Énergie éolienne : tout savoir sur le fonctionnement de cette énergie renouvelable
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L’énergie éolienne est une forme d’énergie renouvelable produite par le vent. Elle est utilisée depuis des siècles pour gonfler les voiles des navires et faire tourner les ailes des moulins. Aujourd’hui, l’énergie éolienne produit une électricité verte. Mais connaissez-vous le fonctionnement précis de cette énergie ? Pour tout comprendre, découvrez un article décoiffant, cheveux au vent.
Le vent souffle sur la plaine… et dans les pâles de l’éolienne. Ce mouvement crée une énergie cinétique qui est convertie en énergie mécanique, puis en énergie électrique. Prêt pour une leçon de physique ?
Qu'est-ce que l'énergie éolienne ?
Définition
L’énergie éolienne est une énergie renouvelable tirée de la force du vent. C’est aussi une énergie intermittente, produite en fonction des conditions météorologiques notamment. Les parcs d’éoliennes se développent autant sur terre (éolien onshore) qu’en mer (éolien offshore).
Les éoliennes offrent un mode de production d’une électricité verte. Toutefois, sur tout le cycle de vie de l’éolienne, le résultat est moins idyllique puisque les énergies fossiles restent indispensables à la construction des parcs.
Le saviez-vous ? L’éolienne tire son nom du dieu Éole, le dieu grec des vents.
L'énergie éolienne en quelques chiffres dans le monde...
Que représente actuellement ce mode de production dans le monde ? En 2022, l’énergie éolienne représente 7,6 % de l’électricité mondiale. Un record en croissance de 17 % sur un an ! Mais saviez-vous que la production chinoise représente 824 TWh (tera watt heure, soit un milliard de KWh) sur les 2 160 TWh produits ? (1)
En Europe...
L’Europe accélère : le Danemark affiche la plus forte production en pourcentage avec 55 % d’énergie éolienne. Le Danemark est un des pays précurseurs dans l’énergie éolienne, avec des projets terrestres et des projets offshore. L’Allemagne peut s’enorgueillir d’être le troisième producteur d’énergie éolienne avec 126 TWh en 2022.
En 2018, l’Union européenne revoit ses ambitions à la hausse. L’objectif est d’atteindre 32 % d’énergies renouvelables (EnR) dans le mix européen d’ici 2030. En juillet 2021, elle envisage même d’atteindre 40 % dès 2030 mais, compte tenu de la guerre en Ukraine, cet objectif reste en discussion (2).
L’Allemagne et les Pays-Bas se sont fixés des objectifs encore plus ambitieux : atteindre 80 % d’énergies renouvelables dans leur mix énergétique, d’ici 2030…
Et l'énergie éolienne en France ?
En France, l’énergie éolienne constitue la seconde source d’énergie renouvelable, derrière l’hydraulique. Elle fournit déjà 8,19 % de l’électricité en France en 2022…et ce n’est qu’un début (3).
La France possède le premier gisement éolien européen (depuis que la Grande-Bretagne a quitté l’Europe…). Elle délivre la troisième puissance électrique en Europe, derrière l’Espagne et l’Allemagne.
Le PPE (programmation pluriannuelle de l’énergie) 2019-2028 fixe comme objectif une neutralité carbone d’ici 2050. Pour l’éolien, cela se traduit par une volonté de doubler la capacité électrique du parc éolien dès 2023 ( soit 26 000 MW contre 13 000 MW en 2017).
Comment fonctionne l'énergie éolienne ?
La force motrice du vent génère de l’énergie cinétique. Elle entraîne un moteur et produit de l’énergie mécanique, elle-même transformée en énergie électrique, grâce à un alternateur.
L’éolienne produit ainsi du courant électrique alternatif, facilement transformable en courant continu. L’électricité produite est ensuite acheminée via un réseau de câbles souterrains. Le générateur peut aussi être relié à un réseau local comme un générateur d’appoint ou des batteries. Un dispositif de stockage peut renforcer l’efficacité de l’éolien.
Les différents types d'éoliennes
Sans remonter aux moulins à vent, le secteur de l’énergie éolienne, dans sa forme moderne, se développe depuis les années 70 et la première crise pétrolière. Plusieurs formes d’éoliennes ont vu le jour pour assurer l’essor de la filière :
- l’éolien terrestre : en 2022, la France compte 8 000 éoliennes terrestres réparties sur près de 2 000 sites, principalement dans les Hauts-de-France, le Grand-Est et l’Occitanie.
- l’éolien maritime amarré sur les fonds marins, jusqu’à 60 mètres de profondeur
- l’éolien flottant posées sur des plateformes, au-delà de 60 mètres de profondeur
7 parcs éoliens offshore sont en cours de construction en France. Leur mise en service devrait intervenir d’ici 2027 (4)
La conception d'une éolienne
Une éolienne se compose d’un mat, d’une nacelle et d’un rotor à axe horizontal muni de deux ou trois pâles. Ces pâles tournent en fonction du vent et entraînent le rotor. L’éolienne est aussi appelée aérogénérateur.
Hauteur et taille des éoliennes
La hauteur des mats des éoliennes varie actuellement entre 80 et 140 mètres. Les pâles recouvrent une surface de plus de 200 mètres et pourraient atteindre 300 mètres d’ici 2030. Plus les pâles sont grandes, plus elles génèrent un potentiel d’énergie important. Ainsi, l’envergure des éoliennes a doublé entre 2010 et 2016, tandis que la puissance évoluait de 3 MW à 8 MW. (5)
Puissance
Le vent doit souffler entre 15 km/h et 90 km/h. Au-delà, l’éolienne s’arrête par mesure de sécurité. L’éolienne n’est donc pas opérationnelle tout le temps. En général, un parc d’éoliennes tourne 80 % du temps.
Une éolienne affichant une puissance de 2 MW produit plus de 4000 MWh par an, soit environ la consommation électrique moyenne de 800 ménages français (6).
Techniques
L’innovation est forte dans le développement du secteur éolien. La baisse des coûts et l’augmentation de la puissance et du rendement sont au coeur des recherches. Les éoliennes de dernières générations installées en mer génère ainsi une puissance qui peut atteindre 12 MW par nacelle.
Questions fréquemment posées
Quels sont les avantages et les inconvénients de l'énergie éolienne ?
L’énergie éolienne est une énergie renouvelable, qui permet de générer une électricité bas carbone. Mais c’est aussi une énergie intermittente, en fonction des conditions météo. La puissance varie selon la taille des pâles et l’implantation.
Les détracteurs reprochent l’aspect esthétique des parcs d’éolien, le danger pour la faune dans les airs ou les mers.
Comment se forme l'énergie éolienne ?
Le vent souffle et fait tourner les pâles installées en haut d’un mat. Ce mouvement entraîne un moteur rotor qui transforme l’énergie cinétique (du mouvement) en énergie mécanique. Enfin, un transformateur génère la production d’électricité.
Quelle est l'énergie d'une éolienne ?
L’énergie éolienne provient du vent comme son nom l’indique, en référence au dieu grec Éole. Le vent produit une énergie cinétique qui se transforme en électricité après plusieurs étapes. L’éolien est donc une énergie renouvelable et une source de production d’électricité bas carbone.
Sources
(1) https://ember-climate.org/insights/research/global-electricity-review-2023/
(2) https://www.europarl.europa.eu/factsheets/fr/sheet/70/energies-renouvelables
(3) https://ember-climate.org/countries-and-regions/countries/france/
(4) https://www.vie-publique.fr/eclairage/24027-leolien-etat-des-lieux-et-axes-de-developpement#
(5)https://www.connaissancedesenergies.org/leolien-offshore-futur-pilier-des-transitions-energetiques-220218
(6) https://www.ecologie.gouv.fr/eolien-terrestre