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On parle beaucoup aujourd'hui d'énergie, énergie fossile, énergie durable etc...l'énergie éolienne à le vent en poupe si j'ose dire et de nombreux champs éoliens sont, si ce n'est à l'étude, déja en chantier !
Nous sommes particulièrement concernés en Bretagne et tout prés de chez nous un champs éolien important est prévu sur le site maritime de la baie de Saint Brieuc.
Mais qu'est qu'une éolienne ? comment ça marche et est-ce rentable ? Voici quelques éléments de réponses !
Une éolienne se compose des éléments suivants :
Un mât permet de placer le rotor à une hauteur suffisante pour permettre son mouvement (nécessaire pour les éoliennes à axe horizontal) ou placer ce rotor à une hauteur lui permettant d'être entraîné par un vent plus fort et régulier qu'au niveau du sol.
Le mât abrite généralement une partie des composants électriques et électroniques (modulateur, commande, multiplicateur, générateur, etc.).
Une nacelle montée au sommet du mât, abritant les composants mécaniques, pneumatiques, certains composants électriques et électroniques, nécessaires au fonctionnement de la machine. La nacelle peut tourner pour orienter la machine dans la bonne direction.
Un rotor, composé de plusieurs pales (en général trois) et du nez de l'éolienne, fixé à la nacelle. Le rotor est entraîné par l'énergie du vent, il est branché directement ou indirectement (via un système de boite de vitesse) au système mécanique qui utilisera l'énergie recueillie (pompe, générateur électrique...).
Des éléments annexes, comme par exemple un poste de livraison pour injecter l'énergie électrique produite au réseau électrique, complètent l'installation.
Une éolienne se modélise principalement à partir de ses caractéristiques aérodynamique, mécanique et électrotechnique. En pratique, on distingue aussi le « grand éolien », qui concerne les machines de plus de 250 kW, de l'éolien de moyenne puissance (entre 36 kW et 250 kW) et du petit éolien (inférieur à 36 kW).
Les coûts de construction et de maintenance d'une éolienne augmentent peu en fonction de sa taille. En limitant tous les coûts, on reste seulement contraint par la résistance des matériaux et par les dimensions de ses fondations.
Pour la réalisation des pales, l'un des meilleurs matériaux disponibles actuellement est l'époxy. Le carbone composite permet de construire des éoliennes de 60 m de rayon, suffisantes pour obtenir quelques mégawatts.
Les éoliennes plus petites peuvent être construites dans des matériaux moins chers, tels que la fibre de verre, l'aluminium ou le bois lamellé.
Les petites éoliennes sont dirigées vers le vent par un aileron arrière, à la manière d'une girouette. Les grandes éoliennes possèdent des capteurs qui enregistrent la direction du vent et actionnent un moteur qui fait pivoter le rotor.
Quand une éolienne puissante possède plus d'une pale, celles-ci sont perturbées par l'air déplacé par la pale précédente. Le rendement s'en trouve réduit.
Les vibrations diminuent quand le nombre de pales augmente. En plus de fatiguer les mécanismes, certaines vibrations sont audibles et provoquent des nuisances sonores. Cependant, les éoliennes possédant moins de pales, plus grandes, sont plus efficaces.
Le prix d'une éolienne augmentant avec le nombre de pales, leur nombre optimal semble donc être de trois onshore peut être deux offshore (plus de bruit autorisé).
Que produisent les éoliennes :
Une des caractéristiques importantes des éoliennes est leur puissance électrique nominale. Ainsi une éolienne de 2 MW (Mégawatt) signifie qu'elle est capable de fournir une puissance électrique maximale de 2 * (106 watt). La vitesse de vent minimale pour atteindre cette puissance maximale est souvent de l'ordre de 15 m/s, soit environ 55 km/h : en dessous de cette vitesse, l'éolienne produit moins d'énergie ; au-dessus, la production n'est pas plus importante, et quand la vitesse du vent atteint le seuil de sécurité (souvent aux alentours de 25 m/s ou 90 km/h) l'éolienne est mise à l'arrêt.
La production réelle d'énergie électrique est fonction de la distribution statistique de la vitesse du vent du site.
À titre de comparaison, le parc nucléaire français (63 130 MW de puissance installée en 2009 et 2010) a produit 390,0 TWh en 2009 et 407,9 TWh en 2010. Concrètement, il faut 5000 éoliennes alignées sur 250 km,pour une centrale nucléaire.
En 2009, l'éolien représentait 1,3% de la production mondiale d'électricité.
En France, la production électrique via l'éolien représentait 1,5 % de la production totale d'électricité en 2009 et 1,7% en 2010. Compte tenu de la quantité annuelle de vent en France, la production électrique par l'éolienne ne peut représenter qu'une faible partie de l'électricité totale produite.
Au Danemark, où le pays est saturé d'éoliennes, avec un parc de 3 482 MW en 2009, la production éolienne représentait 18,5% de la production d'électricité (soit 2,99% de la consommation totale d'énergie).
Choix des sites eoliens :
Les critères de choix d'une implantation éolienne dépendent de la taille, puissance et du nombre d'unités.
Ils nécessitent la présence d'un vent régulier (cf. atlas éolien) et diverses conditions telles que : proximité d'un réseau électrique pour y raccorder les aérogénérateurs, absence de zones d'exclusion (dont périmètre de monuments historiques, sites classés…), terrain approprié, etc.
L'efficacité d'une éolienne dépend notamment de son emplacement. En effet, la puissance fournie augmente avec le cube de la vitesse du vent, raison pour laquelle les sites sont d'abord choisis en fonction de la vitesse et de la fréquence des vents présents.
Un site avec des vents d'environ 30 km/h de moyenne sera environ huit fois plus productif qu'un autre site avec des vents de 15 km/h de moyenne. Une éolienne fonctionne d'autant mieux que les vents sont réguliers et fréquents.
Un autre critère important pour le choix du site est la constance de la vitesse et de la direction du vent, autrement dit la turbulence du vent.
En effet, en règle générale, les éoliennes sont utilisables quand la vitesse du vent est supérieure à une valeur comprise entre 10 et 20 km/h, sans toutefois atteindre des valeurs excessives (supérieures à 90 km/h) qui conduiraient à la destruction de l'éolienne ou à la nécessité de la « débrayer » (pales en drapeau) pour en limiter l'usure.
La vitesse du vent doit donc être comprise le plus souvent possible entre ces deux valeurs pour un fonctionnement optimal de l'éolienne. De même, l'axe de rotation de l'éolienne doit rester la majeure partie du temps parallèle à la direction du vent. Même avec un système d'orientation de la nacelle performant, il est donc préférable d'avoir une direction de vent la plus stable possible pour obtenir un rendement optimal (alizés par exemple).
Certains sites proches de grands obstacles sont ainsi à proscrire, car le vent y est trop turbulent (arbres, bâtiments, escarpements complexes, etc.).
En France, un projet est considéré économiquement rentable si la vitesse moyenne annuelle du site est supérieure à 6 ou 7 m/s, soit 21 à 25 km/h. Cette rentabilité dépend de nombreux autres facteurs, dont les plus importants sont le coût de connexion au réseau et le coût des fondations (déterminant dans le cas d'un projet offshore) ainsi que les coûts de rachat de l'électricité.
La mer et les lacs sont aussi des emplacements de choix : il n'y a aucun obstacle au vent, et donc, même à basse altitude, les vents ont une vitesse plus importante et sont moins turbulents. La proximité d'une côte escarpée, en revanche, créera également des turbulences, usant prématurément certains composants mécaniques de l'éolienne.
À la condition qu'elles soient implantées assez loin de la côte, les éoliennes en pleine mer (offshore) entraînent moins d'impact sur le paysage terrestre. L'installation d'éoliennes en mer est beaucoup plus coûteuse qu'à terre : les mâts doivent être étudiés pour résister à la force des vagues et du courant, la protection contre la corrosion (particulièrement importante du fait des embruns) doit être renforcée, l'implantation en mer nécessite des engins spécialisés, le raccordement électrique implique des câbles sous-marins coûteux et fragiles, et la moindre opération de maintenance peut nécessiter de gros moyens.
En revanche, une éolienne offshore peut fournir jusqu'à 6 MW (à comparer aux éoliennes terrestres limitées à 3 MW dans des sites bien ventés).
Dans les zones où la mer est peu profonde (par exemple au Danemark), il est assez simple de les installer, et elles ont un bon rendement.
La France ne possède pas de parcs offshore, mais quelques sociétés ont des projets en cours : Parc éolien de la Côte d'Albâtre, Parc éolien de la baie de Seine.
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Tous les renseignements ci-dessus sont extraits de Wikipedia