Énergie éolienne - Définition

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  • L'article Énergie éolienne traite de la place de cette énergie dans la production mondiale, de ses enjeux économiques et environnementaux.
  • L'article Débat sur l'énergie éolienne confronte les arguments des opposants et des promoteurs de l'énergie éolienne.
  • L'article Éolienne traite des principes, de la technologie, du calcul et du choix des sites éoliens.
  • L'article Petit éolien traite de l'usage domestique des éoliennes de faible puissance.
  • L'article Énergie éolienne au Québec traite de l'implantation et du débat sur le sujet au Québec.

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 Α?ολος / Aiolos), le nom donné au dieu du vent dans la Grèce antique .

L'énergie éolienne peut être utilisée de deux manières :

Eolienne contemporaine dans un paysage rural
Eolienne contemporaine dans un paysage rural

Quelques ordres de grandeur

  • L'énergie éolienne, comme toutes les énergies renouvelables (exceptées les énergies géothermique et marémotrice), provient à l'origine du soleil. La Terre reçoit en moyenne 175 000 TWh d'énergie solaire chaque heure (à titre de comparaison, la consommation mondiale annuelle d'électricité est d'environ 20 000 TWh). 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.[1]
  • Une éolienne de 2 MW (le standard actuel) fournit en moyenne 5 millions de kWh par an, soit la consommation annuelle en électricité de 1500 foyers français.
  • Mi-2007, la France possède environ 1500 MW de puissance éolienne installée (contre 20 000 MW en Allemagne et 8000 MW en Espagne).
  • En France, le potentiel éolien est très important (le 2e d'Europe) : 20 000 MW terrestres produisant 50 TWh par an, et 40 000 MW offshore produisant 150 TWh par an[2]. Le potentiel éolien réellement exploitable est donc de 200 TWh par an, soit près de la moitié de la consommation française d'électricité (450 TWh en 2006).
  • Cette production de 200 TWh/an représenterait : pour l'offshore, 40 grandes centrales éoliennes installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales de 200 m ; pour les sites terrestres, 10 000 éoliennes, soit moins de 1/4 du nombre de pylônes très haute tension (400kV) installés en France (qui mesurent 50 à 55 m de haut - et jusqu'à 100 m dans les zones valonnées, contre 70 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).

Situation actuelle de la technologie

Un peu d'histoire

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 soit 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 90, l'amélioration de la technologie des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 1 MW. 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.

Comparatif des installations productrices d'électricité

(chiffres de 2006)

  • un aérogénérateur : de quelques kW jusqu'à 5 MW (la plupart des grandes éoliennes installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW)
  • une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 10 MW (record : centrale solaire Bavaria solarpark en Allemagne , passée de 10 à 12 MW en 2006)
  • une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 60 MW (record : 80 MW dans le désert de Mojave, USA)
  • une centrale hydro-électrique : de quelques kW à 3000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22400 MW au Barrage des Trois Gorges en Chine , voir le lien en fin de page)
  • un réacteur nucléaire : de l'ordre de 900 à 1300 MW en général (record : 1550 MW à la centrale nucléaire de Civaux au sud de Poitiers) .

Toutefois la comparaison de puissance entre des techniques de production d'électricité aussi différentes que le nucléaire, le solaire ou l'éolien n'apporte que des informations limitées puisqu'à puissance égale leurs productions d'électricité annuelles sont fortement différentes.

Une tranche nucléaire de 1000 MW de puissance électrique peut délivrer, en l'absence d'incident et dans le cadre d'un fonctionnement en base, environ 8 000 000 MWh par an. Les centrales nucléaires fonctionnant en base atteignent des facteurs de charge supérieurs à 95%. En France, les centrales nucléaires font du suivi de charge (la puissance délivrée s'adapte aux fluctuations de la demande du réseau) et ont des facteurs de charge de l'ordre de 80%, correspondant à une production annuelle de 7 000 000 MWh par tranche de 1000 MW électrique. Le chiffre retenu pour l'éolien européen installé est de 2 000 MWh de production annuelle par MW de puissance installée, soit un facteur de charge d'environ 23% (fonctionnement de 2 000 heures d'équivalent plein régime par an). Le solaire photovoltaique produit entre 1 000 et 1 200 MWh par MW de puissance installée en France. Cette production varie en fonction du rendement des installations (celles d'avant l'an 2000 étaient de 10% alors que les nouvelles font plutôt 15%) et en fonction 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.

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 [3] .

Énergie éolienne dans le réseau électrique français

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.

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 passe par une vitesse de rotation constante des pales. Cette dernière est obtenue par régulation notamment avec l'orientation des pales.

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.

La loi française oblige EDF à acheter le courant produit par les éoliennes ou par tout autre système de production d'électricité. D'autre part, le tarif d'achat de l'énergie éolienne est bonifié pour favoriser cette jeune filière en plein développement et permettre à la France d'atteindre les objectifs de la directive européenne.[4]

Caractéristiques techniques

Le rendement énergétique (la puissance développée) des éoliennes est fonction de la vitesse du vent au cube. Ainsi 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 mondiale 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 73 900 MW, et l'Europe y prend part à 65 % (fin 2006, source WWEA). Ne sont pas comptabilisées dans ce total quelques compagnies privées reliées ou non au réseau.

Capacité totale installée (MW) et prévisions 1997-2010, source: http://www.wwindea.org/ WWEA e.V.
Capacité totale installée (MW) et prévisions 1997-2010, source: http://www.wwindea.org/ WWEA e.V.

L'Allemagne est le principal producteur d'électricité éolienne avec 20 622 MW de puissance installée à la fin de l'année 2006. L'Espagne est le deuxième producteur mondial avec 11 615 MW. Fin 2006, les États-Unis avaient une puissance installée de 11 603 MW, en troisième position derrière l'Allemagne et l'Espagne. La France était en 2006 le 10e producteur d'énergie éolienne en Europe avec 1567 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 [5])

Les chiffres ci-dessus doivent être pondérés en tenant compte d'un 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%. Par exemple pour l'Allemagne[6] il n'est que de 16% en 2005, contre un facteur de charge de plus de 80% pour une centrale nucléaire[7].
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.

Selon l'Observatoire des Énergies Renouvelables, dans un rapport publié par EDF[8], 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[9], et représente désormais 12,4% de la production d'ENR[10] de l'UE, en passe de détroner la production à partir de biomasse (production: 12,9%, croissance: 10,8%) comme 2ème source électrique d'origine ENR 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 (WWEA). La taille la plus rentable et la plus pratique pour les éoliennes actuellement commercialisées semble être autour de 600 kW à 2 MW, groupées dans de grandes fermes éoliennes. Les nouvelles technologies en cours de développement cherchent à produire des systèmes beaucoup plus souples en terme de "puissance rentable". La plupart des éoliennes terrestres fonctionnent avec un facteur de charge de 25 % par année, mais certaines arrivent à 35 %.

  • 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.
  • Aux États-Unis, des études préconisent des projets gigantesques, mais les associatons d'écologistes s'y opposent et multiplient les actions en justice. (voir lien)
  • 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 . 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).
  • La Chine, qui reste en 2005 le 3e plus gros producteur d'énergie électrique derrière les Etats Unis (4.239 TWh) et l'Europe (3.193 TWh) avec 2.500 TWh produits ( source Agence Internationnale de l'Energie ), devrait être le 5e producteur mondial d'énergie éolienne en 2007 derrière l'Allemagne, l'Espagne, les Etats Unis et l'Inde . Son objectif est une puissance éolienne installée de 20 GW en 2020, soit une augmentation de plus d' 1 GW par an. Cet effort est malgré tout extrêmement modeste quand on voit que sa production d'électricité a augmenté de 860 TWh en 3 ans (1.640 TWh en 2002). Cette croissance de 860.000 GWh en 3 ans qui s'est faite pour l'essentiel par une muliplication de centrales au charbon est sans commune mesure avec la progression programmée de l'éolien. Ce pays a déclaré récemment (10.02.2007) ne pas avoir les moyens de passer aux énergies propres (voir lien).
  • Le Royaume-Uni qui voit ses ressources pétrolières de la Mer du Nord diminuer rapidement année après année, 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 ).
Une éolienne du Plateau de Millevaches
Une éolienne du Plateau de Millevaches
Rang Pays (fin 2006) MW
01 Allemagne 20 622
02 Espagne 11 615
03 États-Unis 11 603
04 Inde 6 270
05 Danemark 3 136
06 Chine 2 405
07 Italie 2 123
08 Royaume-Uni 1 963
09 Portugal 1 650
10 France 1 567
11 Pays-Bas 1 560
12 Canada 1 451
13 Japon 1 394
14 Autriche 965
15 Australie 817
16 Grèce 756
17 Irlande 643
18 Suède 564
19 Norvège 325
20 Brésil 237
Total mondial 73 904
Source : World Wind Energy Association [11]

L'éolien en Europe

La capacité de production électrique éolienne déployée en Europe a augmenté de 154 % entre 2000 et début 2006, ce qui constitue plus de la moitié des nouvelles capacités de production installées durant cette période (données Eurostat).

Puissance éolienne installée dans l'union européenne fin 2005
Rang Pays (fin 2005) MW
01 Allemagne 18 427,5
02 Espagne 10 027,9
03 Danemark 3 128,0
04 Italie 1 717,4
05 Royaume-Uni 1 337,2
06 Pays-Bas 1 219,0
07 Portugal 1 021,6
08 Autriche 819,0
09 France 756,0
10 Grèce 573,3
11 Suède 492,0
12 Irlande 480,2
13 Belgique 167,4
14 Finlande 82,0
15 Pologne 71,8
16 Luxembourg 35,3
17 Estonie 32,0
18 Lettonie 24,0
19 République tchèque 20,3
20 Hongrie 17,5
21 Slovaquie 5,1
22 Lituanie 0,9
23 Chypre 0
24 Slovénie 0
25 Malte 0
Total européen 40 455,4
Source EurObserv'ER[12]

L'éolien en France

  • Au début de l'année 2005, le parc éolien français comptait 629 éoliennes. La France avec ses DOM produisait 386 MW ce qui représentait moins de 1 % de sa consommation électrique totale.

Deuxième gisement éolien d'Europe (ressources en vent) après le Royaume-Uni, la France tente actuellement de combler le retard accumulé dans son exploitation. L'obligation d'EDF dans l'achat d'électricité d'origine éolienne rend les investissements éoliens rentables. Le parc installé en mars 2006 atteint les 1000 MW mais les objectifs affichés pour l'éolien sont de 10 000 MW en 2010 (6000 à 9000 éoliennes).[13]
La première région productrice reste le Languedoc-Roussillon (17 parcs et 64 machines pour 162 MW), suivie par la Bretagne (125 MW), Champagne Ardennes (81 MW), la Picardie (71 MW), Rhône-Alpes (68 MW), la Lorraine (65MW), le Nord-Pas-de-Calais (63 MW). Par la création de 8 parcs nouveaux produisant 170,2 MW, le Languedoc-Roussillon augmente son potentiel dans la période 2005 - 2007 et devrait rester la première région productrice en France.
Des régions comme l'Aquitaine, la Bourgogne, la Franche-Comté et l'Alsace n'ont réalisé à cette date aucune implantation.

Éoliennes dans l'Aude
Éoliennes dans l'Aude
Rang Région (mars 2006) MW
01 Languedoc-Roussillon 162
02 Bretagne 125
03 Champagne-Ardenne 81
04 Picardie 71
05 Rhône-Alpes 68
06 Lorraine 65
07 Nord-Pas-de-Calais 62
08 Centre 56
09 Auvergne 39
10 Midi-Pyrénées 25
11 Pays de la Loire 24
12 Provence-Alpes-Côte d'Azur 21
13 Corse 18
14 Basse-Normandie 13
15 Haute-Normandie 12
16 Poitou-Charentes 9
17 Limousin 9
18 Aquitaine 0
19 Bourgogne 0
20 Franche-Comté 0
21 Alsace 0
Total France 861
Source : Ministère de l'Environnement

L'industrie de l'énergie éolienne évoluant très rapidement, il est utile de noter qu'aujourd'hui les chiffres ci-dessus ne sont plus du tout d'actualité. A titre d'exemple, début 2007, la région Centre à une capacité de 260 MW, dont 77 éoliennes situées dans le seul département d'Eure et Loir.

L'éolien en Champagne-Ardennes

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 hydro-électriques 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 attractives pour les investisseurs.[réf. nécessaire].

La technologie actuellement la plus utilisée pour capter l’énergie éolienne consiste à placer au bout d’un axe horizontal des pales formant une hélice. Certains prototypes utilisent un axe de rotation vertical.

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.
  • une pale de 40 mètres qui décrirait une rotation par seconde verrait son extrémité avancer à une vitesse de 250 m/s, soit environ 900 km/h. C'est la raison qui explique le bruit aérodynamique des pâles et une des raisons de la mise en arrêt des éoliennes par vent fort.
  • la production énergétique dépend directement de la force du vent, indépendamment des besoins, il faut donc prendre en compte l'évolution journalière ou saisonnière de la courbe de charge, voire le stockage de l’énergie produite.

Les nouvelles éoliennes en cours de développement permettent d'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.

Concernant le stockage de l’énergie, une piste est l’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène, qui peut être stocké avant d’être reconverti en énergie selon les besoins au moyen d’une pile à combustible, produisant de l’électricité et de la chaleur. Le rendement global de ce cycle de production d'énergie est encore trop faible à l'heure actuelle pour rendre intéressant le stockage d'énergie par l'hydrogène. Les technologies liées à l'hydrogène nécessitent des progrès, principalement de coût de fabrication et de maintenance, avant de pouvoir passer à un stade industriel. Les premières piles à combustible raccordées sur des réseaux de distribution électrique ont été mises en service dans les années 1990.

D'après EDF pour ce qui concerne la France, 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[14].

Aux Etats Unis , une entreprise a conçu 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 . Le stockage permet de ne plus injecter en direct l'électricité sur le réseau au fil du vent . Du point de vue du stockage de l'énergie , cette façon de faire permet également d'économiser 1 conversion d'énergie . Avec le stockage sous forme d'hydrogène par exemple , il y a 2 conversions : électricité en hydrogène , puis hydrogène en électricité . Ici , il n'y en a qu'une : air comprimé en électricité . D'où une économie sur les pertes de conversion due au stockage / déstockage . Même si cette seule conversion entraîne encore des pertes , elles sont compensées par un prix de vente plus intéressant de l'électricité que l'on peut produire lors des fortes demandes , là où les prix sont nettement supérieurs . La production de l'électricité éolienne au seuls moments des pointes de consommation pourrait également permettre de ne plus surdimentionner les capacités de production électriques actuellement destinées à pouvoir passer en sécurité les maximums de consommation . Certains pensent même que l'on pourrait utiliser directement l'air comprimé ainsi produit pour alimenter des voitures automobiles propulsée avec ce fluide .

L'éolien offshore

L'installation de fermes éoliennes offshore 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. 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 extrèmes 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 pylones à grande profondeur.

Les projets des futures éoliennes offshore, 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 pylone 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 156 éoliennes totalisant 702 MW, à 14 km au large de la Seine-Maritime et de la Picardie. 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 [15]. Avec le projet additionnel de Thanet, c'est maintenant 1800 MW qui devraient être installés dans l'estuaire de la Tamise . Le projet Britannique de Triston Knol fera quant à lui 1 200 MW.

Un concept encore plus innovant est développé par la compagnie norvégienne Norks Hydro (spécialisée dans l'exploitation pétrolière et gazière offshore) : il consiste à créer des champs d'éoliennes flottantes, par 200 à 700 m de fond. Le principe est d'utiliser un caisson flottant en béton (ancré au fond au moyen de câbles) pour soutenir l'éolienne. 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. [16]

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 est ajouté au rotor un stator extérieur, 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 et nucléaires

Depuis une dizaine d'années , la production d'électricité éolienne mondiale double approximativement tous les trois ans :

  • 1997 : 8 GW / 16 TWh
  • 2000 : 18 GW / 36 TWh
  • 2003 : 39 GW / 78 TWh
  • 2006 : 74 GW / 148 TWh

en continuant cette tendance on obtient :

  • 2009 : 150 GW / 300 TWh
  • 2012 : 300 GW / 600 TWh
  • 2015 : 600 GW / 1 200 TWh
  • 2018 : 1 200 GW / 2 400 TWh
  • 2019 : 1 560 GW / 3 120 TWh (croissance de 30 % en un an)

La production d'électricité nucléaire mondiale plafonne autour de 2 650 TWh. Depuis des années, on se trouve soit un peu en dessous, soit un peu en dessus de ce chiffre moyen (source : Agence internationnale de l'énergie). Cette production semble devoir monter légèrement dans la décennie qui vient à cause de politiques volontaristes. Mais la croissance devrait être modérée, car en contrepartie, de nombreuses centrales arrivent en fin de vie.

Dans ces conditions, et sous réserve que ces tendances ne changent pas, on voit que d'ici une douzaine d'années la production d'électricité mondiale éolienne et nucléaire feront jeu égal. Même si la tendance engagée dans la production d'électricité éolienne fléchissait pour monter moins vite, cette rencontre ne manquera pas de se produire, puisque de toute façon, les réserves mondiales d'uranium seront épuisées un jour, ce qui n'est pas le cas pour le vent.

Débat sur l'énergie éolienne

Il existe une polémique, qui date de l'origine du moulin à vent, et porte sur les différentes nuisances (visuelles, sonores, etc.) et sur les intérets (économiques, emplois, etc.) de l'énergie éolienne.

Repères

  • L'éolien off-shore est une solution pour réduire le problème d'intermittence du vent, et donc de la production d'électricité.
  • Les autres axes de progrès escomptés sont le mix-énergétique (vent, solaire, géothermie) et le progrès du stockage de l'énergie.
  • Les pays les plus avancés dans le développement de l'éolien (Allemagne, Danemark, etc.) résolvent les problèmes de l'intermittence avec notamment le thermique mais aussi l'achat d'électricité produite par d'autres pays.
  • Les projections du "Scénario énergétique tendanciel à 2030 pour la France - DGEMP-OE(2004) - synthèse des travaux réalisés en 2004 par l’Observatoire de l’énergie de la Direction générale de l’énergie et des matières première" misent sur un potentiel éolien de 43 TWh en 2030, soit 11% de la production nucléaire à cette date, avec un potentiel installé de 19 GW en éolien, de 50 GW en nucléaire, pour un total de 144 GW de puissance nette installée. [17]
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