• L'énergie éolienne ou l'énergie du vent

    L'énergie éolienne ou l'énergie du vent


    L'énergie éolienne : définition

    Les éoliennes ou aérogénérateurs sont destinés à exploiter la force du vent pour produire de l'énergie, elles sont directement inspirées des anciens moulins à vent.
    Une éolienne se compose de pales (3 en général) portées par un rotor et installées au sommet d'un mât vertical. Cet ensemble est fixé sur une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d'orienter la nacelle afin que le rotor soit toujours face au vent.
    Le vent fait tourner les pales relativement lentement : entre 5 et 15 tours par minute. Les éoliennes fonctionnent pour des vitesses de vent généralement comprises entre 14 et 90 km / h. Au-delà, elles sont progressivement arrêtées pour sécuriser les équipements et minimiser leur usure.
    Le générateur transforme l'énergie mécanique, par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesses, en énergie électrique directement injectée dans le réseau électrique.

    Présentation des éoliennes

    eolienne-BolleeL'éolienne Bollée est un type d'éolienne inventé par Ernest-Sylvain Bollée (1814-1891), qui servait au pompage de l'eau. Elle fut produite en France de 1872 à 1933, à environ 350 exemplaires, qui furent installés principalement en France, dans qua
    © Bernard Piquenard - Licence : Tous droits réservés
    Depuis 1975, des éoliennes d'un nouveau type sont apparues, notamment pour fournir de l'électricité au moment du premier choc pétrolier. En effet, l'énergie éolienne contribue à l'indépendance énergétique du pays où elle est installée en se substituant aux importations d'hydrocarbures nécessaires aux centrales thermiques.
    Pour augmenter la puissance des éoliennes, le diamètre des pales a progressivement augmenté au fur et à mesure que leur matériau s'allégeait (polyester métal, fibre de carbone) vu que la puissance d'une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par l'hélice. Des diamètres d'hélices de 30 à 80 m sont dorénavant fréquents pour une puissance unitaire de 1,5 à 3 MégaWatts (MW).
    La puissance nominale d'une éolienne correspond au nombre de kilowatts que celle-ci pourra produire dans des conditions optimales pendant une heure. Ainsi, une éolienne d'une puissance nominale de 1 500 KW, tournant à plein régime, produira une énergie de 1 500 KWH pendant 1 heure.
    L'hélice est située en haut d'un mât qui peut atteindre plus de 120 mètres car dès que l'on se détache du sol, le vent n'est plus freiné par ses rugosités.

    Force du vent et rendements des éoliennes

    En 1926, l'Allemand Betz a montré que, compte tenu du vent que l'éolienne laisse inévitablement passer, on ne peut récupérer que 60% environ de l'énergie reçue.
    Et plus le vent sera irrégulier en intensité, en direction, plus le rendement de l'éolienne sera faible. Au total, le rendement est de 12 à 30% par rapport à l'énergie initiale du vent.
    La vitesse du vent dépend de facteurs qu'il est important de connaître car la puissance d'une éolienne est proportionnelle à cette vitesse. Des composantes locales peuvent influer : par exemple, le vent s'accélère sur les pentes et d'une année sur l'autre et d'une saison à l'autre il peut y avoir des variations.
    Les éoliennes doivent être en permanence face au vent pour produire l'énergie maximum. Cela peut se faire soit par un gouvernail situé à l'arrière ou un "servomoteur" (une girouette détermine la direction du vent et envoie un signal à un moteur assurant l'orientation).
    Les éoliennes sont implantées là où le vent souffle suffisamment pour produire de l'électricité environ 80% du temps :
    Vitesse du ventProduction électriqueEtat des pales
    < 10 km/hL'éolienne ne démarre pasLes pales sont sont à l'arrêt
    > 10 km/h et < 36 km/hL'éolienne commence à produire de l'électricitéLes pales commencent à tourner (cut-in)
    > 36 km/h et < 45 km/hL'éolienne est proche de sa production maximaleLes pales se mettent progressivement à tourner sur elles-mêmes afin de réguler la production
    > 45 km/h et < 90 km/hProduction constante et maximaleLes pales s'orientent en fonction de la vitesse du vent
    > 90 km/hL'éolienne est arrêtéeLes pales sont mises en drapeau (cut-out)
    Production électrique en fonction de la vitesse du vent
    Source : Syndicat des Energies Renouvelables / France Energie Eolienne
    Augmentation de la taille moyenne des éoliennes commerciales avec le temps.
    © Sources d'énergie renouvelable et atténuation du changement climatique ; 04/2012 - GIEC

    Pourquoi certaines éoliennes sont à l'arrêt ?

    Les éoliennes font partie des installations de prodcution d'électricité les plus fiables avec un facteur de disponibilité de 98 %, c'est largement supérieur aux centrales conventionnelles (70 à 85 %).
    Cependant, comme tout équipement, les éoliennes doivent être entretenues et cela nécessite parfois leur arrêt. Cela ne se produit que rarement (environ 5 % du temps de fonctionnement). Par contre, dans le cas où le réseau ne peut absorber toute l'électricité produite, les éoliennes peuvent être arrêtées, ce qui explique qu'on puisse voir, dans un parc éolien, un ou plusieurs aérogénérateurs à l'arrêt.

    Bilan énergétique et bilan carbone d'une éolienne

    La mise en exploitation d'une turbine de 1 MW installée sur un site éolien moyen évite un rejet annuel de 2 000 tonnes de dioxyde de carbone (CO2) si l'électricité produite était émise par des centrales électriques au charbon (Association danoise de l'industrie éolienne, 2003).
    Afin de bien analyser l'intérêt de l'énergie éolienne, on prend en compte, dans l'ensemble des maillons de la chaîne, l'énergie et les matériaux nécessaires à la fabrication et au démentelement d'une éolienne, afin de s'assurer que son bilan énergie produite - énergie consommée est intéressant. On étudie ainsi le cycle de vie des éoliennes.
    Or, selon l'association danoise de l'industrie éolienne, une éolienne moderne produit, en seulement deux à trois mois, toute l'énergie consommée pour sa réalisation.
    Une éolienne de 2,5 MW, avec une durée de vie d'environ 20 ans dans des conditions normales d'exploitation peut produire jusqu'à 3 000 MWh par an, ce qui correspond à la consommation d'environ de 1 000 à 3 000 foyers (suivant leur consommation) pendant un an.
    La durée de vie d'une éolienne est estimée à 20-25 ans.
    Aujourd'hui en France, selon RTE (Réseau de transport d'électricité), 100 kW d'éolien permettent de se substituer à 25 kW de production thermique à flamme dans les mêmes conditions de disponibilité et de sécurité.
    "L'utilisation de l'énergie éolienne diminue notre dépendance énergétique. De plus, elle a l'avantage d'assurer la sécurité des approvisionnements en énergie et la stabilité des prix. C'est aujourd'hui la source d'électricité renouvelable la plus proche de la compétitivité économique avec les prix du marché européen de l'électricité" (ADEME).

    Le vent : une énergie locale

    L'énergie éolienne est une énergie décentralisée, disponible localement. La production éolienne d'électricité au plus près des lieux de consommation, par des unités de production d'une taille adaptée à des consommations locales, pourrait contribuer aussi à limiter les pertes d'énergie lors du transport dans les lignes électriques qui sont comprises entre 2 et 3,5% de la consommation selon RTE, ce qui représente environ 11,5 TWh (TeraWatt-heure) par an.

    Les différents types d'éoliennes

    On distingue le "petit éolien" (éolienne de quelques dizaines de watts jusqu'à 10 KW) desservant des pompages d'eau ou l'électrification de sites isolés qui reste marginal et les puissantes éoliennes (50 KW à 7 MW) raccordées aux réseaux électriques et qui se développent de plus en plus. Ces dernières se retrouvent généralement regroupées en batteries, on parle alors de parc éolien, de ferme éolienne ou de centrale éolienne.

    Le parc éolien terrestre

    Une ferme éolienne sur terre est constituée de plusieurs éoliennes distantes entre elles d'au moins 200 m dont la production d'électricité est destinée à la vente au distributeur local (généralement EDF). Bien que chaque machine ait une faible emprise au sol, il faut disposer d'une superficie de l'ordre de 10 hectares pour un parc éolien significatif. (EDF énergies nouvelles, 2011)

    L'éolien offshore

    Un parc éolien en mer ou offshore, est un parc éolien implanté en mer (à des profondeurs allant jusqu'à 25 ou 30 m et dans des zones situées en moyenne à 10 km des côtes) et raccordé au réseau terrestre par un câble sous-marin.
    Lorsqu'elles sont implantées en mer, les éoliennes présentent en outre l'avantage de pouvoir être rassemblées en véritables centrales de production électrique de plusieurs centaines de mégawatts (avec des puissances unitaires de 5MW maintenant), et, grâce à des vents plus réguliers et plus forts que sur terre, d'apporter une meilleure garantie de production.
    Ainsi, à titre d'exemple, un parc de relativement petite taille (une vingtaine d'éoliennes) produit l'équivalent de la consommation électrique domestique hors chauffage de près de 100 000 personnes tout en occupant un espace en mer de quelques km2.
    Animation de l'assemblage en série d'éoliennes Winflo multi méga watts
    En outre, toute l'énergie consommée dans toute la durée de vie d'un parc éolien en mer (fabrication, mise en service, exploitation et démantèlement) est récupérée au bout de 6-12 mois d'exploitation (pour un mix énergétique moyen européen). Sur 20 ans d'exploitation, la production d'un parc éolien off shore est donc nette de toute empreinte carbone pendant 19 ans !
    Enfin, l'éolien en mer présente l'avantage de créer une plus forte proportion d'emplois difficilement délocalisables (par exemple, la fabrication des fondations, l'exploitation et la maintenance des installations).
    Fonctionnement d'une éolienne offshore de 5 MW (M5000 - Areva)

    Les éoliennes flottantes

    Les éoliennes flottantes représentent déjà la nouvelle génération des éoliennes en mer. Elles exploitent l'énergie d'un vent fort et régulier, au large des côtes. Cette technologie nouvelle permet en effet d'installer des systèmes de captage d'énergie dans des zones ayant des fonds supérieurs à 50 mètres de profondeur. Les éoliennes flottantes permettent ainsi d'accéder à une ressource énergétique plus dense et de limiter l'impact visuel depuis la côte. Les premières fermes commerciales de ce type seront installées en 2020.
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