L'énergie 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

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.

Vidéo d'une éolienne

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.

Bilan énergétique d'une éolienne

Parc 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.

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).

Etat de l'éolien

Dans le monde

L'éolien connaît une croissance spectaculaire puisqu'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 2007, l'Europe (UE 25) possédait une puissance installée de 56 406,1 Mw selon l'observatoire EurObserv'ER qui souligne également que "l'éolien représente désormais 3 % de la production d'électricité de l'Union européenne et couvre les besoins en électricité de 32,7 millions de foyers".
Au niveau de la production, l'Europe (UE 25) a produit 103,548 Twh fin 2007 dont 39,500 pour l'Allemagne (en tête) suivie par l'Espagne avec 27,050 Twh.
L'Espagne avec 3514,9 MW installés en 2007 est redevenue le premier marché de l'Union Européenne devant l'Allemagne (1625 MW installés). Toutefois, l'Allemagne dispose toujours du premier gisement éolien avec une puissance installée de 22 246,9 MW contre 15 145,1 MW pour l'Espagne.

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 tableau de bord "éolien-photovoltaïque" du service de l'observation et des statistiques du Ministère de l'Écologie, la puissance raccordée grâce à l'éolien s'élève à 6576 MW au 30 septembre 2011, en hausse de 10% par rapport à fin 2010. L'évolution du parc éolien français peut-être suivie sur le site www.suivi-eolien.com.
Enfin, la production éolienne s'est accrue de 21% à 7,8 TWh durant les trois premiers trimestres 2011.

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.