Caractériser l'impact et le rendement d'éoliennes nouvelle génération en milieu urbain

Le Cerema pilote le projet de recherche URBEOL (Implantation en milieu URBain d’EOLiennes : impacts environnementaux), afin d'analyser les performances environnementales et le rendement d'éoliennes nouvelle génération installées en milieu urbain. L'expérimentation en conditions réelles est menée avec la Communauté Urbaine d'Arras.

Le Cerema pilote un projet de recherche qui vise à favoriser la diversification de leurs ressources énergétiques par les collectivités, en améliorant la technologie sur les plans de l’impact environnemental, du rendement énergétique et des coûts.

Le projet de recherche URBEOL est mené dans le cadre d'un partenariat qui regroupe le Cerema dans le cadre du label Tremplin Carnot, la société Unéole qui a conçu le type d’éolienne évalué lors de l’étude, le Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM) spécialisé dans la mesure de champs électromagnétiques, le laboratoire d’électronique et d’électronique de puissance de Lille (L2EP) avec son équipe Réseaux et la Communauté Urbaine d’Arras.

Des éoliennes sur les toits en ville

Schéma d'une éolienne de type Savonius - Adobestock

Le besoin en diversification énergétique est croissant, et les politiques publiques fixent des objectifs ambitieux en la matière. Les collectivités jouent un rôle majeur dans la déclinaison des accords internationaux et des objectifs nationaux en termes de production d'énergies renouvelables.

Par ailleurs, on constate qu'en France, le petit éolien classique (< 36 kW), monté sur un mat, a encore du mal à se développer.

Les avantages attendus d’une éolienne en toiture (de type Savonius) sont principalement :

• des nuisances moins importantes qu’une grande éolienne à pales

• des plages de vents utiles plus étendues,

• une bonne intégration à l’environnement urbain.

Pour développer ces technologies, il est nécessaire de rassurer les gestionnaires de parcs immobiliers ainsi que les particuliers susceptibles d’investir dans ces éoliennes et leur voisinage, sur l’innocuité sanitaire, environnementale et sur la rentabilité de ces éoliennes.

En outre, le développement d’éoliennes urbaines représente un enjeu en termes d'espace public, notamment sur la densification urbaine.

C’est dans le cadre d'un appel à projets lancé en 2018 par le Tremplin Carnot du Cerema que le projet Urbeol (Implantation en milieu URBain d’EOLiennes : impacts environnementaux) a vu le jour. L'objectif: analyser les performances environnementales et le rendement d’une éolienne urbaine en toiture de type VAWT (Vertical Axis Wind Turbine, variante Savonius1).

Le projet, lancé en mars 2019 pour une durée d'un an, vise à étudier l'impact des ondes acoustiques, vibratoires et électromagnétiques d’une éolienne en toiture implantée en milieu urbain, ainsi que le rendement d’un tel dispositif au niveau du bâtiment support.

Des enjeux sanitaires et environnementaux

Article sur le projet, paru sur le site web de la Communauté Urbaine d'Arras

Ce projet de recherche vise à répondre à différents enjeux en termes sanitaires et environnementaux liés au développement d'éoliennes en milieu urbain:

• L’acoustique est soumise à la réglementation stricte des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE) pour lesquelles les spectres fréquentiels sont encadrés,
• Les ondes vibratoires d’une éolienne en toiture d’un bâtiment support sont un champ d’étude à explorer, notamment la gêne potentielle aux occupants et l’impact sur les matériels sensibles,
• Les ondes électromagnétiques peuvent perturber la réception des ondes radiophoniques par des phénomènes de réflexion et de diffraction,
• La technologie doit être optimisée pour améliorer efficacité, rendement énergétique et coût. Une analyse du cycle de vie et une approche en coût global sont proposées pour connaître le temps de retour nécessaire à une telle technologie.

En effet, l'installation d'éoliennes sur les bâtiments peut impliquer différentes interactions avec les occupants ou avec certains matériels:

• Risques acoustiques et vibratoires pour les personnes habitant/travaillant dans le bâtiment support,

• Risques vibratoires sur les structures,

• Gêne acoustique au sens environnemental à proximité du bâtiment pour les riverains (propagation jour/nuit),

• Risques vibratoires et électromagnétiques sur les matériels sensibles,

• Ressenti des usagers du bâtiment et des riverains sur les éventuelles perturbations électromagnétiques et sur l’impact visuel de l’éolienne.

Eolienne V2 développée par Uneole, partenaire du projet.

URBEOL vise donc également à caractériser l’impact de ce type d’éoliennes urbaines sur l’environnement électrique, et à montrer l'existence ou non de risques sanitaires et environnementaux liés à l'implantation d'une éolienne urbaine en toiture. 

Des campagnes de mesure vérifieront le respect des normes de connexion et l’impact sur l’alimentation des parcs immobiliers concernés.

De bonnes pratiques pour optimiser le rendement électrique pourront être préconisées, et les risques vis-à-vis des équipements électriques et électroniques environnants et du grand public seront évalués.

Ce projet pluridisciplinaire permettra d'étudier les ondes émises et/ou perturbées par une éolienne urbaine en toiture sur un très large spectre, allant des fréquences sismiques d’un bâtiment (0 à100 Hz) aux Extrêmes Basses Fréquences (50 Hz) et RadioFréquences (3MHz à 30 GHz) des ondes électromagnétiques, en passant par les fréquences audibles par l’homme 20Hz-20kHz.

Cette étude pourra être reprise par le concepteur d’éolienne, afin d’améliorer si besoin son concept et de pouvoir le commercialiser à grande échelle. L’un des objectifs affichés des industriels, est de pouvoir proposer ce type de production d’énergie alternative aux particuliers. La levée des interrogations environnementales pourra être mise en avant par les gestionnaires de parcs immobiliers intéressés par ce type de production d’énergie alternatif et faciliter l’exploration de "spots" remplissant les conditions optimales de rendement en milieu urbain.

Eolienne de 2e génération (type Savonius) développée par Unéole - Cerema

Le projet Urbeol répond aux interrogations du projet Wind Energy Integration in the Urban Environment (WINEUR) avec la participation de l’ADEME et soutenu par l’Intelligent Energy Europe (IEE), sur la partie environnementale. 

Le projet porté par le Cerema (qui met également à disposition les éléments techniques du projet) est réalisé en partenariat avec la société Unéole, développeur de l’éolienne, la Communauté Urbaine d’Arras exploitant d’une éolienne et deux autres instituts que sont :

• Le Cetim, Centre Technique des Industries Mécaniques, qui étudie l’aspect ondes électromagnétiques. Une campagne de mesures de champs électromagnétiques rayonnés relatifs aux ondes Basses Fréquences (EBF/ELF de 5 Hz à 100 kHz) et aux ondes Radioélectriques et Hyper Fréquences (RF/HF de 100 kHz à 6 GHz) doit être réalisée.

• Le L2EP, Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique de Puissance de Lille dépendant de l’Ensam ParisTech. Le L2EP met à disposition des instruments de mesure dédiés aux grandeurs électriques, et mesurera la qualité d’énergie (contenu harmonique, flicker, etc) et la puissance et l’énergie produite. Ces campagnes de mesure seront analysées pour mesurer l’impact sur l’environnement électrique proche. Une corrélation entre le rendement de la machine et les conditions météorologiques en sera déduite.

[1] Le rotor de Savonius est une éolienne à axe vertical, inventée par Sigurd Savonius en 1924.

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Crédit photo : Uneole