Les parcs éoliens offshore augmentent le taux de stockage du carbone dans les fonds marins - des connaissances utiles pour l'aménagement de l'espace marin et les modèles de changement climatique.

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Vue aérienne des parcs éoliens offshore belges. (Image: IRSNB)
20/07/2021
Les parcs éoliens offshore augmentent le taux de stockage du carbone dans les fonds marins - des connaissances utiles pour l'aménagement de l'espace marin et les modèles de changement climatique.
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Kelle Moreau

Les organismes marins qui colonisent les éoliennes offshore (comme les moules) affectent les fonds marins. Nous le savions déjà, mais grâce aux résultats d’une récente recherche belgo-néerlandaise, nous savons maintenant exactement quelle est l’importance de cet effet. Les résultats ont été présentés dans deux articles récemment publiés. Ils décrivent en détail comment la matière organique se concentre dans et autour des parcs éoliens et se dépose en plus faible quantité à une plus grande distance. Cela entraîne un stockage accru du carbone dans les fonds marins des parcs éoliens, ce qui est important dans le contexte de la compensation climatique et de la gestion de la faune benthique vulnérable. Les résultats peuvent contribuer à la prise de décision sur des thèmes sensibles telles que la planification spatiale des parcs éoliens offshore dans les zones marines protégées et le futur démantèlement des éoliennes offshore.

Dans le cadre de la transition des sources d'énergie non renouvelables (fossiles) vers les sources d'énergie renouvelables, le nombre de parcs éoliens offshore augmente dans le monde entier. C'est également le cas en Belgique, qui est actuellement le cinquième producteur mondial d'énergie éolienne offshore. Une nouvelle zone éolienne offshore, la zone Princesse Elisabeth, est marquée sur le Plan d’Aménagement de l’Espace Marin belge pour la période 2020-2026. Elle fera plus que doubler la surface réservée à la production nationale d'énergie éolienne offshore (de 238 à 530 km² environ) et presque doubler la capacité (de 2,26 à > 4,26 gigawatts). La nouvelle zone coïncide en partie avec la zone de protection marine "Vlaamse Banken", un site Natura 2000 désigné en vertu de la directive européenne sur les habitats.

Treize ans de suivi des effets écologiques des parcs éoliens dans la première zone éolienne offshore belge ont montré que de grandes quantités d’invertébrés (moules, anémones, petits crustacés, etc.) colonisent les turbines, qui à leur tour attirent certaines espèces de poissons comme le cabillaud et la plie. Cependant, la connaissance des espèces colonisatrices et de leurs effets sur l’écosystème marin est restée largement limitée au niveau des turbines et des parcs éoliens individuels. 

Mise à l’échelle géographique

Le projet FaCE-It (Biodiversité fonctionnelle dans un milieu sédimentaire en évolution: Répercussions sur la biogéochimie et les chaînes alimentaires dans un contexte de gestion), qui s’est déroulé sur la période 2015-2020, a considérablement élargi ces connaissances.

« Dans le cadre de FaCE-It, nous avons étudié l’effet des parcs éoliens offshore sur le fonctionnement de l’écosystème marin. Pour la première fois, nous avons également étudié les effets de plusieurs parcs éoliens offshore dans plusieurs pays sur une grande échelle géographique. Nous avons utilisé une combinaison d’observations détaillées, d’expériences et de simulations de modèles, en nous concentrant sur les effets sur le fond marin » explique le coordinateur du projet, Jan Vanaverbeke, de l’Institut royal des Sciences naturelles de Belgique.

Les partenaires du projet rendent compte de leurs résultats dans deux articles publiés dans Frontiers in Marine Science.

Changements dans l’enrichissement organique du fond marin (Ivanov et al., 2021)

Les espèces qui colonisent les éoliennes filtrent la nourriture de la colonne d’eau, puis fournissent un apport de matière organique au fond marin autour des éoliennes, à la fois sous la forme de leurs excréments et d’organismes morts qui coulent. Mais où aboutit exactement cette matière organique ? Cela a pu être vérifié grâce à des modèles qui décrivent les courants de l’eau (hydrodynamique, y compris les marées et les vagues) et le transport des sédiments. Ces modèles intègrent une représentation de la dynamique du carbone organique et des particules minérales dans la colonne d’eau et les sédiments. Cette intégration de mécanismes a clairement démontré que la présence de parcs éoliens offshore entraînait des changements importants dans le dépôt de matière organique sur le fond marin, autant à l’intérieur des parcs éoliens qu’à l’extérieur. Etant donné que cette matière organique sert de nourriture aux organismes vivant dans les fonds marins, (une partie de) la chaîne alimentaire peut être affectée.

Evgeny Ivanov de l’Université de Liège donne des détails : « Dans les parcs éoliens offshore et dans les zones qui les entourent, on observe une augmentation significative de la matière organique déposée sur les fonds marins (jusqu’à 15%, et même localement jusqu’à 50%), en particulier dans les zones situées le long des plus forts courants de marée (selon un axe NE/SO par rapport aux turbines). Dans les autres directions (NO et SE), une diminution du dépôt de matière organique est prédite (jusqu’à 10% de moins). Les parcs éoliens offshore multiples donneront donc lieu à une mosaïque de zones présentant une augmentation et une diminution du dépôt de carbone sur le fond marin. Dans les parcs éoliens et dans une zone de 5km autour des turbines, le bilan final est positif (davantage de matière organique), tandis que le dépôt est nettement réduit dans la zone environnante jusqu’à 30 km plus loin.

Stockage du carbone dans les parcs éoliens offshore (De Borger et al., 2021)

L’augmentation du dépôt organique entraîne un stockage accru de carbone dans le fond marin d’un parc éolien offshore. Emil de Borger, à l’époque à l’Université de Gand et aujourd’hui à l’Institut Royal Néerlandais de Recherche sur la Mer (NIOZ), a calculé exactement la quantité de carbone en jeu : « Entre 28 715 et 48 406 tonnes de carbone sont stockées dans les 10 cm supérieurs du fond marin dans un parc éolien offshore pendant sa durée de vie, définie ici comme étant de 20 ans. Ce carbone est parfois appelé « carbone bleu », c’est-à-dire du carbone piégé dans des formes organiques (comme des animaux ou des plantes), qui est ensuite enfoui. Sachant que ces chiffres correspondent à 0,014-0,025% des émissions annuelles de gaz à effet de serre en Belgique, on peut considérer qu’il s’agit d’une compensation carbone modeste mais néanmoins significative. »

Cette compensation carbone vient s'ajouter à la quantité beaucoup plus importante de carbone (CO2) qui n'est pas émise en utilisant une source d'énergie renouvelable au lieu d'une source d'énergie fossile. À titre de comparaison : En Belgique, les émissions de CO2 diminueraient de 1,04 à 2,86 millions de tonnes en utilisant de l'électricité d'origine éolienne plutôt qu'une turbine à gaz (sur la base de données de 2018). À cela, les quantités estimées de carbone qui sont stockées dans les sédiments apportent une contribution supplémentaire de 1 à 4,6 %.

Implications pour la planification spatiale des parcs éoliens en mer

Ces résultats ont des implications importantes pour la conception des nouveaux parcs éoliens offshore dans et à proximité de l’Aire Marine Protégée (AMP) du Vlaamse Banken. Dans cette AMP, on trouve des bancs de gravier précieux et menacés, qui abritent des espèces rares et sont protégés par la législation européenne. Une augmentation du dépôt de matière organique dans cette zone de lit de gravier n'est pas nécessairement bénéfique pour la faune filtreuse présente. Le choix de l'emplacement des nouveaux parcs éoliens offshore déterminera l'ampleur de l'impact sur les bancs de gravier, bien plus que le nombre de turbines, et une implantation prudente des turbines est nécessaire pour permettre aux parcs éoliens offshore et aux bancs de gravier de coexister d'une manière respectueuse de l'environnement dans la AMP du Vlaamse Banken.

En utilisant le modèle développé dans FaCE-It, il a été calculé que la localisation du nouveau parc éolien offshore à au moins 3 km en aval des lits de gravier n'entraînerait qu'une augmentation modérée du dépôt de matière organique. Si le choix se porte sur une localisation des parcs éoliens offshore en amont, la recommandation est de respecter une distance de 7 km. Dans la direction orthogonale au courant de marée, une distance de 2 à 4 km est conseillée.

Il est également démontré que la nature ne connaît pas de frontières géopolitiques. Les effets dépassent les frontières nationales : les futurs parcs éoliens offshore dans la partie française voisine de la mer du Nord affecteront la partie belge, tandis que la zone éolienne offshore belge opérationnelle affecte déjà la partie néerlandaise de la mer du Nord.

Un stockage de carbone de nature temporaire ?

Le stockage accru de carbone dans les sédiments à l'intérieur et autour des parcs éoliens offshore - et donc l'effet de régulation du climat - peut être de durée limitée. Si le fond marin est perturbé, le carbone accumulé peut être à nouveau libéré dans la colonne d'eau. Cela peut se produire à la suite d'activités de perturbation du fond marin telles que le chalutage de fond (autorisé en dehors d'un rayon de 50 m autour des éoliennes individuelles au Royaume-Uni et en France, mais totalement interdit en Belgique, aux Pays-Bas et en Allemagne pendant les phases d'exploitation des parcs éoliens, où il peut être à nouveau autorisé après leur démantèlement), ou lorsque les zones de concession sont remises dans leur état d'origine après la durée de vie prévue des éoliennes (20-25 ans).

Par conséquent, les résultats de FaCE-It sur le stockage du carbone dans les sédiments ne sont pas seulement utiles pour soutenir la planification spatiale des parcs éoliens en mer, mais peuvent également éclairer la prise de décision sur les scénarios et la méthodologie de démantèlement futurs. Un scénario possible est le démantèlement partiel, dans lequel une partie de la structure sous-marine reste en place, est réaffectée ou déplacée.

 

FaCE-It (Biodiversité fonctionnelle dans un milieu sédimentaire en évolution: Répercussions sur la biogéochimie et les chaînes alimentaires dans un contexte de gestion) est un projet financé par Belspo, coordonné par l'Institut royal des Sciences naturelles de Belgique (IRSNB), et une coopération entre l'IRSNB, le Groupe de Recherche en Biologie Marine de l'Université de Gand, le groupe de recherche MAST_FOCUS du Département d'Astrophysique, de Géophysique et d'Océanographie de l'Université de Liège, l'Institut Flamand de Recherche pour l'Agriculture, la Pêche et l'Alimentation (ILVO) et l'Institut Royal Néerlandais de Recherche sur la Mer (NIOZ).

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