On s'en doutait, les installations éoliennes fonctionnent plus efficacement lorsqu'il y a du vent. Mais la vitesse du vent et sa direction ne sont pas les seuls facteurs qui influent sur le rendement des parcs éoliens. D'autres facteurs 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 qui caractérisent les journées chaudes et ensoleillées, accroissent la productivité des parcs éoliens, en réduisant la durée de vie des remous en aval des turbines individuelles.
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. Aujourd'hui, les turbines sont espacées 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.
En analysant la production d'électricité d'un parc éolien par conditions de convection, et par conditions stables, ces recherches ont montré des différences significatives de rendement entre éoliennes, selon leur emplacement. « 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 % », précise l'étude.
Selon ces recherches, ce phénomène serait dû au niveau élevé de turbulences 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. A contrario, par temps calme, le remous n'est pas perturbé et peut durer beaucoup plus longtemps, puisque le brassage reste faible. Ces travaux devraient permettre, d'une part, d'optimiser le rendement des parcs éoliens et, d'autre part, de mieux comprendre l'impact des éoliennes sur la dynamique de l'atmosphère et sur le climat local.
Article rédigé par Georges Simmonds
