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L'énergie éolienne ou l'énergie du vent

Dossier mis à jour le 04/12/20133918 lectures

L'énergie éolienne ou l'énergie du vent© ALSTOM

éolienne© EDF

Les éoliennes ou aérogénérateurs sont destinés à exploiter la force du vent pour produire de l'énergie, elles sont directement issues 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 entre 10 et 25 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

éolienne BolléeL'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 quarante-quatre départements. Environ 80 sont encore visibles. Ici un exemplaire à Chedigny, Indre et Loire - France.
© Bernard Piquenard

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.

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.

Augmentation de la taille moyenne des éoliennes commerciales avec le temps.
© Sources d'énergie renouvelable et atténuation du changement climatique ; 04/2012 - GIEC

Vidéo d'une éolienne

Éliennes de 1,5 Mw en fonctionnement en Basse-Normandie, le bruit, contrairement à ce que l'on dit reste très modeste
© C. Magdelaine / notre-planete.info, 08/2007

Une éolienne est-elle bruyante ?

Les éoliennes récentes sont peu bruyantes, et des études n'ont pas montré d'impact particulier du bruit sur les riverains des parcs éoliens. Notons que les projets éoliens sont soumis à la réglementation relative à la lutte contre les bruits de voisinage (décret 2006-1099 du 31/08/2006).

Force du vent et rendements

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).
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.

Pourquoi certaines éoliennes sont à l'arrêt ?

Les éoliennes doivent être entretenues et cela nécessite parfois leur arrêt mais 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

Parc eolien de Cañada del Rio, Fuerteventura, Iles CanariesParc eolien de Cañada del Rio, Fuerteventura, Iles Canaries
© UNESCO/Cabildo de Fuerteventura

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 MW 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).

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 mises en application de l'éolien

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.

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)

Etat de l'éolien

Dans le monde

L'éolien connaît une croissance spectaculaire puisque entre 1995 et 2006, la puissance installée a été multipliée par 12, passant de 4 800 MW à 59 000 MW !
En 2011, la puissance mondiale installée était de 200 GW, positionnant l'énergie éolienne comme un producteur majeur d'énergies renouvelables électriques (Observ'ER, 2012).

La filière éolienne employait fin 2010 environ 670 000 personnes dans le monde (SER).

En Europe

Fin 2012, la filière éolienne assurait déjà la consommation électrique de 30 millions de foyers (c'est à dire 6,3% de la demande d'électricité) et permettait d'éviter la production de 140 millions de tonnes de gaz carbonique par an, soit l'équivalent de la circulation d'un tiers des voitures de l'Union Européenne. L'UE 25 possédait alors une puissance installée de 100 GW selon European Wind Energy Association (EWEA).

L'énergie éolienne ambitionne de fournir à l'horizon 2020 de 14 à 18 % de l'électricité qui sera consommée en Europe.

Les constructeurs européens détiennent plus de 80 % des parts du marché mondial des éoliennes (Danemark, Allemagne, Espagne) et emploient 192 000 personnes en Europe (SER).

En France

Dans le cadre du Grenelle Environnement, la France s'est donnée pour objectif de porter à 23 % la part des énergies renouvelables dans la consommation d'énergie finale en 2020. Dans le plan national « Énergies renouvelables », l'éolien devrait contribuer à cet objectif avec 25 000 MW installés en 2020 (19 000 MW terrestres et 6 000 en mer), soit 10 % de la production nationale d'électricité.
L'énergie éolienne en mer, et plus généralement les énergies marines, contribueront à produire 3,5 % de la consommation d'électricité pour alimenter plus de 4,5 millions de foyers. Cela implique la construction d'une capacité éolienne off-shore de 6 GW à l'horizon 2020.

Selon le site The wind power, la puissance raccordée grâce à l'éolien s'élève à près de 7 500 MW fin 2012, avec une croissance poussive ces dernières années.

La filière éolienne française (fabrication et installation) emploie aujourd'hui environ 11 000 personnes, contre 5 000 en 2007. En 2020, avec un parc éolien installé de 25 000 MW, conformément aux objectifs du Grenelle de l'Environnement, près de 60 000 personnes travailleront dans ce secteur en France.

Legislation sur l'éolien en France

Gisement éolien FranceGisement éolien en France
© ADEME, 2012

La France bénéficie d'un gisement éolien important, le deuxième en Europe, après les Îles britanniques. Les zones terrestres régulièrement et fortement ventées se situent sur la façade ouest du pays, de la Vendée au Pas-de-Calais, en vallée du Rhône et sur la côte languedocienne (ADEME, 2012).

Par défaut, certaines zones sont réglementairement inconstructibles comme les parcs naturels, les zones protégées, certaines dessertes aéronautiques... Et toutes celles qui sont situées à moins de 400 m d'une habitation (500 m en Ile-de-France).
De surcroît, toute zone représentant un danger potentiel en cas d'effondrement d'un aérogénérateur doit également être exclue. C'est pourquoi il n'est pas possible de construire d'éoliennes à moins de 100 m environ d'une route, d'une voie ferrée, d'une ligne électrique...

Enfin, certaines conditions géographiques nuisent à la rentabilité d'un projet éolien (non exhaustif):

  • un vent trop faible, c'est à dire inférieur à 5 m/s,
  • contrairement aux idées reçues, une altitude élevée : la densité de l'air plus faible abaisse la puissance développée par les machines.

On parle alors de "zones improbables" pour l'installation d'éoliennes.

La carte des installations éoliennes en France suit la géographie du gisement éolien.

La legislation sur l'implantation d'un projet éolien en France

Il convient tout d'abord de préciser que les projets éoliens sont soumis au droit commun de l'urbanisme, leur implantation n'étant possible que si le projet est conforme aux règles et servitudes d'urbanisme applicable sur l'espace concerné.

Dans les communes non dotées d'un document d'urbanisme ou dotées d'une carte communale, les règles de constructibilité limitée s'applique (interdiction de construire en dehors des parties déjà urbanisées). Les éoliennes, parce qu'elles sont considérées comme des équipements collectifs, peuvent être autorisées en dehors des parties actuellement urbanisées de la commune.
En outre, les constructions doivent respecter les dispositions de la loi littoral (interdiction des constructions dans la bande des 100 mètres), du Règlement national d'urbanisme (RNU), notamment concernant la salubrité publique et le bruit (R 111-2 Code urbanisme), l'absence d'atteinte aux sites et paysages (R 111-21 Code urbanisme)...

Dans les communes dotées d'un PLU ou d'un POS, il faut se référer au règlement du document d'urbanisme, pour vérifier s'il permet bien la réalisation du projet. Si le document d'urbanisme ne permet pas l'implantation, une modification ou une révision (qui peut être simplifiée) est possible. Si il n'y a pas d'interdictions explicites, la construction d'éoliennes est autorisée.
Si la zone d'implantation est une zone agricole seules les éoliennes non destinées à une autoconsommation peuvent être construites : l'article R 123-7 du Code de l'urbanisme donne la possibilité au PLU de prévoir dans le PLU l'implantation d'éoliennes en tant que constructions et installations d'intérêt collectif dans une zone agricole.

Après la réalisation de l'étude de faisabilité du projet (paramètres météorologiques du site ; simulations paysagères ; évaluation de l'impact sur la faune et la flore) et la demande de raccordement au réseau, l'opérateur peut entamer les procédures nécessaires.

Selon l'article L 421-1-1 du Code de l'urbanisme, il est obligatoire d'obtenir un permis de construire (PC) pour les éoliennes dont la hauteur est égale ou dépasse 12 mètres. Pour celles dont la hauteur est inférieure ou égale à 12 mètres, elles n'ont pas besoin d'un permis de construire (article R 421-1 du Code de l'urbanisme), mais d'une déclaration de travaux comme le précise l'article L 422-2 du Code de l'urbanisme. Cela pose un problème pour les éoliennes dont la hauteur est égale à 12 mètres, puisque cette hypothèse répond aux deux régimes sus-énoncés.
"Lorsque les éoliennes ont une hauteur supérieure à 50 mètres, le dossier de demande de permis doit également comporter une étude d'impact qui présente notamment l'état initial de l'environnement, les effets sur la santé, sur l'environnement, ainsi que les mesures réductrices associées permettant d'analyser la manière dont l'environnement global du projet est pris en compte" (Ministère des transports, de l'équipement, du tourisme et de la mer publiée dans le JO Sénat du 07/12/2006)
Par ailleurs, comme il s'agit d'une installation productrice d'énergie, le permis de construire est délivré ou refusé par le Préfet, y compris dans les communes disposant d'un Plan local d'urbanisme ou d'un plan d'occupation des sols (art L 421-2-1b du Code de l'Urbanisme).

Si la puissance du site est supérieure à 4,5 MW, il est nécessaire d'obtenir une autorisation d'exploiter du ministre de l'énergie. En dessous de ce seuil, une déclaration suffira (voir décret 2000-877 du 7 septembre 2000).

Si l'implantation d'éoliennes est prévue sur des terrains non contigus, une seule demande de PC peut être déposée pour un même site de production, mais le projet devra faire apparaître les différentes unités foncières.

Selon l'article L 553-1 et suivant du Code de l'environnement, si la puissance totale d'un site éolien dépasse 2,5MW, il est nécessaire de réaliser une étude d'impact (l'étude d'impact est remplacée par une notice d'impact en dessous de ce seuil).

Une enquête publique est prévue pour les sites dont la puissance totale dépasse 2,5 MW. Elle est ouverte par le préfet à la suite du dépôt de la demande de permis de construire. Il s'agit d'informer le public et de recueillir ses appréciations, suggestions et propositions, afin de permettre à l'autorité compétente de disposer de tous les éléments nécessaires à son information. L'enquête est menée par un Commissaire enquêteur ou une commission d'enquête. Elle se conclut par un rapport d'enquête et un avis rédigés par le commissaire enquêteur. Si l'enquête publique est requise, elle peut être menée conjointement avec l'enquête publique nécessaire pour une éventuelle modification ou révision du PLU.

Enfin, la loi n° 2005-781 du 13 juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique a modifié le dispositif d'obligation d'achat pour la production d'électricité d'origine éolienne. Elle introduit le principe de zones de développement de l'éolien (ZDE), arrêtées par le préfet sur proposition des communes concernées, ou d'un établissement public de coopération intercommunale (EPCI) à fiscalité propre permettant aux installations éoliennes qui y sont situées de bénéficier de l'obligation d'achat. La création d'une ZDE est précédée de la consultation de la commission départementale des sites, perspectives et paysages et des communes limitrophes. Cette nouvelle procédure complètement indépendante de la délivrance des permis de construire donne une nouvelle possibilité d'initiative et de concertation aux communes et à leurs groupements. En l'état actuel du droit, il n'est pas utile de subordonner l'implantation des éoliennes à la mise en oeuvre d'une procédure supplémentaire de consultation ou d'autorisation (Ministère des transports, de l'équipement, du tourisme et de la mer publiée dans le JO Sénat du 07/12/2006).

La legislation sur le démantélement d'un parc éolien en France

Plateforme de levage de l'éolienne 1 à AllyPlateforme de levage de l'éolienne 1 à Ally
© www.ally43.fr

La durée de vie d'un parc éolien est estimée à 20 ans. La réglementation précise, dans l'article L553-3 du Code de l'environnement, que l'exploitant d'une éolienne est responsable de son démantèlement et de la remise en état du site à la fin de l'exploitation. Il doit également constituer dès le début du projet des garanties financières afin de couvrir les coûts de démantèlement des installations et de remise en état du site.

Cette étape finale consiste à démonter les éoliennes (ce qui ne prend que quelques jours) et à araser les fondations. Le coût de cette opération est couvert, d'une part par le recyclage des composants (constitués d'acier, de ciment et de matières plastiques) et, d'autre part, par une provision affectée dès la construction du parc.

Le démantelement d'une éolienne et la gestion des déchets en fin de vie est une opération relativement simple et neutre pour le site d'installation qui pourra facilement recouvrir d'autres usages. Ce n'est par exemple pas le cas des centrales nucléaires dont le démantèlement est toujours plus complexe et coûteux que prévu, au point que l'on repousse leurs durées de vie, au mépris de la considération du risque.

Les procédures administratives préalables à l'implantation des éoliennes dans quelques pays européens

Le service des études juridiques du Sénat a réalisé en juin 2009 une étude de législation comparée sur les procédures administratives préalables à l'implantation des éoliennes. Cette analyse porte sur cinq pays européens : l'Allemagne, le Danemark, l'Espagne, le Royaume-Uni et la Suisse.
Elle montre que, dans tous les pays, la prise en compte des diverses nuisances liées à la construction et au fonctionnement des éoliennes est à l'origine de procédures administratives préalables longues et complexes.

Les oppositions à l'installation d'éoliennes

Les détracteurs des éoliennes dans les pays industrialisés avancent souvent, avec une certaine mauvaise foi, le fait qu'elles dégradent le paysage, sont bruyantes, coûteuses et ont une production insuffisante pour couvrir les besoins énergétiques.
Si certains de ces arguments peuvent être débattus, il faut considérer l'énergie éolienne comme une source d'énergie nouvelle et décentralisée, en évolution et complémentaire des autres modes de production.

Au niveau du paysage, les associations de sauvegarde des sites et monuments dénoncent les éoliennes pour leur empreinte sur le paysage, oubliant les balafres des lignes à haute tension et des imposantes centrales thermiques qui témoignent des conséquences d'une énergie centralisée. Ainsi, les désagréments imputés à l'énergie éolienne relèvent bien souvent d'un point de vue subjectif qui mériterait d'être confronté aux autres sources d'énergie : centrale thermique, nucléaire, barrage... Dont les conséquences et les risques sur notre cadre de vie sont nettement plus sérieux.

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