Énergie éolienne : de la force du vent à l’électricité

Le vent correspond au déplacement plus ou moins important d’une masse d’air provoqué par un réchauffement inégalement réparti à la surface de la terre ainsi que de différences locales de pression. Le réchauffement d’une masse d’air provoque son élévation en altitude au-dessus des couches plus froides, ce qui crée une baisse de la pression. Une masse d’air voisine va alors pénétrer dans l’espace libéré afin de combler le vide : c’est ce mouvement qui génère le vent. Ainsi, à chaque fois que le soleil brille et réchauffe localement la terre de manière inégale, le vent soufflera certainement.

Le vent qui souffle transporte une énergie cinétique que l’on peut capturer partiellement, pour la convertir en énergie mécanique, puis en énergie électrique moyennant à des aérogénérateurs, plus communément appelés éoliennes. Quand le vent qui souffle est capable de créer de l’énergie électrique ou mécanique, on parle dès lors d’énergie éolienne, une des formes d’énergies renouvelables.

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De quoi est composée une éolienne ?

Une éolienne se compose de quatre parties principales :

  • La fondation : elle permet de fixer l’ensemble de la structure.
  • La tour ou le mât : selon le type d’éoliennes, le mât a une hauteur allant de 50 à 110 mètres. Il supporte le rotor et la nacelle.
  • Les ailes ou les pales : une éolienne comporte souvent trois pales. Leur rotation sous l’action du vent fait tourner un rotor à axe horizontal. L’ensemble des pales forme l’hélice de l’éolienne.
  • La nacelle : fixé au bout du mât, elle renferme tous les dispositifs d’orientation et de fonctionnement automatique de l’éolienne (le système d’orientation, le moyeu, le multiplicateur, le générateur électrique, le parafoudre, l’arbre long, l’arbre court, le refroidisseur, le frein mécanique, la girouette, l’anémomètre et le système de commande)

Comment produit-on de l’électricité avec les éoliennes ?

L’énergie cinétique du vent met en mouvement les pales du rotor. Ce dernier entraîne un axe dans la nacelle, dit arbre, relié à un alternateur qui transforme m’énergie mécanique en énergie électrique à courant alternatif.

Un transformateur placé à la base du mât augmente la tension du courant pour permettre de raccorder les éoliennes au réseau électrique. L’électricité passe par la suite par un poste de livraison avant d’être transportée dans les lignes à moyenne tension.

À noter que pour fonctionner, une éolienne nécessite généralement une vitesse de vent minimale de 15 km/h. Pour des raisons de sécurité, la plupart des éoliennes sont réglées pour s’arrêter automatiquement lorsque le vent dépasse 90 km/h.

Le regroupement de plusieurs éoliennes (ou aérogénérateurs) sur un même site constitue une centrale éolienne, ferme éolienne ou parc éolien.

Les types de parcs éoliens

  • Les parcs éoliens terrestres ou onshore

Ils sont par définition implantés sur la terre ferme dans des lieux propices aux vents forts.

Il y a « le petit éolien » destiné à une utilisation domestique ou pour répondre aux besoins de petits producteurs agricoles. Généralement, ces éoliennes terrestres de petite envergure ont une hauteur de mât de moins de 35 mètres et une puissance comprise entre 0,1 et 36 kW. Elles constituent une solution pour alimenter les bâtiments isolés en électricité où le raccordement au réseau électrique serait difficile ou trop coûteux.

Il y a aussi les parcs éoliens terrestres à dimension industrielle. Composés de plusieurs dizaines voire de centaines d’éoliennes connectées aux réseaux électriques, ils produisent de l’électricité « verte » à grande échelle. Aujourd’hui la Chine, les États-Unis et l’Allemagne font partie des pays en tête dans l’exploitation de l’éolien onshore.

  • Les parcs éoliens en mer ou offshore

Implantées en mer, les éoliennes offshore fonctionnent sur le même principe que leurs pendants terrestres. La différence principale entre un modèle marin et un modèle terrestre réside dans la nature des fondations. Celles-ci peuvent être ancrées au fond de la mer ou reliées au fond marin par des lignes d’ancrage.

Les fermes éoliennes offshore sont le plus souvent composées de 20 à 50 éoliennes de plusieurs mégawatts (MW) de puissance annuaire.

Le Royaume-Uni, l’Allemagne, le Danemark, la Chine ou encore la Belgique disposent des cinq premières puissances installées des parcs éoliens offshore dans le monde en 2015 avec respectivement 5061, 3295, 1271, 1018 et 712 MW.

Fabricants d’éoliennes dans le monde

Vu la forte concurrence du secteur, les fabricants de centrales éoliennes tendent à se rapprocher via des alliances industrielles ou des opérations de fusion. En 2015, le chinois Wind, le danois Vestas et l’américain GE Wind Energy se classent comme les trois premiers fabricants d’éolienne au niveau mondial.

Quelques chiffres présentés par le Conseil mondial de l’énergie éolienne

  • 341 320 : le nombre d’éoliennes en service à travers le monde à fin 2016.
  • 29 : le nombre de pays qui produisent plus de 1 000 mégawatts en utilisant l’énergie éolienne dans le monde.
  • 107,2 milliards : le total des investissements mondiaux dans l’énergie éolienne en dollars en 2017.

 

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