Vers une production éolienne sur site

Ces dernières années, la production d’électricité sur site par des entreprises et industries connaît un véritable essor, essentiellement porté par l’installation de panneaux photovoltaïques (PV) sur les toits des bâtiments. En Suisse, la puis­sance solaire installée pour des applications commerciales (installations entre 30 kW et 1 MW) est passée de 262 MW en 2020 à 898 MW en 2023, ce qui correspond à un taux de croissance annuel moyen d’environ 51% [1]. Cette capacité équivaut à la charge moyenne instantanée d’environ 600'000 ménages suisses (1,5 kW par foyer).

Cette «mini-révolution» est également observée en Europe, où la flambée des prix de l’énergie a stimulé les investissements dans le solaire. Rien qu’en 2022, les installations PV sur toitures ont ajouté 25 GW de capacité de production d’électricité au sein de l’Union européenne, avec une croissance record de +55% dans le secteur commercial [2]. Cette seule tranche de puissance équivaut à approximativement 2,5 fois la pointe de consommation électrique de toute la Suisse (environ 9,6 GW) [3].

Les consommateurs commerciaux et industriels cherchent ainsi à se protéger des coûts élevés et volatils de l’électricité, tout en répondant aux exigences crois­san­tes en matière de décarbonation. L’auto­production et l’auto­consom­ma­tion permettent de réduire la dépendance au réseau électrique, de réduire les frais en matière de distribution et de taxes, et ainsi d’améliorer significativement la rentabilité des investissements photovoltaïques.

Toutefois, malgré ses avantages incontestables, le photovoltaïque présente une limitation intrinsèque: une forte saisonnalité. En Suisse, environ 75% de la production PV annuelle a lieu entre avril et septembre [4], tandis que les besoins énergétiques des industries, des exploitations agricoles et des infrastructures restent constants tout au long de l’année, voire augmentent en hiver. Cette asymétrie saisonnière rend nécessaire l’utilisation de solutions complémentaires afin de compenser la carence lumineuse hivernale et de mieux lisser la pro­duc­tion électrique annuelle.

Compléter le solaire avec de l’éolien

Le vent se profile tout naturellement en tant que complément au solaire: les régimes venteux sont en effet généralement plus forts en hiver, avec environ deux tiers de la production éolienne annuelle réalisés entre les mois de novembre et d’avril. Un article publié dans le Bulletin Electrosuisse confirme cette complémentarité [4]. L’étude montre qu’une combinaison équilibrée PV-éolien permettrait d’atteindre un taux d’autoconsommation proche de 80%. En améliorant ainsi significativement l’efficacité globale des installations locales, il serait possible d’éviter d’avoir à recourir à une capacité de stockage excessive.

Les limites de l’éolien conventionnel sur site

Si l’idée d’ajouter des éoliennes sur les sites de consommation est séduisante sur le papier, la technologie éolienne actuelle n’est pas optimisée pour une pro­duc­tion locale à petite échelle. Les éoliennes à axe horizontal (Horizontal-Axis Wind Turbines, HAWT) – celles qui forment les grands parcs éoliens – voient leur rendement augmenter fortement avec leur taille: les machines modernes culminent à plus de 150 m de hauteur, ont une puissance de plusieurs mégawatts, et fonctionnent de manière optimale dans des conditions de vent laminaire et régulier (crêtes de reliefs exposés, offshore en mer, etc.).

À l’inverse, les environnements périurbains ou industriels présentent des vents turbulents et des espaces limités peu compatibles avec ces turbines. Installer de grandes éoliennes classiques à proximité d’entreprises ou d’habitations se heurte, en outre, à d’importants obstacles réglementaires et sociaux.

En Suisse, la planification et l’autorisation d’un parc éolien peuvent prendre plus de 25 ans – le parc vaudois Sur Grati, par exemple, n’a obtenu de feu vert qu’en 2025, après 17 ans de procédures et de recours [5]. Le faible taux d’acceptation locale ainsi que les inquiétudes liées au bruit ou à l’impact visuel constituent le principal frein au développement éolien traditionnel.

Avantages et inconvénients des éoliennes à axe vertical

Les éoliennes à axe vertical (Vertical-Axis Wind Turbines, VAWT) présentent plusieurs avantages pour une implantation proche des zones habitées ou des bâtiments. Leur rotation plus lente limite le bruit – la vitesse en bout de pale est environ trois fois inférieure à celle des éoliennes classiques –, ce qui permet de respecter les 40 dB d’émissions nocturnes maximales [6] à une distance d’environ trois diamètres de l’éolienne (contre dix pour une HAWT). Plus compactes à puissance équivalente (elles sont environ 40% moins hautes), elles s’intègrent mieux au paysage. L’axe vertical permet, en outre, une implantation sans orientation particulière au vent. Enfin, les pales évitent l’effet «hachoir» descendant du ciel, ce qui réduit fortement le risque de collision avec les oiseaux et les rend ainsi plus respectueuses de l’avifaune.

Malgré ces atouts, les éoliennes à axe vertical n’ont jusqu’ici pas atteint un succès commercial à la hauteur de leur potentiel. La raison principale: leur moindre performance aérodynamique et des sollicitations mécaniques importantes qui limitent leur fiabilité et leur durée de vie. Contrairement à une éolienne horizontale qui maintient ses pales face au vent, l’angle d’attaque des pales d’une éolienne à axe vertical varie constamment au cours de la rotation, et ce, même en présence d’un vent constant. Cela entraîne un phénomène de décrochage dynamique: des tourbillons se forment sur l’aile lorsque l’angle d’attaque devient trop grand, provoquant une perte brutale de portance et des charges transitoires élevées sur la structure. En d’autres termes, les bourrasques font chuter le rendement de l’éolienne à axe vertical et exercent, de plus, des contraintes répétées qui fatiguent prématurément ses composants. Ce talon d’Achille a longtemps relégué les VAWT au second plan et les a cantonnées à des usages expérimentaux ou de très petite taille.

Des pales intelligentes libèrent le potentiel des VAWT

Le décrochage dynamique se situe au cœur des travaux de recherche menés au Laboratoire de diagnostic des écoulements instationnaires de l’EPFL, dirigé par la professeure Karen Mulleners. Ce laboratoire se trouve à l’origine de la création de Windworks, une start-up qui ambitionne de libérer le plein potentiel des éoliennes à axe vertical en y intégrant un contrôle en temps réel de l’inclinaison des pales basé sur des algorithmes complexes, de l’apprentissage automatique (machine learning) et de l’intelligence artificielle (IA).

Grâce à des capteurs installés sur l’éolienne, les paramètres du vent sont analysés en continu. Lorsqu’une pale présente une inclinaison défavorable, le système de contrôle envoie un signal pour ajuster sa position. Cette correction permet d’optimiser le couple moteur assurant la rotation de l’éolienne, tout en réduisant les contraintes mécaniques responsables de l’usure prématurée des pales, du générateur, des bras et du mât. Ces ajustements sont réalisés dans une boucle de rétrocontrôle, en fonction des conditions locales de vent, permettant ainsi d’exploiter chaque variation au maximum.

Cette technologie permet de tripler l’efficacité énergétique des VAWT, comme en témoigne l’intégrale du rendement instantané (figure 1a), tout en réduisant de 58% l’amplitude des contraintes mécaniques (figure 1b). Ce dernier point présente notamment l’avantage de multiplier par sept la durée de vie des composants principaux d’une éolienne à axe vertical.

Mise en œuvre et développement commercial

Plusieurs milliers d’heures de tests en soufflerie ont permis de valider ces résultats. Une première éolienne Windworks de 10 kW sera installée début 2026 sur le site d’une ferme dans le canton de Vaud. Un modèle de 50 kW, mesurant 30 m de haut, sera également installé dans une ferme, mais au Royaume-Uni, au début de l’année 2027. Ce projet associe le photovoltaïque existant à un système de stockage par batteries et à la turbine VAWT de Windworks. Comme illustré dans la figure 2, l’ajout de l’éolienne permettra d’atteindre une forte autonomie énergétique, avec une consommation majoritairement locale et à bas coût pour l’agriculteur. La production éolienne annuelle, estimée à 154 MWh, couvrira environ 50% des besoins de la ferme (290 MWh/a), réduisant ainsi la facture d’électricité de 49'000 £ à 20'000 £ et les émissions de CO₂ de 37 à 16 t, pour un retour sur investissement de 5,5 ans.

Vers un système énergétique décentralisé et résilient

Au-delà de ces réalisations, l’émergence d’éoliennes de moyenne puissance installées au plus près des besoins pourrait transformer en profondeur le paysage énergétique. D’abord, l’intégration locale du vent et du soleil maximise l’uti­li­sa­tion des réseaux électriques existants. Le solaire seul génère souvent des excé­dents diurnes et estivaux difficiles à valoriser. L’éolien, en produisant plutôt la nuit et en hiver, ne réduit pas ces pics, mais en complète les creux. Ce lissage temporel de la production renouvelable augmente le taux d’utilisation des infrastructures, améliorant ainsi leur efficacité et leur rentabilité.

Ensuite, la production distribuée renforce la résilience du réseau électrique. Un mix trop intermittent et centralisé comporte le risque d’événements catas­tro­phi­ques. Disposer d’une multitude de petites centrales renouvelables réparties, pouvant continuer à alimenter localement des consommateurs (éventuellement en îlotage avec du stockage), permet d’éviter que la défaillance de quelques grands parcs n’entraîne la mise à l’arrêt de tout un pays. Le développement de communautés électriques locales (CEL) va précisément dans ce sens: la Suisse autorisera dès 2026 la création, à l’échelle d’un quartier ou d’une commune, de communautés qui pourront échanger entre voisins l’électricité issue des énergies renouvelables du périmètre [8]. Ce cadre légal offrira un terrain favorable à l’autoconsommation collective de la production solaire et éolienne ainsi qu’à la valorisation maximale de l’énergie produite localement, sans surcharger les réseaux publics.

Enfin, l’essor de l’éolien sur site constitue un levier important pour atteindre les objectifs climatiques et la souveraineté énergétique. Actuellement, avec une production de 170 GWh en 2024 [9], l’éolien demeure marginal en Suisse: il ne fournit qu’environ 0,3% de l’électricité consommée dans le pays – un pourcen­tage bien plus faible que ceux enregistrés dans les pays voisins, où l’éolien terrestre couvre 9% de la demande en France, 13% en Autriche et 26% en Allemagne [10]. Le potentiel exploitable est pourtant considérable. La Stratégie énergétique 2050 envisageait à terme environ 4000 éoliennes en Suisse pour produire approximativement 11% de notre électricité. L’Association des entreprises électriques suisses (AES) a même calculé qu’en optimisant le mix, il serait possible de viser quelque 21 TWh/a d’éolien en 2050 (dont 15 TWh hivernaux) [10], soit environ un tiers de la consommation actuelle. L’éolien de proximité peut changer la donne. En rendant possible l’installation de turbines sur un très grand nombre de sites jusqu’alors inaccessibles aux grandes machines (zones industrielles, stations d’épuration, centres de logistique, hangars agri­coles, vallées venteuses habitées, etc.), les éoliennes verticales intelligentes ouvrent la voie à l’exploitation d’un immense potentiel décentralisé.

Notons avant de conclure que le bénéfice collatéral des éoliennes intelligentes réside dans la possibilité de remplacer à terme les matériaux composites tradi­tion­nel­le­ment utilisés pour la fabrication des pales d’éolienne par des matériaux usuels tels que l’aluminium. Au vu des difficultés à recycler les matériaux à base de polymères mélangés à des fibres de verre ou de carbone, ce changement ajoute au caractère durable de ces nouvelles éoliennes.

Un atout pour le système électrique du futur

En misant sur la complémentarité du solaire et de la récolte intelligente du vent local pour compléter la production hydroélectrique disponible, le système électrique du futur pourrait être à la fois 100% renouvelable, fiable et abordable. On se dirige vers un modèle où une grande partie de l’énergie sera produite, gérée et consommée localement, grâce à des solutions telles que les éoliennes à axe vertical intelligentes qui permettent d’exploiter un vent jusqu’ici négligé. L’aventure ne fait que commencer: les premières turbines sortent des ateliers, et leur déploiement à grande échelle dans les années à venir pourrait bien consti­tuer un atout précieux pour la redéfinition de notre paysage énergétique.

Références

[1] Swissolar, «Baromètre du marché solaire suisse 2024 – Évolution, tendances et perspectives du marché photovoltaïque», novembre 2024.

[2] OME Capital, «The Growth of Distributed Generation (DG) Solar & Storage in the UK and Europe – Summary Market Report», juin 2023.

[3] International Energy Agency, «Switzerland 2023 – Energy Policy Review», septembre 2023.

[4] Anita Niederhäusern, «Maximiser le bénéfice des sources renouvelables», Bulletin Electrosuisse 6/2023, p. 60-63, 2023.

[5] RTS Info, «Le Tribunal fédéral rejette le recours des opposants à un parc éolien dans le Jura vaudois», 10 mai 2025.

[6] Directives relatives au bruit nocturne de l’OMS.

[7] S. Le Fouest, K. Mulleners, «Optimal blade pitch control for enhanced vertical-axis wind turbine performance». Nature Communications 15, 2770, 2024.

[8] Groupe E, «Échange d’électricité locale».

[9] Liste «Toutes les données sur l’énergie éolienne en Suisse» sur www.wind-data.ch.

[10] Suisse Éole, «Nouveau record d’électricité éolienne en Suisse», 18 février 2025.