Le vent peut-il alimenter le monde ?

Vent en hausse

Énergie solaire, en particulier photovoltaïque, est une force motrice pour la transition vers les énergies renouvelables et pourrait même devenir dominante à l’avenir.

Cependant, l’énergie solaire présente des limites importantes qui la rendent plus efficace lorsqu’elle est combinée à d’autres technologies. Cela peut inclure des batteries et des connexions à longue distance dans le réseau électrique. Une autre option consiste à adopter simultanément d’autres formes d’énergie verte afin de fournir un complément de production lorsque le solaire est moins productif (jours nuageux, mois d’hiver) ou ne produit pas du tout (la nuit).

Bien en avance sur toutes les autres, le vent (en jaune et orange ci‑dessous) est la forme d’énergie verte principale qui accompagne le solaire, d’autant plus que l’hydroélectricité (en bleu clair) devrait stagner dans les années à venir.

Source: EIA

En 2022, la production mondiale d’énergie éolienne a atteint 2100 TWh (en hausse de 14 %). Et pour atteindre les objectifs du scénario Net Zero Emissions d’ici 2050, un total de 7 400 TWh est prévu en 2030.

Pour atteindre cet objectif, la croissance de la production devra s’accélérer davantage, à un taux de composition de 17 %. Cela se traduit par le passage de l’ajout annuel actuel de capacité éolienne de 75 GW à 350 GW par an d’ici 2030.

Sur ces 75 GW, 37 GW ont été ajoutés par la Chine seule, soit plus de la moitié du total mondial.

Alors, comment un objectif aussi ambitieux peut‑il être réalisé ? Cela ne semble possible qu’à travers un mélange d’améliorations technologiques, d’investissements massifs et de politiques énergétiques et industrielles étroitement coordonnées.

L’industrie éolienne actuelle

Éolien terrestre

Jusqu’à présent, les installations éoliennes terrestres ont dominé le secteur. Elles représentent 93 % de la capacité installée, largement devant les parcs d’éoliennes offshore.

Source: EIA

Une raison principale est purement technique. L’éolien terrestre est simplement plus facile à mettre en œuvre, les projets étant approvisionnés par routes, camions et usines de béton locales.

Cette accessibilité se traduit également par une maintenance plus simple, les techniciens pouvant vivre à proximité et accéder au site en voiture, et être approvisionnés en pièces et consommables via les routes d’accès souvent construites en même temps que les éoliennes.

Source: GEvernova

En somme, une construction plus simple et une maintenance plus aisée conduisent à des coûts plus bas et une rentabilité plus élevée. Les éoliennes terrestres n’ont pas non plus à faire face à la corrosion due à l’eau salée, contrairement aux éoliennes offshore, ce qui réduit encore davantage les coûts de maintenance.

Un autre avantage clé des éoliennes terrestres, comparé aux fermes solaires, est que le site peut rester en grande partie exploité pour l’agriculture ou laissé à l’état naturel. En comparaison, l’utilisation double du terrain pour l’énergie solaire et l’agriculture (appelée agrivoltaïsme) reste encore un domaine émergent.

Éolien offshore

Comme expliqué, l’éolien offshore représente encore une minorité de la production éolienne.

Cela s’explique par le fait que la construction en mer rend ces projets naturellement plus intensifs en capital. La distance par rapport aux zones habitées et la corrosion par l’eau salée augmentent également les coûts de maintenance et peuvent réduire la durée de vie des éoliennes et de leurs composants.

Cependant, l’éolien offshore présente plusieurs avantages :

• Production plus efficace : les vents offshore sont plus stables, plus puissants et plus fréquents que sur terre.
  • Cela conduit non seulement à une production accrue mais aussi à une production plus prévisible, proche d’une production de base contrairement à la génération éolienne terrestre plus intermittente.
  • Dans de nombreuses régions, l’éolien offshore se développe l’après‑midi et le soir, lorsque la demande est maximale.
  • Avec la plupart de la population mondiale vivant près des côtes, les sites offshore sont souvent très proches des consommateurs.
  • Un bon site éolien en mer peut être beaucoup plus vaste que sur terre, ce qui permet davantage d’échelle.
• Moindre impact environnemental. En réduisant l’occupation des terres et en ne perturbant pas les écosystèmes locaux avec des routes d’accès et du trafic dans des zones reculées, l’éolien offshore peut être plus respectueux de l’environnement que l’éolien terrestre.
  • La zone restreinte des parcs éoliens peut même contribuer à la santé des écosystèmes marins.
• Moins d’opposition : la distance par rapport aux centres de population et la visibilité réduite limitent fortement l’opposition aux projets éoliens lorsqu’ils sont offshore. Les réactions NIMBY (Not In My Back Yard) sont ainsi beaucoup moins impactantes.

En fonction de la profondeur, différents types d’ancrage peuvent être utilisés pour les éoliennes offshore.

Source: DoE

Une fois achevé, le parc éolien Dogger Bank en mer du Nord sera le plus grand parc éolien du monde. Il disposera d’une capacité installée de 3,6 GW, capable d’alimenter jusqu’à 6 millions de foyers britanniques chaque année.

Comment améliorer les éoliennes

Toujours plus grandes et plus hautes

Une tendance durable dans l’industrie éolienne a été de construire des éoliennes toujours plus grandes et plus puissantes. Globalement, on s’attend à ce que cette tendance se poursuive.

Source: DoE

Une raison clé réside dans la physique fondamentale et la géométrie. Doubler la longueur des pales augmente la surface balayée totale par un facteur de 4.

Comme la surface balayée détermine la quantité de vent capturée et la production d’énergie, doubler la taille de l’éolienne quadruple la production, et la doubler à nouveau augmente la production de 16 fois par rapport à la taille initiale.

Un autre facteur lié à la physique est que plus le vent est fort, plus la puissance générée est élevée. Ce n’est pas une conversion directe : si vous doublez la vitesse du vent, vous pouvez générer 8 fois plus de puissance via l’éolienne.

Ainsi, des éoliennes plus grandes ET des vents plus forts peuvent produire 10 fois ou davantage la puissance de modèles plus petits.

Des tours plus hautes signifient généralement des vents plus stables et plus forts, augmentant encore la production d’électricité.

Aujourd’hui, l’éolienne la plus puissante est un prototype de 18 MW de Dongfang Electric, déployé en juin 2024. Il possède un diamètre de rotor de 853 pieds (260 m). Une seule éolienne pourra produire l’équivalent de la consommation annuelle d’électricité de 40 000 foyers.

Les éoliennes deviennent si grandes que le seul moyen réaliste de transporter leurs pales de l’usine au site est le transport aérien. Pour cette raison, la société Raida construit le plus grand avion du monde, et d’autres comme Straightline Aviation envisagent l’utilisation de dirigeables/ballons pour acheminer les pales sur le site.

Source: Straightline Aviation

Enfin, une autre option consiste à ne pas construire un pilier géant pour une éolienne géante, mais un « mur de turbines » encore plus grand. Certains modèles sont en cours de développement pour des turbines de 40 MW et pourraient atteindre jusqu’à 126 MW.

Un tel système serait le plus adapté aux zones où les vents sont très forts et presque constants, comme la mer du Nord.

Source: Recharge News

Éoliennes plus durables et recyclables

Quel que soit le niveau de fabrication, les éoliennes subissent des dommages au fil du temps, car elles sont exposées à de fortes contraintes mécaniques dues aux mouvements constants.

Ce problème a récemment créé des tensions dans le secteur, notamment lorsque Gamesa (Siemens) a annoncé que certaines turbines devraient être remplacées bien plus tôt que prévu, provoquant une mini‑crise des actions éoliennes.

Si ces problèmes peuvent être résolus en améliorant la durabilité des turbines, un autre point concerne les pales.

Jusqu’à récemment, les pales en époxy finissaient en décharge, ce qui n’était pas très « vert ». Vestas Wind Systems a récemment dévoilé une nouvelle chimie époxy permettant un recyclage complet. Cela ouvre la voie à une chaîne de valeur entièrement circulaire pour l’industrie éolienne.

Source: Vestas

Nous pouvons nous attendre à ce que le reste du secteur suive le mouvement et résolve le problème du gaspillage de matériaux et du remplissage des décharges par des pales arrivées en fin de vie utile.

Énergie éolienne sans pales

Jusqu’à présent, les grandes pales semblables à des ventilateurs ont été la méthode privilégiée pour exploiter l’énergie du vent. Mais ce n’est pas la seule option. Plusieurs alternatives ont été proposées ou sont en cours de développement.

La première idée est les turbines à axe vertical. Ces turbines sont souvent moins bruyantes, plus petites et conçues pour capter des vents moins forts.

Ce qui les rend plus adaptées aux environnements urbains ou suburbains, ainsi qu’aux installations sur les toits. Quelques exemples sont les turbines Windspire ou les turbines Eddy.

Source: Inhabitat

Une autre idée consiste à abandonner le pilier qui soutient les turbines et à créer des turbines éoliennes volantes. L’idée est de placer la turbine là où le vent est le plus fort, jusqu’à 300‑600 m d’altitude. Ainsi, pourquoi ne pas attacher la turbine à un ballon rempli d’hélium, comme le modèle Altaeros :

Cette solution présente d’autres avantages, comme la capacité de monter et descendre pour capter le vent le plus fort, éliminant totalement le coût des fondations en béton, du pilier, des grues, etc. Le système peut également être redéployé facilement sur de nouveaux sites en quelques heures ou jours.

Enfin, une idée encore plus radicale est le harvest de vent sans rotation. Cela peut, par exemple, être réalisé en déplaçant des « bâtons » comme ceux de Vortex Bladeless ou de Windstalk, utilisant l’induction électromagnétique pour générer de l’énergie.

D’autres systèmes sans rotation exploiteront la différence de pression d’air créée par le vent pour produire de l’énergie, comme le système aérien Aeromine installé sur les toits.

Source: Aeromine

Turbines éoliennes à double usage et multifonctions

Une autre façon d’améliorer les éoliennes consiste à les utiliser simultanément pour la production d’énergie et d’autres fonctions.

Par exemple, les éoliennes offshore disposent déjà d’un ancrage solide au fond marin et sont relativement éloignées en mer.

Cela en fait un point d’ancrage potentiel idéal pour d’autres systèmes :

• Pêche passive, comme la capture de poissons, homards, crabes, seiches, etc.
• Aquaculture, avec la culture de coquillages ou d’algues marines.
• Élevage de poissons, par exemple le saumon.
• Projets de restauration écologique, comme les récifs coralliens artificiels.
• Harvesters d’énergie marémotrice et houlomotrice, permettant d’utiliser deux fois l’ancrage et les services de maintenance pour la production d’énergie.

Source: Research Gate

Sur terre, les opportunités d’usage double sont plus limitées, le cas le plus actuel étant l’ajout d’une antenne de téléphonie mobile au mât de l’éolienne.

Problèmes de l’énergie éolienne

En raison de leur capacité à produire de l’énergie verte à des moments différents du solaire, les éoliennes constituent une excellente option pour décarboniser le réseau électrique tout en réduisant le besoin de parcs de batteries coûteux.

Cependant, elles présentent quelques problèmes qui doivent être reconnus.

Danger pour la faune

La faune peut être affectée par les combustibles fossiles et d’autres formes de production d’énergie, mais aussi par les éoliennes. Cela est particulièrement vrai pour les oiseaux, qui volent souvent trop près des turbines et sont tués par les pales en rotation rapide.

Selon les études et les lieux, il semble que chaque turbine tue environ 4‑18 oiseaux par an, soit 0,45‑2,8 par GWh produit. Bien que ce chiffre paraisse élevé, il reste largement inférieur au nombre d’oiseaux tués par les chats, les voitures ou les pesticides.

Source: Sustainability In Numbers

Cela peut toutefois représenter une préoccupation plus importante pour certaines espèces, notamment les rapaces comme les aigles, les vautours, etc., ainsi que les oiseaux migrateurs. Les chauves‑souris peuvent également être gravement affectées par les éoliennes.

Parmi les méthodes d’atténuation proposées :

• Arrêter la turbine lorsqu’elle tourne très lentement, condition particulièrement dangereuse pour les chauves‑souris.
• Éviter d’installer des turbines dans les zones utilisées par les rapaces pour le gain d’altitude et les corridors migratoires.
• Privilégier quelques grandes turbines plutôt que de nombreuses petites.
• Peindre les turbines en noir pour les rendre plus visibles aux oiseaux.

Approvisionnement en terres rares

Une autre préoccupation concernant l’énergie éolienne est que la génération d’électricité dépend de magnets permanents. Ces aimants nécessitent des minéraux rares comme le néodyme.

Une grande éolienne offshore à entraînement direct équipée de l’un de ces générateurs peut contenir plus de 5 tonnes d’aimants.

Bien que les terres rares ne représentent qu’environ 30 % du poids de ces aimants, cela peut tout de même représenter plusieurs centaines de kilogrammes de néodyme par mégawatt d’électricité produit, ainsi que des quantités moindres de dysprosium et de terbium.

Alla Kolesnikova – data and analytics lead at Adamas Intelligence – sur Grist

La production de minéraux de terres rares est un processus très polluant, et la quasi‑totalité de cette production se fait en Chine.

Il faut donc développer des procédés de production plus propres ainsi qu’un processus de recyclage plus efficace.

Géopolitique

En parlant de la Chine, la domination totale du pays sur la chaîne d’approvisionnement des énergies renouvelables a suscité l’inquiétude dans les pays occidentaux.

La Chine produit 66 % de la nouvelle capacité de production éolienne mondiale.

Source: Enerdata

Cette domination est encore plus marquée lorsqu’on examine d’autres indicateurs :

• 426 nouveaux modèles d’éoliennes contre 29 hors de Chine entre 2020 et 2024.
• La Chine produit 60 % de la production mondiale de terres rares et en affine 85 %, y compris 92 % de la production d’aimants en terres rares.

Ainsi, avec les tensions géopolitiques croissantes entre la Chine et l’Occident, la chaîne d’approvisionnement éolienne peut être à risque. En théorie, cela devrait aider les producteurs locaux, bien que la différence de coût rende difficile la réduction de la dépendance aux importations chinoises.

Investir dans l’énergie éolienne

Vous pouvez investir dans des sociétés d’énergie éolienne via de nombreux courtiers, et vous trouverez ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, au Canada, en Australie et au Royaume‑Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par la sélection de sociétés éoliennes spécifiques, vous pouvez également vous tourner vers des ETF tels que le Global X Wind Energy ETF (WNDY), le Invesco Wind Energy UCITS ETF (WNDE) ou le First Trust Global Wind Energy ETF (FAN), qui offrent une exposition plus diversifiée pour profiter du secteur éolien.

Vous pouvez également lire notre article sur les « Top 10 des actions éoliennes à investir », ainsi que les « Top 10 des actions d’énergie renouvelable à investir » et les « Top 10 des métaux de batterie & actions minières d’énergie renouvelable ».

Investir dans les sociétés éoliennes

1. Ørsted A/S

Le producteur d’énergie danois a été la première entreprise à créer un parc éolien offshore en 1991, et il exploite actuellement le plus grand parc éolien du monde.

Il a connu une transformation massive, passant de 83 % d’énergie produite à partir de combustibles fossiles en 2006 à seulement 8 % en 2023, 3 % en 2024, et il est en bonne voie d’atteindre 99 % de production renouvelable d’ici 2025.

Source: Ørsted

Ørsted possède des fermes au Danemark, au Royaume‑Uni, en Allemagne, aux États‑Unis, à Taïwan et au Vietnam.

La moitié de cette production provient de parcs éoliens offshore, et la production terrestre est à peu près également partagée entre le solaire et les éoliennes terrestres.

La plupart de la croissance prévue concerne la génération éolienne offshore, suivie de l’éolien terrestre. Ce plan de croissance est entièrement autofinancé grâce aux opérations existantes.

Source: Ørsted

En tant que pionnier et leader de la génération d’énergie éolienne, Ørsted est l’action éolienne la plus en vue pour les investisseurs cherchant une exposition au secteur du côté des services publics.

2. Vestas Wind Systems A/S

Vestas conçoit, fabrique et installe des éoliennes. Avec un total cumulé de 177 GW installés, elle a fabriqué et installé plus d’éoliennes que toute autre entreprise.

L’entreprise dispose d’un pipeline de projets de 29 GW. Elle contrôle 35 % du marché de la fabrication d’éoliennes, hors Chine, contre seulement 20 % en 2010. Elle possède également des revenus, des commandes et des marges EBIT (bénéfice avant intérêts et impôts) supérieurs à ceux de ses concurrents.

L’un des problèmes majeurs de l’énergie éolienne était l’impossibilité de recycler les pales, qui finissaient en décharge, rendant la solution peu verte. Vestas a récemment dévoilé une nouvelle chimie époxy permettant un recyclage complet, ouvrant la voie à une chaîne de valeur entièrement circulaire.

Source: Vestas

Vestas a globalement surmonté la crise de 2023 dans le secteur de l’énergie éolienne, avec un rebond fort des commandes tiré par l’Europe et l’Asie‑Pacifique, malgré une contraction du marché américain.

Source: Vestas

Vestas explore également le potentiel du vent pour alimenter la première usine d’ammoniac vert du monde, qui pourrait ensuite être utilisée pour transporter de l’hydrogène ou produire des engrais sans gaz naturel.

Grâce à son ampleur, son avantage technologique et ses marges élevées, Vestas représente un investissement relativement sûr dans la chaîne d’approvisionnement de l’énergie éolienne, ses turbines étant parmi les meilleures de l’industrie.

3. Lynas Rare Earths Limited (LYSCF)

Les métaux des terres rares ne sont pas réellement rares sur Terre, bien qu’ils soient souvent difficiles à extraire car ils se trouvent généralement en très faibles concentrations plutôt qu’en minerais denses ou en pépites comme la plupart des autres métaux.

Les métaux des terres rares sont essentiels à l’informatique et aux technologies renouvelables, notamment en constituant une partie vitale des aimants permanents nécessaires aux éoliennes, ainsi qu’aux moteurs électriques (y compris pour les véhicules électriques) ou aux armements avancés.

Actuellement, la majeure partie de la production de terres rares, et surtout du raffinage, est réalisée par la Chine. Récemment, la Chine a commencé à « militariser » ce quasi‑monopole, notamment en limitant en 2023 les exportations de germanium et de gallium, deux métaux des terres rares importants pour l’industrie des semi‑conducteurs, en représailles aux sanctions commerciales américaines sur les technologies de semi‑conducteurs.

Lynas est un mineur de terres rares avec des mines en Australie. L’entreprise construit également une installation de traitement afin de réaliser davantage de ses opérations de raffinage en Australie plutôt que de les expédier à des partenaires en Chine.

Cela sera réalisé grâce à l’usine de traitement des terres rares de Kalgoorlie presque terminée (voir le lien pour la vidéo en accéléré de la construction) et aux installations associées en Malaisie, ainsi qu’à un projet prévu pour être opérationnel au Texas d’ici 2025‑2026.

À la mi‑2024, le premier envoi depuis Kalgoorlie a été effectué, l’usine devant augmenter sa production pour le reste de l’année.

Source: Lynas

Les éléments des terres rares sont désormais considérés comme un actif stratégique, la dépendance à l’approvisionnement chinois étant perçue comme un risque critique, notamment en cas de conflit militaire.

Cela signifie que la production de Lynas pourrait commander une prime en cas de crise internationale ou si la Chine décidait de restreindre davantage l’exportation d’autres métaux des terres rares.

Elle représente également un secteur de marché de matières premières souvent non corrélé à d’autres métaux comme le fer, le cuivre ou le lithium, offrant ainsi une diversification aux investisseurs.