Sciences · Énergie et technologies
L’énergie éolienne
Une éolienne transforme l’énergie cinétique du vent en électricité grâce à un rotor qui entraîne un générateur. L’éolien fournit environ 8 % de l’électricité mondiale et près de 9 % de celle de la France.
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Le vent fait tourner des moulins depuis plus de mille ans. L’éolienne moderne, haute de 150 à 250 mètres en bout de pale, est l’héritière de ces moulins et l’une des sources d’électricité bas carbone les plus développées. Le vent étant lui-même produit par l’échauffement inégal de l'atmosphère par le Soleil, l’éolien est une forme indirecte d’énergie solaire.
Comment fonctionne une éolienne ?
- Le vent fait tourner les pales (généralement trois), profilées comme des ailes d’avion.
- Le rotor entraîne un arbre qui tourne lentement, une dizaine de tours par minute pour les grands modèles.
- Dans la nacelle, un multiplicateur accélère la rotation, ou bien un générateur à aimants permanents tourne directement à basse vitesse.
- Le générateur produit l’électricité (voir production d’électricité), dont la tension est élevée par un transformateur avant l’injection sur le réseau.
- Une girouette et un anémomètre orientent la nacelle face au vent et règlent l’inclinaison des pales.
L’éolienne démarre vers 10 à 15 km/h de vent, atteint sa puissance nominale vers 45 à 55 km/h et s’arrête par sécurité au-delà d’environ 90 km/h.
La physique du vent
La puissance du vent qui traverse le rotor est proportionnelle à la surface balayée et au cube de la vitesse du vent :
Le physicien Albert Betz a montré en 1919 qu’une éolienne ne peut capter plus de 59 % de cette énergie (limite de Betz) : il faut bien que l’air continue à s’écouler derrière elle. Les meilleures machines en récupèrent environ 45 à 50 %. D’où la course aux grandes pales et aux mâts hauts, où le vent est plus fort et plus régulier.
Terrestre ou en mer ?
| Éolien terrestre | Éolien en mer (offshore) | |
|---|---|---|
| puissance unitaire | 2 à 6 MW | 8 à 15 MW et plus |
| facteur de charge en France | environ 22-25 % | environ 35-45 % |
| vent | plus irrégulier | plus fort et plus constant |
| coût | plus faible | plus élevé (fondations, câbles, maintenance) |
| acceptabilité | visible dans les paysages, bruit à proximité | visible depuis les côtes, conflits avec la pêche |
L’éolien en mer peut être posé sur le fond (jusqu’à 50-60 m de profondeur) ou flottant, ancré au fond par des câbles, ce qui ouvre des zones plus profondes.
L’éolien en chiffres
- Dans le monde, la puissance éolienne installée dépasse 1 000 GW ; la Chine en possède près de la moitié.
- En France, plus de 20 GW d’éolien terrestre sont installés ; le premier parc en mer, au large de Saint-Nazaire (80 éoliennes, 480 MW), est mis en service en 2022, suivi de Saint-Brieuc et Fécamp.
- Sur leur cycle de vie, les éoliennes émettent environ 11 à 12 g CO₂/kWh (GIEC), parmi les plus faibles valeurs de toutes les sources.
Avantages et limites
| Avantages | Limites |
|---|---|
| très faibles émissions, aucun combustible | production variable selon le vent, difficile à prévoir finement |
| énergie remboursée en moins d’un an de fonctionnement | besoin de flexibilité sur le réseau : stockage, pilotage, interconnexions |
| coût de production compétitif sur terre | impact paysager, bruit à proximité |
| terrain encore utilisable pour l’agriculture | mortalité d’oiseaux et de chauves-souris, à réduire par le choix des sites et le bridage |
| démantèlement et recyclage en grande partie possibles (acier, béton, cuivre) | pales en composites encore difficiles à recycler |
Questions fréquentes
Combien produit une éolienne ?
Une éolienne terrestre de 3 MW produit en France environ 6 à 7 millions de kWh par an, soit la consommation d’électricité (hors chauffage) de plus de 2 000 foyers.
Pourquoi les éoliennes ont-elles trois pales ?
C’est le meilleur compromis entre rendement, stabilité mécanique et coût : deux pales provoquent des vibrations, quatre ou plus coûtent plus cher pour un gain de rendement faible.
Que deviennent les éoliennes en fin de vie ?
Elles sont démantelées par l’exploitant, qui doit constituer des garanties financières. En France, une large part de la masse doit être recyclée ou réutilisée ; les fondations en béton sont excavées.