Les éoliennes En France Et En Europe

I. Caractéristiques des éoliennes

A. Historique

L'énergie éolienne figure parmi les premières à être exploitée par l'homme. En effet, les éoliennes tirent leur origine dans les moulins à vents construits par les Perses en 200 avant Jésus-Christ, permettant la conversion de l'énergie éolienne, c'est à dire de l'énergie produite par la force du vent, en énergie mécanique. Cette énergie nouvellement formée servait à remplacer les bêtes dans des travaux de tous types: moudre le grain, pomper l'eau, scier du bois, mouler différents matériaux...

Ces multiples utilisations favorisent leur usage et c'est ainsi que les moulins à vents se propagent en Occident à partir du XII ème siècle.

Considérée à cette époque comme la seule source d'énergie avec le bois, les moulins à vents subiront de nombreuses modifications visant à augmenter la production.

Ce n'est qu'en 1890, au Danemark, que l'énergie éolienne est utilisée pour la production d'électricité: c'est alors l'apparition de la première éolienne électrogène. Dès le début du XX ème siècle, les éoliennes se répandent entre l'Europe du nord et les États-Unis, bien que très vite délaissées au profit des énergies fossiles. Mais les différentes préoccupations autour de l'environnement qui apparaissent durant les années 70 permettront un renouveau de l'énergie éolienne.

B. Les différents types d'éoliennes

Il existe deux principaux types d'éoliennes: les éoliennes à axe horizontal, et celles à axe vertical.

Les éoliennes à axe horizontal

Ce sont les plus répandues (environ 90%) et les plus performantes. Leur orientation dans le sens du vent est donnée grâce à un dispositif électromécanique commandé par une girouette.

Parmi ces éoliennes, on retrouve les éoliennes modernes classiques (Annexe 1) ou les éoliennes de pompage (Annexe 2).

Les éoliennes à axe vertical

Limitées par leur production moindre, elles offrent l'avantage de ne pas avoir à être orientées dans le sens du vent.

Parmi elles, les éoliennes Savonius (Annexe 3), les éoliennes de type Darrieus (Annexe 4)

Si les éoliennes sont différentes de par l'orientation de leur axe, elles peuvent également varier selon le nombre de pales qu'elles comportent. Ainsi on distingue entre autres les éoliennes unipale ou monopale (Annexe 5), bipales (Annexe 6), ou tripales.

L'ensemble de ces aérogénérateurs sont regroupés dans des parcs éoliens qui peuvent être terrestres ou maritimes.

Les parcs terrestres ou parcs « on-shore », qui représentent la majeure partie des installations, contiennent en général une cinquantaine d'éoliennes pour une puissance de 100 MW.

Les parcs éoliens maritimes ou « offshore » qui peuvent regrouper jusqu'à 100 éoliennes.

C. Les composants principaux

Le mât

Appelé également «tour», il est la plupart du temps en métal et supporte l'ensemble des équipements permettant de produire de l'électricité (rotor et nacelle). Sa hauteur, variable, permet d'atteindre des zones où les vents ont une vitesse plus élevée et plus régulière qu'au niveau du sol, ce qui offre un meilleur rendement énergétique. Il représente environ 20% du prix total d'une éolienne.

Il en existe différentes sortes :

- les tours tubulaires d'acier: ce sont les plus courantes,

- les tours en treillis: elles sont moins chères, mais moins esthétiques et sont de plus en plus rarement utilisées,

- les mâts haubanés: surtout utilisés pour les petites éoliennes. Le mât est étroit et soutenu avec des haubans.

Le rotor

Il comprend le nez et les pales (le plus souvent, il y en a 3) de l'éolienne. Les pales sont conçues dans des matériaux leur assurant à la fois légèreté, rigidité et résistance, tels que le polyester et les fibres de verre.

Entraîné par l'énergie du vent, le rotor peut être relié à une pompe ou, plus généralement, à un générateur électrique.

La nacelle

C'est le moteur de l'éolienne: elle renferme les équipements nécessaires à la production d'électricité. Le générateur qui s'y trouve permet de convertir l'énergie mécanique transmise par le rotor en énergie électrique.

La nacelle contient et protège différents éléments d'un système de supervision et de contrôle (anémomètre, girouette, multiplicateur, frein..) (annexe 7). Ce système permet par exemple de bloquer l'éolienne pour des contrôles techniques ou en cas de vents trop violents (au delà de 90km/h) qui pourraient causer des dommages; il peut également permettre d'orienter l'éolienne face à la direction du vent pour maximiser le rendement.

D. Principes de fonctionnement

Les éoliennes (ou aérogénérateurs) se servent de l'énergie du vent pour produire de l'électricité. Elles sont d'abord orientées face au vent grâce à la girouette contenue dans la nacelle. L'anémomètre mesure la vitesse du vent.

Considérations sur la vitesse du vent

L'énergie transportée par le vent varie avec le cube de la vitesse moyenne du vent: de cette façon, un doublement de la vitesse du vent représente une hausse de sa capacité énergétique de 23, c'est à dire 8 fois.

À partir de 2 à 3 m/s (entre 5 et 10 km/h) , l'éolienne se met en marche; quand le vent est suffisant, (environ 15km/h, soit un peu plus de 4 m/s), l'éolienne est couplée au réseau électrique. Sa puissance est maximale quand la vitesse du vent atteint environ 50km/h (14 m/s). Il est intéressant de noter que les éoliennes ne peuvent utiliser au maximum que 59% de l'énergie du vent: c'est la limite de Betz (du nom du chercheur allemand qui a démontré cette loi en 1919); en moyenne aujourd'hui, seule 30% de l'énergie du vent est utilisée par les éoliennes. Lorsque le vent dépasse

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