Qu’est-ce que l’énergie éolienne ? Définition, types et intérêt

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Le vent nous offre une source d’énergie alternative puissante, propre et durable. Dans cet article, nous allons examiner en profondeur l’énergie éolienne, la façon dont elle est produite et ce que l’avenir peut réserver à l’énergie éolienne.

L’énergie éolienne est définie comme le processus consistant à capter l’énergie cinétique du vent et à la convertir en puissance mécanique ou en électricité utilisable.

À mesure que les industries et les gouvernements du monde entier cessent de dépendre des combustibles fossiles, les sources d’énergie alternatives sont appelées à faire partie intégrante de l’approvisionnement mondial en électricité. L’énergie éolienne a le potentiel de transformer la production d’électricité et de jouer un rôle majeur dans la décarbonisation de l’industrie énergétique.

L’énergie éolienne est la deuxième source de production d’énergie renouvelable dans le monde, dépassée seulement par l’énergie hydroélectrique. L’énergie éolienne est désormais la première source d’électricité renouvelable aux États-Unis. L’année 2021 a été une année record pour les nouvelles installations éoliennes en Europe et d’autres parcs éoliens ont été désignés pour être construits en 2023. Environ 13 % de l’électricité de la Chine est désormais produite par des parcs éoliens. L’énergie éolienne est également en hausse dans des pays comme le Brésil, l’Inde, l’Indonésie, le Japon, la Corée du Sud, la Russie, le Royaume-Uni et l’Australie…. Bref, c’est un mouvement mondial dans lequel s’inscrit notre pays.

Pour découvrir pourquoi le monde se tourne vers le vent pour produire de l’électricité propre et bon marché, il est utile de définir et de décrire clairement l’énergie éolienne et son fonctionnement. Dans cet article, nous allons examiner en profondeur ce qu’est l’énergie éolienne, comment elle est produite, les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne, et discuter de l’avenir du secteur de l’énergie éolienne.

Qu’est-ce que l’énergie éolienne ?

L’énergie éolienne, ou énergie du vent, désigne le processus consistant à utiliser le mouvement de l’air pour le convertir en puissance mécanique ou en électricité. L’énergie éolienne est considérée comme une forme d’énergie solaire car elle est générée par le passage de l’air par rapport à la surface de la Terre.

Définition de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne – également connue sous le nom d’énergie du vent – est classée comme une forme d’énergie solaire et définie comme le processus de capture de l’énergie cinétique du vent et de sa conversion en puissance mécanique ou en électricité utilisable.

Comment fonctionne une éolienne ?

Bien qu’elles soient construites à l’aide de technologies et de techniques d’ingénierie très avancées, la méthode utilisée par les éoliennes pour produire de l’électricité est assez simple. Qu’il s’agisse de micro-turbines à petite échelle utilisées pour fournir de l’électricité aux maisons résidentielles ou des structures gigantesques qui peuplent les plus grands parcs éoliens du monde, toutes les éoliennes utilisent le même principe mécanique pour produire de l’électricité.
Il existe deux types d’éoliennes : les éoliennes à axe horizontal (HAWT) et les éoliennes à axe vertical.

Les éoliennes les plus courantes à l’échelle commerciale sont les éoliennes à axe horizontal. Ces turbines ressemblent à des moulins à vent et comportent trois pales fixées à une tour. Lorsque la plupart des gens pensent à l’énergie éolienne, ils imaginent des éoliennes à axe horizontal.
Il existe également des éoliennes à axe vertical dont les pales sont fixées en haut et en bas d’un rotor vertical. L’éolienne verticale la plus typique est l’éolienne de Darrieus, du nom de l’ingénieur français Darrieus qui a inventé ce concept en 1931. Cependant, aujourd’hui, ces turbines sont très rarement utilisées car elles ne sont pas aussi efficaces que les éoliennes à axe horizontal. C’est pourquoi nous allons nous concentrer sur la conception et le fonctionnement des éoliennes à axe horizontal.

Les pales des éoliennes à axe horizontal agissent un peu comme les ailes d’un avion. Le vent crée une portance qui fait tourner les pales. La rotation des pales actionne un arbre d’entraînement situé au sommet de l’éolienne. L’énergie cinétique produite par la rotation de l’arbre génère de l’électricité en courant continu qui est convertie en courant alternatif par un transformateur, puis injectée dans le réseau par l’éolienne elle-même.

Cette vidéo montre en détail le fonctionnement des éoliennes :

Bien que cela dépende du fabricant et du type d’éolienne, les tours des éoliennes sont normalement fabriquées en acier, qui représente jusqu’à 79 % de la masse totale. Les pales des éoliennes peuvent être construites à partir d’une combinaison de fibres de verre, de polyester renforcé, de résine et de plastique. La structure principale d’une éolienne peut également contenir de petites quantités de fer ou de fonte, d’aluminium et de cuivre.

Les éoliennes sont généralement installées en grappes dans une zone désignée, que l’on appelle alors un parc éolien. Les parcs éoliens peuvent être situés à terre (onshore) ou en mer (offshore).

Les éoliennes sont composées de cinq éléments principaux :

La fondation : Pour les éoliennes terrestres, la fondation est généralement un bloc de béton, souvent caché sous le sol. Les éoliennes offshore situées loin en mer sont reliées à des fondations flottantes ou à des fondations fixées au fond de la mer. La fondation de l’éolienne doit être suffisamment lourde pour supporter le poids de l’éolienne elle-même et la force du vent.

La tour : les tours sont fabriquées en acier tubulaire pour réduire la traînée et peuvent mesurer de 3 à plus de 110 mètres de haut. Les tours doivent être au moins aussi hautes que le diamètre des pales de l’éolienne et sont généralement deux à trois fois plus hautes que le diamètre des pales. La vitesse du vent peut augmenter considérablement en hauteur. Les tours les plus hautes sont donc soumises à des vents plus forts et produisent donc plus d’électricité.

Le rotor : Les pales des éoliennes ont un profil aérodynamique. Habituellement, mais pas toujours, le rotor d’une éolienne comporte trois pales fixées à un moyeu central. Les pales ne sont pas pleines mais creuses et sont le plus souvent construites en matériaux composites pour un maximum de légèreté et de résistance.
Le mouvement des pales du rotor est appelé le pas des pales. Les éoliennes à axe horizontal sont équipées de systèmes de commande hydrauliques ou électriques qui ajustent en permanence le pas des pales pour éviter que la vitesse du rotor ne dépasse la capacité maximale en cas de vents forts. Pour éviter tout dommage, la majorité des éoliennes modernes s’arrêtent de tourner si la vitesse du vent dépasse 88,5 kilomètres par heure.

La nacelle : Située au sommet de la tour, la nacelle abrite le système électromécanique de l’éolienne, y compris la boîte de vitesses, le générateur, les onduleurs, l’hydraulique, les roulements et la transmission. La nacelle est fixée à un palier de lacet qui lui permet de tourner avec le rotor en fonction de la direction du vent. Les nacelles utilisées sur les éoliennes de grande puissance peuvent contenir plus de 1 500 composants distincts, mesurer plus de 15 mètres de long et peser plus de 300 tonnes.

Le générateur : Les générateurs des éoliennes sont situés à l’intérieur de la nacelle et convertissent l’énergie cinétique produite par les pales du rotor en rotation en énergie électrique. Les générateurs des éoliennes diffèrent des autres générateurs car ils doivent faire face à une source de couple qui fluctue constamment. En raison de la quantité d’énergie qu’ils produisent, les aérogénérateurs à l’échelle industrielle nécessitent des systèmes de refroidissement pour les empêcher de surchauffer. Le plus souvent, la génératrice est située près d’un conduit qui utilise un ventilateur pour assurer le refroidissement, mais certaines génératrices sont équipées de systèmes de refroidissement par eau.

Cette illustration montre les composants typiques d’un générateur d’énergie éolienne.

Quelle quantité d’énergie une éolienne produit-elle ?

Les éoliennes commencent à produire de l’énergie lorsque la vitesse du vent atteint entre 9,66 et 14,48 kilomètres par heure. Comme le vent est intermittent et que la vitesse du vent ne correspond pas exactement à la quantité d’énergie produite, il peut être difficile de mesurer la production des éoliennes.

Pour surmonter ce problème, les éoliennes sont évaluées en fonction de leur capacité globale de production d’énergie. Ce chiffre est obtenu en divisant la puissance moyenne de sortie d’une éolienne par sa puissance maximale. La quantité d’énergie qu’une éolienne peut produire est généralement comprise entre 15 et 50 % de sa capacité nominale. Par exemple, une éolienne d’une puissance nominale de 1 MW peut produire 15 kW ou 50 kW d’électricité.
En général, une éolienne terrestre commerciale standard de 2,5 à 3 MW peut produire jusqu’à 6000 MWh par an. Une éolienne offshore de même puissance peut produire le double.

Les entreprises s’efforçant de construire des éoliennes plus efficaces et plus grandes, les limites de capacité maximale ont considérablement augmenté. Lancée à Rotterdam, aux Pays-Bas, en octobre 2021, l’Haliade-X de General Electric a été la première turbine de 14 MW à entrer en service. Cette turbine massive présente un facteur de capacité compris entre 60 et 64 % de la production maximale et peut produire 74 GWh d’électricité par an.

Une série de facteurs entrent en jeu et peuvent avoir un impact sur le taux d’énergie éolienne produite par un parc éolien. Le plus évident est le fait que le vent ne souffle pas toujours assez fort pour que la turbine produise de l’électricité. À l’inverse, si le vent est trop fort, l’éolienne s’arrêtera pour ne pas être endommagée.
L’emplacement de l’éolienne est également un facteur. Les éoliennes placées à des altitudes plus élevées ou les éoliennes situées en mer peuvent produire beaucoup plus d’électricité que leurs homologues terrestres. Enfin, la taille de la tour et des pales du rotor affecte la quantité d’électricité que l’éolienne peut produire.

Les différents types d’énergie éolienne expliqués

Lorsqu’on parle d’énergie éolienne, on distingue deux grandes appellations :

L’énergie éolienne terrestre : Elle décrit les ensembles d’éoliennes (parcs éoliens) que nous voyons placés sur des terres agricoles, dans des zones côtières près du bord de l’océan ou en haute altitude. Le terme « énergie éolienne terrestre » peut également être utilisé pour décrire les éoliennes résidentielles qui ne sont pas connectées au réseau électrique principal.

L’énergie éolienne en mer : Ce terme désigne les éoliennes qui sont situées au large ou dans de grandes étendues d’eau. Les parcs éoliens offshore sont généralement situés dans des eaux raisonnablement peu profondes, jusqu’à 60 mètres de profondeur. Ils doivent être placés loin des côtes, des voies de navigation ou de trafic maritime, des zones d’importance écologique ou des installations navales. Les éoliennes en mer peuvent produire plus d’électricité que les éoliennes terrestres en raison de leur taille et de l’absence d’obstacles à la vitesse du vent.

Quelles sont les avantages et inconvénients de l’énergie éolienne ?

Quels sont les avantages de l’énergie éolienne ?

L’expansion de l’industrie de l’énergie éolienne dans le monde entier est due aux nombreux avantages qu’elle présente en tant que source d’énergie alternative. L’énergie éolienne présente des avantages économiques et environnementaux considérables.

Comme elle génère de l’électricité sans pollution, l’énergie éolienne est une forme d’énergie incroyablement propre. Les émissions deCO2 causées par la fabrication et l’installation d’une éolienne peuvent être compensées dès la première année de fonctionnement.

Comme l’énergie solaire, l’énergie éolienne est une méthode de production d’électricité totalement durable. Le vent étant une ressource gratuite et inépuisable, l’électricité produite par les éoliennes est bon marché par rapport à d’autres sources. Une fois installées, les éoliennes ont de faibles coûts d’exploitation et ne nécessitent qu’une maintenance minimale au cours de leur durée de vie.

L’énergie éolienne présente également de nombreux avantages macroéconomiques. En installant des parcs éoliens, les pays peuvent réduire leurs coûts énergétiques et devenir autonomes. Le secteur de l’énergie éolienne est à l’origine de la création de millions d’emplois dans le monde, notamment dans les pays en développement. À mesure que les investissements dans les parcs éoliens augmentent, le nombre de personnes employées par l’industrie éolienne est appelé à croître.

En résumé, voici les principaux avantages de l’énergie éolienne :

  • Une forme d’énergie très propre
  • Méthode durable de production d’électricité
  • Aucune maintenance complexe nécessaire
  • Réduction des coûts énergétiques pour des pays entiers
  • L’énergie éolienne permet l’autosuffisance
  • Création de nombreux emplois

Quels sont les inconvénients de l’énergie éolienne ?

Les critiques soulignent que malgré les nombreux avantages, l’énergie éolienne présente plusieurs inconvénients.
L’une des critiques les plus couramment entendues à l’encontre des parcs éoliens est qu’ils sont visuellement peu attrayants et qu’ils émettent des niveaux de bruit élevés.
Si l’attrait esthétique des parcs éoliens est discutable, les accusations de pollution sonore lancées par les personnes qui vivent à proximité des parcs éoliens sont prises au sérieux. En mars 2022, un tribunal australien a ordonné à un parc éolien de cesser ses activités nocturnes en raison des niveaux élevés de bruit émis par les éoliennes.

L’énergie éolienne doit encore être compétitive par rapport aux sources d’énergie traditionnelles en termes de coût et d’efficacité. Les critiques soulignent que l’énergie éolienne comporte de nombreux coûts cachés. Étant donné qu’il est difficile d’estimer la production d’un parc éolien et que de nombreuses communautés peuvent s’opposer à l’installation d’un parc éolien, les opérateurs peuvent avoir du mal à obtenir des investissements pour des projets et à obtenir l’approbation des autorités locales pour les sites de parcs éoliens. Les parcs éoliens sont souvent situés dans des régions éloignées, de sorte que les coûts de transmission de l’électricité peuvent être élevés.

La nature intermittente du vent et la disponibilité de zones appropriées pour les parcs éoliens sont également des inconvénients importants. La production d’énergie éolienne en Europe a été inférieure de 15 % aux prévisions en 2021 en raison d’un événement météorologique extrême qui a réduit la quantité de vent sur le continent.

Bien que considérés comme une source d’énergie respectueuse de l’environnement, les parcs éoliens peuvent avoir un impact négatif sur la faune et la flore. Il existe peu d’études approfondies sur le sujet, mais on estime que les parcs éoliens tuent jusqu’à 100 000 oiseaux chaque année au Royaume-Uni et jusqu’à 328 000 aux États-Unis (je n’ai pas la donnée pour la France). L’impact sur d’autres espèces aériennes, telles que les chauves-souris, est inconnu, de même que l’impact des éoliennes sur les habitats locaux des espèces sauvages non aériennes.
Une étude norvégienne a toutefois révélé que la mortalité des oiseaux causée par les éoliennes était réduite de 70 % simplement en peignant une pale de rotor en noir. Les scientifiques étudient également l’utilisation de dispositifs acoustiques à ultrasons pour éloigner les chauves-souris et les oiseaux des parcs éoliens. Les recherches se poursuivent sur le coût environnemental réel des parcs éoliens.

En résumé, voici les principaux inconvénients de l’énergie éolienne :

  • Altération du paysage visuel
  • Impact négatif sur la faune et la flore
  • Difficulté à trouver des zones appropriées

Quelles applications pour l’énergie éolienne ?

L’homme exploite l’énergie du vent depuis des siècles. Au1er siècle de notre ère, les Grecs anciens ont mis au point une roue à vent pour alimenter une machine. Les moulins à vent ont été largement utilisés du7e au9e siècle en Iran et ont été employés dans toute l’Europe au11e siècle pour moudre le grain et pomper l’eau.

La première utilisation du vent pour produire de l’électricité remonte à 1887, avec la création d’une éolienne par le professeur James Blyth de Glasgow. Elle a été suivie par la première éolienne américaine construite par Charles Brush, de l’Ohio, et par les inventions du scientifique danois Poul la Cour, qui a transformé un moulin à vent en un prototype de centrale électrique fournissant de l’éclairage à un village local. La Cour a contribué au déploiement de plus de 2 500 moulins à vent pour produire de l’électricité dans tout le Danemark et a fondé la Société des électriciens éoliens en 1903. La Cour est également à l’origine de la découverte que les éoliennes avec moins de pales sont plus efficaces pour produire de l’électricité.

On peut dire que deux événements ont marqué le début de l’industrie moderne de l’énergie éolienne. Du milieu des années 1970 au début des années 1980, le gouvernement des États-Unis a travaillé à la production d’éoliennes de la NASA à l’échelle commerciale qui pourraient fournir de l’électricité sur une base industrielle. L’autre grande étape du développement de l’énergie éolienne a été la construction de la première éolienne de plusieurs mégawatts en 1978 par l’école Tvind au Danemark.

Ces développements ont conduit à la construction du premier parc éolien terrestre moderne à Crotched Mountain, dans le sud du New Hampshire, par US Windpower en 1980. Le premier parc éolien offshore a été érigé en 1991 au large de Vindeby au Danemark par Ørsted.

10 faits sur l’énergie éolienne en un coup d’œil

  • 1. Il existe plus de 340 000 parcs éoliens dans le monde.
  • 2. Le coût de l’énergie éolienne est aujourd’hui inférieur de 90 % à ce qu’il était dans les années 1980.
  • 3. La durée de vie d’une éolienne moderne est d’environ 20 ans.
  • 4. L’industrie éolienne emploie plus de 1,2 million de personnes dans le monde.
  • 5. La valeur de l’industrie éolienne mondiale a été estimée à 62,1 milliards USD en 2019
  • 6. La Chine produit le plus d’énergie éolienne avec une production annuelle de plus de 236 000 MW
  • 7. La Chine possède également le plus grand parc éolien du monde – le parc éolien de Gansu
  • 8. Le plus grand fabricant d’éoliennes est la société danoise Vestas Wind Systems A/S.
  • 9. La plus grande éolienne du monde est la SG 14-222 DD de Siemens Gamesa à Østerild, au Danemark.
  • 10. On estime qu’il faudrait 3,9 millions de turbines pour fournir suffisamment d’énergie à la planète entière.

À quoi ressemble l’avenir de l’énergie éolienne ?

Le développement continu de la technologie des éoliennes, associé à l’augmentation de la capacité de production d’électricité et à la demande de sources d’énergie alternatives, garantit que l’énergie éolienne restera au premier plan de l’industrie énergétique mondiale.
L’industrie de l’énergie éolienne se développe actuellement à un rythme incroyable et devrait créer plus de 3 millions d’emplois dans le monde au cours des cinq prochaines années. La valeur globale de l’industrie éolienne mondiale devrait atteindre 127,2 milliards USD d’ici 2027.

Alors que le monde s’efforce d’atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2050, les pays investissent des sommes considérables dans de nouveaux parcs éoliens et développent continuellement les technologies de l’énergie éolienne. Les parcs éoliens modernes sont de plus en plus grands, plus efficaces et capables de produire plus d’énergie que jamais.

Le parc SG 14-222 DD de Siemens Gamesa à Østerild, au Danemark, a un diamètre de rotor de 222 mètres et des pales de 108 mètres de long. Il peut produire suffisamment d’électricité pour alimenter 18 000 foyers pendant un an. Le parc éolien de Gansu en Chine, également appelé « Jiuquan Wind Power Base », est le plus grand parc éolien terrestre de la planète. Lorsqu’il sera entièrement achevé, le parc éolien de Gansu devrait compter 7 000 turbines éoliennes pour une capacité prévue de 20 GW.

Si les parcs éoliens offshore ne fournissent actuellement qu’une fraction de l’énergie éolienne mondiale, leur potentiel est vaste. Les facteurs de capacité des éoliennes en mer devraient connaître une croissance exponentielle avec le développement des technologies de fondations flottantes. Selon certaines sources, les nouvelles technologies pourraient permettre aux parcs éoliens en mer d’ajouter plus de 420 000 TWh par an à l’approvisionnement mondial en électricité.

Pour limiter l’impact du réchauffement climatique, 180 GW de nouvelle énergie éolienne sont nécessaires chaque année dans le monde. À partir de 2030, on estime que 280 GW de nouvelle énergie éolienne seront nécessaires pour atteindre les objectifs de zéro émission nette d’ici 2050.

L’énergie éolienne peut-elle apporter à l’humanité la solution à la crise du changement climatique ? Ou sommes-nous simplement en train de nous battre contre des moulins à vent ? Avec des investissements continus, la recherche et le développement, et le soutien des gouvernements, il est fort possible que l’énergie éolienne devienne la plus importante source d’énergie future du monde.

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