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Bateaux à voiles, moulins à vent… L’énergie éolienne est exploitée par les hommes depuis des siècles. Grâce aux progrès technologiques, elle permet aujourd’hui de produire de l’électricité « verte » sans utiliser de ressources fossiles. Zoom sur son fonctionnement et ses perspectives de développement. 
 

 Energie éolienne

 

L’ÉNERGIE ÉOLIENNE EN QUELQUES DÉFINITIONS

Le mot « éolienne » vient d'Éole, nom du dieu des vents dans la mythologie grecque. 

Une éolienne est une machine permettant de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, elle-même convertie en électricité. Lorsque plusieurs éoliennes sont installées sur un même site, on parle de « parc » ou de « ferme » d’éoliennes. 

Les premières éoliennes servant à produire de l’électricité datent des années 1970. Aujourd’hui, en France, l’éolien est la 2e source d’électricité renouvelable la plus utilisée après l’énergie hydraulique. Il fournit près de 5 % de la consommation nationale d’électricité
 

En France, l’énergie éolienne fournit près de 5 % de la consommation nationale d’électricité.

Comment fonctionne une éolienne ?

L’énergie éolienne est produite grâce à la force exercée par le vent sur les pales d’une hélice

Le rotor comporte généralement deux ou trois pales tournant autour d’un axe horizontal. Le diamètre qu’elles balaient varie de 80 à près de 200 mètres. Plus les pales sont longues, plus la capacité de production d’électricité est importante. 

En tournant, les pales entraînent un générateur qui produit de l’énergie électrique. Un multiplicateur est souvent installé entre l’hélice et le générateur électrique, car ce dernier nécessite une vitesse de rotation entre 1 000 et 2 000 tours par minute, alors que les pales tournent plus lentement (entre 10 et 25 tours par minute). Les machines de conception récente, à vitesse de rotation variable, sont souvent à entraînement direct, et ne comprennent donc pas de multiplicateur. L’ensemble constitué par les pales, le rotor, le multiplicateur et le générateur forme la nacelle
 

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La nacelle est installée au sommet d’un mât mesurant entre 50 et plus de 100 m de haut. Un système permet de l’orienter pour que le rotor et les pales soient toujours face au vent. Les éoliennes fonctionnent généralement à des vitesses de vent comprises généralement entre 10 et 90 km/h. Au-delà de cette vitesse maximum, elles s’arrêtent automatiquement pour éviter tout accident. 

L’énergie électrique produite par le générateur est acheminée le long du mât via des câbles jusqu’à un transformateur, avant d’être injectée dans le réseau électrique par des câbles souterrains. 
 

DE L’ÉOLIEN TERRESTRE À L’ÉOLIEN OFFSHORE

Deux filières éoliennes se sont développées en parallèle : les éoliennes terrestres, les plus nombreuses et les plus matures, et les éoliennes offshore, installées en mer, où les vents sont plus puissants et plus réguliers.  

L’Europe a été pionnière dans le développement de l’éolien et reste la 2e région du monde  en termes de croissance du parc. La France se situe en 3e position en Europe, derrière l’Allemagne et l’Espagne. À l’échelle mondiale, la Chine et les États-Unis disposent des plus grands parcs éoliens. 
 

Les éoliennes terrestres

Plus facile à mettre en œuvre, l’éolien terrestre a été exploité en premier

Le potentiel de l’énergie éolienne terrestre est toutefois limité par :
 

  • une puissance maximale qui ne dépasse que rarement 3 à 4 MW, 
  • une acceptation sociétale parfois difficile (nuisances visuelles et sonores, impact sur la faune et la flore),
  • un manque de sites disponibles (par exemple au Danemark, qui produit plus de 40 % de son électricité grâce à des éoliennes, mais où le paysage est saturé). 
     

Les éoliennes offshore

L’éolien offshore prend son envol depuis plusieurs années. Plus grandes et plus puissantes (6 à 10 MW, voire 12 MW pour certains modèles à venir), les éoliennes installées en mer fournissent plus d’énergie par machine que les éoliennes terrestres. Elles ont un impact limité sur le paysage, ce qui permet de déployer des parcs de taille plus importante, avec un plus grand nombre d’éoliennes. 

On distingue deux types d’éoliennes offshore selon leur emplacement : 
 

  • l’éolien posé : jusqu’à 50 mètres de profondeur d’eau, les éoliennes sont fixées au sol marin. Les technologies de l’éolien offshore posé sont déjà disponibles, mais la réduction des coûts d’opération requiert des turbines plus grandes et plus puissantes. En Europe, le Royaume-Uni est le premier pays en termes de capacité installée, suivi de l’Allemagne, des Pays-Bas et du Danemark ; 
     
  • l’éolien flottant : au-delà de 50 mètres de profondeur, l’implantation dans le sol devient trop coûteuse et difficile à mettre en œuvre. Les éoliennes sont donc reliées à un support flottant à la surface de l’eau ou juste en dessous de celle-ci. Elles peuvent être implantées plus loin des côtes et bénéficier ainsi de vents plus puissants et plus réguliers. Cette filière en est encore au stade de démonstration sur des fermes pilotes, la conception étant plus complexe mais de premiers parcs commerciaux sont annoncés pour les prochaines années. La réduction des coûts est aussi un enjeu majeur. 

 

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>> Éolien offshore : la France peut-elle rattraper son retard ?
  

ATOUTS ET DÉFIS DE L’ÉNERGIE ÉOLIENNE

L’énergie éolienne semble promise à un bel avenir. Elle utilise une ressource renouvelable (le vent) et son exploitation ne produit pas de gaz à effet de serre. En Europe, la puissance installée alimente la consommation électrique de 10 millions de personnes et permet d’éviter la production de 24 millions de tonnes de CO2 par an. Les éoliennes offshore offrent quant à elles des perspectives de développement intéressantes, malgré des coûts encore élevés. 

Plusieurs défis doivent toutefois être relevés, parmi lesquels : 
 

  • la poursuite de la réduction des coûts de fabrication, d’installation et de production, l’éolien terrestre et l'éolien offshore posé produisant d'ores et déjà, suivant les sites, de l’électricité aux conditions de marché,
  • l’acceptabilité sociétale, y compris pour l’éolien offshore, qui suscite des conflits d’usage avec les pêcheurs et plaisanciers,
  • l’intégration des éoliennes offshore au réseau électrique, celui-ci n’étant pas dimensionné pour accueillir les fortes puissances fournies, 
  • le développement de technologies de stockage d’électricité afin d’assurer l’équilibre entre l’offre et de la demande sur le système électrique, l’énergie éolienne ayant une production variable.