Évaluation des modèles Opérationnels pour la Prévision du bruit des Éoliennes en environnement réaliste
Acronyme : EOPE
Programme : Appel à projets de recherche - Énergie Durable : production, gestion et utilisation efficaces et à moindre impact
Mots-clés : Energie
Contexte : En France, le bruit généré par les éoliennes reste un des freins au développement de l’énergie éolienne. On estime qu’environ 700 000 personnes en France sont exposés à des niveaux sonores nocturnes supérieurs à 30 dBA dus aux éoliennes et 95% d’entre eux sont exposés à des niveaux inférieurs à 40 dBA. Malgré des niveaux sonores modérés comparativement au bruit des transport par exemple, les éoliennes peuvent induire une gêne importante spécifique liée aux modulations d’amplitude , c’est-à dire à la variation temporelle des niveaux sonores. Ainsi, le bruit demeure un argument d'opposition par les riverains en cas d’installation d’un parc éolien. Plus généralement, le bruit est un des facteurs majeurs limitant l’acceptabilité des éoliennes par la population. Le bruit des éoliennes a aussi un impact économique direct pour les exploitants de parc éolien. En effet, en cas de dépassement des niveaux de bruit chez les riverains, il est nécessaire de réduire le bruit généré par les éoliennes. Cela passe généralement par la diminution de la vitesse de rotation des pales, causant une réduction de l’énergie électrique produite. D’un point de vue réglementaire, l’impact du bruit généré par une installation éolienne doit satisfaire trois critères. A proximité des éoliennes, le niveau sonore ne doit pas dépasser 70 dBA en journée et 60 dBA la nuit. L’installation ne doit pas générer une tonalité marquée sur une durée supérieure à 30% de la durée de fonctionnement du parc. Enfin, le dernier critère porte sur le niveau de bruit ambiant dans les zones à émergence réglementée (comprenant notamment les habitations) avec l’installation en fonctionnement, s’il dépasse 35 dBA ; il ne doit pas dépasser de 5 dBA le jour et 3 dBA la nuit le niveau de bruit résiduel, défini comme le niveau de bruit ambiant en l’absence du bruit généré par l’installation. Ce dernier critère est généralement le plus contraignant. Les exploitants de parc éolien doivent réaliser une étude d’impact avant la réalisation du parc pour s’assurer que les niveaux de bruits chez les riverains ne dépassent pas les niveaux réglementaires. Les études d’impact sont réalisées par des bureaux d’études (BET) avec des modèles opérationnels, qui sont basés sur des hypothèses fortes permettant d’avoir des temps de calcul raisonnables. En particulier, l’éolienne est souvent représentée par une source unique au moyeu de l’éolienne et les effets météorologiques sur la propagation du bruit sont pris en compte de manière très simplifiée. Les modèles opérationnels ne permettent que de calculer un niveau moyen et ne peuvent pas estimer la modulation d’amplitude due aux effets de propagation. De plus, ils ne permettent pas de prévoir les effets du sillage sur la propagation du bruit. Or, les simulations numériques avec des modèles de recherche montrent que ceux-ci peuvent engendrer sous le vent une augmentation forte des niveaux sonores à grande distance, ainsi qu’induire des modulations d’amplitude . De plus, les opérateurs constatent parfois des écarts importants entre les niveaux de bruit prédits par l’étude d’impact avant la construction d’un parc et la gène subie par les riverains en fonctions des conditions, sans toujours comprendre pourquoi. Ainsi, il y a besoin d’améliorer les modèles opérationnels afin de réduire la gêne due au bruit des éoliennes, mais aussi l’impact économique du bridage et la baisse de production électrique des parcs éoliens. Cela participera également au développement de l’énergie éolienne et à l’augmentation de la part d’énergie renouvelable dans la production électrique en France.
Description : Le projet EOPE vise à produire des connaissances nouvelles autour de la propagation du bruit des éoliennes. L’objectif principal est d’ évaluer les modèles opérationnels utilisés pour prévoir le bruit des éoliennes dans des configurations réalistes . Pour cela, un modèle numérique de référence sera développé permettant de réaliser les comparaisons avec les modèles opérationnels. Il prendra en compte l’ensemble des effets météorologiques sur la propagation du bruit des éoliennes. Les effets tridimensionnels de l’écoulement atmosphérique sur la propagation du bruit éolien seront étudiés, en particulier ceux associés au sillage de l’éolienne, ce qui constitue un aspect novateur de ce projet. Il permettra également d’évaluer, en plus des niveaux sonores moyens, les modulations d’amplitude du signal acoustique. Ce modèle de référence sera d’abord validé à travers une comparaison à des mesures réalisées in situ, incluant des données météorologiques et acoustiques. Enfin, les résultats de simulations des modèles opérationnels seront comparés avec ceux du modèle de référence et de la base de données expérimentales, pour quelques configurations mettant en jeu l’effet de sillage. La compréhension et la modélisation des effets tridimensionnels de propagation sur le bruit des éoliennes présentent de véritables verrous scientifiques, que ce projet permettra de lever. En effet, l’utilisation de méthodes de propagation bidimensionnelles fait consensus dans la communauté scientifique depuis des décennies pour limiter le temps de calcul, malgré des études préliminaires démontrant l’impact de ces effets tridimensionnels. Le rôle et l’importance de ces effets sera analysé en détail et les conclusions seront diffusées vers les BET. Parmi les effets tridimensionnels attendus, l’effet du sillage est le plus important. Un autre verrou scientifique est la mise en évidence dans les données terrain des effets du sillage sur la propagation du bruit des éoliennes. Bien que de nombreuses études numériques aient montré des effets de focalisation et d’augmentation des modulations d’amplitude sous le sillage de l’éolienne, ceux-ci n’ont pas encore été observés expérimentalement, du fait de la difficulté de mise en œuvre de campagne d’essai pour le bruit des éoliennes. Le projet utilisera la base de données du projet PIBE ("Prévoir l'impact du bruit des éoliennes", projet financé par l'ANR et co-porté par l'UMRAE, le LMFA, l'IMSIA, EDF Renouvelables et EDF DTG) pour extraire des données pertinentes sur l’effet du sillage et lever ce verrou scientifique. Le projet EOPE combine l’expertise du LMFA en simulation numérique de l’écoulement atmosphérique, l’expertise de l’UMRAE autour des mesures acoustiques et météorologiques dans l’environnement, ainsi que les compétences des deux équipes autour de la simulation numérique de la propagation acoustique en atmosphère hétérogène. Le projet EOPE bénéficie aussi de l’appui de l’Université de Twente pour la simulation numérique des écoulements éoliens. Il est organisé en quatre lots principaux, en complément de deux lots dédiés à l’organisation du projet (Lot 1) et à la valorisation des résultats (Lot 6).
Objectifs et résultats attendus : Les objectifs scientifiques et technique du projet EOPE sont les suivants : Développement d’un code de propagation 3D ( modèle de référence ) pour simuler le bruit éolien en environnement réaliste - Lot 2 Analyse de mesures de terrain de référence pour mettre en évidence les effets de sillage - Lot 3 Mise en évidence des effets tridimensionnels et des mécanismes physiques sous-jacents - Lot 4 Évaluation des modèles opérationnels et mise en évidence de leurs limite - Lot 5 Les résultats attendus de ce projet sont l’évaluation de modèles opérationnels par la quantification des erreurs sur les niveaux de bruit dans différentes conditions, par l’analyse des hypothèses et des mécanismes physiques responsables et par la proposition de pistes prioritaires d’amélioration des modèles. Ceci permettra aussi de mettre en évidence les différences entre des modèles opérationnels et les conditions dans lesquels chacun est plus performant, pour aider à un choix d’outils pertinent. Différentes conditions atmosphériques, vitesses de vents et tailles d’éoliennes correspondant à différentes générations seront étudiées. Le projet se concentrera sur une éolienne isolée afin de pouvoir finement étudier la physique, en particulier dans le sillage hélicoïdal des éoliennes. Suivant l’avancée du projet, des configurations avec une éolienne placée dans le sillage d’une autre éolienne ou des configurations de parcs éoliens pourront être étudiées. L’étude portera à la fois sur les niveaux de bruits moyens mais aussi sur les modulations d’amplitude grâce aux outils de recherche. Les modulations d’amplitude n’étant pas encore prises en compte dans la réglementation, ce projet pourra également contribuer à sensibiliser les exploitants à leur impact sur les riverains, et, à terme, encourager une évolution du cadre législatif. Ainsi, les produits finaux escomptés par le projet EOPE sont : un modèle de recherche en accès ouvert, qui permettra de simuler la propagation sonore dans l’environnement en tenant compte des effets tridimensionnels liés à l’écoulement atmosphérique un protocole de mesure par drone de profils verticaux thermiques et aérodynamiques un guide de bonnes pratiques à destination des bureaux d’étude et des développeurs de modèles opérationnels de propagation du bruit éolien Le détail des lots (le partenaire responsable de chaque lot est souligné), tâches, et productions du projet sont présentés ci-dessous. Les dates de réalisation indicatives des productions à compter de la date de démarrage technique du projet (T0 fixée au 1/10/2026) sont précisées entre parenthèses. LOT 1 - Actions de coordinations ( LMFA , UMRAE, Université de Twente) Tâche 1.1 : mise en place de réunions régulières entre les partenaires et suivi Tâche 1.2 : gestion d’un dossier, de documents et une plateforme GitLab partagés Production L1.1 (T0) : plateforme de partage de documents et Gitlab dédié au projet LOT 2 – Développement et validation d’un modèle de référence pour la propagation du bruit éolien ( LMFA , UMRAE, Université de Twente) Tâche 2.1 : Développement d’un code d’équation parabolique 3D (EP3D) Tâche 2.2 : Parallélisation du code EP3D Tâche 2.3 : Validation du code EP3D à l’aide de cas-tests Productions : L2.1 (T0+12) : rapport d’avancement de la première année de thèse L2.2 (T0+24) : rapport d’avancement de la deuxième année de thèse L2.3 (T0+24) : dépôt en accès ouvert du code EP3D LOT 3 – Exploitation de la base de données expérimentales issue du projet PIBE et développement méthodologique pour la caractérisation in situ des conditions atmosphériques ( UMRAE , LMFA) Tâche 3.1 : extraction et validation des mesures d’intérêt (acoustiques et météorologiques) depuis la base de données expérimentales « PIBE » Tâche 3.2 : caractérisation des profils météorologiques à l’aide d’un drone équipé de capteurs, comparaison avec les données LIDAR Productions : L3.1 (T0+12) : jeu de données de paramètres météo d’entrées de modèle de prévisions représentatifs de différents états de l’atmosphère L3.2 (T0+24) : note détaillant la méthodologie de mesure de profils de vent à l’aide d’un drone et son domaine d’utilisation LOT 4 – Identification et compréhension des effets tridimensionnels ( LMFA , UMRAE, Université de Twente) Tâche 4.1 : validation du modèle de référence 3D grâce à des mesures de terrain Tâche 4.2 : étude des effets tridimensionnels sur la propagation du bruit éolien Productions : L4.1 (T0+29) : rapport qui décrit les mécanismes physiques générant des effets 3D sur le bruit éolien et qui a pour vocation de transmettre les éléments pour une bonne analyse des modèles opérationnels dans le lot 5 L4.2 (T0+29) : définition des cas d’application pertinents pour le lot 5 avec des résultats de référence expérimentaux et/ou du modèle EP3D LOT 5 – Comparaison de simulations numériques de référence et des mesures avec les prévisions opérationnelles issues de modèles opérationnels ( UMRAE , LMFA) Tâche 5.1 : comparaison des résultats de simulations numériques de référence (PE 3D) aux prévisions des modèles opérationnels Tâche 5.2 : comparaison des résultats expérimentaux de référence (mesures PIBE) aux prévisions des modèles opérationnels Productions : L5.1 (T0+33) : rapport sur la comparaison modèle de référence/modèle opérationnel T5.1 + publication L5.2 (T0+33) : rapport sur la comparaison modèle de référence/données expérimentales T5.2 + publication LOT 6 – Dissémination et valorisation des résultats du projet ( LMFA , UMRAE, Université de Twente) Tâche 6.1 : dissémination scientifique (colloques, conférences, publications) et séminaire final auprès d’un public plus large Tâche 6.2 : valorisation des résultats du projet EOPE (note technique présentant les limitations et les pistes d’amélioration des modèles opérationnels pour la prévision du bruit éolien Productions : L6.1 (T0+36) : publication internationale de présentation des principaux résultats du projet EOPE et séminaire final du projet auprès d’un large public L6.2 (T0+36) : note technique présentant les limitations et les pistes d’amélioration des modèles opérationnels pour la prévision du bruit éolien
Bénéficiaire : CENTRE D'ETUDES ET D'EXPERTISE SUR LES RISQUES L'ENVIRONNEMENT LA MOBILITE ET L'AMENAGEMENT
Localisation : Strasbourg, Grand Est, FRANCE
Début : 01/10/2026 — Durée : 36 mois
Budget total : 604064.45 € — Aide ADEME : 299539 €
Statut : Suivi du projet