Éolien terrestre et offshore

Améliorer les performances de l’éolien et son intégration dans l’environnement.

Éolien terrestre et offshore
Vision de la transition

Déployer l’éolien pour décarboner la production d’électricité

L’éolien occupe une place croissante dans la production d’électricité renouvelable, à terre comme en mer. Son développement passe par des parcs plus nombreux et des éoliennes de plus grande puissance, avec un enjeu de performance et de maîtrise des coûts. En mer, l’éolien flottant permet d’envisager des implantations au-delà des zones accessibles aux fondations fixes, mais soumet les équipements à des conditions de vent, de vagues et de courants qui doivent être prises en compte dès leur conception.

En quelques chiffres :

Améliorer les performances et maîtriser les conditions de déploiement

À l’échelle d’un parc, les éoliennes interagissent entre elles et avec leur environnement. Les sillages réduisent la vitesse du vent disponible pour les turbines situées en aval et augmentent les sollicitations qu’elles subissent. En mer s’ajoutent les contraintes liées aux vagues, aux courants et, pour l’éolien flottant, aux mouvements des structures. 


Le développement de grands parcs offshore demande également de mieux comprendre leurs interactions avec la météorologie, l’acoustique, la biodiversité et les autres usages de la mer. 

Défis

  • mieux caractériser la ressource en vent et les effets de sillage 
  • optimiser la conception des éoliennes et des parcs, notamment offshore et flottants 
  • améliorer la production et limiter les sollicitations sur les équipements 
  • anticiper les besoins d’exploitation et de maintenance 
  • mieux comprendre les interactions des parcs avec leur environnement
     

IFPEN développe des méthodes et des outils pour concevoir les éoliennes et les parcs, prévoir leur comportement et améliorer leurs performances tout au long de leur exploitation. Ses travaux portent également sur les interactions des parcs avec leur environnement.


L’éolien à IFPEN : quand le vent fait tourner la tête des chercheurs

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Trois hommes souriants en mer, devant une éolienne flottante
Solutions & innovations

Concevoir et exploiter des systèmes éoliens plus performants

IFPEN développe des solutions de modélisation, de simulation et de contrôle pour améliorer les performances des systèmes éoliens, de leur conception à leur exploitation. Une partie de ces travaux est valorisée par GreenWITS, filiale d’IFPEN spécialisée dans les solutions et services numériques pour l’éolien.

Un bref rappel pour comprendre l’intervention d’IFPEN

Un parc éolien ne se résume pas aux turbines : ses performances se jouent de sa conception à son exploitation, en tenant compte des conditions de vent, des interactions entre éoliennes et, en mer, des conditions marines.

Concevoir les éoliennes et les parcs

Caractériser le vent et optimiser l'implantation

Objectif : mieux connaître la ressource en vent et les interactions entre éoliennes pour optimiser l’implantation et la production du parc.

Solutions développées

  • analyse du vent par Lidar et reconstruction 3D : WiSE™-WindField

  • optimisation du positionnement des éoliennes et modélisation des sillages : FarmShadow™

  • simulation détaillées des effets de sillage Meso-NH et waLBerla
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Simulation colorée de l'intensité de turbulence dans les sillages d'un parc éolien

Bénéfices

  • meilleure estimation de la production du parc 
  • réduction des pertes liées aux sillages 
  • optimisation de l’implantation des éoliennes

Concevoir des systèmes offshore fiables et optimisés

Objectif : dimensionner les éoliennes offshore fixes et flottantes en tenant compte des conditions marines et des efforts mécaniques.

Solutions développées

  • simulation couplée du comportement des éoliennes offshore fixes et flottantes : DeepLinesWind™
  • modélisation des interactions entre vent, vagues, structures et système de contrôle (modèles multiphysiques) 
  • conception des fondations, câbles électriques et systèmes d’amarrage (outils d’ingénierie offshore) 
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Parc d'éoliennes offshore en pleine mer

Bénéfices

  • dimensionnement des structures selon les conditions d’exploitation 
  • évaluation des efforts et de la fatigue des composants 
  • conception intégrée des systèmes flottants

Piloter les turbines et les parcs

Piloter les turbines et les parcs en temps réel

Objectif : adapter leur fonctionnement aux conditions de vent pour améliorer la production tout en limitant les effets des sillages et les efforts sur les équipements.

Solutions développées

  • contrôle assisté par Lidar : WiSE-Control™

  • pilotage coordonné des éoliennes et redirection des sillages : WiSE-Farm™
  • intégration industrielle de la reconstruction du champ de vent : WindBox – Vaisala
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Instrument de mesure du vent installé sur la nacelle d'une éolienne

Bénéfices

Améliorer les performances des turbines et des parcs en exploitation

Exploiter et maintenir les parcs

Suivre les performances et anticiper les besoins de maintenance

Objectif : suivre le fonctionnement et l’état des équipements pour détecter les anomalies et anticiper les besoins de maintenance.

Solutions développées

  • suivi numérique de l’état et des performances des éoliennes : WIND AVATAR® 
  • analyse des données d’exploitation pour suivre les performances et l’état des équipements 
  • détection des anomalies pour aider au diagnostic et à la maintenance 

Bénéfices

  • détection plus précoce des anomalies 
  • suivi de l’usure et de la durée de vie des composants 
  • amélioration du suivi de la production et de la maintenance 
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Vue aérienne d'un parc éolien offshore, sillages des éoliennes rendus visibles par le brouillard

Anticiper les conditions en mer pour faciliter les opérations offshore

Objectif : prévoir à court terme les vagues et la houle pour faciliter les opérations en mer.

Solutions développées

  • prévision en temps réel des vagues et de la houle à partir de mesures de la surface de la mer 
  • détection des périodes d’accalmie et alerte en cas de vagues dangereuses 
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Bénéfices

  • meilleure prise de décision pour les opérations en mer 
  • anticipation à court terme des conditions de houle 
Impacts

Des impacts pour la performance et le développement de l’éolien

Climat — accompagner le développement de l’éolien

  • Des parcs mieux conçus et exploités pour accompagner l’augmentation des capacités de production d’électricité renouvelable.
  • Une meilleure connaissance des interactions entre les grands parcs offshore et leur environnement, en étudiant conjointement leurs effets sur la météorologie, l’acoustique, les oiseaux et les chauves-souris (OWWAAW).

Industrie — améliorer la performance et la fiabilité des systèmes éoliens

  • Jusqu’à 20 % de réduction de la masse d’une tour et de sa fondation monopieu sur le cas d’étude HIPERWIND, grâce à une meilleure prise en compte des incertitudes dans le dimensionnement.
  • Plus de 3 % de gain de production obtenu dans les travaux de validation des stratégies de contrôle des parcs éoliens (projet CAP) 
  • Meilleur suivi de l’état, de l’usure et de la durée de vie des équipements grâce aux outils de monitoring et aux jumeaux numériques.

Économie — réduire les coûts de l’électricité éolienne

  • Environ 10 % de réduction du LCOE sur le cas d’étude HIPERWIND d’un parc de 75 éoliennes de 8 MW.
  • Optimisation du dimensionnement des structures offshore pour limiter les surdimensionnements liés aux incertitudes.
  • Amélioration de la production et de l’exploitation des parcs pour agir sur leurs performances économiques.

Filière — accélérer le transfert de la recherche vers l’industrie

  • Des résultats de recherche transférés vers le marché via GreenWITS, avec une offre couvrant la conception des parcs, l'offshore, le monitoring et le pilotage.
  • Des technologies intégrées dans des offres industrielles, notamment avec Vaisala pour le contrôle assisté par Lidar.
  • Plus de 120 acteurs académiques et industriels réunis lors des dernières Journées scientifiques de l’éolien pour partager les avancées de la recherche et les besoins de la filière.
Recherche & expertise

Une recherche multidisciplinaire au service de l’éolien

Les travaux d’IFPEN associent aérodynamique, mécanique, automatique, mathématiques appliquées et calcul scientifique pour mieux comprendre le fonctionnement des éoliennes et des parcs et répondre aux nouveaux défis liés notamment au développement de l’éolien offshore et flottant.

Recherche scientifique & programmes structurants

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logo : PEPR TASE - France 2030 - Programme de recherche - Systèmes énergétiques & énergies renouvelables

PEPR TASE - Technologies avancées des systèmes énergétiques

→ participation d’IFPEN à ce programme de recherche France 2030, dans lequel s’inscrivent notamment ses recherches sur l’éolien et les énergies marines.

Des projets collaboratifs pour lever de nouveaux verrous

IFPEN mène également des projets de recherche avec des partenaires académiques et industriels. Les travaux en cours portent notamment sur :

  • les sillages à grande distance et les interactions entre parcs éoliens 
  • la conception intégrée des parcs éoliens flottants 
  • le contrôle avancé des parcs éoliens 
  • les interactions entre les parcs offshore, l’atmosphère et leur environnement

Découvrir les programmes collaboratifs et projets soutenus par des financements publics

Étudier les interactions des grands parcs avec leur environnement

Le développement de grands parcs offshore fait émerger des questions encore ouvertes sur leurs interactions avec l’atmosphère, la météorologie, l’acoustique et la biodiversité.

Projet OWWAAW

→ étudier conjointement les effets des grands parcs offshore sur la météorologie et le productible, l’acoustique, les oiseaux et les chauves-souris.

  • effets des grands parcs offshore sur la météorologie et le productible 
  • effets acoustiques liés aux parcs éoliens 
  • interactions avec la biodiversité aérienne, notamment les oiseaux et les chauves-souris

L’éolien en mer et son effet sur l’environnement : lancement du projet OWWAAW

Travaux avec Météo-France

→ étudier les interactions entre éoliennes et atmosphère, l’évolution de la ressource en vent avec le changement climatique et les interactions entre parcs voisins.

  • interactions entre la couche limite atmosphérique et les éoliennes en production 
  • effets des sillages et interactions entre parcs éoliens voisins 
  • effets du changement climatique sur la ressource en vent et conséquences pour la production éolienne

Accord-cadre de recherche entre IFPEN et Météo-France

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Compétences scientifiques mobilisées

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Équipe posant sur un stand de salon professionnel


Physique du transfert et du transport Mécanique des fluides Mécanique des solides Systèmes d’automatisation et de contrôle Conception de logiciels    Calcul de haute performance Systèmes d’automatisation et de contrôle  Méthodes numériques et optimisation Calcul de haute performance

Accéder à toutes les compétences
 

Des infrastructures pour simuler et analyser les systèmes éoliens

  • Équipements de mesure et Lidar pour caractériser le vent et les conditions de fonctionnement des éoliennes.
  • Moyens d’essais et d’expérimentation pour étudier les phénomènes physiques et confronter les modèles aux observations.
  • Outils de modélisation et de simulation pour reproduire les interactions entre le vent, les éoliennes et les conditions marines.
  • Supercalculateur Jean Zay (GENCI) pour réaliser des simulations intensives, notamment sur le dimensionnement et la fatigue des éoliennes flottantes.

Accéder aux infrastructures

Formation

Former les compétences de l’éolien

Formation académique

IFP School

Programme IFP School
 
→ Offshore Wind Project Development

Formation par la recherche

Thèses

Encadrement de x travaux de thèse en partenariat avec universités françaises et européennes 
→ Accéder au site des thèses

Formation professionnelle

IFP Training

Contribution à la filière

• formation d’ingénieurs et d’experts en éolien offshore
• diffusion des compétences en modélisation, simulation et exploitation
• accompagnement de la montée en compétences des acteurs industriels

Utilité publique & tiers de confiance

Éclairer les choix sur le développement de l’éolien

Acteur public de recherche, IFPEN contribue à produire et partager des connaissances sur les performances, les coûts et les interactions environnementales de l’éolien. Cette expertise alimente les travaux de recherche et d’innovation et les échanges entre acteurs publics, scientifiques et industriels.

Contribuer aux orientations de recherche sur l’éolien

IFPEN participe à des réseaux nationaux et internationaux pour partager les connaissances et contribuer aux priorités de recherche sur l’éolien.

  • IEA Wind TCP 
    → coordination des stratégies de recherche énergie en France

  • Alliance Ancre 
    → coordination de travaux internationaux sur l’éolien flottant

Faire dialoguer recherche, industrie et acteurs de la filière

IFPEN contribue à mettre en commun les connaissances et les besoins de recherche de la filière éolienne.

France Renouvelables
→ échanges avec les acteurs de la filière et organisation conjointe des Journées scientifiques de l’éolien

Journées scientifiques de l’éolien
→ rencontres entre chercheurs et industriels autour des avancées scientifiques et des besoins de la filière, avec notamment France Energies Marines et le soutien d’acteurs comme le Pôle Mer Méditerranée

Collaborer

Collaborer pour faire progresser et déployer l’éolien

IFPEN travaille avec des partenaires académiques et industriels, de la recherche scientifique à la démonstration et au transfert vers le marché.

Connaissances & outils

Des outils pour concevoir et exploiter les parcs éoliens

IFPEN met à disposition des outils pour les acteurs publics et privés :

FAQ

Foire aux questions

Stéphane Bertholin

Stéphane Bertholin

Responsable du programme "Éolien & énergies marines"

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