Article d’Alix Mithouard (IGE 2019)

 

En octobre 2019, un rapport de Wood Mackenzie Power and Renewables a annoncé que plus d’un tiers du parc éolien terrestre existant en 2018 dans l’Union Européenne arrivera en fin de vie en 2028 [1] et cela a déjà commencé : selon l’association WindEurope, une capacité de 421 MW a été démantelée en Europe en 2018, principalement en Allemagne. La France, quant à elle, a seulement enregistré un démantèlement de 13 MW contre une capacité installée de 15.3 GW [2]. Toutefois, dans son rapport sur la fin de vie des éoliennes et leur recyclage publié en mai 2019 [3] , le Conseil Général de l’Environnement et du Développement Durable (CGEDD) anticipe une accélération du démantèlement avec près de 3 GW démantelés d’ici 2022 soient 1600 éoliennes, dans les prochaines années.

Plusieurs problématiques sont soulevées par cette fin de vie des éoliennes : Comment atteindre les objectifs nationaux de production d’énergie renouvelable si les projets existants sont démantelés en fin de vie ? Que faire des éoliennes démontées et de leurs fondations ? Comment assurer la durabilité et la recyclabilité des éoliennes dès leur conception ? L’objectif de cet article est d’apporter des éléments d’analyse des enjeux de la filière éolienne sur la fin de son cycle de vie.

 

Le renouvellement de champs éoliens en fin de vie : une triple optimisation entre rendement, ressource en vent et déchets

Le 27 novembre 2019, Engie Green a démantelé le plus ancien parc éolien de France à Port-la-Nouvelle [4], dans l’Aude. Construit en 1991, le projet de 8,8 MW aura produit de l’électricité pendant près de 26 ans. Engie Green envisage de le remplacer par un champ d’éoliennes de nouvelle génération sans changer le nombre de mâts, augmentant ainsi la capacité de 340%. C’est ce qu’on appelle le renouvellement ou « repowering ».

En France, la réutilisation des sites éoliens pour y implanter des machines plus performantes et plus respectueuses de la biodiversité est une des solutions préconisées par la Programmation Pluriannuelle de l’Energie (PPE) en 2019 pour atteindre l’objectif de multiplier par 3.5 la capacité des énergies renouvelable installées d’ici 2028 [5]. Le repowering permet d’optimiser la ressource de vent disponible sur ces sites de choix et apporte une nouvelle opportunité économique de longue durée pour le propriétaire du projet.

Pour un parc éolien mis en service avant 2016, le régime d’aide tarifaire s’étend sur 15 ans : c’est la durée de vie réglementaire. Son expiration coïncide généralement avec l’amortissement total de l’investissement réalisé. Dès lors, l’opérateur peut réfléchir aux options de repowering malgré une durée de vie technique d’un parc éolien de 20 ans environ.
Les ressources et l’énergie nécessaires à la construction du parc sont aussi à prendre en compte lors de l’évaluation des différentes options d’un parc éolien en fin de vie. D’après l’analyse du cycle de vie d’une éolienne en France, réalisée par Cycleco en 2015 pour le compte de l’Ademe, le « temps de retour énergétique » d’une éolienne terrestre est de 12 mois, son « facteur de récolte est de 19 » pour un projet éolien terrestre d’une durée de vie technique de 20 ans : cela signifie qu’il faut 12 mois de production pour compenser l’énergie déployée dans la fabrication de l’éolienne et celle-ci produit dans sa vie 19 fois l’énergie nécessaire à sa fabrication.
Concernant les ressources, les enjeux de recyclage décrits ci-après sont une raison supplémentaire de prolonger la durée de vie d’un projet jusqu’à sa fin de vie technique.

Par ailleurs, si les conditions économiques rendent le repowering attractif pour des parcs éoliens à la fin de leur durée de vie réglementaire, la Commission de Régulation de l’Energie (CRE) recommande de limiter le renouvellement anticipé en soulignant que « sous la rationalité des dépenses publiques, il est souhaitable que ces parcs produisent jusqu’à leur limite technique » [6].

Par ailleurs, le démantèlement complet avant repowering n’est pas la seule solution pour optimiser la ressource éolienne d’un projet arrivant en fin de vie : en fonction de l’état du projet et des conditions de marché (prix de l’électricité, régime tarifaire, valeur résiduelle des turbines démantelées, valeur des pièces de rechange), l’opérateur peut décider d’investir pour optimiser les machines existantes, ainsi améliorer le rendement et augmenter leur durée de vie technique de plusieurs années : c’est le « revamping » [7].

Un parc éolien fonctionnant après sa période de soutien réglementaire (avec ou sans revamping) pourra difficilement répondre à un nouvel appel d’offres national, qui nécessite une durée de vie longue et certaine, mais pourra signer un contrat de vente d’électricité avec un acteur privé, comme l’ont fait les développeurs Voltalia et RES avec SNCF Energie, une filiale de SNCF voyageur en 2019 et en 2020 [8]. Il pourra ainsi limiter la pression sur les ressources et sur la filière de recyclage.

 

Une filière de recyclage en développement avec des défis techniques à relever

D’après le projet pilote de l’AD3R (Association pour le démantèlement, le recyclage, le reconditionnement et la revente d’éoliennes), la masse des éoliennes est constituée à 90% de béton et d’acier, qui sont valorisées dans des filières existantes de l’industrie française : le béton est recyclé sous forme de granulat et l’acier est refondu pour d’autres usages sidérurgiques.

Le nouvel enjeu cependant, est celui de la fin de vie des matériaux composites en fibre de verre ou de carbone qui représentent 90% de la masse des pâles. Ces matériaux sont composés d’une matrice organique (souvent du plastique thermodurcissable) et d’un renfort minéral. La liaison entre ces deux éléments rend difficile le recyclage de l’un comme de l’autre. En France, les pales d’éoliennes sont soit enfouies soit incinérées, plus ou moins en synergie avec d’autres industries comme les cimenteries, d’après le rapport du CGEDD. Pour une éolienne de 2MW, cela correspond à 50 tonnes de matière composite [9] et environ 1600 éoliennes sont prévues pour démantèlement d’ici 2023 [10] en France.

Le recyclage des matériaux composites n’est cependant pas uniquement le souci du secteur éolien. D’après le rapport de la CGEDD, l’industrie du transport, le BTP et le secteur électrique-électronique sont les industries les plus consommatrice de ces matériaux. Leur recyclage devrait donc être pensé de manière transsectorielle.
Certaines solutions en développement comme la pyrolyse ou la solvolyse permettent d’extraire la fibre de carbone des matériaux plastiques, en exposant le matériau à de fortes températures ou à un solvant, pour la réintégrer dans de nouveaux composites [11]. Ces processus étant énergo-intensifs et coûteux, ils ne sont possibles que grâce à la forte valeur sur le marché de la fibre de carbone. La fibre de verre, 5 à 10 fois moins chère sur le marché [12], sera utilisée, après incinération, dans les colles peintures ou ciment.

La mise en place d’une filière de recyclage pour les pales d’éoliennes est l’un des objectifs de la PPE. Dans son rapport, le CGEDD recommande même la mise en place d’une responsabilité élargie du producteur sur ces composants ; un amendement à cet effet avait été déposé dans le cadre du projet de loi relatif à la lutte contre le gaspillage et à l’économie circulaire mais n’a pas été retenu [13].

Pourtant, le rôle des constructeurs éoliens dans le développement de la filière de recyclage est clé : l’utilisation de matériaux recyclables et la conception d’un design permettant un démantèlement ciblé font autant partie du processus d’économie circulaire que le processus de recyclage en lui-même. Des études ont été financées par l’Europe (projet WALID [14]) pour construire des pales éoliennes recyclables à partir de thermoplastiques qui, contrairement aux plastiques thermodurcissables, peuvent être refondus et réutilisés. L’industriel Arkema a annoncé la fabrication d’une première pâle de ce type en 2017 [15].

La hiérarchie européenne sur la gestion des déchets, la feuille de route sur l’économie circulaire et le code de l’environnement prônent de favoriser le réemploi, et la réutilisation avant de qualifier un matériau comme déchet à recycler ou éliminer. La dernière partie propose des exemples d’application de ces principes.

 

Quelques projets innovants de réemploi et réutilisation pour une réelle intégration dans l’économie circulaire

On parle de réemploi pour une valorisation de l’installation conservant l’usage initial, et de réutilisation lorsque que l’usage est transformé.

Exemples de réemploi

Le marché du réemploi des turbines d’éoliennes (rotor plus pales) est peu développé mais existe bel et bien. Plusieurs acteurs sont spécialisés dans le reconditionnement de ces éléments (RepoweringSolutions, MPGWIND, Boythorp Wind Turbine entre autres). Les turbines sont généralement garanties sur une période de quelques années pour suivre la courbe initiale de performance du constructeur.
En Europe, construire des éoliennes avec des turbines de seconde main peut poser plusieurs problématiques notamment sur le droit de participer aux appels d’offre, la recherche de financement, la contractualisation d’une assurance.

Une solution étudiée est de vendre les turbines reconditionnées pour les remettre en opération dans des pays en développement [16]. Un coût d’investissement et une durée de vie du projet plus faibles, ce qui permet une exposition à un risque politique plus faible pour l’investisseur. Les principales problématiques identifiées sont la compétence de l’opérateur local, la disponibilité des pièces de rechange en cas de problème, et la stabilité des réseaux locaux pour accueillir une capacité de production intermittente.

 

Cependant, l’augmentation de la taille des éoliennes installées depuis 30 ans sera un frein croissant au déploiement de cette solution qui sera coûteuse en énergie pour le transport et difficile à mettre en pratique : les pâles installées il y a 20 ans faisaient déjà 50m (100m de diamètre), comme le montre le graphe ci-dessous.

 

Exemples de réutilisation

Plusieurs alternatives de valorisation de la matière ont déjà vu le jour en Europe.

– Aux Pays-Bas, des pales d’éoliennes ont été assemblées pour construire une aire de jeu ou des bancs publics [18] (figures A, B).
– L’utilisation de pales dans la construction de logements a été proposée par un groupe de chercheurs américains [19] (figure C)
– D’autres chercheurs américains [20] propose une réutilisation des pales comme poteau électrique (figure D)

 

 

 

De telles initiatives sont de beaux exemples de sensibilisation et d’innovation. Toutefois leur déploiement semble aujourd’hui incertain. Il serait intéressant de faire une analyse en cycle de vie pour mesurer les impacts sur l’environnement de ces exemples de fin de vie par rapport au recyclage ou à la valorisation énergétique. Le recyclage des pales d’éoliennes reste toutefois une filière stratégique à développer pour gérer la quantité de matière issue de la vague de démantèlement à venir.

 

Conclusion

En prenant l’exemple de l’énergie éolienne, il apparaît nécessaire de maîtriser l’impact environnemental des énergies renouvelables tout au long de leur cycle de vie. L’objectif de limitation de la pression sur les ressources naturelles peut être antinomique avec la recherche de rendement économique et les objectifs de décarbonation du mix énergétique français. C’est à l’Etat de proposer une réglementation qui réconcilie ces trois éléments. Par ailleurs, des actifs ayant une durée de vie d’une vingtaine d’années doivent être intégrés dans une boucle d’économie circulaire : constructeurs, développeurs et recycleurs doivent travailler ensemble pour relever ou contourner le défi du recyclage des pales d’éoliennes.

 

 

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Références

^[1] « US wind will need storage to lure corporate buyers; Europe turbine life extensions could hit 4 GW/year | New Energy Update », consulté le 26 août 2020, https://analysis.newenergyupdate.com/wind-energy-update/us-wind-will-need-storage-lure-corporate-buyers-europe-turbine-life-extensions.

^[2] WindEurope, « Annual Statistics 2018 », 2018, https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/statistics/WindEurope-Annual-Statistics-2018.pdf.

^[3] Sylvie Alexandre, Philippe Follenfant, et Benoît Legait, « Economie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France », mai 2019, 88.

^[4] ENGIE, Chantier de démontage et de recyclage exemplaire pour le plus ancien parc éolien de France à Port-la-Nouvelle (Aude), 27 novembre 2019, https://www.engie-green.fr/communique_de_presse/chantier-de-demontage-de-recyclage-exemplaire-plus-ancien-parc-eolien-de-france-a-port-nouvelle-aude/.

^[5] Ministère de la transition écologique et solidaire, « Programmation pluriannuelle de l’énergie – 2019-2028 », 2019.

^[6] « Eolien : la CRE veut restreindre les aides au repowering », Actu-Environnement (Actu-environnement), consulté le 26 août 2020, https://www.actu-environnement.com/ae/news/Appel-offres-guichet-eolien-aides-repowering-arrete-33980.php4.

^[7] Repowering Solutions, « Wind Turbine Retrofit Solutions », consulté le 27 août 2020, https://repoweringsolutions.com/english/products/refurbhised_wind_turbine/index.html.

^[8] « SNCF Energie et RES signent un contrat d’achat direct d’électricité renouvelable de près de 40 MW et de très longue durée en France », SNCF, consulté le 27 août 2020, https://www.sncf.com/fr/groupe/newsroom/sncf-energie-res-signent-contrat-dachat-direct-delectricite-renouvelable.

^[9] « Aérogénérateur – Wiki Éolienne », consulté le 26 août 2020, https://eolienne.f4jr.org/aerogenerateur.

^[10] Alexandre, Follenfant, et Legait, « Economie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France ».

^[11] « « Il faut s’intéresser au recyclage des composites dès à présent » », I’MTech (blog), 19 novembre 2018, https://blogrecherche.wp.imt.fr/2018/11/19/recyclage-composites-marie-france-lacrampe/.

^[12] « Fibres(composites) — fablabo », consulté le 26 août 2020, https://fablabo.net/wiki/Fibres(composites).

^[13] Assemblée nationale, « Proposition d’amendement (retiré) – relatif à la lutte contre le gaspillage et à l’économie circulaire (no 2274) », Pub. L. No. Amendement no 1699 (2019), http://www.assemblee-nationale.fr/dyn/15/amendements/2274/CION-DVP/CD1699.

^[14] « De meilleures pales pour les éoliennes | Result In Brief | CORDIS | European Commission », consulté le 26 août 2020, https://cordis.europa.eu/article/id/170209-better-blades-for-wind-turbines/fr.

^[15] Arkema, « Innovation composite : fabrication d’une pale d’éolienne en thermoplastique Elium® », consulté le 26 août 2020, https://www.arkema.com/fr/media/actualites/detail-actualite/Innovation-composite-fabrication-dune-pale-deolienne-en-thermoplastique-Eliumsup-sup/.

^[16]  Leonardo ENERGY, « Repowering and Used Wind Turbines », https://fr.slideshare.net/sustenergy/repowering-and-used-wind-turbines.,

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^[17] Richard Lemmons, « Onshore and Offshore Wind 561 Technology Description and Status – Power Generation », Climate Policy Watcher, 28 janvier 2018, https://www.climate-policy-watcher.org/power-generation/onshore-and-offshore-wind-561-technology-description-and-status.html.

^[18] « Le démantèlement et le recyclage des éoliennes », Révolution Énergétique (blog), 18 février 2019, https://www.revolution-energetique.com/le-demantelement-et-le-recyclage-des-eoliennes/

^[19] Lawrence C. Bank et al., « Concepts for Reusing Composite Materials from Decommissioned Wind Turbine Blades in Affordable Housing », Recycling 3, n^o 1 (mars 2018): 3, https://doi.org/10.3390/recycling3010003.

^[20]  Ammar Alshannaq et al., Structural Re-Use of De-Commissioned Wind Turbine Blades in Civil Engineering Applications, 2019, https://doi.org/10.12783/asc34/31317

 

 

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Bibliographie

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Alexandre, Sylvie, Philippe Follenfant, et Benoît Legait. « Economie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France », mai 2019, 88.
Alshannaq, Ammar, David Scott, Lawrence Bank, Mehmet Bermek, et Russell Gentry. Structural Re-Use of De-Commissioned Wind Turbine Blades in Civil Engineering Applications, 2019. https://doi.org/10.12783/asc34/31317.
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Bank, Lawrence C., Franco R. Arias, Ardavan Yazdanbakhsh, T. Russell Gentry, Tristan Al-Haddad, Jian-Fei Chen, et Ruth Morrow. « Concepts for Reusing Composite Materials from Decommissioned Wind Turbine Blades in Affordable Housing ». Recycling 3, no 1 (mars 2018): 3. https://doi.org/10.3390/recycling3010003.
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WindEurope. « Annual Statistics 2018 », 2018. https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/statistics/WindEurope-Annual-Statistics-2018.pdf.

Entretien avec Cécile Brun – EDF Renouvelables en décembre 2019
Documents partagés par Alfonso Alvaro – Repowering Solutions