Des eaux agitées pour l’éolien offshore

Cette histoire a été initialement publiée par Hakai Magazine et apparaît ici dans le cadre de la collaboration Climate Desk.

Une fois terminé, Hywind Tampen, en Norvège, sera le plus grand parc éolien offshore flottant au monde. Comparé à la plupart des parcs éoliens – même à d’autres parcs éoliens offshore – le Hywind Tampen est inhabituel : l’exploitation de 88 mégawatts est située plus loin en mer que presque tous les autres parcs éoliens à ce jour. Flottant à 140 kilomètres au large des côtes, les turbines reposeront dans des eaux entre 260 et 300 mètres de profondeur.

La grande majorité des parcs éoliens offshore sont situés dans des eaux peu profondes près de la côte. Mais de nouvelles avancées dans les turbines à fondation fixe et flottantes donnent aux développeurs des outils pour construire dans des eaux encore plus profondes loin sur le plateau continental, la partie de l’océan entre la côte et la rupture du plateau, un point de chute abrupt après lequel se trouve le océan profond et ouvert. Ces développements ont un énorme potentiel : jusqu’à 80 % de l’énergie éolienne offshore future proviendra probablement d’installations plus éloignées de la côte.

L’aventure en eau plus profonde, cependant, suscite des inquiétudes chez certains scientifiques quant aux conséquences involontaires de l’installation de parcs éoliens dans les eaux du plateau continental. Ben Lincoln, océanographe physique à l’Université de Bangor au Pays de Galles, et ses collègues décrivent dans un nouvel article comment l’énergie éolienne offshore dans ces eaux pourrait potentiellement perturber des processus naturels vitaux. La principale préoccupation, dit Lincoln, est la turbulence.

Par rapport aux eaux côtières proches du rivage, qui sont très énergétiques et bien mélangées, les étendues plus profondes sur le plateau continental sont plutôt calmes. À certains endroits, l’eau sur le plateau continental devient stratifiée de façon saisonnière, ce qui signifie que l’eau se dépose en couches distinctes en fonction de sa température et de sa salinité. Au printemps, souvent en mai et en avril, l’ensoleillement accru fait monter l’eau plus chaude et moins salée et faire couler l’eau plus froide et plus salée. Entre elles, se développe une sorte de couche tampon appelée thermocline saisonnière.

La stratification de l’eau est un processus physique essentiel. Sans elle, le cycle de la vie tel que nous le connaissons ne se produirait pas. La stratification du plateau continental entraîne le transport du plancton et des nutriments du fond marin vers les couches d’eau supérieures, déclenchant la floraison printanière du phytoplancton – un festin annuel sur lequel comptent une myriade de créatures marines. Bien qu’elles représentent moins de 10 % de la superficie totale de l’océan, ces mers du plateau continental représentent entre 10 et 30 % de la production primaire de l’océan. Depuis 2009, plus de 90 % des poissons pêchés dans le monde proviennent de ces régions et des eaux côtières moins profondes.

La stratification saisonnière aide également à déterminer la vitesse à laquelle le phytoplancton peut mâcher les nutriments dans l’eau. Pendant que la colonne d’eau se stratifie, l’eau transporte le plancton et les nutriments du fond marin vers la couche supérieure et la thermocline saisonnière. Exposé à la lumière directe du soleil, le plancton de la couche supérieure chaude fleurira et brûlera les nutriments de la couche. Pendant ce temps, le plancton de la thermocline recevra moins de lumière du soleil, ce qui signifie qu’il n’épuisera pas les nutriments de la couche aussi rapidement et sera une source stable de phytoplancton tout au long des mois d’été.

Cependant, selon les recherches de Lincoln, mettre des structures dans cette eau stratifiée selon les saisons complique les choses.

Les recherches de Lincoln et de ses collègues montrent comment l’eau qui coule devant l’élément immergé d’une éolienne, comme les câbles qui la maintiennent fixée au fond marin, crée des turbulences qui poussent l’eau de haut en bas et mélangent les couches.

Selon Lincoln, si la turbulence supplémentaire fait remonter trop de nutriments du bas vers les couches supérieures, le phytoplancton pourrait épuiser les nutriments trop rapidement. Un mélange plus important pourrait également perturber le processus de stratification, entraînant la prolifération saisonnière d’algues plus tard dans l’année. Ces efflorescences sont une nourriture essentielle pour le zooplancton, qui, à son tour, soutient des espèces plus grandes. Les oiseaux, les poissons et d’autres formes de vie marine ont évolué de sorte que leurs propres cycles de vie s’alignent sur ces proliférations saisonnières de phytoplancton. Cela signifie que l’augmentation de la turbulence pourrait avoir des effets qui se répercutent sur le réseau trophique.

La prise de conscience que la turbulence créée par les éoliennes en eau profonde pourrait perturber la prolifération printanière du phytoplancton a poussé les chercheurs à avertir l’industrie en plein essor de procéder avec prudence. #FloatingTurbines #WindTurbines #OffshoreWindFarms

Jusqu’à présent, cette préoccupation est unique aux turbines sur le plateau continental, dit Lincoln. « Fondamentalement, personne ne s’est trop inquiété de l’impact des parcs éoliens en eau peu profonde qui représentent 99 % des parcs éoliens dans le monde, car ils se trouvent déjà dans des endroits aussi énergiques, la turbulence supplémentaire a vraiment un impact limité.

Alors que l’article de Lincoln montre que la présence d’éoliennes augmente la turbulence, les chercheurs ne peuvent pas dire de combien précisément. Selon les chiffres, ces turbulences pourraient causer des problèmes. Ou, potentiellement, des avantages.

Si ce mélange accru agite juste assez riche en nutriments du fond marin, cela pourrait rendre l’eau plus productive de manière durable. Faire cela intentionnellement a même été proposé en 1986 dans l’expérience dite de mélange induit. Le changement climatique provoquant la stratification – et, par conséquent, la prolifération printanière de phytoplancton – se produit plus tôt chaque année, la turbulence accrue causée par les structures debout dans ces régions pourrait même contrecarrer cet effet, dit Lincoln.

Des recherches antérieures de Jeff Carpenter, physicien des fluides au Centre Helmholtz pour la recherche environnementale en Allemagne, donnent un aperçu de l’ampleur de l’effet. Carpenter et ses collègues se sont rendus au parc éolien offshore DanTysk, situé sur le plateau continental au large de l’Allemagne. L’équipe a déterminé les niveaux ambiants de turbulence dans l’océan et la turbulence dans le sillage de la turbine, calculant que la présence de la turbine augmentait le mélange des eaux – la vitesse à laquelle la stratification près de la turbine était détruite – de 7 à 10 %.

Cette augmentation pourrait être suffisante pour provoquer certains des phénomènes décrits dans l’article de Lincoln, dit Carpenter. Cependant, ces chiffres concernent une turbine à base fixe. « Vous obtiendrez des effets différents selon la structure de la fondation », explique Carpenter.

À l’heure actuelle, il y a très peu d’éoliennes offshore sur les plateaux continentaux. Cependant, le nombre devrait exploser dans les années à venir. Comme l’écrivent Lincoln et ses collègues, la capacité éolienne offshore devrait augmenter de 600 % au cours de la prochaine décennie.

Selon Jackie Harrop, responsable marketing de HR Wallingford, une organisation de recherche à but non lucratif basée au Royaume-Uni, l’océan n’a jusqu’à présent connu que des opérations éoliennes flottantes à petite échelle. Pourtant, de nombreux pays cherchent à entrer ou à se développer dans ce domaine. L’Écosse, par exemple, prévoit d’ajouter 11 parcs éoliens flottants, d’une capacité cumulée de 15 gigawatts, à son mix énergétique – bien que Harrop note que l’organisation ne sait pas si toutes les turbines flottantes se trouvent sur le plateau continental. Le groupe estime qu’il y a 50 gigawatts de capacité prévus ailleurs dans le monde et que plus de 40 variétés différentes de fondations flottantes sont testées.

« L’énergie éolienne flottante est en passe de devenir un élément essentiel du mix d’énergies renouvelables, car l’énergie supplémentaire générée par l’installation de turbines dans des mers plus profondes sera essentielle pour atteindre les objectifs de réduction de carbone », déclare Harrop par e-mail.

Dans leur article, Lincoln et ses collègues prennent soin de noter que pour lutter contre le changement climatique, la production éolienne offshore doit augmenter. Ils disent qu’il ne s’agit pas d’arrêter l’expansion du champ, mais plutôt d’examiner plus en profondeur les avantages et les impacts potentiels afin de maximiser les premiers tout en minimisant les seconds. Davantage de travail doit être fait pour comprendre comment les éoliennes offshore affecteront les écosystèmes marins avant que ces développements ne s’accélèrent, a déclaré Lincoln. « Il est important de faire la recherche maintenant afin que les bonnes décisions soient prises. »