Énergie éolienne
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L’énergie éolienne est
l’énergie du vent et plus
spécifiquement, l’énergie
tirée du vent au moyen d’un dispositif
aérogénérateur ad hoc comme une
éolienne ou un moulin à vent.
L’énergie éolienne est une
énergie renouvelable, elle tire son nom
d’Éole (en grec ancien
Αἴολος,
Aiolos), le nom donné au dieu du vent dans la
Grèce antique.
L’énergie éolienne peut être
utilisée de deux manières :
* Conservation de
l’énergie mécanique: le vent est
utilisé pour faire avancer un véhicule (Navire
à voile ou char à voile), pour pomper de
l’eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage
pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner
la meule d’un moulin.
* Transformation en énergie
électrique : l’éolienne est
couplée à un générateur
électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif.
Le générateur est relié à
un réseau électrique ou bien fonctionne de
manière autonome avec un générateur
d’appoint (par exemple un groupe
électrogène) et/ou un parc de batteries ou un
autre dispositif de stockage d'énergie.
Historique
L'utilisation énergie éolienne par l'homme est
ancienne. Moulins dans la région de La Mancha, Espagne.
Pendant des siècles, l'énergie
éolienne a été utilisée
pour fournir un travail mécanique. L'exemple le plus connu
est le moulin à vent utilisé par le meunier pour
la transformation du blé en farine, on peut aussi citer les
nombreux moulins à vent servant à
l'assèchement des polders en Hollande.
Par la suite, pendant plusieurs décennies,
l'énergie éolienne a servi à produire
de l'énergie électrique dans des endroits
reculés et donc non-connectés à un
réseau électrique. Des installations sans
stockage d'énergie impliquaient que le besoin en
énergie et la présence d'énergie
éolienne soient simultanés. La maîtrise
du stockage d'énergie par batteries a permis de stocker
cette énergie et ainsi de l'utiliser sans
présence de vent, ce type d'installation ne concernant que
des besoins domestiques, non appliqués à
l'industrie.
Depuis les années 1990, l'amélioration de la
technologie des éoliennes a permis de construire des
aérogénérateurs de plus de 5 MW et le
développement d'éoliennes de 10 MW est en cours.
Ces unités se sont démocratisées et on
en retrouve aujourd'hui dans plusieurs pays. Ces éoliennes
servent aujourd'hui à produire du courant alternatif pour
les réseaux électriques, au même titre
qu'un réacteur nucléaire, un barrage
hydro-électrique ou une centrale thermique au charbon.
Cependant, les puissances générées et
les impacts sur l'environnement ne sont pas les mêmes.
Quelques ordres de grandeur et comparatif succinct des modes
de production
* La puissance d’un outil de
production d’électricité se mesure en
GW (gigawatt) et son multiple par 1000, le TW (térawatt). La
production d’électricité
(l'énergie produite) se mesure en GWh (gigawatt-heure) et en
TWh (térawattheure).
* Comme presque toutes les
énergies renouvelables (exceptées les
énergies géothermique et marémotrice),
l’énergie éolienne est une forme
indirecte de l’énergie solaire. Or, la Terre
reçoit en 30 minutes l’équivalent en
énergie solaire de la consommation annuelle de
l’humanité, tous types
d’énergies confondus. De 1 à 2 % de
cette énergie provenant du soleil est convertie en vent,
soit 50 à 100 fois plus que l’énergie
convertie en biomasse par la photosynthèse.
* Une éolienne de 2 MW
fonctionnant à pleine puissance pendant 1/4 de
l’année produit 4 à 5 millions de kWh,
soit l’électricité domestique
consommée par 4 000 personnes en moyenne (hors chauffage).
Une éolienne 5MW offshore produit plus de 15 GWh par an,
soit de quoi alimenter 10000 voitures électriques standards
(type Renault Mégane 100% électrique) qui
parcourent chacune 10000km par an.
* En 2007, l’Allemagne
disposait de 22,3 GW de puissance éolienne
installée, les États-Unis 16,8 GW,
l’Espagne 15,1 GW, l’Inde 8 GW, la Chine 6,1 GW et
la France 2,4 GW (uniquement à terre). En 2008, les
États-Unis sont devenus le premier pays pour la
capacité d’énergie éolienne
avec 25 170 MW installés devant l’Allemagne (23
902 MW). Ce secteur emploie 85 000 Américains.
* En France, le potentiel
éolien est très important (le 2e
d’Europe) : 20 GW terrestres pour une production de 50 TWh
par an, et 40 GW offshore pour une production de 150 TWh par an, soit
un potentiel éolien théoriquement exploitable de
200 TWh par an. S’il était disponible en 2040, il
représenterait alors 31 % de la consommation
française prévisible
d’électricité. Cette production de 200
TWh/an se répartirait ainsi : 8000 éoliennes
offshore de 5 MW sur 40 grandes centrales installées entre
15 et 40 km de la côte, à des profondeurs
maximales d’eau de 200 m ; 8000 éoliennes
terrestres de 3 MW, soit moins du quart du nombre de pylônes
très haute tension (400 kV) installés en France
(qui mesurent 50 à 55 m de haut - et
jusqu’à 100 m dans les zones
vallonnées, contre 70 à 100 m pour les
mâts des grandes éoliennes).
Éléments comparatifs sur la
puissance
* un
aérogénérateur : de quelques kW
jusqu'à 6 MW ; la plupart des grandes éoliennes
installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1
à 3 MW).
* une centrale thermique à
flamme : ?
* une centrale solaire
photovoltaïque : de quelques centaines de watts à
20 MW (record 20 MW : centrale solaire de Beneixama en Espagne)
* une centrale solaire thermodynamique :
de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale de Luz Solar
Energy dans le désert de Mojave en Californie,
États-Unis)
* une centrale
hydro-électrique : de quelques kW à 3 000 MW
(record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au Barrage des
Trois-Gorges en Chine)
* un réacteur
nucléaire : de l'ordre de 900 à 1 300 MW en
général (record : 1 550 MW à la
centrale nucléaire de Civaux au sud de Poitiers) .
Éléments comparatifs sur la
production
La puissance est représentative du pic de production
possible, pas de la production totale ; Les énergies
solaires et éoliennes sont disponibles partout, ce qui
permet (contrairement aux énergies fossiles
carbonées ou nucléaires), une production locale,
décentralisée. Les grandes unités de
production sont bien entendu implantées dans les
régions aux gisements les plus favorables.
* Les centrales à combustible
fossile (charbon, fioul, gaz), qui sont fortement
émétrices de gaz à effet de serre,
peuvent assurer une production de fond dite « de base
». Néanmoins dans certains pays comme la France ce
sont les centrales nucléaires qui assurent cette production
de base, le thermique étant utilisé pour les pics
de consommation où le nucléaire est
limité. Le coût de production d'un kWh d'origine
thermique est supérieur à celui d'un kWh
d'origine nucléaire.
* Le solaire photovoltaïque
produit environ entre 1000 et 1 200 MWh par MW de puissance
installée en France, cela peut monter à 2 000 MWh
par MW dans les meilleurs (et rares) sites européens. Cette
productivité ne varie pas en fonction du rendement des
installations, mais dépend seulement de l'ensoleillement du
lieu. Les chiffres annuels de production solaire
photovoltaïque annoncés par différents
pays montrent des cas extrêmes : en Allemagne ils sont de 574
MWh par MW, et en Californie de 1 458 MWh par MW.
* Pour diviser par deux la part du
nucléaire en France, il convient d'installer 20000
éoliennes de 5MW (type REpower), soit un parc
équivalent à 3,6% de la surface de la France
(à raison d'une éolienne par km2 et avec un
facteur de capacité de 25%). A noter que cette surface n'est
pas perdue étant donné qu'il est possible de
cultiver au sein du parc éolien. Compte-tenu de la surface
agricole française (la surface agricole utile
française est égale à 54% du
territoire national), il n'y a aucun problème de surface.
* Une tranche nucléaire de 1
000 MW de puissance électrique peut délivrer, en
l'absence d'incident et dans le cadre d'un fonctionnement en base,
environ 8 000 GWh par an. Les centrales nucléaires
fonctionnant en base atteignent des facteurs de charge
supérieurs à 95 %. Il est compliqué de
réduire la production d'une centrale et si elle
excède la consommation, il faut la stocker, ce qui, en
France, est réalisé grâce à
des stations de pompage-turbinage STEP ; dans ce cadre les centrales
ont des facteurs de charge de l'ordre de 80 %, correspondant
à une production annuelle de 7 000 MWh par tranche de 1 MW
électrique. Les capacités de stockage par
pompage-turbinage sont donc monopolisées par le
nucléaire en France, pays qui a choisi de miser presque
exclusivement sur cette énergie non renouvelable (et dont le
combustible est importé intégralement de
l'étranger ce qui induit une dépendance
énergétique) et à très fort
impact environnemental (pollution radioactive sur une très
longue durée et pollution thermique).
Utilisation de l'énergie éolienne en
site isolé
L'énergie éolienne est aussi utilisée
pour fournir de l'énergie à des sites
isolés, par exemple pour produire de
l'électricité dans les îles, pour le
pompage de l'eau dans des champs, ou encore pour alimenter en
électricité des voiliers, des phares et des
balises. Ces éoliennes de petite puissance sont dites
appartenir au petit éolien, par opposition au grand
éolien ou à l'éolien industriel.
Quelques initiatives font penser que le petit éolien,
c'est-à-dire l'éolien individuel, pourrait
bientôt se développer en devenant
compétitif et discret ; même en ville.
Énergie éolienne dans le
réseau électrique français
Le gestionnaire du réseau électrique
français (RTE), estime que l'intégration de
l'électricité éolienne dans le
réseau actuel est possible sans difficultés
majeures à hauteur de 10 à 15 GW, en particulier
grâce à la présence en France de 3
gisements de vent indépendants, qui permettront un lissage
de la production bien meilleur qu'en Allemagne ou au Danemark.
Les éoliennes raccordées au réseau
électrique sont le plus souvent regroupées dans
un parc éolien d'environ 5 à 50 machines, mais il
existe aussi des machines isolées. On note
également l'existence d'un projet, non encore
réalisé, visant à intégrer
des éoliennes de type Darrieus dans les pylônes
électriques : le projet Wind'It.
RTE (Réseau de transport
d'électricité), une filiale de EDF, achemine le
courant électrique à travers le
réseau. Ce courant électrique doit avoir une
fréquence de 50 Hz (en France comme dans de nombreux pays
à travers le monde, voir article : Réseau
électrique).
Une éolienne raccordée au réseau se
doit donc de fournir cette fréquence, quelle que soit la
vitesse du vent. Cette fréquence constante peut passer par
une vitesse de rotation constante des pales. Cette dernière
est alors obtenue par régulation notamment avec
l'orientation des pales. Mais il est également possible de
faire fonctionner une éolienne à vitesse de
rotation variable en utilisant un convertisseur de fréquence
tel qu'un cycloconvertisseur.
Dans le cas d'une éolienne synchrone, si la vitesse du vent
est trop faible (par exemple moins de 10 km/h), l'éolienne
s'arrête en raison des forces de frottement sec qui
s'opposent à la rotation de l'hélice. Cette
diminution de la vitesse de rotation ne permet plus de fournir cette
fréquence. Dans ce cas, l'éolienne n'est donc
plus productrice d'électricité, mais pourrait au
contraire devenir consommatrice, il est donc nécessaire de
la déconnecter.
Si la vitesse du vent est trop forte (supérieure
à 100 km/h par exemple), l'éolienne est mise en
sécurité et déconnectée du
réseau, ses pales sont mises en drapeau et
s'arrêtent pour éviter des sollicitations qui
pourraient les briser. Certaines éoliennes
récentes continuent à tourner mais à
vitesse réduite, diminuant ainsi le nombre de
déconnexions du réseau et augmentant la
production moyenne par vent fort.
La loi française oblige EDF à acheter le courant
produit par tout système de production
d'électricité, avec un prix d'achat
bonifié pour l'éolien (sauf pour les
éoliennes de plus de 12 MW), pour favoriser cette jeune
filière en plein développement et permettre
à la France d'atteindre les objectifs de la directive
européenne.
Le 04 mars 2009, un décret a adapté le dispositif
des certificats d'achat aux « zones de
développement de l'éolien ». Ces
certificats (CODOA) ouvrent droit à l'obligation d'achat
d'électricité aux installations
éoliennes en « zones de développement
de l'éolien » ou ZDE ; Le Codoa impliquait
antérieurement une puissance inférieure ou
égale à 12 MW (limite fixée
décret 2000-1196 du 6 décembre 2000) et une
distance d'au moins 1,500 m entre deux parcs éoliens
exploités par un même opérateur). En
ZDE, ces limites de puissance et de distance n'ont plus d'objet puisque
la puissance minimale et maximale y sont fixées par
l'arrêté préfectoral de
création de la ZDE. Le préfet devra publier au
plus tard le 1er février de chaque année un
état des ZDE du département faisant
apparaître notamment la puissance résiduelle de
chaque zone pouvant encore ouvrir droit à obligation
d'achat. le CODOA n'est valable que pour la durée du contrat
d'achat d'électricité et est annulé si
l'installation n'a pas été mise en service (sauf
prolongation sur demande justifiée). En cas de recours
contentieux contre l'une des autorisations nécessaires
à la construction et à l'exploitation de
l'installation, le délai de trois ans est suspendu jusqu'au
prononcé d'une décision juridictionnelle
irrévocable.
Rem : Le Codoa n'est pas nécessaire pour toute personne
demandant à bénéficier de l'obligation
d'achat d'électricité photovoltaïque par
unité d'une puissance installée
inférieure ou égale à 250 kW
crête.
Caractéristiques techniques
Le rendement énergétique (de même que
la puissance développée) des éoliennes
est fonction de la vitesse du vent, plus
précisément du cube de cette vitesse. Les
éoliennes actuellement commercialisées ont besoin
d'un vent dans la gamme de 11 à 90 km/h (3 à 25
m/s). Les futures éoliennes, dont les premiers prototypes
sont mis en service courant 2006, acceptent des vents de moins de 4
à plus de 200 km/h (1 à 60 m/s). Comme
l'énergie solaire et d'autres énergies
renouvelables, l'éolien a besoin soit d'une
énergie d'appoint pour les périodes moins
ventées, soit de moyens de stockage de l'énergie
produite (batteries, stockage hydraulique ou plus récemment,
hydrogène).
Économie de l’énergie
éolienne
Des milliers d’éoliennes fonctionnent à
l’heure actuelle dans diverses régions du monde,
avec une capacité totale de plus de 93 800 MW à
fin 2007, et l’Europe y prend part à 65 % (fin
2006). Ne sont pas comptabilisées dans ce total quelques
compagnies privées reliées ou non au
réseau. Les pays qui s'intéressent au
développement de l'éolien sont encore en phase de
premier investissement (mise en service de champs
d'éoliennes qui n'existaient pas auparavant). De fait, les
capacités installées croissent en permanence mais
à des rythmes différents selon les pays, et
classer les États par puissance installée donne
un résultat mouvant d'une année à
l'autre. Néanmoins, il ressort des chiffres actuels que les
plus gros pays investisseurs sont les pays occidentaux
(Amérique et Europe), mais l'Asie, avec l'Inde et la Chine,
commence à tenir un rang important.
L’Allemagne est l'un des principaux producteurs
d’électricité éolienne avec
22 247 MW de puissance installée à la fin de
l’année 2007. Avec plus de 30 000 emplois, cette
activité est le troisième poste d'exportation du
pays. Le Danemark voisin est le plus important fabricant mondial
d'éoliennes et compte 500 watts éoliens par
habitant (contre 40 en France) en 2008 ( 2 445 MW installé
/60 millions d'habitants ==> 40,75 watts de puissance
éolienne installé par personne). En 2008, les
États-Unis sont devenus le premier pays pour la
capacité d’énergie éolienne
avec 25 170 MW installés devant l’Allemagne (23
902 MW). Ce secteur emploie 85 000 Américains.
L’Espagne qui a une puissance installée de 15 145
MW. La France était en 2007 le 6e producteur
d’énergie éolienne en Europe avec 2 455
MW (WWEA 2006).
À titre de comparaison, la puissance installée en
énergie nucléaire est de 21 000 MW en Allemagne,
de 63 000 MW en France et de 98 000 MW aux États-Unis
(chiffres de 2003)
Le Maroc, premier producteur d’énergie
éolienne du continent africain, produit 140 MW par an (2007)
; cette production va s’accroitre dans les années
à venir.
Les chiffres ci-dessus doivent être
pondérés en tenant compte du facteur de charge,
c’est-à-dire de la durée de
fonctionnement et de production de l’équipement
dans une année. Pour l’éolien, le
facteur de charge est d’au plus de 20 %. La plupart des
éoliennes terrestres fonctionnent avec un facteur de charge
de 25 % par année, exceptionnellement 35 %. Par exemple pour
l’Allemagne il n’est que de 16 % en 2005, contre un
facteur de charge de plus de 80 % pour une centrale
nucléaire.
On peut observer de plus que le facteur de charge diminue avec
l’augmentation du parc d’éoliennes,
conséquence directe de l’exploitation de sites de
moins en moins ventés (hors offshore).
Selon l’Observatoire des Énergies Renouvelables,
dans un rapport publié par EDF,
l’éolien est actuellement la filière
énergétique la plus dynamique dans le monde et
plus particulièrement dans l’Union
européenne où la production
d’électricité éolienne a
augmenté de 37,8 % par an en moyenne de 1993
jusqu’en 2002. Cette croissance a atteint 59 % par an sur la
même période pour la France, qui était
largement en retard dans ce domaine. Selon la même source,
pour les années 2003-2004, la croissance dans
l’Union Européenne reste soutenue avec un taux de
28,9 % annuel (42,9 % en France) sur ces deux années, et
représente désormais 12,4 % de la production
d’ENR (énergies renouvelables) de l’UE,
en passe de dépasser la production à partir de
biomasse (production : 12,9 %, croissance : 10,8 %) comme 2e source
électrique d’origine renouvelable,
après l’hydraulique (production : 73,3 %,
croissance nulle).
De nouvelles fermes éoliennes en mer (éolien
offshore) sont envisagées partout dans le monde. Le Danemark
est l’un des acteurs les plus importants, avec son
laboratoire Risø, très renommé ; le
pays produit environ 20 % de son électricité avec
des éoliennes. Les éoliennes produisent 1 % de la
production de l’électricité dans le
monde. La taille la plus rentable et la plus pratique pour les
éoliennes actuellement commercialisées semble
être autour de 600 kW à 3 MW, groupées
dans de grandes fermes éoliennes. Les nouvelles technologies
en cours de développement cherchent à produire
des systèmes beaucoup plus souples en termes de "puissance
rentable".
* L’Allemagne, leader mondial
dans cette filière, continue depuis 1999 à
installer une moyenne de 2 GW de puissance supplémentaire
par an.
* L’Espagne, depuis 2002, a
adopté le rythme de l’Allemagne et
développe sa puissance installée
d’environ 2 GW par an également.
* Le Danemark, a quasiment
stoppé le développement de ses installations
depuis 2003 ; il en est au stade d’une économie de
remplacement. La production
d’électricité éolienne dans
ce pays représente sensiblement 20 % de sa consommation
d’électricité. A ce niveau, il
n’est pas possible dans l’état actuel
des connaissances et des techniques d’aller plus loin
à cause de la variabilité imprévisible
de la production d’électricité
éolienne en injection directe sur le réseau. Ce
pays géographiquement totalement plat, n'a pas la
possibilité de développer la technique des STEP
utilisée en France et qui nécessite des
dénivelés ( voir plus loin le paragraphe sur le
stockage ), il lui faudra donc trouver une autre forme de stockage de
l'énergie que celle là, pourtant au point . Des
recherches sont en cours pour stocker une partie de la production sous
forme d’hydrogène par exemple. Ces recherches ont
pour objectif de pouvoir un jour dépasser cette limite des
20 % (site de recherche Espagnol de Sotavento à
Montféra). Les émissions de CO2 par kWh
électrique du Danemark sont parmi les plus
élevés d'Europe, car le reste de
l'électricité y est produite par des centrales
à hydrocarbure qui fonctionnent à plein
régime les jours sans vent.
* En 2007, la capacité
éolienne installée aux États-Unis a
augmenté de 45 % et 9 milliards de dollars ont
été investis dans ce secteur. Les
éoliennes fournissent 1 % de
l’électricité américaine,
soit l’équivalent de 4,5 millions de foyers. Le
Texas est devenu en 2006 le premier état producteur
d’énergie éolienne du pays, devant la
Californie. À la fin 2007, les éoliennes
installées au Texas développaient une puissance
totale de 4 356 mégawatts, contre 2 439 mégawatts
en Californie, et 1 300 mégawatts au Minnesota et en Iowa.
Des projets éoliens sont en cours
d’étude au Texas : Shell et TXU Corporation
prévoient de construire la plus grande ferme
éolienne du monde d’une puissance de 3000
mégawatts. En 2008, le milliardaire texan T. Boone Pickens,
magnat du pétrole, a commandé auprès
de General Electric 667 turbines éoliennes pour deux
milliards de dollars. Lire l'article Énergie
éolienne aux États-Unis.
* La Chine, qui reste en 2005 le 3e plus
gros producteur d’énergie électrique
derrière les États-Unis (4 239 TWh) et
l’Europe (3 193 TWh) avec 2 500 TWh produits (source Agence
Internationale de l’Énergie), est devenu le 5e
producteur mondial d’énergie éolienne
en 2007 derrière l’Allemagne, l’Espagne,
les États-Unis et l’Inde. Son objectif est une
puissance éolienne installée de 20 GW en 2020,
soit une augmentation de plus de 1 GW par an. Cet effort est
malgré tout extrêmement modeste en regard de sa
production d’électricité qui a
augmenté de 860 TWh en 3 ans (1 640 TWh en 2002),
essentiellement par une multiplication de centrales au charbon. Ce pays
a déclaré récemment (10
février 2007) ne pas avoir les moyens de passer aux
énergies propres (voir lien).
* Le Royaume-Uni, dont les gisement
pétroliers de la Mer du Nord sont en voie
d'épuisement, a décidé
d’exploiter au plus tôt son gisement
éolien qui est le plus important d’Europe.
Plusieurs projets en cours sont les plus importants au monde dans la
situation actuelle.
* Au Canada, la production
d’électricité par le vent est en
augmentation, surtout dans les Prairies et au Québec. Dans
cette dernière province, la compagnie
d’état Hydro-Québec achète
déjà 200 GWh à des producteurs
privés de la région gaspésienne. Le
gouvernement fédéral a annoncé un
programme incitatif qui devrait porter la puissance
installée à 10 GW d’ici la fin de 2015
(source ACEE Canadienne).
* En Belgique, les éoliennes
ont aussi le vent en poupe ces dernières années.
La puissance installée est passée de 170 MW en
2005 à 287 MW en 2007. La production maximale disponible
dans le pays est toutefois estimée à environ 2
000 MW. Des parcs offshore devraient apparaître dans les
années futures avec notamment un parc de 300 MW au large de
Zeebruges.
Puissance
éolienne totale (fin 2006), fin 2007 et 2008
| Rang
(2008) |
Pays |
MW
2006 |
MW
2007 |
MW
2008 |
| 01 |
États-Unis |
11
603 |
16
819 |
25
170 |
| 02 |
Allemagne
|
20
622 |
22
247 |
23
903 |
| 03 |
Espagne
|
11
615 |
15
145 |
16
754 |
| 04 |
Chine
|
2
405 |
5
899 |
12
210 |
| 05 |
Inde
|
6
270 |
7
850 |
9
600 |
| 06 |
Danemark |
3
136 |
3 125 |
|
| 07 |
Italie |
2
123 |
2
726 |
3 736 |
| 08 |
France |
1
567 |
2
455 |
3
404 |
| 09 |
Royaume-Uni |
1
963 |
2
389 |
3
241 |
| 10 |
Portugal |
1
650 |
2
130 |
|
| 11 |
Canada |
1
451 |
1
846 |
2
372 |
| 12 |
Pays-Bas |
1
560 |
1
747 |
|
| 13 |
Japon |
1
394 |
1
538 |
1
880 |
| 14 |
Autriche |
965
|
981
|
|
| 15 |
Grèce |
756 |
873
|
|
| 16 |
Australie |
817 |
817 |
1
306 |
| 17 |
Irlande
|
643 |
805
|
|
| 1 |
Suède |
564 |
789 |
1
021 |
| 8 |
Norvège |
325 |
333 |
|
| 19 |
Nouvelle-Zélande |
|
322 |
326 |
|
Total capacité mondiale
|
|
74 153 |
93
849 |
Principales sociétés productrices
d'énergie éolienne Les principaux producteurs
d'énergie éolienne dans le monde sont (par ordre
décroissant de puissance installée en
mégawatt, fin 2007) :
* Iberdrola (Espagne) (plus de 5 000
mégawatts installés)
* FPL Energy (États-Unis) (4
000 MW)
* Acciona (Espagne) (plus de 2 000 MW)
* Babcock Brown (Australie) (vers 1 500
MW)
* EDF énergies nouvelles
(France) (vers 1 218 MW)
* Endesa (Espagne) (plus de 1 000 MW)
* EDP (Portugal) (plus de 1 000 MW)
En Europe
L’UE a décidé de produire 20 % de son
électricité en énergie renouvelable,
propre et sûre d’ici 2020. Ceci ne peut se faire
sans éoliennes offshores, et donc sans établir un
réseau électrique interconnecté
capable de livrer l’électricité
produite avec irrégularité en mer Baltique ou en
mer du Nord au reste de l’Europe, ce qui est une des deux
priorités annoncées par le commissaire
européen à l’énergie Andris
Peibalgs fin novembre 2007. Celui-ci a confié une mission de
coordination à l’Allemand Goerg Wilhmelm
Adamowitsh.
Second gisement éolien d'Europe (ressources en vent)
après le Royaume-Uni, la France tente actuellement de
combler le retard accumulé alors qu'elle
bénéficie d'un potentiel éolien
important. Selon EDF, « parmi les énergies
renouvelables, l’éolien a le plus fort potentiel
de développement et représentera une part
majoritaire dans la production d’énergies
renouvelables hors hydraulique. L’éolien apportera
ainsi sa contribution à l’indépendance
énergétique de la France. L’obligation
faite à EDF de racheter l'électricité
d’origine éolienne à plus du double de
son prix de revient et ce, contre l'avis de la Commission de
régulation de l'énergie rend les investissements
éoliens attractifs. Les objectifs affichés pour
l'éolien sont de 10 000 MW en 2010 (6 000 à 9 000
éoliennes).
En 2009, selon un sondage du CREDOC, 72 % des Français (59 %
en Ile de France où les habitants disent se sentir moins
concernés) seraient favorables à une implantation
d'éoliennes sur leur commune. Sur 28 % des opposants
à une telle implantation, la moitié disent
être contre pour des raisons paysagères et 8 %
parce qu'ils craignent être gêné par du
bruit (plus souvent des femmes et personnes
non-diplômées). Seuls 2 % des sondés
(plutôt des hommes et diplômés du
supérieur) reprochent à cette l'éolien
un trop faible rendement. L'adhésion est la plus forte dans
les petites communes. Une étude
précédente avait déjà
montré que les riverains de parcs éoliens
existants soutiennent massivement ces implantations.
L'éolien au Québec
La politique énergétique du Québec
prévoit le développement de projets
éoliens totalisant 4 000 MW d'ici 2013. Le
développement du potentiel éolien du
Québec se fait essentiellement par le recours aux
entreprises privées qui sont sollicitées via un
système d'appels d'offre. Plusieurs groupes
réclament plutôt que la
Société d’état
Hydro-Québec développe elle-même ses
propres projets éoliens et qu’elle demeure
propriétaire des moyens de production
d’électricité, comme c’est le
cas avec la grande majorité des centrales
hydroélectriques de la province.
L'avenir de l'énergie éolienne
La technologie
La montée du prix des énergies fossiles a rendu
les recherches dans le domaine de l’éolien plus
attirantes pour les investisseurs.
La technologie actuellement la plus utilisée pour capter
l’énergie éolienne utilise une
hélice sur un axe horizontal. Certains prototypes utilisent
un axe de rotation vertical : une nouvelle technologie à axe
vertical est celle du kite wind generator (inspirée du
kitesurf) qui, pour capter un vent le plus fort possible, utilise des
câbles et des ailes qui peuvent arriver à 800/1
000 m de hauteur.
Schéma des pales d'une petite éolienne
La technologie à axe horizontal présente certains
inconvénients :
* L'encombrement spatial est important,
il correspond à une sphère d’un
diamètre égal à celui de
l’hélice, reposant sur un cylindre de
même diamètre. Un mât de hauteur
importante est nécessaire pour capter un vent le plus fort
possible.
* Le vent doit être le plus
régulier possible, et donc interdit des implantations en
milieu urbain ou dans un relief très accidenté.
* La vitesse de
l'extrémité d'une pale croit rapidement avec sa
taille, au risque de causer défauts de fonctionnement et
bruits pour le voisinage. Dans la pratique, les pales des grandes
éoliennes ne dépassent jamais une vitesse de
l'ordre de 100 m/s à leur extrémité.
En fait, plus l'éolienne est grande, et moins le rotor
tourne vite (moins de 10 tours/minute pour les grandes
éoliennes offshore).
Les nouvelles éoliennes en cours de développement
visent à aboutir à une technologie qui
s’affranchit du bruit, de l’encombrement et de la
fragilité des éoliennes à pales, tout
en étant capables d’utiliser le vent quelle que
soit sa direction et sa force. De nombreuses variantes sont
étudiées par des essais réels en
grandeur nature. Certaines éoliennes sont de petite taille
(3 à 8 mètres de large, 1 à 2
mètres de haut), avec pour objectif de pouvoir les installer
sur les toitures terrasses des immeubles d’habitation dans
les villes, ou sur les toitures des immeubles industriels et
commerciaux, dans des gammes de puissances allant de quelques kW
à quelques dizaines de kW de puissance moyenne. Leur vitesse
de rotation est faible et indépendante de la vitesse du
vent. Leur puissance varie linéairement avec la vitesse du
vent, qui peut varier de 5 km/h à plus de 200 km/h, sans
nécessiter la célèbre "mise en
drapeau" des éoliennes à pales.
Rendement des éoliennes
Les éoliennes sont caractérisées par
leur rendement en fonction de la vitesse du vent. Les
éoliennes actuelles présentent une courbe
plafonnée et limitée à des vents de
moins de 90 km/h.
Les éoliennes en cours de développement sont
conçues pour fonctionner avec des vents dépassant
les 200 km/h et produire une quantité
d’énergie proportionnelle à la vitesse
du vent sur la totalité de la plage de fonctionnement.
L'Ademe a commandé un rapport à la
société Climpact. Les résultats de ce
rapport indiquent que par les effets du réchauffement
climatique, les vents servant à la production
éolienne d'énergie devraient diminuer de
près de 10 % d'ici à 2100.
Le stockage
Énergie intermittente et incontrôlable,
l'éolien a besoin de grandes capacités de
stockage :
1) Pour stocker l'énergie éolienne en site
isolé. Ainsi, une communauté qui s'alimentait
à 100 % avec un groupe diesel, après
l'installation de 2 éoliennes et de batteries de grande
capacité, s'alimente maintenant à 86 % en
éolien. Le diesel n'assure que le complément de
14 %. On voit qu'avec ces batteries de grande capacité on
peut développer l'éolien au delà de ce
qui se fait actuellement. La seule limite est l'investissement en
capacité de stockage de l'électrolyte;
c’est-à-dire jusqu'où on est
décidé à aller dans ce domaine.
2) En tant que stockage tampon en complément de la
production d'un parc éolien. Lorsque la production
éolienne faiblit, le déstockage fournit le
complément pour garder la production finale quasi stable.
Lorsque la production éolienne est suffisamment forte, il y
a reconstitution du stock. Ainsi les 2 courbes de production
éolienne et stockage sont opposées et
complémentaires. La somme des deux fournit au
réseau une courbe de production "lissée" (comme
au parc éolien de Sapporo au Japon).
Sur le plan purement technique, le dernier retour
d'expérience sur une tentative visant le 100 % de production
d'électricité d'origine renouvelable,
initiée en Allemagne en 2006 à la demande de Mme
Merkel, démontre qu'il est possible d'y parvenir. Ce qui
pourrait permettre à terme de rendre l'Allemagne totalement
indépendante en énergie électrique.
Pour tenter cette expérience, le stockage de type STEP
(stations de transfert d'énergie par pompage) a
été utilisé pour la partie
éolien, exactement comme le fait la France avec le
nucléaire pour adapter la production peu souple des
centrales à la variabilité de la demande
journalière.
Aux États-Unis, une entreprise conçoit de
nouvelles éoliennes qui produisent de l'air
comprimé au lieu de l'électricité.
Dans la nacelle des éoliennes au lieu d'un alternateur se
trouve donc un compresseur d'air. L'air comprimé est
stocké et permet de faire tourner un alternateur aux moments
où les besoins se font le plus sentir. Du point de vue du
stockage de l'énergie, cette façon de faire
impose une conversion d'énergie (de l'air
comprimé vers l'électricité, avec un
rendement réduit), mais permet de positionner la production
électrice sur le pic de consommation, où
l'électricité est payée plus
chère, avec une conversion de moins que par le processus
classique (électricité vers stockage puis
stockage vers électricité). Certains pensent
même que l'on pourrait utiliser directement l'air
comprimé ainsi produit pour alimenter des voitures
automobiles propulsées avec ce fluide.
Sur le même principe, on peut concevoir d'utiliser
l'énergie éolienne pour pomper directement de
l'eau, en suivant le principe des STEP.
L'éolien en mer
L'installation de fermes éoliennes en mer est l'une des
voies de développement de l'éolien, car elle
s'affranchit en grande partie du problème des nuisances
esthétiques et de voisinage. D'autre part le vent est
beaucoup plus fort et constant qu'à terre : un
régime de marche de 96% est par exemple estimé en
mer du Nord. Cette solution permet le développement
technique progressif d'éoliennes de très grande
puissance.
Ainsi, la production d'électricité
éolienne en mer est plus importante qu'à terre
à puissance équivalente. On donne couramment
comme moyenne 2 500 MWh par MW installé en mer au lieu de 2
000 MWh par MW installé à terre. Dans les zones
maritimes géographiquement très favorables
à l'éolien, les estimations des études
indiquent le potentiel de cas extrêmes de 3 800 MWh par MW
installé.
Diverses solutions sont envisagées pour diminuer le
coût du kWh produit. Parmi les solutions
étudiées, on peut noter :
* la construction d'éoliennes
de plus grande puissance, produisant de 5 à 10 MW par
unité ;
* la mise au point de
systèmes flottants, ancrés, permettant de
s'affranchir des coûts des fondations de pylônes
à grande profondeur.
Les projets des futures éoliennes en mer, à
l'horizon 2010, visent une puissance de 10 MW unitaire, avec un
diamètre de pales de 160 mètres.
Une option permettant de réduire le coût
d'investissement au kW installé pourrait être
à terme de coupler sur le même pylône
une éolienne offshore et une ou plusieurs hydroliennes.
En France, la Compagnie du vent a annoncé en novembre 2006
son projet de parc des Deux Côtes, un ensemble de 141
éoliennes totalisant 705 MW, à 14 km au large de
la Seine-Maritime et de la Somme. En Angleterre, le consortium London
Array a un projet à 20 km de l'embouchure de la Tamise, qui
représenterait 271 turbines pour une puissance allant
jusqu'à 1 000 MW. Avec le projet additionnel de Thanet,
c'est maintenant 1 800 MW qui devraient être
installés dans l'estuaire de la Tamise. Le projet
britannique de Triston Knol fera quant à lui 1 200 MW.
La compagnie norvégienne Norsk Hydro, spécialiste
dans l'exploitation pétrolière et
gazière offshore, développe un concept issu des
plateformes pétrolières flottantes. Le principe
est de monter l'éolienne sur un caisson flottant en
béton (ancré au moyen de câbles, par
200 à 700 m de fond). Ce projet révolutionnerait
l'éolien offshore, car il permettrait de ne plus se soucier
de la profondeur, et donc d'installer des champs géants
(jusqu'à 1 GW de puissance installée) loin des
côtes. Cela permettrait par ailleurs de réduire le
prix des champs éoliens offshore, en évitant la
construction de coûteuses fondations sous-marines.
L'éolien urbain
L'éolien urbain est un concept qui suppose que l'on peut
installer et exploiter des éoliennes en milieu urbain.
L'éolien urbain recherche des turbines éoliennes
compactes capables de proposer une production
d'électricité
décentralisée, qui s'affranchirait du transport
et des pertes générées.
Les turbines éoliennes existantes n'ont encore jamais
atteint des rendements intéressants en milieu urbain.
Toutefois, les concepteurs ont déjà mis au point
des prototypes sur lesquels il n'y a plus de pales comme celles d'une
hélice d'avion, mais un rotor fixé à
ses deux extrémités, équipé
de lames pour procurer un couple constant quelle que soit leur position
par rapport à l'axe du vent. Dans certains projets un stator
extérieur est ajouté au rotor,
élément fixe destiné à
dévier la course du vent afin d'optimiser le rendement de
l'ensemble. La conception mécanique des turbines
éoliennes les rend résistantes aux vents
violents, et les affranchit du besoin d'être
arrêtées quand le vent dépasse la
vitesse de 90 km/h. Leur production est quasiment proportionnelle
à la vitesse du vent jusqu'à plus de 200 km/h,
sans palier limitant comme sur les éoliennes classiques.
Projection des productions électriques mondiales
éoliennes
Depuis une dizaine d'années, selon les statistiques du
Global Wind Energy Council : la production
d'électricité éolienne mondiale double
approximativement tous les trois ans . En retenant pour la production
d'électricité 2 000 h d'équivalent
plein régime par an, on arrive à :
* 1996 : 6,1 GW / 12 TWh
* 1999 : 13,6 GW / 27 TWh
* 2002 : 31 GW / 62 TWh
* 2005 : 59 GW / 118 TWh
* 2008 : 121 GW / 242 TWh
L'efficacité des éolienne est donc en moyenne de
22,72% e.g. en 2008 121 GW installés 121x24x365 = 1 054 TWh
théoriques pour 242 TWh produits.
Par comparaison, la production électrique mondiale
était de 16 000 TWh en 2002 et 18 000 TWh en 2005. La
production d'électricité nucléaire
mondiale était de 2.793 TWh en 2006 selon l'Agence
Internationale de l'Énergie.
L'éventail des prévisions de puissances qui
seront installées en 2011 va de 200 à 250 GW
selon différents organismes.
Débat sur l'énergie
éolienne
Le débat sur l'énergie éolienne porte
sur les nuisances et sur les intérêts de
l'énergie éolienne.
L'énergie éolienne est exploitée
à plusieurs échelles. On peut distinguer le grand
éolien ou éolien industriel qui est
financé par des collectivités et des grandes
entreprises, dans la quasi-totalité des cas,
raccordé à un réseau
électrique. Il y a aussi le petit éolien, qui est
mis en œuvre par un individu ou une ferme agricole, en site
isolé ou raccordé au réseau.
Aspect environnemental de l'énergie
éolienne
L'éolien est la filière qui a le meilleur bilan
(et très largement) dans le cadre du classement
effectué dans l'étude multi-critère
Review of solutions to global warming, air pollution, and energy
security, étude réalisée par le
département énergie et atmosphère de
l'université de Stanford. Une éolienne ne
consomme pas d'eau douce (l'accès à l'eau douce
est une problématique de premier plan à
l'échelle mondiale), ne nécessite pas de
pesticides, n'induit pas de pollution thermique, n'induit pas de
pollution radioactive, n'a pas d'impacts sur la qualité de
l'air, a une empreinte surfacique très faible (la
présence d'une éolienne est compatible avec les
activités agricoles) et a un impact sur la
biodiversité presque négligeable. Elle est de
plus disponible presque partout, de manière
décentalisée.
L'énergie éolienne, qui est une
énergie solaire dérivée est une
énergie renouvelable dont le gisement est
inépuisable à l'échelle de temps des
civilisations humaines. Le gisement éolien terrestre ne
s'éteindra qu'avec la mort du soleil, dans 5 milliards
d'années.
Elle est une énergie propre qui ne produit directement ni
dioxyde de carbone, ni dioxyde de soufre, ni mercure, ni fines
particules, ou n'importe quel autre type de pollution de l'air ou de
l'eau. Elle ne produit pas de déchets radioactifs
à vie longue.
Toutefois, du dioxyde de carbone et d'autres types de pollution de
l'air et de l'eau sont dégagés lors de
l'extraction et de la fabrication des matériaux de
construction (puis, ultérieurement, de l'entretien) d'une
éolienne (voir énergie grise). Pour un mat
d'éolienne de 80 mètres, 800 tonnes d'acier et de
béton sont injectées a sa base pour les
fondations. Cela est très supérieur (par MWh/an)
aux quantités nécessaires à la
construction d'une centrale de tout autre type, y compris le
nucléaire favorisé par sa très haute
densité de puissance, centrales nucléaire qui
produisent en revanche des déchets dangereux à
très longue durée de vie.
Démantèlement
Le démantèlement fait partie
intégrante des solutions pour limiter les nuisances de tout
moyen industriel en fin de vie.
En ce qui concerne les éoliennes, le
démantèlement d'une installation doit comprendre :
* le démontage de
l'éolienne,
* le démontage des
équipements annexes,
* l'arasement des fondations,
* le devenir du réseau local
de connexion au réseau électrique.
En fait, seules les fixations hors sol sont
déposées, le béton est recouvert de
chailles terre et d'herbe. Cette dernière étape
ne laisse aucune trace significative sur le site. Les estimations du
coût du démantèlement
d'éoliennes devenues obsolètes montrent que ce
coût est inférieur à celui
rapporté par la vente de la « ferraille
» des tours et autres composants.
Nuisance sonore
Selon une recommandation aux pouvoirs publics de l'Académie
de Médecine, le risque bruit implique de ne pas construire
d'éolienne de 2,5 MW à moins de 1 500 m
d'habitations : « Il peut avoir un impact réel et
jusqu’ici méconnu, sur la santé de
l’homme, et par ailleurs, à des
intensités modérés, le bruit peut
entraîner des réactions de stress, perturber le
sommeil et retentir sur l’état
général ». Cependant, ce rapport
applique plus un principe de précaution sans fondement
scientifique, car le bruit d'une éolienne n'est pas
lié à sa puissance nominale. C'est pourquoi des
expertises acoustiques sont systématiquement
réalisées dans le cadre d'une étude
d'impact environnementale.
En Australie, en mars 2005, le Dr. Foster dit avoir
répertorié une centaine de personnes victimes de
nuisances dues aux éoliennes.
Une éolienne produit un bruit de 55 dBA au pied de sa tour,
ce qui correspond à l'ambiance sonore d'un bureau. Ce niveau
sonore est en général
considéré comme acceptable. La
réglementation française ne se base pas sur le
bruit intrinsèque mais sur la notion d'émergence
sonore, c’est-à-dire la différence
entre le niveau sonore ambiant et celui-ci plus celui des
éoliennes. Il s'agit de rester en deçà
de 5 dBA le jour et 3 dBA la nuit, ce quelle que soit la vitesse du
vent. Une nouvelle réglementation vient renforcer ce
critère, en introduisant la notion d'émergence
spectrale, avec des niveaux d'émergences à
respecter par fréquence (7 dB à 125 hz et 250 hz,
5 dB entre 500 hz et 4 000 Hz). Cela en fait une des
réglementations les plus strictes en Europe.
Risque d'accident éolien
Les éoliennes présentent des risques d'accidents
: un fort vent est susceptible de rompre les structures des
éoliennes. En 2000, une rupture d'hélices au parc
de Burgos a envoyé des débris tournoyer
à plusieurs centaines de mètres.
La majorité des accidents connus sont liés
à l'utilisation de matériels d'occasion, ou
manquant de retour d'expérience, risque inhérent
à toute technologie émergente. Les
éoliennes aujourd'hui installées
bénéficient de certifications
réalisées par des organismes
indépendants, et sont construites sous contrôle
qualité sévère, réduisant
significativement les risques de rupture du matériel. Dans
le monde, personne n'a encore jamais été reconnu
victime d'un accident éolien.
Esthétique
Comparativement aux premiers parcs éoliens, très
denses, les nouveaux parcs voient leurs éoliennes plus
espacées, celles-ci étant de plus grande taille
et puissance. Ils ont donc perdu leur a