Qu’est-ce que l’éolien ?

Histoire de l'éolien

paysage moulin histoire éolien

L’énergie éolienne est l’énergie du vent, qui elle-même est une forme indirecte d'énergie solaire. En effet, c'est l'absorption du rayonnement solaire dans l'atmosphère, qui engendre des différences de température et de pression qui mettent les masses d'air en mouvement et créent du vent.

L'énergie éolienne fut d'abord utilisée dans les moulins à vent pour de l'irrigation (en Perse dès l'an 600) ou afin d'actionner une meule pour broyer des céréales en farine par exemple. Les moulins à vent se sont généralisés en Europe vers le 12ème siècle, mais ce n'est qu'au 19ème siècle que l’homme songe à transformer l’énergie mécanique éolienne en énergie électrique : Charles F. Brush, un scientifique américain construit en 1888 la première turbine éolienne capable de produire de l'électricité. Avec un rotor de 17 mètres de diamètre et composée de 144 pales, elle est très imposante mais la puissance de sa génératrice est seulement de 12 kW. Par la suite, les travaux de Paul La Cour ou de ​Georges Darrieus notamment vont permettre au début du 20ème siècle le développement de petites éoliennes pour électrifier les régions rurales. Dès lors, les éoliennes n'auront de cesse de se perfectionner. Ainsi, en 1955 est implantée à Nogent-le-Roi une éolienne expérimentale de 800 kVA.  Le premier parc d'éolienne offshore sera implanté au large du Danemark en 1971. ​

Fonctionnement d'une éolienne moderne

schéma ensemble éolienne

Du fait de son rendement élevé, les éoliennes tripales à axe horizontal dominent aujourd’hui le marché de l’éolien terrestre. La transformation du vent en électricité se déroule en quatre étapes :

La transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique

Les pales fonctionnent selon le même principe que les ailes d’un d’avion : la différence de pression entre les deux faces de la pale crée une force aérodynamique, mettant en mouvement le rotor.
La puissance du vent, et par conséquent l’énergie mécanique emmagasinée par l’éolienne, augmentent avec l’altitude. La perturbation des courants d’air y est en effet moindre.

L’accélération du mouvement de rotation grâce au multiplicateur

Les pales d’un grand aérogénérateur tournent à une vitesse comprise entre 5 et 15 tours par minute (plus l'éolienne est grande, plus la vitesse de rotation est lente). Or, la plupart des générateurs d’éoliennes doivent tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour pouvoir produire de l’électricité. Cette augmentation de vitesse est réalisée à l'aide du multiplicateur, aussi appelé boîte de vitesse, qui est un train d'engrenages. Le multiplicateur est une pièce lourde et coûteuse, c’est pourquoi certains grands aérogénérateurs utilisent des générateurs à basse vitesse « à attaque directe », dans lesquels le rotor entraîne directement une génératrice spécialement conçue, sans étape intermédiaire d’accélération.

La production d’électricité par  le générateur

Le générateur, situé dans la nacelle de l’éolienne, est entraîné par un arbre mécanique. L’énergie mécanique transmise est convertie en énergie électrique par le générateur, à une tension de 600 à 1 000 volts.

Le traitement de l’électricité par le convertisseur et le transformateur

L’électricité produite par un aérogénérateur est ensuite traitée au moyen d’un convertisseur électronique. Celui-ci ajuste la fréquence du courant produit par l’éolienne à celle du réseau électrique auquel elle est raccordée (50 Hz en Europe). La tension est également augmentée par un transformateur à 20 000 ou 30 000 volts. L’électricité est alors acheminée à travers un câble pour être injectée sur le réseau électrique.​

Avantages & inconvénients de l'éolien

L’énergie éolienne est une énergie renouvelable indéfiniment, durable et propre. Elle ne nécessite aucun carburant, ne crée pas de gaz à effet de serre (hormis ceux créés indirectement pour construire et implanter l'éolienne elle-même), et ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs. Une éolienne peut être désinstallée rapidement et facilement sans laisser aucune trace dans le paysage. En luttant contre le changement climatique, l'énergie éolienne participe à long terme au maintien de la biodiversité des milieux naturels. C'est aussi une énergie qui utilise les ressources nationales et concourt donc à l’indépendance énergétique et à la sécurité des approvisionnements.

Toutefois, l’implantation d’une ferme d'éoliennes nécessite un emplacement favorable, dépendant du milieu géographique, de la puissance du vent, etc. L’éolien ne peut pas être mis en place dans n’importe quel milieu. La manutention est un problème majeur pour l’emplacement de l’éolien. Le transport du mât ne pose aucune contrainte, car il est démontable. En revanche, le transport des pales est compliqué car leur grande taille - de 30 jusqu’à 50 mètres - exige des convois exceptionnels pour les transporter sur le site. Ces transports, de très longue taille, sont effectués à l’aide de longs camions, qui ne peuvent parfois pas circuler sur la voie. Des routes sont alors agrandies, afin que l’acheminement des pâles d’éoliennes puisse être réalisé.

L'inconvénient des nuisances sonores souvent avancé par les anti-éolien n'est plus vrai avec les modèles d'éoliennes modernes de type UPWIND : le niveau sonore au pied d'une éolienne est environ équivalent à celui qu’il y a dans une voiture. En fait, sous une éolienne moderne, le bruit du vent est bien souvent plus dérangeant que le bruit de l'éolienne elle-même. Le fonctionnement d'un parc éolien occasionne des niveaux d'environ 45 dB à 300 ou 400 m de distance.

L’impact des éoliennes sur la faune touche principalement les oiseaux et les chiroptères: les chauves-souris. Leur implantation peut avoir des conséquences perturbantes sur les voies de migration et sur les corridors entre zones de reproduction, de repos ou d’alimentation (des mortalités ont été observées résultant de la collision avec les éoliennes ou provenant de l’effet déviant des vols vers des lignes électriques) et il faut en tenir compte.

Enfin, l’implantation d’éoliennes modifie le paysage. Compte-tenu de leur grande taille, elles marquent en effet l’espace. Lorsqu’un parc éolien est en projet, une étude paysagère est systématiquement menée dans le cadre de l’étude d’impact sur l’environnement. Dans l’étude d’impact, le milieu culturel est également pris en compte. Ainsi, les éoliennes ne peuvent pas être implantées sur des sites classés, dans un périmètre de 500 m autour des monuments historiques, dans les zones de protection du patrimoine architectural, urbain et paysager, dans les sites inscrits au patrimoine mondial de l’UNESCO ou encore les sites archéologiques.