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Bilan de l’évolution des parcs éolien en France

07/2008, by Guillaume Boluix, Arnaud Soulignac

Sommaire

I. Introduction
II. Objectifs de l’étude
III. Méthodologie
IV. Interprétation des tableaux
V. Analyse
VI. Conclusion

I. Introduction

Les premiers parcs éoliens ne datent pas d’hier mais ce n’est que depuis peu qu’un réel engouement alimente ce secteur. En utilisant la force du vent pour produire de l’électricité, les éoliennes permettent d’exploiter une source d’énergie renouvelable en ne dégageant aucun gaz à effet de serre. Les préoccupations environnementales croissantes depuis quelques années ont grandement participé à nourrir l’engouement pour les énergies renouvelables. En effet, depuis l’entrée en vigueur du protocole de Kyoto en 2005 (soit 8 ans après sa rédaction), le monde entier tente de prendre les initiatives indispensables à la sauvegarde de notre planète.

Au sein de l’Union Européenne, chaque pays s’est engagé à atteindre différents objectifs environnementaux d’ici à une date donnée. Les pays continuent à poursuivre leur développement économique et social mais doivent prendre en compte cet aspect. D’ici 2020, la France s’est engagée à réduire de 20% ses émissions de gaz à effet de serres et à ce que 20% de sa production d’énergie soit d’origine renouvelable. Pour atteindre ces objectifs, ne nombreuses mesures doivent être prises, que ce soit pour consommer moins d’énergie ou pour produire plus d’énergies d’origine renouvelables. La combinaison de ces deux tendances se résume dans le concept d’efficacité énergétique.

Pour être efficace énergétiquement, il faut associer différentes techniques pour que l’ensemble de la chaine énergétique soit cohérente, de sa production à sa consommation. Ainsi, c’est de l’efficacité de chaque technique que dépend l’efficacité de tout le système. L’énergie nucléaire est très efficace pour produire de l’électricité bon marché, mais c’est sans compter les tonnes de déchets radioactifs qu’elle rejette. Les éoliennes, en tant que technique de production d’énergie verte, se doivent donc d’être aussi efficaces que possible pour trouver leur place dans une conjoncture énergétique difficile. Bien entendu, les améliorations techniques permettant un meilleur rendement se font avec le temps, au rythme de la recherche et du développement (R&D). Les dépenses en R&D se font quant à elles au fur et à mesure du développement du marché. Chaque éolienne installée permet indirectement d’améliorer les futures éoliennes en finançant en partie la R&D. Nous devrions donc observer une double tendance ; une croissance du nombre d’éoliennes et de leur efficacité pour produire de l’énergie.

II. Objectifs de l’étude

L’objectif principal étant donc de faire le bilan de l’évolution des parcs éoliens en France, nous nous sommes posé un certain nombre de question pour lesquelles nous avons émis des hypothèses quant à leur réponse. Certaines questions sont quantitatives et d’autres plus qualitatives. Nous cherchons dans un premier temps à constater l’état actuel de l’éolien en France, c’est une analyse statique. Nous chercherons ensuite à déterminer la tendance d’évolution au fil des années, c’est une analyse dynamique. Voici les différentes questions auxquelles cette étude de données cherche à répondre

Tout d’abord, il semble intéressant de mesurer l’évolution sous l’aspect quantitatif, pour apprécier l’évolution du nombre de parcs éoliens, et de regrouper cette évolution au critère géographique. Celle-ci détermine, le rapport entre le nombre de parc éolien et les départements dans lesquels ils se situent, afin de comprendre les raisons de leur emplacement ainsi que les régions qui favorisent leur développement. Pour cela nous calculerons le nombre de parcs pour chaque année et nous analyserons l’évolution de ce phénomène. Ensuite, on regroupera les départements en région afin de voir quelles sont les régions les plus favorisées par les conditions climatiques pour le développement éolien ; ce calcul permettra également de déterminer les régions les plus dynamiques dans le secteur et celles qui favorisent son développement.

L’analyse portera ensuite sur l’évolution qualitative, notamment sur le rendement des éoliennes. Le rendement est mesuré en divisant la puissance totale du parc par le nombre d’éoliennes qui le compose. Du fait des avancées techniques, nous devrions observer un meilleur rendement au fur et à mesure du temps. Il est donc possible qu’une région dispose de moins d’éoliennes mais que celles-ci produisent plus qu’une région voisine.

Parmi les critiques adressées aux éoliennes, on peut citer la place prise par les parcs, mais aussi la place prise par chaque éolienne, en effet le désagrément visuel est un des arguments majeurs des contradicteurs des éoliennes, toutefois la taille des éoliennes a un impact sur leur productivité (à prouver ?). Nous déterminerons la concentration des éoliennes dans les parcs, parallèlement nous mesurerons la taille des parcs éoliens et leurs transitions au cours du temps. Enfin nous apprécierons l’évolution de la place prise par chaque éolienne dans les parcs.

Les différents calculs effectués nous permettront de proposer une prévision de l’évolution du marché l’année 2009 grâce à la régression linéaire et de différencier les régions françaises grâce à l’analyse en composante principale ACP.

III. Méthodologie

Pour réaliser notre étude, il nous fallait trouver des données concernant le plus de parcs éoliens possible. Après de longues recherches pour trouver quelques informations éparses sur un faible nombre de parcs, nous avons eu la chance de tomber sur un site regroupant de nombreuses données. The Wind Power (www.thewindpower.net) est en effet une base de données spécialisée dans l’éolien. Pour faciliter le traitement des données, c'est-à-dire pour les avoir dans un format se prêtant à l’analyse, nous avons contacté le responsable du site pour demander sa collaboration. Monsieur PIERROT Michaël est un particulier qui a collecté l’ensemble des informations puis les à mis en forme sur son site afin de promouvoir le développement de l’éolien. Nous le remercions de sa participation et espérons que notre travail pourra venir alimenter son site.

La base est étudiée uniquement sur le plan national. Il faut dans un premier temps traiter la base afin de supprimer les données qui ne sont pas exploitables, le plus souvent car les informations sont incomplètes. La phase suivante consiste à fixer les objectifs de l’étude, à travers la trajectoire de l’analyse que nous voulons mettre en place. Nous avons donc regroupé des données entre elles afin d’analyser les évolutions tant temporelle que spatiale… (Cf. partie objectifs). Les premières données commencent en 1991 avec la première éolienne qui se situe dans la région Languedoc-Roussillon, et plus précisément dans le département de l’Aude (11), et continue jusqu'à nos jours. Naturellement, la base possède un léger temps de retard sur la construction des éoliennes, car les constructions aujourd’hui se développent de façon exponentielle, la récolte des données prend du temps et se fait ex-post, c’est-à-dire seulement l’éolienne construite. Nous avons du supprimer les données concernant l’année 1958, cela représenté une seul éolienne dans la région Centre, et qui était trop éloigner des autres données. En effet, les données concernant l’année suivante sont de 1991, soit une différance de 33 ans, les données auraient été faussé par cet éolienne qui est marginale et ne correspond pas à un démarche significative de l’implantation de parcs éoliens.

De notre base de données, nous avons pu générer de nouvelles données. Connaissant le département de chaque parc, nous avons pu les regrouper par région, également grâce aux données, on en déduit la puissance de chaque éolienne que nous avons regroupée dans la colonne « J » intitulé « Puissance machine », qui est le résultat de la puissance totale divisé par le nombre d’éoliennes. Selon le même principe, nous avons calculé la surface couverte par chaque machine, regroupée dans la colonne « L » intitulé « Surface machine », qui est le résultat de la surface totale divisé par le nombre de machines.

Tableau 1

(voir en grand format)

Grace aux tableaux croisés dynamiques, nous avons pu regrouper nos données par région (bilan statique) puis par année ; de 1991 à 2008 (bilan dynamique). Voici l’un des tableaux croisés dynamiques qui a été copié/collé dans une autre page. Les données en orange correspondent à la région Languedoc-Roussillon qui, à travers les départements de l’Aude (11), du Gard (30), de l’Hérault (34), de la Lozère (48) et des Pyrénées-Orientales (66), possède 45 parcs éoliens.

Tableau 2

(voir en grand format)

Un certain nombre de tableaux croisés dynamiques ont étés effectués. Nous avons regroupé l’ensemble des résultats dans deux tableaux distincts. Le premier fait le bilan régional des parcs éoliens en France (tableau 3) et le second le bilan annuel (tableau 4). Ces deux tableaux synthétisent l’ensemble des tableaux croisés dynamique fait précédemment. Ils seront la base de notre analyse. Le premier pour l’ACP et le second pour les prévisions.

Tableau 3

(voir en grand format)

Tableau 4

(voir en grand format)

Afin d’effectuer une prévision, nous avons déterminé une régression en calculant la pente et l’ordonnée à l’origine de toutes les données, afin de définir une droite linéaire significative de l’évolution des différentes données. Pour avoir un meilleur lissage des données dans le temps et pouvoir donner une prévision statistique plus précise, nous avons utilisé les logarithmes népériens. En effet, selon l’évolution des données, la régression est plus significative par cette méthode. Les prévisions effectuées sont donc parfois issues des régressions sur le tableau 4, sur le tableau 4 bis ou d’une moyenne des 2 types de prévision. Cela permet en effet de faire une approximation beaucoup plus réaliste et d’éviter les à-coups liés à des événements conjoncturels indépendants de l’évolution de l’activité. Ces données sont regroupées dans le tableau 4bis.

Tableau 4bis

(voir en grand format)

Ce sont de ces deux tableaux que l’analyse en composante principale (ACP) peut être réalisée. L’objectif est de connaître les tendances de l’évolution. Des problèmes concernant le logiciel Spad ne nous ont pas permis d’utiliser cet outil de façon optimal, nous avons donc favorisé le traitement de la base de donnée sous forme Excel.

IV. Interprétation

A. Interprétation du Bilan régional

Grace à ce tableau, on peut commencer par établir un classement des régions selon la quantité d’électricité d’origine éolienne produite. L’intérêt consiste en suite à mettre en relation ce classement avec les caractéristiques de chaque région.

Avec plus de 350 MW produits, le Languedoc-Roussillon est en tête du classement devant la Bretagne puis la Lorraine qui produisent chacun à peu prés 330MW grâce à leurs éoliennes. On s’attend à ce que le classement soit uniquement fonction du vent, pourtant, le classement des régions les plus chargées en éoliennes ne correspond pas parfaitement au classement des régions les plus ventilées. La corrélation est vérifiée pour la Bretagne et le Languedoc-Roussillon qui sont bien les deux régions les plus ventilées de France, cependant, la Lorraine n’est pas bénie par Eole (Cf. carte vents). Malgré cela, cette région bénéficie de deux avantages importants. Son relief est favorable à l’installation d’éoliennes mais surtout, la proximité de l’Allemagne permet à La lorraine de profiter de la forte expertise Allemande et de leurs prix intéressants dans ce secteur.

Si l’on concentre notre analyse sur les deux premiers du classement, on peut observer des dissemblances quant à leur profil. Alors que le Languedoc Roussillon produit 20 MW de plus que la Bretagne, il dispose de trois parcs éoliens de moins. En revanche, les parcs du premier sont en moyenne constitués de 6 éoliennes contre 5 dans les parcs du second, il y a en tout 288 éoliennes Languedociennes et 226 Bretonnes. La puissance totale par parc est donc plus élevée en Languedoc-Roussillon qu’en Bretagne bien que cette dernière dispose d’une plus grande puissance par éolienne.

On comprend donc à travers cette analyse que diverses stratégies sont possibles dans la construction de parcs éoliens. Mieux vaut il favoriser la quantité d’éoliennes ou leur puissance ? Nous ne disposons malheureusement pas de données financières pour compléter notre analyse.

B. Interprétations du bilan annuel et prévisions

Le bilan annuel nous permet d’analyser l’évolution du marché de 1991 à nos jours. On observe une forte croissance du nombre d’inauguration de parcs éoliens. Il y a aujourd’hui plus de 300 parcs éoliens en France et plus de la moitié ont étés inaugurés entre 2005 et aujourd’hui. Le nombre d’installation reste croissance. On prévoit par régression prés de 70 nouveaux parcs en 2009. Depuis 1991, le nombre moyen de nouvelle éolienne posé chaque année est d’une centaine, alors que depuis 2005, cette moyenne est monté à 300 nouvelles éoliennes par an. On prévoit également par régression prés de 300 nouvelles éoliennes en 2009. Il y a aujourd’hui prés de 2 700 MW éoliens posés en France et encore une fois, plus de la moitié ont été installés depuis 2005. On prévoit près de 400 MW supplémentaires en 2009.

Pour ce qui est de la puissance des éoliennes, de grandes innovations se font. Alors qu’au début, les éoliennes étaient généralement de 500 KW voire 1 MW, elles sont depuis quelques années de 2 ou 3 MW. Leur gain en efficacité les rend de plus en plus rentables. Elles sont également capables de capter un vent de plus en plus faible et de résister à un vent de plus en plus fort augmentant ainsi encore leur efficacité. L’innovation dans le secteur fait qu’on voit apparaître actuellement des éoliennes de 5MW. Celles-ci restent sont plus chères mais les éoliennes de 3 et 2 MW sont actuellement les plus rentables. Cette réalité du marché confirme la qualité de nos prévisions puisque nous avons prévu par régression qu’en 2009, la puissance des éoliennes posées sera d’environ 2,5MW.

La contre partie à ce gain de productivité est la hausse de la taille des éoliennes. En effet, la surface par éolienne est de plus en plus grande. On observe par régression qu’il faut chaque année environ 200m² de plus par éolienne. Alors que 500m² suffisaient à une éolienne en 1998, il faut prés de 4 km² par éolienne en 2006. En effet, les parcs sont généralement de plus en plus grands. Mais il faut tout de même préciser que la surface officielle du parc ne dépend pas seulement de la place utile à chaque éolienne mais aussi des caractéristiques du terrain et des appréciations tant visuelles qu’économiques des ingénieures. Actuellement, prés de 6 400 km² sont couverts par des parcs éoliens. On prévoit 2000 km² de parc supplémentaire en 2009 avec une surface moyenne de 4 km² par éolienne.

(voir en grand format)

Suivent les courbes résumant l’évolution des différents critères de 1991 à 2009, les prévisions étant donc inclues. Le tassement des courbes sur l’année 2008 s’explique par le manque d’information sur les parcs mis en place durant l’année.

On peut constater que la croissance de la puissance totale produite par les parcs éoliens croit à un taux moins élevé que la surface prise par les parcs. Ceci s’explique par l’augmentation de la place nécessaire à l’installation des éoliennes. Cette même augmentation s’explique par l’augmentation de l’efficacité des éoliennes que l’on constate sur le graphe suivant. En plus de cela, on peut observer sur le dernier graph que le nombre total de machine augmente bien plus que le nombre de parcs. Cela signifie qu’il y a de plus en plus d’éoliennes dans les parcs, expliquant ainsi l’accroissement de la taille des parcs.

V. Analyse

(voir en grand format)

Les deux axes de l’ACP sont déterminés par les 2 premières valeurs propres.

(voir en grand format)

On remarque que le premier axe est défini par la puissance totale, la surface totale, le nombre de parcs. Le second axe est défini par la puissance moyenne et la surface moyenne.

(voir en grand format)

L’analyse montre que le total nombre d’éoliennes est très corrélé avec le nombre de parc, la puissance totale et la surface totale. De même la puissance moyenne par éolienne est très corrélée avec la surface moyenne par éolienne et la puissance moyenne par parc.

Par contre la corrélation est faible entre ces deux zones du schéma.

(voir en grand format)

D’après le graphique, on peut distinguer trois secteurs, les régions peuvent se regrouper suivant leurs caractéristiques. Tout d’abord, l’encadré Vert qui représente les régions qui ont une puissance totale, une surface totale et un nombre de parcs importants, il y a dans cet encadré : le Languedoc-Roussillon, la Bretagne, la Picardie, la Lorraine et le Centre. Ce sont les régions qui ont le plus développée les éoliens.

Ensuite, l’encadré Rouge, composé des régions : Nord-Pas-de-Calais, Champagne-Ardenne, Rhône-Alpes, Pays de la Loire, Auvergne, Midi-Pyrénées, PACA, Corse, Basse-Normandie, Haute-Normandie, Poitou-Charentes et le Limousin ; sont des régions moyennes en France, en ce qui concerne la puissance totale, la surface totale et le nombre de parc ; ainsi qu’en ce qui concerne la puissance moyenne et la surface moyenne.

Enfin, l’encadré Bleu, comprenant la Guadeloupe, les Territoires d’outre-mer, la Réunion, la Martinique, Saint-pierre et Miquelon ainsi que l’Île-de-France, sont eux caractérisé par une surface totale et une puissance totale faible ; et également par une puissance moyenne et une surface moyenne faible. Ces régions ne possèdent souvent beaucoup d’éoliennes mais celles-ci ne sont pas très productives.

On notera toutefois le cas particulier de la Franche-Comté qui ne possède qu’un seul parc mais avec une puissance moyenne et une surface moyenne très élevée. En effet, cette région (en violet sur la carte) n’a qu’un seul parc éolien dans le département du Doubs (25), et celui-ci est très performant. On peut sur les cartes suivantes comparer la puissance moyenne du vent et la performance éolienne de chaque région.

VI. Conclusion

Toutes ces analyses confirment l’accélération de la croissance du marché éolien. Cette croissance est notamment alimentée par les gains en efficacité des éoliennes. On constate également par l’ACP que le développement n’est pas parfaitement corrélé avec la puissance du vent mais que d’autres facteurs rentrent en compte. Même si la Bretagne ou le Languedoc-Roussillon sont en tête du classement des régions les plus ventilées et les plus équipées, d’autres régions infirment cette logique. Un autre élément déterminant est en effet la caractéristique géologique de la région. L’espace régional doit permettre d’accueillir des éoliennes. On comprend donc que des territoires restreint tels que les iles Françaises ne peuvent pas accueillir des éoliennes très puissantes. Rentre également en compte les caractéristiques culturelles de la région. Par exemple, la Lorraine profite de l’influence allemande en plus d’une géologie favorable. Etant donné que l’éolienne est le mode de production d’énergie verte le plus rentable aprés l’hydraulique, que les progrès techniques confirment cette tendance et du potentiel Français, on peut s’attendre à ce que la croissance observée dans cette analyse se maintienne.

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