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.
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.
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 et bilan carbone 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 .
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.
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.
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 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
La filière éolienne employait fin 2010 environ 670 000 personnes dans le monde
En Europe
Octobre 2012, l'Europe (UE 25) possédait une puissnce instalée de 100GW 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).
© EDF