Bientôt des éoliennes offshore de 15 MW sans terres rares ?

Les sociétés GreenSpur Wind et Niron Magnetics ont annoncé le franchissement d’une étape importante dans le développement d’un générateur sans terres rares destiné au marché des éoliennes offshore de grande puissance (jusqu’à 20 MW). Une innovation qui permettra de réduire la volatilité des prix de ces machines et les risques liés aux approvisionnements en métaux stratégiques.

Les opposants aux parcs éoliens invoquent parfois l’utilisation , dans les turbines de terres rares, lesquelles seraient produites en Chine par des procédés très polluants pour le sol et l’eau. Dans un dossier publié sur ce site, nous avions déjà expliqué qu’en réalité seule une minorité d’éoliennes contiennent des terres rares. Et qu’il est donc tout à fait possible de construire ces machines sans en utiliser.

En fait, c’est surtout dans les aimants permanents qui équipent les alternateurs des éoliennes offshore que certains constructeurs utilisent du néodyme, un métal de la famille des terres rares. Ils le font essentiellement pour réduire le poids et le volume de ces générateurs, mais aussi pour faciliter les entretiens. Des avantages qui, dans le domaine de l’offshore, permettent de comprimer les coûts de construction des parcs et ceux de leur maintenance.

Volatilité des prix et dépendance aux producteurs chinois

Contrairement aux apparences et aux rumeurs qui courent à leur sujet, les terres rares ne sont pas rares et leurs gisements sont répartis sur toute la planète. Dans un dossier paru sur le site automobile-propre.com, nous avions fait le point à ce sujet. Il peut être utile de le relire.

Le souci réside plutôt dans la concentration de la production de ces métaux stratégiques en Chine, les industriels de ce pays ayant réussi, par un dumping des prix, à créer un quasi-monopole de leur production, comme ils l’ont fait dans d’autres segments de marché tels que ceux des cellules pour batteries lithium ion ou des modules photovoltaïques.

Une situation qui, pour les fabricants d’éoliennes offshore, engendre un risque de volatilité des prix et une dépendance dangereuse par rapport à ces producteurs. Les cours du néodyme, par exemple, ont enregistré en 2021 des hausses de 600 à 700%, avant de revenir à leurs niveaux initiaux.

Greenspur wind planche sur la conception de génératrices sans terres rares

C’est la raison pour laquelle certains industriels européens et américains tentent de développer des alternateurs pour éoliennes offshore qui ne contiennent pas de terres rares tout en conservant les avantages en matière de poids et de compacité.

Ainsi, la société britannique Greenspur Wind planche depuis plusieurs années sur la conception de génératrices sans terres rares, équipées d’aimants permanents à base de ferrite, un métal ferromagnétique obtenu à partir du minerai de fer. L’entreprise a calculé qu’un aimant permanent à base de ferrite, coûterait 40 fois moins cher que son équivalent contenant du néodyme.

Cette technologie existe déjà pour des applications simples, mais la société cherche à l’utiliser dans l’industrie de l’éolien en mer, caractérisée par une course au gigantisme.

Un défi de taille

Greenspur Wind a testé en 2019 un prototype de génératrice de 250 kW avec aimant en ferrite et elle s’est déclarée satisfaite des résultats. Mais les éoliennes offshore de nouvelle génération affichent des puissances de 12 MW et bientôt probablement de 16 ou même 20 MW, soit 80 fois plus.

Le défi pour atteindre ces capacités était de taille et il semble que l’entreprise ait dû se résoudre à prendre une autre voie, le poids des alternateurs construits avec sa technologie étant trop important pour espérer concurrencer les modèles classiques.

Un générateur de 15 MW sans terres rares

Elle s’est alors associée à la société américaine Niron Magnetics, spécialisée dans la production d’aimants permanents sans terres rares … et sans ferrite. Leur collaboration a porté ses fruits puisqu’il y a quelques jours, les deux partenaires ont annoncé la mise au point d’un générateur de 15 MW, sans terres rares et dont la masse est réduite de 56% par rapport à celle des concepts précédents étudiés par Greenspur Wind. Un poids correspondant à celui des machines utilisant des terres rares et qui permet donc de les concurrencer.

« Les turbines offshore existantes sont équipées de génératrices à flux radial qui utilisent des terres rares », explique Andrew Hine, directeur commercial chez GreenSpur Wind. « Nous avons opté pour une architecture à flux axial unique et innovante, qui rend possible l’utilisation d’aimants sans terres rares. Notre design breveté élimine donc les risques associés à la chaîne d’approvisionnement en métaux stratégiques et à la volatilité des prix ».

Il reste maintenant à voir dans quelle mesure et à quelle vitesse, les principaux acteurs de l’éolien offshore que sont Siemens-Gamesa, GE, Vestas et depuis peu les chinois de MingYang, adopteront cette nouvelle technologie.