L’Énergie Éolienne

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Il y a 150 éoliennes en Nouvelle-Calédonie et la production couvre les besoins d’un calédonien sur 10.

L’énergie éolienne est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie directement tirée du vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent. L’énergie éolienne est une des formes d’énergie renouvelable.
L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. Or, la Terre reçoit en 30 minutes l’équivalent en énergie solaire de la consommation annuelle de l’humanité, tous types d’énergies confondus. De 1 à 2 % de cette énergie provenant du soleil est convertie en vent.
Elle tire son nom d’Éole, le maître des Vents dans la Grèce antique.
L’énergie éolienne peut être utilisée de trois 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 force motrice (pompage de liquides, compression de fluides…) ;

Et surtout celle qui nous intéresse plus particulièrement ici :

  • La production d’énergie électrique : l’éolienne est alors couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne au sein d’un système « 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.

puce_carre_bleu Un peu d’histoire :

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 soient 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 1990, l’amélioration technologique des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 5 MW et le développement d’éoliennes de 10 MW est en cours. 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 ou une centrale thermique au charbon. Les impacts sur l’environnement sont bien évidemment beaucoup moindres. 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.

puce_carre_bleu Un peu de technique :

Le rendement énergétique de même que la puissance développée des éoliennes sont fonction de la vitesse du vent, dans la plage de fonctionnement de l’éolienne, la puissance est approximativement proportionnelle au cube de cette vitesse, et de la surface balayée par les pales, plus les pales sont longues plus on peut retirer d’énergie du vent.
Les éoliennes actuellement commercialisées ont besoin d’un vent dans la gamme de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s). Comme l’énergie solaire et d’autres énergies renouvelables, l’utilisation massive d’éolien nécessite, soit une énergie d’appoint pour les périodes moins ventées, soit des moyens de stockage de l’énergie produite (batteries, stockage hydraulique ou plus récemment, hydrogène, méthanation ou air comprimé).

puce_carre_bleu Qu’est-ce qu’une éolienne ?

Une éolienne est un dispositif qui transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Le plus souvent cette énergie est elle-même transformée en énergie électrique. Les éoliennes produisant de l’électricité sont appelées aérogénérateurs, tandis que les éoliennes qui pompent directement de l’eau sont parfois dénommées éoliennes de pompage.
Les termes de parc éolien ou de ferme éolienne sont utilisés pour décrire les unités de production groupées (installées à terre ou en mer).
Une éolienne se compose des éléments suivants :

  • Un mât permet de placer le rotor à une hauteur suffisante pour permettre son mouvement (nécessaire pour les éoliennes à axe horizontal) ou placer ce rotor à une hauteur lui permettant d’être entraîné par un vent plus fort et régulier qu’au niveau du sol. Le mât abrite généralement une partie des composants électriques et électroniques (modulateur, commande, multiplicateur, générateur, etc.).
  • Une nacelle montée au sommet du mât, abritant les composants mécaniques, pneumatiques, certains composants électriques et électroniques, nécessaires au fonctionnement de la machine. La nacelle peut tourner pour orienter la machine dans la bonne direction.
  • Un rotor, composé de plusieurs pales et du nez de l’éolienne, fixé à la nacelle. Le rotor est entraîné par l’énergie du vent, il est branché directement ou indirectement (via un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui utilisera l’énergie recueillie (pompe, générateur électrique…).

Des éléments annexes, comme un poste de livraison pour injecter l’énergie électrique produite au réseau électrique, complètent l’installation.

puce_carre_bleu Éolien : Progrès technologique et Développement du parc mondial

Depuis 1985, la taille des éoliennes n’a cessé de croître. Leur diamètre moyen est passé de 15 à 112 m (+750%) en l’espace de 20 ans et leur puissance nominale a suivi cette évolution passant de 30 à 4500 kW (+15000%) et ce n’est pas fini… les éoliennes en cours de développement pourrait atteindre 10 voir 12 MW avec des rotors de 160 m de diamètre (voir Éolien : de la Terre vers la Mer) dans les prochaines années.

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Fort de ces évolutions technologiques, le parc éolien est en croissance constante depuis la fin du XXIème siècle :

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puce_carre_bleu Éolien : de la terre vers la mer :

L’installation de fermes éoliennes en mer est l’une des voies de développement de l’éolien, car elle s’affranchit en grande partie du problème des nuisances esthétiques et de voisinage. D’autre part le vent est beaucoup plus fort et constant qu’à terre : un régime de marche de 96 % est par exemple estimé en mer du Nord. Cette solution permet le développement technique progressif d’éoliennes de très grande puissance.
Ainsi, la production d’électricité éolienne en mer est plus importante qu’à terre à puissance équivalente. On donne couramment comme moyenne 2 500 MWh par MW installé en mer au lieu de 2 000 MWh par MW installé à terre. Dans les zones maritimes géographiquement très favorables à l’éolien, les estimations des études indiquent le potentiel de cas extrêmes de 3 800 MWh par MW installé.

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Diverses solutions sont envisagées pour diminuer le coût du kWh produit.
Parmi les solutions étudiées, on peut noter :

  • la construction d’éoliennes de plus grande puissance, produisant de 5 à 10 MW par unité ;
  • la mise au point de systèmes flottants, ancrés, permettant de s’affranchir des coûts des fondations de pylônes à grande profondeur.

Une option permettant de réduire le coût d’investissement au kW installé pourrait être à terme de coupler sur le même pylône une éolienne offshore et une ou plusieurs hydroliennes.

puce_carre_bleu Éolien et Pétrole :

A partir de 70 USD/baril (2006) : le vent devient compétitif : Le prix du baril en août 2012 est de 93 USD.

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puce_carre_bleu Éolien et Nucléaire :

Evolution des puissances installées (GW) en Éolien et Nucléaire entre 2001 et 2010 dans le monde

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puce_carre_bleu Eolien : Le Farwind : un marché spécifique

Dans de nombreuses régions du monde, il est en pratique très difficile d’installer des éoliennes conventionnelles. Ce sont pourtant ces régions qui ont le plus besoin d’une source d’énergie propre et rentable, clé de l’indépendance énergétique et indispensable moyen d’un développement durable.
Ces zones présentent l’une ou plusieurs des contraintes suivantes :

Contraintes géographiques

  • Situation insulaire
  • Zones montagneuses
  • Zones cycloniques
  • Zones difficiles d’accès (routes non goudronnées…)

Contraintes matérielles et humaines

  • Manque de moyens logistiques
  • Manque de personnel local qualifié
  • Coût élevé du génie civil
  • Coût élevé ou absence de grues lourdes

Contraintes électriques

  • Réseaux électriques faibles
  • Réseaux sujets à des coupures intempestives

Contraintes économiques

  • Fort impact des variations du cours du pétrole sur le coût de l’électricité produite
  • Besoins énergétiques en hausse
  • Nécessité d’opter pour des énergies renouvelables (crédits carbone) et de diversifier le mix énergétique.

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puce_carre_bleu Aspect environnemental

L’éolien est la filière qui a le meilleur bilan (et très largement) dans le cadre du classement effectué dans l’étude multicritère Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security, étude réalisée par le département énergie et atmosphère de l’université de Stanford. Une éolienne ne consomme pas d’eau douce (l’accès à l’eau douce est une problématique de premier plan à l’échelle mondiale), c’est une énergie propre qui ne produit directement ni dioxyde de carbone, ni dioxyde de soufre, ni fines particules, ni déchets radioactifs à vie longue, ou n’importe quel autre type de pollution de l’air ou de l’eau. Elle ne nécessite pas de pesticides, n’induit pas de pollution thermique. Elle a une empreinte surfacique très faible (la présence d’une éolienne est compatible avec les activités agricoles) et a un impact sur la biodiversité presque négligeable. Elle est de plus disponible presque partout, de manière décentralisée.
La fabrication de l’éolienne puis ultérieurement son entretien consomme des ressources (énergie grise) et produit indirectement des pollutions (extractions des matériaux de construction, fabrications, etc.). Néanmoins l’impact de ces facteurs est négligeable sur la durée de vie de l’éolienne.
L’énergie éolienne est une énergie renouvelable dont le gisement est inépuisable à l’échelle de temps des civilisations humaines. Le gisement éolien terrestre ne s’éteindra qu’avec la mort du soleil (le vent dépendant de la présence du soleil et des variations de la pression atmosphérique), dans 4 milliards d’années.