienne verticale n’a pas besoin de s’orienter par rapport à la direction du vent (elle peut donc profiter de chaque coup de vent peu importe son orientation), à contrario d’une éolienne horizontale qui n’est pas adaptée aux changements brutaux d’orientation des flux d’air, ce qui lui fait perdre en efficacité. Les éoliennes verticales sont également moins bruyantes que les éoliennes conventionnelles. La problématique du bruit est donc limitée. L’évolution technologique et la prise en compte des contraintes physiques et sociales rencontrées en milieu urbain ont donc conduit au développement de ce type d’éolienne. Les éoliennes à axe horizontal apparaissent donc désormais comme obsolètes dans ce contexte. Ainsi, cet article s’attachera à analyser le secteur du petit éolien urbain à travers les éoliennes à axe vertical.

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Figure 1 : Schéma d’une éolienne à axe verticale et d’une éolienne à axe horizontal (Source : ADEME, 2015)

Pour couvrir l’ensemble de la production électrique française, il faudrait installer environ 60 millions d’éoliennes d’une puissance nominale de 5 kW. En partant de ce constat qui semble inatteignable et si la production d’énergie renouvelable était accélérée avec le déploiement des éoliennes urbaines, il apparaît malgré tout que le petit éolien et en particulier les éoliennes urbaines ne semblent pas être une solution adéquate pour couvrir l’ensemble des besoins en électricité en France. Cette technologie d’appoint peut en revanche s’inscrire dans l’évolution du mix énergétique français.

                  Le prix d’achat de ces installations est assez élevé et très variable selon les modèles et les puissances nominales mises en jeu. Il faudra compter entre 5000 € et plus de 50000 € pour les produits les plus chers développant une puissance comprise entre 1 kW et 36 kW. Actuellement, le retour sur investissement (ROI) est, la plupart du temps, inatteignable. Cet élément est un des principaux facteurs limitant au développement du petit éolien.

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Figure 2 : Schéma de présentation du prototype Aircrafted (Source : Brevet Aircrafted, 2016)

  • Des solutions innovantes sont actuellement développées par différentes PME. Parmi celles-ci, la société Aircrafted développe une éolienne hélicoïdale inspirée de la forme d’une turbine. L’objectif de ce concept est de proposer au grand public un modèle d’éolienne pour particuliers, facilement transportable, légère, silencieuse, adaptable, esthétique et efficace. Encore au stade du prototype, ce modèle innovant pourra facilement être installé sur un toit ou n’importe où en hauteur dans un jardin ou sur une terrasse. Cette éolienne très simple pourrait démocratiser le secteur du petit éolien dans les années à venir de par son design et sa simplicité d’installation.

 

  • L’éolienne Unéole a la particularité d’être en partie fabriqué avec des matériaux biosourcés. Les pales de l’engin sont réalisées à partir de fibres de lin. De plus, l’aluminium utilisé pour la structure de l’éolienne est issu d’une filière de recyclage. Cette éolienne à la particularité d’être adaptée au milieu urbain. Conçu selon le modèle d’une éolienne à axe verticale, elle est parfaitement adaptée aux vents tourbillonnant entre les bâtiments. La production d’électricité est effective lorsque la vitesse du vent est égale à 3 m/s, soit 10,8 km/h. Son design spécifique permet à l’éolienne d’être silencieuse lorsqu’elle est en mouvement. Cet aspect est appréciable, surtout lorsque le produit est voué à fonctionner à proximité de la population où les nuisances sonores doivent être évitées, comme c’est le cas ici. Le prix unitaire de l’engin serait compris entre 3000 et 5000 €. L’éolienne est actuellement en phase d’industrialisation. L’objectif est maintenant de faire baisser le coût de reviens du produit.

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Figure 3 : Visuel de l’éolienne Unéole (Source : Unéole, 2015)

Deux modèles d’éolienne sont possibles :

  • 3 x 2 mètres, Puissance nominale : 2 kW
  • 2 x 1,7 mètres, Puissance nominale : 1 kW

         La pose d’une éolienne en zone urbaine s’adresse en majorité aux particuliers et aux bailleurs sociaux. Le prix du MWh facturé aux consommateurs est compris entre 130€ et 150€. Le crédit d’impôt de 30% accordé pour l’achat et l’installation d’une éolienne doit être pris en compte dans le budget total du projet.

Des initiatives européennes


                  Le projet européen WINEUR (Wind Energy Integration in the Urban Environment – Intégration de l’Energie Eolienne dans l’Environnement Urbain) s’est déroulé de janvier 2005 à février 2007. L’objectif principal de l’étude était « d’identifier les conditions nécessaires à l’intégration des petites éoliennes dans l’environnement urbain et de promouvoir l’émergence de cette technologie comme une véritable option pour l’approvisionnement en électricité dans les villes européennes » (Rapport WINEUR, 2007). Un réseau international de travail regroupant différentes villes porteuses de projets a également été créé. Trois pays différents ont été mobilisés (France, Grande-Bretagne et Pays-Bas) afin d’établir un bilan du déploiement potentiel des petites éoliennes au sein des zones urbaines européennes. Le rapport final WINEUR affirme que l’intérêt pour ces installations est croissant : plusieurs propriétaires réfléchissent à mettre en place une éolienne urbaine. Il préconise également de prendre des engagements sous formes d’incitations financières afin de pérenniser l’engouement observé autour des éoliennes urbaines. Néanmoins, le rapport WINEUR pointe du doigt un des principaux points faibles de ce secteur d’activité : le manque de normes et de certifications[1]. En effet, cela pourrait être un frein pour le déploiement de ces éoliennes du fait du risque de mal façon, ce qui donnerait une mauvaise image pour l’éolien urbain.

[1] L’article R 421-2 c du Code de l’Urbanisme (Droit Français) a été depuis modifié. Il stipule que les éoliennes de moins de 12 mètres de hauts n’ont pas besoin de faire l’objet d’un permis de construire. Permis de construire et déclaration à l’ICPE si l’éolienne est supérieure à 12 mètre de haut.

Avis de l’ADEME et divergences de point de vue


                  Une différence de point de vue entre les rapports WINEUR de la commission européenne (2005/2007) et le rapport de l’ADEME (2015) est clairement perceptible. Dans son avis technique de 2015 sur le petit éolien (qui traite à la fois des éoliennes à axe horizontal comme celles à axe verticale), l’ADEME développe une position très tranchée. Ainsi, elle explique que le « petit éolien ne se justifie pas en milieu urbain » et qu’il « n’est pas pertinent de financer l’installation d’éoliennes dont la puissance nominale est inférieure à 2 kW ou 3 kW ». Aux yeux de l’ADEME, le petit éolien ne trouve grâce uniquement dans un contexte correspondant à « un site isolé situé en zone rurale ».

                  A l’inverse, le rapport WINEUR montre une vision favorable au déploiement des petites éoliennes en zone urbaine, insistant sur l’enthousiasme suscité par cette technologie et le potentiel de développement qui lui est propre.

                  L’avis technique de l’ADEME se montre clairement plus réservé quant à la pertinence et à l’avenir de ce secteur. Elle recommande d’orienter les financements vers des solutions à l’investissement de départ moins important et au rendement énergétique plus performant comme les panneaux photovoltaïques. En dix ans, le point de vue des parties prenantes semble donc avoir évolué en défaveur du petit éolien urbain.

                  L’avis de l’ADEME aurait pu évoluer entre 2015 et aujourd’hui. Cependant, l’organisme, contacté le 31/01/2018, indique que son point de vue reste inchangé. L’ADEME rappelle le même argumentaire déjà utilisé en 2015 à savoir que, de manière générale, le petit éolien est moins performant que d’autres technologies comme le photovoltaïque par exemple et que le milieu urbain est particulièrement défavorable pour le secteur éolien. De même, il existe un seul cas où l’ADEME trouve pertinent l’implantation du petit éolien : c’est en autoconsommation pour une exploitation agricole en zone rurale. Ainsi, malgré l’ensemble des innovations connues par ce secteur d’activité, l’ADEME ne voit pas dans le petit éolien urbain une solution pertinente pour produire de l’énergie. Aujourd’hui, l’ADEME met en avant la production d’énergie très fluctuante du petit éolien, ce qui n’est pas toujours en adéquation avec la demande de consommation. De plus, les importants investissements initiaux et le rendement modéré des petites éoliennes semblent des éléments insurmontables pour le développement de la filière.

                  A noter que le bureau d’études qui avait collaboré à la réalisation du programme WINEUR n’a pas réagi à ma sollicitation d’entretien.

Tableau 2 : Points positifs et négatifs du petit éolien urbain (Sources : ADEME, 2015 et WINEUR, 2007)

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Des perspectives de développement


                  Le déploiement des petites éoliennes urbaines peut se faire en parallèle de l’évolution des normes thermiques dans le secteur du bâtiment. En effet, avec la mise en place de la réglementation thermique 2020 (RT 2020), les bâtiments construits après cette date devront consommer autant d’énergie qu’ils n’en produisent. Autrement dit, ils devront être passifs, voire même présenter un ratio à énergie positive (produire autant voire plus d’énergie par rapport aux besoins du bâtiment). L’implantation d’une éolienne urbaine, pourrait être une des solutions retenues pour la production d’énergie. Prévues dès la conception des projets, ces éoliennes peuvent parfaitement s’adapter à l’esthétisme du bâtiment. C’est là toute l’ambition du secteur du petit éolien français, qui se doit de profiter de cet important marché potentiel. Le développement de solutions innovantes, comme décrites ci-dessus, semble aller dans ce sens. Il faudra cependant réussir à tirer son épingle du jeu dans un marché devenu très concurrentiel.

Freins et contraintes


                  Les éoliennes urbaines souffrent d’un déficit d’image due à une mauvaise gestion des implantations de ces dernières par le passé. Comme vu précédemment, la plupart du temps, les éoliennes à axe horizontal étaient plébiscitées, or comme vu précédemment, elles ne sont pas adaptées au milieu urbain. La production d’électricité était donc décevante par rapport au rendement espéré au départ. Plus grave, de nombreuses éoliennes ont été fixées au pignon des bâtiments afin de bénéficier au maximum des vents dominants. Les vibrations induites par le fonctionnement de l’éolienne ont parfois eu pour conséquence de fragiliser la structure du mur la supportant. Aujourd’hui, ces erreurs ne sont plus d’actualité : une étude des vents et la prise en compte des contraintes mécaniques induites par l’éolienne sont obligatoires pour chaque nouveau projet.

                  Avec un avis défavorable de l’ADEME, le secteur du petit éolien urbain semble voué à jouer les seconds rôles malgré les bonnes volontés de développement de certaines PME (Cf. les exemples ci-dessus). Sans aide de l’ADEME (financement de projet, soutient à la filière) le développement de ces solutions d’énergie renouvelable apparaît comme compromis. A l’avenir, le petit éolien devra s’attacher à démontrer les progrès réalisés par le secteur et faire la preuve de l’efficacité énergétique et de la viabilité économique de ces systèmes sous peine de devoir rester un marché de niche dont la principale finalité sera d’être utilisée comme un outil de communication environnementale par les propriétaires de ces installations.

Bilan


                  Le petit éolien urbain représente un marché de niche dans le secteur des énergies renouvelables. Plusieurs innovations, en projet ou déjà fonctionnelles, cherchent à démocratiser et à rendre toujours plus productif les petites éoliennes urbaines. Du fait du contexte énergétique français actuel, qui est favorable au développement de l’autoconsommation et à la hausse de la production d’énergie renouvelable, ce secteur d’activité semble avoir des perspectives de développement intéressantes. Néanmoins, l’investissement initial élevé et le rendement relativement faible de ces installations en ville freinent leur développement, l’ADEME préférant se tourner vers des solutions plus accessibles et plus performantes comme les panneaux photovoltaïques.

Bibliographie


  • ADEME, 2015. Fiche technique le petit éolien, 11 pages.
  • ADEME & Pôle Energie 11, 2012. Petit éolien : Le Guide, 80 pages.
  • Commission Européenne, 2007. Publishable Result-Oriented Report–WINEUR, Wind Energy Integration in the Urban Environment, 53 pages.
  • Commission Européenne, 2007. Petits éolien en milieu urbain, Synthèse Projet WINEUR, pages 14.
  • La Région Languedoc-Roussillon, 2010. Petit éolien : Guide de bonnes pratiques, 8 pages.
  • ADEME, E-CUBE Strategy Consultants, I Care & Consult, et In Numeri. 2017. Etude sur la filière éolienne française : bilan, prospective et stratégie. 204 pages. Cet ouvrage est disponible en ligne http://www.ademe.fr/mediatheque
  • Marie-Christine ZELEM, 2012. Les énergies renouvelables en transition : de leur acceptabilité sociale à leur faisabilité sociotechnique, Université de Toulouse, 8 pages.

 

Webographie


La Banque Mondiale, 2018. https://donnees.banquemondiale.org/indicateur/SP.URB.TOTL.IN.ZS

Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire, 2018. https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/eolien-terrestre

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