planete eolienne

Energie eolienne

L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie tirée du vent au moyen d'un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent. L'énergie éolienne est une énergie renouvelable, elle tire son nom d'Éole , le nom donné au dieu du vent dans la Grèce antique .

L'énergie éolienne peut être utilisée de deux manières :

.... . Conservation de l'énergie mécanique: le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (Navire à voile ou char à voile), pour pomper de l'eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d'un moulin.
.... . Transformation en énergie électrique: l'éolienne est couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne de manière autonome avec un générateur d'appoint (par exemple un groupe électrogène) et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie.

Quelques ordres de grandeur

.... . L'énergie éolienne provient à l'origine du soleil, comme toutes les énergies renouvelables (exceptées les énergies géothermique et marémotrice). Or, la Terre reçoit en 30 minutes l'équivalent en énergie solaire de la consommation annuelle de l'humanité, tous types d'énergies confondus. 1 à 2 % de cette énergie provenant du soleil est convertie en vent, soit 50 à 100 fois plus que l'énergie convertie en biomasse par la photosynthèse.
.... . Une éolienne de 2 MW alimente en électricité environ 4000 personnes (hors chauffage), soit une production annuelle de 4 à 5 millions de kWh.
.... . Au premier semestre 2007, la France possède 2 GW de puissance éolienne installée, uniquement à terre (il n'y a pas encore de champs offshore). L'Allemagne en possède 20 GW, les USA et l'Espagne 11 GW, l'Inde 6 GW et le Danemark 3 GW.
En France, le potentiel éolien est très important (le 2e d'Europe) : 20 GW terrestres pour une production de 50 TWh par an, et 40 GW offshore pour une production de 150 TWh par an[3]. Le potentiel éolien théoriquement exploitable est donc de 200 TWh par an, soit près de la moitié de la consommation française d'électricité (450 TWh en 2006).
.... . Cette production de 200 TWh/an représenterait : pour l'offshore, 40 grandes centrales éoliennes installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales de 200 m ; pour les sites terrestres, 10 000 éoliennes, soit moins du quart du nombre de pylônes très haute tension (400 kV) installés en France (qui mesurent 50 à 55 m de haut - et jusqu'à 100 m dans les zones vallonnées, contre 70 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).

Situation actuelle de la technologie

.... Un peu d'histoire

Pendant des siècles, l'énergie éolienne a été utilisée pour fournir un travail mécanique. L'exemple le plus connu est le moulin à vent utilisé par le meunier pour la transformation du blé en farine, on peut aussi citer les nombreux moulins à vent servant à l'assèchement des polders en Hollande.

Par la suite, pendant plusieurs décennies, l'énergie éolienne a servi à produire de l'énergie électrique dans des endroits reculés et donc non-connectés à un réseau électrique. Des installations sans stockage d'énergie impliquaient que le besoin en énergie et la présence d'énergie éolienne soit simultanés. La maîtrise du stockage d'énergie par batteries a permis de stocker cette énergie et ainsi de l'utiliser sans présence de vent, ce type d'installation ne concernant que des besoins domestiques, non appliqués à l'industrie.

Depuis les années 90, l'amélioration de la technologie des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 1 MW. Ces unités se sont démocratisées et on en retrouve aujourd'hui dans plusieurs pays. Ces éoliennes servent aujourd'hui à produire du courant alternatif pour les réseaux électriques, au même titre qu'un réacteur nucléaire, un barrage hydro-électrique ou une centrale thermique au charbon. Cependant, les puissances générées et les impacts sur l'environnement ne sont pas les mêmes.

.... Comparatif des installations productrices d'électricité (chiffres de 2006)
.... . un aérogénérateur : de quelques kW jusqu'à 5 MW (la plupart des grandes éoliennes installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW)
.... . une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 10 MW (record : centrale solaire Bavaria solarpark en Allemagne , passée de 10 à 12 MW en 2006)
une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 60 MW (record : 80 MW dans le désert de Mojave, USA)
.... . une centrale hydro-électrique : de quelques kW à 3000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22400 MW au Barrage des Trois Gorges en Chine , voir le lien en fin de page)
.... . un réacteur nucléaire : de l'ordre de 900 à 1300 MW en général (record : 1550 MW à la centrale nucléaire de Civaux au sud de Poitiers) .

Toutefois la comparaison de puissance entre des techniques de production d'électricité aussi différentes que le nucléaire, le solaire ou l'éolien n'apporte que des informations limitées puisqu'à puissance égale leurs productions d'électricité annuelles sont fortement différentes.

Une tranche nucléaire de 1000 MW de puissance électrique peut délivrer, en l'absence d'incident et dans le cadre d'un fonctionnement en base, environ 8 000 000 MWh par an. Les centrales nucléaires fonctionnant en base atteignent des facteurs de charge supérieurs à 95%. En France, les centrales nucléaires font du suivi de charge (la puissance délivrée s'adapte aux fluctuations de la demande du réseau) et ont des facteurs de charge de l'ordre de 80%, correspondant à une production annuelle de 7 000 000 MWh par tranche de 1000 MW électrique.
Le chiffre retenu pour l'éolien européen installé est de 2 000 MWh de production annuelle par MW de puissance installée, soit un facteur de charge d'environ 23% (fonctionnement de 2 000 heures d'équivalent plein régime par an). Le solaire photovoltaïque produit entre 1 000 et 1 200 MWh par MW de puissance installée en France. Cette production varie en fonction du rendement des installations (celles d'avant l'an 2000 étaient de 10% alors que les nouvelles font plutôt 15%) et en fonction de l'ensoleillement du lieu. Les chiffres annuels de production solaire photovoltaïque annoncés par différents pays montrent des cas extrêmes : en Allemagne ils sont de 574 MWh par MW, et en Californie de 1 458 MWh par MW.

.... Utilisation de l'énergie éolienne en site isolé

L'énergie éolienne est aussi utilisée pour fournir de l'énergie à des sites isolés, par exemple pour produire de l'électricité dans les îles, pour le pompage de l'eau dans des champs, ou encore pour alimenter en électricité des voiliers, des phares et des balises. Ces éoliennes de petite puissance sont dites appartenir au petit éolien, par opposition au grand éolien ou à l'éolien industriel.

Quelques initiatives font penser que le petit éolien , c'est à dire l'éolien individuel , pourrait bientôt se développer en devenant compétitif et discret ; même en ville.

.... Énergie éolienne dans le réseau électrique français

Le gestionnaire du réseau électrique français (RTE), estime que l'intégration de l'électricité éolienne dans le réseau actuel est possible sans difficultés majeures à hauteur de 10 à 15 GW, en particulier grâce à la présence en France de 3 gisements de vent indépendants, qui permettront un lissage de la production bien meilleur qu'en Allemagne ou au Danemark.

Les éoliennes raccordées au réseau électrique sont le plus souvent regroupées dans un parc éolien d'environ 5 à 50 machines, mais il existe aussi des machines isolées. On note également l'existence d'un projet, non encore réalisé, visant à intégrer des éoliennes de type Darrieus dans les pylônes électriques : le projet Wind'It.

RTE (Réseau de Transport d'Électricité), une filiale de EDF, achemine le courant électrique à travers le réseau. Ce courant électrique doit avoir une fréquence de 50 Hz (en France comme dans de nombreux pays à travers le monde, voir article : Réseau électrique).

Une éolienne raccordée au réseau se doit donc de fournir cette fréquence, quelle que soit la vitesse du vent. Cette fréquence constante passe par une vitesse de rotation constante des pales. Cette dernière est obtenue par régulation notamment avec l'orientation des pales.

Si la vitesse du vent est trop faible (par exemple moins de 10 km/h), l'éolienne s'arrête en raison des forces de frottement sec qui s'opposent à la rotation de l'hélice. Cette diminution de la vitesse de rotation ne permet plus de fournir cette fréquence. Dans ce cas, l'éolienne n'est donc plus productrice d'électricité, mais pourrait au contraire devenir consommatrice, il est donc nécessaire de la déconnecter.

Si la vitesse du vent est trop forte (supérieure à 100 km/h par exemple), l'éolienne est mise en sécurité et déconnectée du réseau, ses pales sont mises en drapeau et s'arrêtent pour éviter des sollicitations qui pourraient les briser.

La loi française oblige EDF à acheter le courant produit par les éoliennes ou par tout autre système de production d'électricité. D'autre part, le tarif d'achat de l'énergie éolienne est bonifié pour favoriser cette jeune filière en plein développement et permettre à la France d'atteindre les objectifs de la directive européenne.

.... Caractéristiques techniques

Le rendement énergétique (de même que la puissance développée) des éoliennes est fonction de la vitesse du vent au cube. Ainsi les éoliennes actuellement commercialisées ont besoin d'un vent dans la gamme de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s). Les futures éoliennes, dont les premiers prototypes sont mis en service courant 2006, acceptent des vents de moins de 4 à plus de 200 km/h (1 à 60 m/s). Comme l'énergie solaire et d'autres énergies renouvelables, l'éolien a besoin soit d'une énergie d'appoint pour les périodes moins ventées, soit de moyens de stockage de l'énergie produite (batteries, stockage hydraulique ou plus récemment, hydrogène).

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