Énergie éolienne

 

Définition et catégories

L’énergie éolienne est l’énergie cinétique des masses d’air en mouvement autour du globe. La racine étymologique du terme « éolien » provient du nom du personnage mythologique Eole, connu en Grèce antique comme le maître des Vents.

L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire(1) : les rayons solaires absorbés dans l’atmosphère entraînent des différences de température et de pression. De ce fait les masses d’air se mettent en mouvement et accumulent de l’énergie cinétique. Celle-ci peut être transformée et utilisée à plusieurs fins :

  • la transformation en énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (voilier ou char à voile), pour pomper de l’eau (éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d’un moulin ;
  • la production d'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 au sein d'un système « autonome » avec un générateur d’appoint (par exemple un groupe électrogène), un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie. Une éolienne est parfois qualifiée d’aérogénérateur dès lors qu'elle produit de l'électricité.

L’énergie éolienne est une énergie renouvelable qui ne produit pas directement de gaz à effet de serre en phase d’exploitation.

Rangée d'éoliennes dans l'Alberta, au Canada (©2013)

Rangée d'éoliennes dans l'Alberta, au Canada (©2013)

Les modes d’exploitation de l’énergie éolienne

On distingue par ailleurs deux typologies d’installations :

  • industrielle : les grands parcs éoliens (ou « fermes éoliennes ») raccordés au réseau électrique ;
  • domestique : des petites éoliennes installées chez les particuliers.

Fonctionnement technique ou scientifique

Le procédé de transformation de l’énergie cinétique en énergie mécanique ou électrique

L’énergie électrique ou mécanique produite par une éolienne dépend de trois paramètres : la forme et la longueur des pales, la vitesse du vent et enfin la température qui influe sur la densité de l’air.

L'énergie récupérable correspond à l’énergie cinétique qu’il est possible d’extraire. Elle est proportionnelle à la surface balayée par le rotor et au cube de la vitesse du vent.

La puissance maximum récupérable (P) est donnée par la loi de Betz : P = 0,37. S. V3; où 0,37 est la constance de l’air à pression atmosphérique standard (1 013 hPa), S est la surface balayée et V est la vitesse du vent.

En pratique, une éolienne produit quatre fois plus d’énergie si la pale est deux fois plus grande et huit fois plus d’énergie si la vitesse du vent double. La densité de l’air entre également en jeu : une éolienne produit 3% de plus d’électricité si, pour une même vitesse de vent, l’air est plus froid de 10°C. La puissance éolienne dépend principalement de l’intensité du vent et de ses variations. L’énergie éolienne est donc une énergie intermittente et aléatoire.

Le vent est plus fort et plus constant en mer. Les éoliennes installées sont également plus puissantes.

L’ensemble pale/rotor est orienté face au vent par un système de gouvernail. La plupart des éoliennes démarre lorsque la vitesse du vent atteint environ 3 m/s et s’arrête lorsque cette vitesse atteint 25 m/s. Généralement, les éoliennes sont paramétrées afin d’exploiter au mieux les vents de puissance intermédiaire.

Enjeux par rapport à l'énergie

Considérée comme une énergie propre, l’énergie éolienne connait un essor important. Parmi les énergies renouvelables, elle est considérée comme une technologie mature et la plus économique après l’hydroélectricité.

D’après le Global Wind Energy Council, la capacité installée du parc éolien mondial a été multipliée par 3 entre fin 2007 et fin 2012. A cette date(1), elle atteint près de 282 GW, l'équivalent de la puissance cumulée de près de 280 réacteurs nucléaires. Malgré cette croissance, sa part dans la production d'électricité mondiale totale se limite à 2,1% en 2011(2).

Au-delà de la donne économique et environnementale, l’énergie éolienne suscite un intérêt particulier car elle peut favoriser la diversification et l’indépendance énergétique d’un pays. Cette source d’énergie a sa place dans le futur bouquet énergétique mondial, notamment dans les pays ne disposant pas de ressources fossiles importantes et/ou d’industrie énergétique nucléaire développée.

Elle fait partie intégrante des stratégies d’implantation d’énergies alternatives malgré les limites qu’elle peut présenter : son caractère aléatoire, son rendement et son intrusion dans les paysages naturels.

  • Les atouts de l’énergie éolienne
  • L’énergie éolienne est renouvelable et propre.
  • En phase d’exploitation, cette énergie est presque totalement indépendante des ressources fossiles.
  • Le terrain où les éoliennes sont installées reste toujours exploitable pour les activités industrielle et agricole. L’installation peut être démantelée relativement facilement.
  • Leur développement offshore présente un potentiel non négligeable.
  • Implantées localement, les éoliennes peuvent permettre de répondre à des besoins électriques de masse tout comme à des besoins domestiques limités, selon la taille de l’éolienne.
     
  • Les problèmes qui se posent
  • L’énergie éolienne dépend de la puissance et de la régularité du vent.
  • C’est une source d’énergie intermittente.
  • Les zones de développement sont limitées.
  • Les éoliennes peuvent susciter des conflits d’usage d’ordre environnemental comme les nuisances visuelles et sonores.
  • Il peut exister des conflits d’utilisation de l’espace terrestre ou marin avec les autres usagers (exemple : pêcheurs, plaisanciers).

Acteurs majeurs

Les pays disposants des plus importantes capacités éoliennes totales

C’est l’Europe qui domine de marché mondial de l’énergie éolienne avec 109 GW de capacités éoliennes installées à fin 2012(3). L’Allemagne rassemble à elle seule 31 GW bien que ce soit le Danemark qui dispose du ratio production/nombre d’habitants le plus important.

Dans le monde, les Etats-Unis ont dépassé l’Allemagne en 2009 et disposent à fin 2012 d'une puissance de près de 60 GW. En parallèle, les puissances d’Asie comme l’Inde et la Chine souhaitent développer leurs propres industries. Fin 2012, la Chine disposerait d'un parc éolien d'une puissance installée de près de 75 GW (avec près de 13 GW installés au cours de l'année 2012), dépassant ainsi les États-Unis.

Chaque année, 500 éoliennes environ sont mises en service en France, soit environ 1 GW, l’équivalent de la puissance moyenne d’un réacteur nucléaire.

Les entreprises du secteur éolien

En 2012, les parts de marché mondiales des principaux fabricants d'éoliennes selon BTM Consult étaient les suivantes(4) :

  • GE Wind (États-Unis) avec 15,5% ;
  • Vestas (Danemark) avec 14,0% ;
  • Siemens (Allemagne) avec 9,5% ;
  • Enercon (Allemagne) avec 8,2% ;
  • Suzlon (Inde) avec 7,4% ;
  • Gamesa (Espagne) avec 6,1% ;
  • Goldwind (Chine) avec 6,0% ;
  • United Power (Chine) avec 4,7% ;
  • Sinovel (Chine) avec 3,2% ;
  • Mingyang (Chine) avec 2,7%;

Unités de mesure et chiffres clés

En moyenne, un Français consomme 7 756 kWh (consommation électrique totale rapportée à la population), un Américain 13 361 kWh alors qu’un Béninois ne consomme que 99 kWh(5). À titre de comparaison, en Bretagne, une éolienne de 1 MW de puissance produit en moyenne 2 millions de kWh par an(6), soit un fonctionnement à plein régime de 2 000 heures par an, soit 6 heures par jour.

La filière éolienne a généré 10 400 emplois en France en 2009. 140 entreprises industrielles françaises œuvrent dans ce secteur. Si les objectifs du Grenelle de l’environnement sont tenus, le secteur de l’énergie éolienne pourrait atteindre 60 000 emplois en 2020(7).

En Europe

De 2000 à 2012, la part de la puissance éolienne dans la puissance électrique totale installée est passée de 2% à 11%. Elle atteint à fin 2012 106 GW dans l'Union européenne(8).   

Au niveau mondial

En 2012, près de 44,7 GW de nouvelles capacités éoliennes ont été installés dans le monde. L’éolien a produit près de 460 TWh en 2011, soit approximativement 2,1% de la production totale d’électricité dans le monde. Les experts du GWEC (Conseil mondial de l’énergie éolienne) prévoient le maintien d’une croissance soutenue de l’éolien, devant conduire à terme à un parc susceptible de produire 3 000 TWh à l’horizon de 2020.

Passé et présent

Le début de l’utilisation de l’énergie éolienne remonte à approximativement 3 000 ans avant JC, dans le cadre de l’utilisation des premiers bateaux à voile. Après, les premiers moulins à vent sont inventés par les Perses vers 200 avant JC. Cette technique n’est ensuite importée en Europe qu’au XIIe siècle.

Deux siècles après, les célèbres moulins hollandais voient le jour. Ces moulins sont utilisés pour faire tourner des scieries ou fabriquer de l’huile. Mais c’est en Angleterre qu’ont été perfectionnées les formes des ailes. L’Angleterre compte au XIXe siècle environ 10 000 moulins. Depuis les années 1990, le développement technologique des éoliennes a permis la construction des aérogénérateurs.

Évolution des raccordements de capacités éoliennes en France

Puissance éolienne : nouveaux raccordements par trimestre en MW (©2012 d'après Commissariat général au Développement durable)
Nouveaux raccordements par trimestre en MW (©2012 d'après Commissariat général au Développement durable)

Futur

En fonction de la structure énergétique des pays

L’énergie éolienne peut s’intégrer avantageusement dans les pays dont la structure de production énergétique repose sur les énergies fossiles. Son caractère variable est bien compensé par la grande disponibilité des centrales à gaz, pétrole ou charbon. C’est par exemple le cas de l’Allemagne.

En revanche dans les pays dont la structure de production énergétique repose sur des sources moins aisées à contrôler, donc moins à même à répondre aux variations brutales de la demande d’électricité, l’énergie éolienne est moins adaptée. C’est notamment le cas de la France et de ses réacteurs nucléaires.

De surcroît, tous les pays ne bénéficient pas du même potentiel éolien. A l’avenir, les innovations technologiques, le développement des réseaux intelligents et les solutions de stockage de l’électricité pourraient également faire évoluer la donne.

L’éolien offshore

Les nouvelles technologies de l’éolien offshore sont aujourd’hui les plus prometteuses. En effet, certains pays tels que le Danemark sont déjà saturés d’éoliennes onshore. D’autres ne peuvent imposer de nouvelles implantations à leurs citoyens du fait de l’image négative que l’opinion publique peut se faire des éoliennes. Construire ces aérogénérateurs au large, où les vents sont plus forts et plus constants, répond à la fois aux impératifs sociétaux et aux impératifs énergétiques.

Concrètement

Une éolienne d’une puissance de 2 MW permet d’alimenter en électricité environ 1 000 foyers.

Éléments comparatifs de puissance:

  • un aérogénérateur fournit une puissance de quelques kW jusqu'à plus de 6 MW ; la plupart des grandes éoliennes installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW ;
  • un réacteur nucléaire délivre généralement une puissance de 900 à 1 500 MW.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Une éolienne produit quatre fois plus d'énergie si la pale est deux fois plus grande et huit fois plus d'énergie si la vitesse du vent double.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Une éolienne démarre lorsque la vitesse du vent atteint environ 3m/s et s'arrête lorsque cette vitesse atteint 25m/s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En 2011, l'éolien a produit près de 460 TWh, soit 2,1% de la production totale d'électricité dans le monde. Cela équivaut aux besoins en électricité du Brésil.