Le terme « éolienne » trouve son origine dans Éole, le dieu des vents de la mythologie grecque. Une éolienne est une machine qui transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, laquelle est ensuite convertie en électricité. Lorsque plusieurs éoliennes sont installées ensemble, on parle de parc éolien ou de ferme éolienne. Les premières éoliennes pour produire de l’électricité ont été développées dans les années 1970. En France actuellement, l’énergie éolienne se positionne comme la deuxième principale source d’électricité renouvelable, juste après l’énergie hydraulique. Elle représente plus de 8 % de la demande totale en électricité du pays (8,3 % en 2022), ce qui équivaut à 37,9 TWh.
Fonctionnement d'une éolienne
Une éolienne est composée des éléments suivants :
- Le mât ;
- L’hélice, équipée de trois pales mesurant plus de 60 mètres de long ;
- La nacelle, abritant un alternateur ;
- Les lignes électriques, responsables de l’évacuation et du transport de l’énergie électrique si l’éolienne est connectée au réseau.
Avant que l’énergie produite par l’éolienne puisse être intégrée au réseau de distribution électrique, plusieurs étapes sont requises :
- Le déclenchement du mouvement des pales : lorsque le vent souffle avec une force minimale de 15 km/h, les pales de l’éolienne commencent à tourner. Par mesure de sécurité, si le vent dépasse les 90 km/h, le fonctionnement de l’éolienne est interrompu.
- La production d’électricité : le mouvement des pales entraîne l’activation d’un rotor qui accélère leur rotation. Cela met en marche l’alternateur, générant ainsi un courant électrique alternatif.
- La transformation : situé dans le mât, le transformateur élève la tension du courant électrique produit, facilitant ainsi son transport à travers le réseau de distribution.
Différents types d’éolienne
Il existe deux principales catégories d’éoliennes en fonction de leur emplacement : terrestres (onshore) et en mer (off-shore).
- Éoliennes terrestres :
L’éolien terrestre, étant une technologie plus ancienne dans le domaine de l’énergie, est une solution reconnue et économiquement viable, se classant en deuxième position après l’hydroélectricité.
Parmi les éoliennes onshore, on peut distinguer :
- Les parcs éoliens de grande envergure et d’autres installations industrielles, qui sont connectés en direct au réseau de distribution électrique
- Les installations domestiques, plus modestes, destinées à une utilisation par les particuliers.
Les parcs éoliens industriels varient en taille et peuvent aller des petits regroupements d’éoliennes aux installations beaucoup plus vastes. De même, la taille des éoliennes varie, allant de 10 mètres de hauteur pour les plus petites à 100 mètres pour les plus imposantes. Les éoliennes ne dépassant pas 35 mètres de hauteur sont souvent appelées « petit éolien » et sont principalement destinées à un usage domestique, bien qu’elles puissent également être utilisées pour des installations de plus grande envergure.
- Éoliennes en mer :
L’éolien off-shore est plus coûteux que l’éolien terrestre. Cependant, il constitue une alternative intéressante dans le domaine énergétique.
Étant donné les investissements importants requis pour le déploiement de ces installations, les parcs éoliens en mer regroupent généralement au moins 20 éoliennes. Ils sont conçus pour être installés dans des eaux n’excédant pas 40 mètres de profondeur et sont conçus pour résister aux conditions climatiques extrêmes en haute mer. Les installations off-shore sont spécialement élaborées pour résister à la corrosion, avec des fondations adaptées à l’environnement marin.
Stockage de l'énergie éolienne
Le stockage de l’énergie éolienne est difficile en raison de son caractère intermittent, dépendant de la présence du vent. Généralement, elle est directement injectée dans le réseau électrique. Certaines méthodes de stockage comme les batteries peuvent être
utilisées pour les petites installations, mais elles sont coûteuses pour les parcs éoliens massifs. D’autres solutions, comme le stockage d’hydrogène et le stockage mécanique de l’énergie éolienne (STEP), sont également envisagées.
Avantages de l’énergie éolienne :
- Réduction des émissions de GES : l’énergie éolienne ne produit pas de gaz à effet de serre (GES) lors de son exploitation, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique.
- Disponibilité mondiale : le vent, la matière première de l’énergie éolienne, est disponible sur toute la planète, offrant une ressource largement répartie et gratuite.
- Alternative aux énergies fossiles : l’énergie éolienne constitue une excellente alternative aux énergies fossiles fortement polluantes, réduisant ainsi la dépendance aux combustibles fossiles.
- Potentiel en mer : les parcs éoliens en mer, bien que plus coûteux, étendent le potentiel de production, offrant de nouvelles opportunités de croissance.
- Indépendance énergétique : L’éolien peut diversifier les sources d’approvisionnement énergétique, contribuant à l’indépendance énergétique des pays.
- Faibles émissions tout au long du cycle de vie : la fabrication et la décommissions des installations éoliennes produisent relativement peu d’émissions de CO2.
- Intégration locale : la production d’électricité éolienne peut être située à proximité des lieux de consommation, réduisant les pertes d’énergie liées au transport.
- Réutilisation et restauration : Après usage, les sites éoliens peuvent être remis en état, et certains matériaux peuvent être réutilisés.
Inconvénients de l’énergie éolienne :
Cependant, l’énergie éolienne présente également des défis et des inconvénients :
- Intermittence : l’énergie éolienne dépend du vent, ce qui la rend intermittente. Les périodes de faible ou d’absence de vent nécessitent des sources de secours pour garantir l’approvisionnement en électricité.
- Stockage complexe : le stockage de l’énergie éolienne peut être complexe et coûteux en raison de sa nature intermittente, nécessitant des solutions de stockage d’énergie pour lisser la production.
- Limites géographiques : les sites propices au développement de parcs éoliens, en particulier terrestres, ne sont pas infinis et peuvent être limités par des facteurs tels que la topographie et l’utilisation des terres.
- Impact visuel et sonore : les installations éoliennes peuvent être perçues comme intrusives par les riverains en raison de leurs dimensions imposantes et des bruits générés par les pales en rotation.
- Conflits d’utilisation en mer : les parcs éoliens en mer peuvent entrer en conflit avec les activités de pêche et de navigation, nécessitant une planification minutieuse pour minimiser les impacts.
- Investissements dans les réseaux électriques : l’intégration d’une production éolienne croissante nécessite des investissements importants dans les réseaux électriques pour garantir le transport efficace de l’électricité.
- Demande accrue en matières premières : le déploiement massif d’éoliennes peut entraîner une augmentation de la demande en métaux tels que le cuivre et les terres rares, ce qui peut créer des tensions sur les ressources.
- Coûts et prévisions : bien que les coûts de l’éolien diminuent, les investissements initiaux restent élevés. L’aspect prédictif de la production éolienne nécessite des outils sophistiqués pour optimiser l’exploitation et la maintenance.
Malgré ces défis, l’énergie éolienne continue de jouer un rôle crucial dans la transition vers des sources d’énergie plus durables et respectueuses de l’environnement.
Potentiel sur terre et en mer
Selon la World Wind Energy Association (WWEA), le potentiel éolien terrestre mondial pourrait fournir près de 200 000 TWh d’électricité annuellement, en supposant un fonctionnement des éoliennes pendant 2100 heures par an. Une étude des universités du Sussex (Angleterre) et d’Aarhus (Danemark) estime que le potentiel terrestre de l’Europe pourrait produire 110 000 TWh par an, nécessitant l’installation de 11 millions d’éoliennes supplémentaires sur 4,9 millions de kilomètres carrés. En ce qui concerne l’éolien en mer, l’Agence Internationale de l’Énergie estime un potentiel annuel mondial de 420 000 TWh, soit 18 fois la demande électrique mondiale (11 fois celle prévue en 2040). En Europe, il existe un potentiel éolien en mer de 34 000 TWh par an, tandis que la demande actuelle ne dépasse pas les 3 000 TWh. En France, le potentiel théorique serait de 168 TWh pour l’éolien posé et 294 TWh pour l’éolien flottant, légèrement supérieur à la consommation énergétique de la France en 2020 (460 TWh).
La Chine est le plus grand producteur d’électricité éolienne, suivie des États-Unis et de l’Allemagne. L’Europe, l’Asie et l’Amérique du Nord ont largement adopté l’éolien comme source de production d’électricité pour réduire les émissions de CO2.
Éolien en France
La France vise à atteindre 32 % d’énergies renouvelables dans sa consommation totale d’énergie d’ici 2030, conformément à la loi sur la transition énergétique. En 2019, le parc éolien français a produit 34,1 TWh, soit 6,3 % de la production d’électricité nationale. La France possède le quatrième parc éolien le plus important d’Europe, avec 16,5 GW de capacité installée en 2019.
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