Sillage

Effets de sillages sur le parc éolien en Mer du Nord de Horns Rev

A l’arrière d’une éolienne, un sillage tourbillonnaire se développe. Dans ce sillage, la vitesse moyenne du vent est diminuée puisque l’éolienne a capté une partie de l’énergie cinétique du vent naturel et l’intensité de turbulence est augmentée. Le vent partant de l'hélice a une capacité énergétique plus faible que le vent arrivant dans l'hélice. Cette réduction de la vitesse du vent peut entraîner une diminution de la production d'énergie éolienne, car la puissance extraite du vent est proportionnelle au cube de la vitesse du vent. Par conséquent, même de petites réductions de la vitesse du vent due à l'effet de parc peuvent avoir un impact significatif sur la production d'énergie éolienne.
Le sillage d’une éolienne a donc un double effet sur l’environnement immédiat :

• une diminution de la vitesse du vent derrière l’éolienne entraînant notamment une baisse de production des éoliennes environnantes
• une augmentation des charges de fatigue (et donc une diminution de la durée de vie) liée à l’augmentation de l’intensité de turbulence

La réduction de la turbulence du vent et l'évacuation de la chaleur hors de la zone environnante peuvent entrainer des changements de température. D’après plusieurs études réalisées sur la base de modèles de simulation, les effets locaux des parcs d’éoliennes pourraient être non-négligeables¹⁾.

L'effet de parc (ou wake effect en anglais) est une conséquence du sillage des éoliennes qui le compose.

A une distance d’environ 200 mètres derrière une éolienne de 80 mètres de diamètre, la vitesse est diminuée d’environ 35% pour des vents inférieurs à 40 km/h, ce qui correspond à de fortes turbulences qui n’induisent cependant aucun effet physique notable sur l’environnement ou sur d’éventuels aéronefs. Cette diminution de vitesse de vent est de l’ordre de 10% à environ 800 mètres d’une éolienne de 80 mètres de diamètre. Le sillage tourbillonnant en arrière de l’éolienne n’augmente que faiblement la turbulence du vent naturel, de quelques %, et n’engendre aucun impact physique. Selon une étude du Laboratory for Wind and Renewable Energy (WIRE) de l'EPFL, les 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.

Pour atténuer l'effet de parc et maximiser la production d'énergie éolienne, les développeurs de parcs éoliens utilisent différentes techniques de conception et de gestion. Cela peut inclure l'optimisation de la disposition des éoliennes, l'utilisation de technologies de contrôle avancées pour réguler la puissance des éoliennes en fonction des conditions de vent changeantes, et l'installation de capteurs météorologiques pour surveiller et prédire le comportement du vent à travers le parc.

Plus la densité des éoliennes dans un parc éolien est élevée, plus l'effet de parc est prononcé en raison de l'interférence accrue entre les éoliennes. Dans le cas d'un parc éolien et suite à cet effet de sillage on cherche donc à espacer les éoliennes autant que possible dans la direction des vents dominants, ce qui impliquera dans un même temps une augmentation du cout du terrain et du raccordement des éoliennes au réseau électrique. La distance entre les éoliennes installées est de 5 à 9 fois le diamètre du rotor dans la direction des vents dominants, et de 3 à 5 fois le diamètre du rotor dans la direction perpendiculaire à celle des vents dominants afin de maximiser la quantité d'énergie pouvant être produite en un endroit donné.

Calculer une perte d'énergie spécifique due à l'effet de parc dans un parc éolien est complexe et dépend de nombreux facteurs, notamment la densité des éoliennes, leur disposition, la configuration du terrain et les conditions météorologiques. Il n'existe pas de chiffre unique ou universel pour la perte d'énergie liée à l'effet de parc, car cela varie d'un parc à l'autre.

Des études et des modèles de simulation peuvent être utilisés pour estimer cette perte d'énergie dans des conditions spécifiques en prenant en compte la réduction de la vitesse du vent à travers le parc éolien et son impact sur la production d'électricité.

Dans certaines conditions météorologiques et avec une certaine disposition des éoliennes, l'effet de parc peut entraîner une réduction de la production d'énergie d'environ 5 à 10 % par rapport à ce qui serait produit dans des conditions idéales sans effet de parc.

Des progrès sont constamment réalisés dans la conception et la gestion des parcs éoliens afin de minimiser cette perte d'énergie. Des technologies de contrôle avancées, telles que le contrôle individuel des éoliennes pour optimiser leur fonctionnement dans des conditions de vent variables, peuvent aider à maximiser la production d'énergie éolienne.

Les éoliennes modifient la dynamique de l'atmosphère localement 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.

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