Ferme éolienne offshore de Kentish Flats, au large des côtes britanniques du Kent (©Vattenfall-Robin Dawe)
Définition
Une éolienne offshore est installée en mer et permet de convertir la force du vent en électricité. Le terme anglais « offshore » signifie littéralement « hors côtes », par opposition aux éoliennes terrestres ou « onshore ». Elles fonctionnent selon le même principe : l'utilisation de l’énergie cinétique du vent pour la transformer en électricité. Leurs fondations peuvent être posées ou ancrées (dans le cas des éoliennes offshore « flottantes »).
Lorsqu’une éolienne produit de l’électricité, on peut également la qualifier d’aérogénérateur. Le vent fait tourner des pales, généralement trois. Celles-ci entraînent un générateur qui transforme l’énergie mécanique créée en énergie électrique, suivant le principe d’une dynamo(1).
Les éoliennes offshore sont rassemblées au sein d'un « parc éolien » ou « ferme éolienne », réunissant la plupart du temps entre 20 et 50 éoliennes de plusieurs mégawatts (MW) de puissance unitaire.
Fonctionnement
Fonctionnant selon le même principe que les modèles terrestres, les éoliennes offshore permettent d'aller capter des vents plus soutenus et plus réguliers (ce qui leur permet d'avoir un meilleur facteur de charge).
Des caractéristiques propres au contexte marin
Les éoliennes offshore se différencient également des éoliennes terrestres par leur conception technique adaptée au milieu marin. Si elles ont le même aspect, leurs conditions de fonctionnement sont différentes. Les fondations marines sont l’aspect le plus notable de leurs particularités puisqu’elles doivent être ancrées ou enfoncées dans le fond marin.
Elles doivent ainsi résister à la corrosion, aux tempêtes et aux efforts créés par les masses d’eau alentour(2).
La nacelle est équipée de deux grues hydrauliques permettant la manutention d’outils et de pièces de rechange en tout point de l’éolienne.
L’évolution des installations éoliennes offshore
Si les premiers prototypes d’éoliennes offshore étaient de simples copies des éoliennes terrestres, les machines se sont peu à peu adaptées à la mer et ont fortement augmenté en taille et en puissance.
Alors que le parc de Thorntonbank, installé en 2008 au large d’Ostende (Belgique) utilisait des turbines de 5 MW, la puissance moyenne des éoliennes offshore commandées l'an dernier dans le monde était de 10 MW selon le GWEC (Global Wind Energy Council)(3), le modèle le plus puissant (du groupe chinois Dongfang) atteignant une capacité de 26 MW. La hauteur de ce dernier (340 m en bout de pales) dépasse celle de la tour Eiffel (près de 320 m).
La rupture technologique de l’éolien flottant farshore
Contrairement aux éoliennes offshore traditionnelles, les fondations des éoliennes flottantes ne sont pas enfoncées dans le fond marin mais ancrées au moyen de câbles. C’est pourquoi leur installation est simplifiée et les besoins en matériaux grandement diminués.
Les premiers projets éoliens offshore ont consisté à installer des éoliennes en eaux peu ou moyennement profondes, de 5 à 40 mètres de profondeur. Au-delà, il apparaissait difficile et coûteux de planter l’éolienne dans le fond marin ou de déposer sa base. S’affranchir de la contrainte de la profondeur d’eau est une piste intéressante, surtout dans les pays comme la France où les profondeurs dépassent rapidement les 40 mètres lorsque l’on s’éloigne de la côte.
En France, 3 éoliennes flottantes de 10 MW de capacité unitaire (ce qui en fait « les plus puissantes jamais installées sur un flotteur ») ont notamment été implantées à plus de 16 km au large de Leucate (Aude) et du Barcarès (Pyrénées-Orientales).
Les éoliennes parfois qualifiées de « farshore », c'est-à-dire très éloignées des côtes, ouvrent des perspectives encore plus intéressantes que l’éolien offshore classique. En effet, le vent du large est plus régulier et plus soutenu, sans compter que le partage de l’espace maritime y est moins problématique que près des côtes.
Des éoliennes plus puissantes, plus éloignées des côtes
En 2022, la puissance moyenne des nouvelles éoliennes installées en Europe a été de 4,1 MW pour les installations terrestres et de 8 MW pour les turbines en mer.
Pour rappel, toutes ces données de capacités installées doivent être rapportées aux facteurs de charge – qui varient sensiblement d’une filière à une autre (mais aussi d’une installation à une autre et d’une période à une autre en fonction des ressources disponibles) – pour connaître in fine la production associée.
Les parcs éoliens offshore continuent également de grossir : la puissance moyenne des nouveaux parcs en construction « a quasiment doublé en une décennie », indiquait WindEurope en 2020 (621 MW en moyenne en 2019 contre 313 MW en 2010).
En mer du Nord, Dogger Bank, le plus grand projet de parc éolien offshore au monde (en cours de construction), est découpé en 3 phases : Dogger Bank A, B et C (1,2 GW de puissance pour chaque étape). Au total, les 277 éoliennes qui composeront ce parc, d'une puissance cumulée de 3,6 GW à sa mise en service, sont censées produire « l'équivalent de la consommation annuelle d'électricité de 6 millions de ménages britanniques ».
Les parcs éoliens offshore sont implantés de plus en plus loin des côtes, avec des profondeurs d’eau croissantes : ceux en construction en 2019 étaient en moyenne situés à 59 km des côtes (contre 35 km en 2018), dans des zones où la profondeur d’eau atteint 33 m. Des installations éoliennes flottantes sont désormais implantées dans des zones aux fonds marins encore bien plus profonds (108 m pour le parc d'Hywind en Écosse).
Avantages et inconvénients
Un nouveau potentiel éolien
La technologie de l’éolien offshore a bénéficié d’une grande partie des avancées technologiques récentes de l’éolien terrestre, une des énergies renouvelables les plus matures.
La mer étant plane, les vents rencontrent moins d’obstacles et sont par conséquent plus soutenus, plus réguliers et moins turbulents que sur terre. À puissance égale, une éolienne offshore peut produire jusqu’à 2 fois plus d’électricité qu’une éolienne terrestre.
La mer offre de grands espaces libres d’obstacles, où l’implantation des machines est plus simple, sous réserve de concertation avec les autres usagers de la mer. En outre, elle pose beaucoup moins de problèmes d'acceptabilité sociale, tant qu'elles sont peu visibles à l'horizon.
C'est pour ces raisons que de nombreux projets sont en cours ou à l'étude, alors que l'exploitation terrestre de l'énergie du vent voit sa croissance faiblir.
En 2024, la filière éolienne offshore a connecté près de 8 gigawatts (GW) de nouvelles capacités en mer, selon le Global Wind Energy Council qui attend un doublement de ce niveau en 2025 et un triplement en 2027(4).
La Chine a conservé sa position de leader pour la septième année consécutive en installant à elle seule plus de 4 GW offshore en 2024. Soit davantage que toute l'Europe, où près de 2,7 GW ont été installés en 2024, après un niveau record de 3,8 GW de nouvelles installations l'année précédente. L'Europe maintient toutefois son avance dans le domaine de l'éolien flottant, une technologie en pleine émergence.
À la fin de 2023, l'Asie et l'Europe comptaient respectivement 41 GW et 34 GW de capacités en service, ces deux régions représentant la majeure partie des capacités mondiales en éolien offshore.
Limites rencontrées pour leur exploitation
Les investissements initiaux dans des projets éoliens offshore sont sensiblement plus élevés à ceux dans des projets à terre, notamment en raison des coûts associés aux fondations et au raccordement de ces éoliennes en mer.
L’installation des éoliennes en mer est plus compliquée que sur terre. Des bateaux adaptés doivent être employés. Le raccordement électrique nécessite l’installation de câbles sous-marins. Pour les grandes distances, il faut recourir à un acheminement en courant continu et associer des convertisseurs électroniques de puissance afin d’atténuer les pertes d’électricité. Ce qui impacte également le coût de production.
L’éolienne est soumise mécaniquement non seulement aux efforts du vent sur les pales et la structure, mais aussi aux efforts créés par les courants. Les pannes et maintenances sont donc plus fréquentes. Enfin, bien que les vents soient plus constants en mer que sur terre, l’énergie éolienne offshore est également intermittente.
Coût et rendement
La densité énergétique d’un parc éolien offshore, c’est-à-dire la puissance installée sur 1 km² de surface de mer, permet d’appréhender la productivité potentielle d’un site. Elle est de l’ordre de 8 MW/km² en moyenne pour 2 à 3 éoliennes installées par kilomètre carré, et peut atteindre 15 à 20 MW/km² dans des sites très ventés.
L’échelle de Beaufort est une échelle cotée de 0 à 12 degrés, proposée par l'amiral Beaufort en 1806 (modifiée en 1946), et utilisée pour mesurer la force du vent (échelle de Douglas).
Une éolienne offshore commence à fonctionner par un vent de 2 Beaufort (environ 10 km/h ou 3 m/s), atteint sa vitesse de croisière à 6 Beaufort (45 km/h ou 12 m/s), et doit être arrêtée à 11 Beaufort (110 km/h, 30 m/s). Le rapport entre le nombre d’heures de fonctionnement en équivalent pleine puissance et le nombre d’heures de fonctionnement théorique dans l’année (8 760 h) est appelé facteur de charge.
Selon WindEurope, les facteurs de charge des parcs éoliens offshore en Europe en 2018 étaient compris entre 29% et 48%. Le facteur de charge moyen attendu au niveau des nouvelles installations éoliennes construites en 2022 en Europe est de 30 à 35% pour les parcs terrestres et de près de 50% pour les parcs en mer.
Dans la plupart des pays où sont implantées des éoliennes offshore, leurs facteurs de charge sont sensiblement supérieurs à ceux des éoliennes installées à terre. (©Connaissance des Énergies, d'après AIE)
L'éolien offshore a connu de fortes réductions de coûts au cours des dernières années, comme en témoigne l'attribution en novembre 2016 du projet danois de Kriegers Flak à Vattenfall à un prix de 49,9 €/MWh(5).
Acteurs majeurs de la filière éolienne en mer
L’exploitation de la ressource éolienne en mer convient particulièrement aux pays à forte densité de population ayant des difficultés à trouver des sites appropriés sur terre et disposant d’un espace maritime côtier conséquent et venté.
L’Europe du Nord est particulièrement bien dotée pour l’exploitation de l’énergie éolienne offshore, avec des vitesses de vent supérieures à 8 m/s à 50 m de hauteur, soit une densité de puissance supérieure à 600 W/m². Afin d’empêcher les collisions, ces parcs sont signalés sur les cartes maritimes et visuellement, par l’emploi de lumières de positionnement.
Selon les acteurs de la filière, la France disposerait du 2e gisement pour le développement de l'éolien en mer en Europe après le Royaume-Uni.
Histoire et dates marquantes
1991 : le premier parc éolien offshore au Danemark est installé sur le site de Vindeby à 2,5 km de la côte en eaux très peu profondes (moins de 5 mètres). Les 11 éoliennes installées d’une puissance unitaire de 450 kW ne sont alors que des éoliennes terrestres légèrement modifiées.
Années 1990 : le Danemark et deux autres pays pionniers du secteur éolien offshore (les Pays-Bas et la Suède) lancent des programmes de valorisation du vent maritime. Ces pays disposent de plateaux continentaux étendus et peu profonds propices à l’installation d’éoliennes offshore.
Milieu des années 2000 : le Royaume-Uni et l’Allemagne se lancent à leur tour dans l’éolien offshore à grande échelle. Avec le parc de Middelgrunden, le Danemark inaugure en 2001 le plus grand parc éolien offshore de l’époque et une nouvelle génération d’éoliennes : 20 éoliennes de 2 MW, distantes de 180 m et disposées en un arc de cercle de 3,4 km de long.
2011 : la France lance un premier appel d'offres sur l'éolien offshore dont les résultats sont annoncés en avril 2012 : 4 sites sont attribués pour une capacité installée prévue de près de 1 930 MW.
2017 : plus de 3,1 GW de nouvelles capacités éoliennes offshore sont installées (et raccordées au réseau) cette année-là selon WindEurope(7), un record (560 nouvelles éoliennes réparties entre 17 parcs). Cela porte à 15 780 MW la puissance éolienne offshore installée en Europe à fin 2017. WindEurope n'a en revanche pas communiqué la production électrique associée cette année-là.
2022 : le premier parc éolien offshore français est mis en service à Saint-Nazaire. Depuis, deux ont suivi : au large de Saint-Brieuc et de Fécamp en 2024. Leur puissance installée est d'environ 1,4 GW, de quoi alimenter près de 2 millions de Français en électricité. D'autres ont déjà été attribués par appels d'offres, dont trois qui sont attendus en 2025 et 2026. En tout, les six parcs installés représenteront une capacité d'un peu moins de 3 GW.
Production d'électricité éolienne en mer en France (en GWh) - source RTE
La France souhaite disposer d'un parc offshore d'une puissance de production de 18 GW en 2035 et 45 GW en 2050.
Installations offshore en 2023
En 2023, près de 10,8 GW de nouvelles capacités éoliennes offshore ont été connectées au réseau électrique dans le monde (soit 24% de plus qu'en 2022), portant les capacités offshore installées à un total de 75,2 GW à fin 2023.
Pour la 6e année consécutive, la Chine était en tête des installations l'an dernier, avec à elle seule 6,3 GW de nouvelles capacités éoliennes offshore en 2023 (soit environ 58% des raccordements mondiaux).
L'Europe, berceau historique de l'éolien offshore, a installé 3,8 GW de nouvelles capacités éoliennes au large de ses côtes en 2023, dont la moitié dans les eaux néerlandaises (1,9 GW).
Avec 360 MW offshore connectés l'an dernier (49 éoliennes des parcs de Fécamp et Saint-Brieuc), la France figure en 4e position des pays ayant installé les plus grandes capacités éoliennes offshore en 2023 après la Chine et les Pays-Bas donc mais aussi le Royaume-Uni (833 MW).
"Exponential growth is expected this decade and beyond." 👏
A reassuringly positive from this great annual report from @GWECGlobalWind. Well worth a read..https://t.co/ZqZHYjjy3ipic.twitter.com/2WROxTUAua— Dave Jones (@CleanPowerDave) June 17, 2024
Part des énergies dans la production mondiale d'électricité en 2024 (en %)
Source : Global Electricity Review 2025, EMBER - Graphique : Selectra
En %
Une « nouvelle vague de croissance de l’énergie éolienne offshore » est à venir, prévoyait le GWEC en juin 2024, soulignant que 2023 avait été la « 2e meilleure année de son histoire » malgré un contexte macroéconomique difficile.
Pour rappel, la filière éolienne dans son ensemble (installations terrestres et offshore confondues) a compté pour 7,8% de la production mondiale d'électricité en 2023 selon le think tank Ember.
Perspectives
Sans surprise, la filière éolienne offshore se félicite de l'inclusion dans le texte final de la COP28 d'un objectif de triplement des capacités renouvelables dans le monde d'ici à 2030.
Avec une croissance moyenne annuelle de 25% jusqu’en 2028 puis de 15% jusqu'au début des années 2030, les nouvelles installations éoliennes offshore dans le monde pourraient « passer le cap des 40 GW annuels en 2029 et des 60 GW d’ici 2032 », selon les prévisions en 2023 du GWEC.
Au total, plus de 410 GW éoliens offshore pourraient être déployés dans le monde sur la période 2024-2033 selon la filière, dont plus des deux tiers entre 2029 et 2033.
Notons que plus de 20 pays se sont engagés à collaborer pour installer 380 GW de capacités éoliennes offshore d'ici 2030 et 2 000 GW d'ici 2050 dans le cadre de la Global Offshore Wind Alliance (GOWA), initiative lancée par le GWEC, l'Irena et le gouvernement danois.
