Eoliennes : de l’énergie cinétique à l’énergie mécanique

L’énergie éolienne sera-t-elle, à terme, une énergie ubiquitaire ? Quels pays profitent actuellement le plus de cette énergie, et quels en sont les atouts et limites ?

Les composantes d’une éolienne

Tout d’abord, rappelons les composantes majeures d’une l’éolienne, également appelée aérogénérateur.

Schéma des composantes d’une éolienne

L’éolienne repose sur une fondation constituée de ciment et de fer d’armature. La fondation d’une éolienne s’étend en général sur une surface comprise entre 100 et 300 m² selon le modèle et la puissance. Ce sont dans ces imposants piédestaux que le mât est planté, plaçant le rotor à une altitude idéale pour capter un vent plus fort et régulier par rapport au sol. Fixée au mât, se trouve la nacelle, abritant le générateur électrique et le rotor faisant tourner les pales. Les pales sont généralement au nombre de trois. Pourquoi ce nombre ? Des tests ont montré que pour une vitesse de vent équivalente, une éolienne bipale tourne plus vite qu’une éolienne tripale. On pourrait alors penser que les éoliennes bipales ont un meilleur rendement. Eh bien non : plus la vitesse de rotation d’une éolienne est élevée, plus la structure des pales doit être renforcée, augmentant les efforts demandés aux pales. Ainsi, le rendement d’une éolienne tripale est de 3% plus élevé que celui d’une éolienne bipale, pour une vitesse de rotation inférieure. Pour les éoliennes à quatre pales, le rendement est seulement amélioré d’1% par à rapport aux éoliennes tripales. Les éoliennes tripales restent donc la meilleure solution.

Le fonctionnement éolien en 4 étapes

Comment fonctionne une éolienne ?

1. Lorsque le vent se met à souffler, les girouettes et l’anémomètre en mesurent la vitesse, la force et la direction
2. Ces informations sont alors transmises au système de régulation électrique qui oriente automatiquement l’éolienne face au vent, et règle l’inclinaison des pales
3. Les pales aérodynamiques, constituées de fibres de verre, réceptionnent alors le vent. C’est à ce moment-là que l’énergie cinétique du vent, captée par les pales, peut être transformé en énergie mécanique grâce au rotor
4. Le rôle du multiplicateur devient alors primordial. En général, un vent d’une dizaine de kilomètres à l’heure peut mettre les pales en mouvement. Or, même avec un vent extrêmement fort, la vitesse de rotation des pales ne suffit pas à produire de l’électricité. Ainsi, le multiplicateur augmente la vitesse d’entrée (au niveau du rotor) du vent afin d’atteindre la vitesse de sortie requise par le générateur électrique. La vitesse de rotation initiale des pales est multipliée en moyenne par 70.

Vous maîtrisez maintenant, sur le bout des pales, le fonctionnement d’une éolienne, mais en maîtrisez-vous tous les enjeux ?

Enjeux énergétiques

L’énergie éolienne est considérée, après l’hydroélectricité, comme l’énergie renouvelable la plus économique. Les éoliennes ont également l’avantage de fournir à certains pays plus d’autonomie énergétique, en particulier si ces derniers ne disposent pas de ressources fossiles importantes ou de parcs nucléaires étendus. Zoom sur les forces et les faiblesses des éoliennes.

Les avantages majeurs de l’éolien :

• L’énergie éolienne est dite « propre » ou « verte », signifiant que les polluants générés par son exploitation sont négligeables par rapport à d’autres sources énergétiques qui produisent par exemple du gaz à effet de serre ou des déchets radioactifs ou toxiques
• Les parcs éoliens restent exploitables par les industries agroalimentaires, ou pour l’exploitation agricole et l’élevage. Sur des terrains agricoles, les grands parcs éoliens ne requièrent en général que de 2% du sol
• Un parc éolien est rapidement installé et désinstallé, permettant une remise en état éventuelle du site initial.

Les limites de cette énergie propre :

• Le rendement des éoliennes dépend du vent: la puissance et la régularité de ce dernier n’est pas toujours au rendez-vous
• Certaines zones géographiques sont inadaptées à l’installation d’éoliennes, puisque ces dernières doivent à la fois tenir compte de la topographie, de la météo et de l’environnement
• Des effets sur le paysage (nuisances visuelles et sonores) peuvent se faire ressentir.

Principaux protagonistes du secteur éolien

En 2012, les quatre pays détenant les parts de marchés mondiales pour la fabrication d’éoliennes sont :

• Les Etats-Unis: 15,5 % avec GE Wind
• Le Danemark: 14,0 % avec Vestas
• L’Allemagne: 9,5% avec Siemens et 8,2% avec Enercon
• L’Inde: 7,4 % avec Suzlon

(Chiffres BTM Consult)

Les chiffres le montrent : le marché mondial de l’éolienne est dominé par l’Europe. Par rapport à 2013, les données de l’année suivante ont enregistré une augmentation du parc éolien de 10,1 %. Au niveau mondial, le nombre d’éoliennes installées la même année bat un nouveau record, atteignant une puissance de 52 GW, contre 37 GW en 2013. De plus en plus de pays optent donc pour cette énergie, avec tous les avantages qu’elle leur offre. Chaque année en France par exemple, ce sont 500 éoliennes qui sont installées, soit environ 1GW, l’équivalent de la puissance d’un réacteur nucléaire. Si les pays européens sont pour le moment leaders dans l’exploitation de cette énergie propre, les puissances d’Asie développent elles aussi leurs propres industries : Suzlon en Inde ; Goldwind, United Power et Sinovel pour la Chine.

Parc éolien

Sources photos :
Pixabay
Meteolafleche