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Éolienne
Avertissement: Cet article fait partie d'une série de 5 articles :
  • L'article Éolienne traite du principe, du calcul et de la technologie des éoliennes, du choix des sites et du poids économique des fabricants.
  • L'article Petit éolien traite de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) domestique des éoliennes de faible puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :).
  • L'article Énergie éolienne (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...) traite de la place de cette énergie dans la production mondiale, de ses enjeux économiques et environnementaux.
  • L'article Débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour le sujet considéré. Un...) sur l'énergie éolienne confronte les arguments des opposants et des promoteurs de l'énergie éolienne.
  • L'article Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) éolienne au Québec traite de l'implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) et du débat sur le sujet au Québec.

Une éolienne est un dispositif qui utilise la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) motrice du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur...). Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la...) (dans le cas d'un aérogénérateur).

Fonctionnement

Schéma d'une éolienne de type aérogénérateur.
Schéma d'une éolienne de type aérogénérateur (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire de l'électricité (dans le cas d'un aérogénérateur).).

Une éolienne permet de transformer l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique...) du vent en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la quantité d'électricité.). Elle se compose des éléments suivants :

  • le mât (Le mât est un espar vertical (mis à part le beaupré) servant à soutenir les voiles sur un bateau à voiles. De manière générale, c'est un pylône vertical.) permet de placer le rotor à une hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) suffisante pour permettre son mouvement (nécessaire pour les éoliennes à axe horizontal) et/ou placer ce rotor à une hauteur lui permettant d'être entrainé 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 (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.), multiplicateur, générateur, etc.)
  • un rotor, composé de plusieurs pales (en général 3) et du nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de la lèvre supérieure et qui, en le surplombant, recouvre...) de l'éolienne. Le rotor est entraîné par l'énergie du vent et peut être couplé directement ou indirectement à une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) (cas des éoliennes de pompage) ou plus généralement à un générateur électrique (Les générateurs électriques sont des dispositifs permettant de produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. Par opposition, un appareil qui consomme de...). Le rotor est relié à la nacelle par le moyeu.
  • une nacelle montée au sommet du mât et abritant les composants mécaniques et pneumatiques et certains composants électriques et électroniques nécessaires au fonctionnement de la machine
  • dans le cas des éoliennes produisant de l'électricité, un poste de livraison situé à proximité du parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la promenade ou à...) éolien permet de relier ce parc au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité d'une...) électrique pour y injecter l'intégralité de l'énergie produite.

Étymologie

Le mot " éolienne " vient du grec Α?ολος (Éole), le dieu des vents. Le terme signifie également " rapide ", " vif " ou " inconstant ".

Historique

Article de Scientific American sur l'invention de Brush (1890).
Article de Scientific American sur l'invention de Brush (1890).

Depuis l'Antiquité, les moulins à vent convertissent l'énergie éolienne en énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle mécanique. C'est une quantité conservée en l'absence de frottement ou de...) (généralement utilisé pour moudre du grain). De nos jours, on trouve encore des éoliennes couplées à des pompes à eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), généralement utilisées pour irriguer des zones sèches, assécher des zones humides, ou abreuver le bétail.

En 1888, Charles F. Brush construit une petite éolienne pour alimenter sa maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille, voire de plusieurs, sans être considérée comme un immeuble collectif.) en électricité, avec un stockage par batteries [1].

La première éolienne " industrielle " génératrice d'électricité est développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) par le danois Poul La Cour en 1890, pour fabriquer de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.). Dans les années suivantes, il crée l'éolienne Lykkegard, dont il aura vendu 72 exemplaires en 1908 [2].

Une éolienne expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de recherche basées sur des...) de 800 KVA a fonctionné de 1955 à 1963 en France, à Nogent-le-Roi, dans la Beauce. Elle avait été conçue par le Bureau d'Etudes Scientifiques et Techniques de Lucien Romani et exploitée pour le compte d'EDF. Simultanément, deux éoliennes Neyrpic de 130 et 1 000 KW furent testées par EDF à Saint-Rémy-des-Landes (Manche) [3]. Il y eut également une éolienne raccordée au secteur sur les hauteurs d'Alger (Alger, (arabe : ??????? al-Jaz??ir, al-Dzayer ; berbère : L?ayer), surnommée Al Bahdja (« La Radieuse ») ou « la Blanche », tant par les...) (Dély-Ibrahim) en 1957.

Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) a été quelque peu délaissée par la suite et il faudra attendre les années 1970 pour que le Danemark reprenne les développements d'éoliennes.

Sites éoliens

Critères de choix de l'implantation éolienne

Le vent

L'efficacité d'une éolienne dépend de son emplacement. En effet, la puissance fournie augmente avec le cube (En géométrie élémentaire, un cube est un prisme dont les côtés sont tous égaux. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace....) de la vitesse (On distingue :) du vent, raison pour laquelle les sites sont d'abord choisis en fonction de la vitesse et la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par...) des vents présents. Un site avec des vents d'environ 30 km/h de moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...) sera environ 8 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.

Eolienne de relevage d'eau du XIXe siècle sur son château d'eau. Charente-Maritime.
Eolienne de relevage d'eau du XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois...) sur son château (Un château est à l'origine une construction médiévale destinée à protéger le seigneur et à symboliser son autorité au sein du fief. Les premiers châteaux étaient construits...) d'eau. Charente-Maritime.

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 qui conduiraient soit à la destruction de l'éolienne, soit à des coûts de construction et de maintenance prohibitifs. 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) parallèle à la direction du vent. Même avec un système d'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) de la nacelle performant, il est donc préférable d'avoir une direction de vent la plus stable possible pour obtenir un rendement optimal.

Certains sites à proximité d'obstacles sont ainsi à proscrire car le vent y est trop turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.) (arbres, bâtiments, escarpements...).

De manière empirique, on trouve les sites propices à l'installation d'éoliennes en observant les arbres et la végétation. Le site est intéressant s'ils sont constamment courbés par les vents.
Les implantations industrielles utilisent une carte de la vitesse des vents, ou des données accumulées par une station météorologique proche.

En France, un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) est rentable économiquement 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).

Éoliennes en Allemagne.
Éoliennes en Allemagne.

Certains sites bien spécifiques augmentent la vitesse du vent et sont donc plus propices à une installation éolienne :

  • L'effet tunnel ou effet Venturi (L'effet Venturi (du nom du physicien italien Giovanni Battista Venturi) est le nom donné à un phénomène de la dynamique des fluides où les particules gazeuses ou liquides se retrouvent accélérées à...): au niveau des cols, entre deux montagnes comme entre deux grands bâtiments, le vent est souvent plus fort. L'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude,...) est compressé entre les montagnes ou les bâtiments. Pour garder un débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) d'air constant, la vitesse augmente donc considérablement. De plus, le vent garde généralement une direction constante. Ces lieux sont donc très appropriés pour les éoliennes. Ils sont cependant le plus souvent de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) restreinte et il est difficile d'y placer une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) d'éoliennes
  • Suivant le même principe, l'air est compressé au sommet des collines et le vent y est donc accéléré. Il est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de même important que les flancs de la colline soient en pente douce et sans escarpements susceptibles de provoquer des turbulences néfastes au fonctionnement de l'éolienne
  • La mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et les lacs sont aussi des emplacements de choix : il n'y a aucun obstacle au vent, et donc, même à basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.), les vents ont une vitesse plus importante et moins turbulents. La proximité d'une côte escarpée, en revanche, créera également des turbulences, usant prématurément certains composants mécaniques de l'éolienne.

Autres critères

Parc éolien à Calenzana, Haute-Corse.
Parc éolien à Calenzana, Haute-Corse.

D'autres critères sont pris en compte pour le choix du site.

  • La nature du sol : il doit être suffisamment résistant pour supporter les fondations de l'éolienne. Ce critère n'est pas déterminant car dans le cas d'un sol meuble, des pieux seront alors enfoncés sous les fondations de l'éolienne
  • L'accessibilité du site (virages, pente, passage de ponts) nécessaire au transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications...) des différents éléments de l'éolienne (pales, tour, nacelle) et des grues nécessaires à son montage. Cette contrainte peut limiter la puissance maximale installable par machine
  • La connexion au réseau électrique. Pour cela, les petites fermes d'éoliennes sont le plus souvent situées à proximité d'un poste de transformation haute tension (La tension est une force d'extension.) afin de diminuer le coût de raccordement qui est directement fonction de la distance à ce poste. Pour les grosses fermes éoliennes, le réseau doit être en mesure de supporter l'énergie produite, et son renforcement est parfois nécessaire (renforcement ou création de poste de transformation). Le raccordement est plus coûteux dans le cas des projets offshores, mais les sites sont beaucoup plus ventés et les contraintes grandement plus faibles
  • Les éoliennes peuvent avoir un impact sur les oiseaux (collision, dégradation de l'habitat...). Aussi, Birdlife International a fait un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de recommandations au Conseil de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme...) à ce sujet [4]: les réserves naturelles, les routes migratoires importantes (cols), etc. sont des lieux à éviter pour la sauvegarde (En informatique, la sauvegarde (backup en anglais) est l'opération qui consiste à dupliquer et à mettre en sécurité les données contenues dans un système informatique.) des oiseaux
  • Même si les éoliennes de dernière génération sont relativement silencieuses, une étude de l'impact sonore sur les habitations est effectuée avant l'implantation des parcs éoliens. En fonction du résultat, cette implantation peut être modifiée afin de respecter la réglementation (émergence maximale de 5 dB(A) le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) et 3 dB(A) la nuit[5]). La distance entre les éoliennes et les habitations est généralement de 300 m. À environ 500 m, elles sont inaudibles ou très peu audibles et leur bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) est généralement couvert par le bruit du vent.

Sur la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....) ferme

Dans une installation éolienne, il est préférable de placer la génératrice sur un mât à une hauteur de plus de 10 m jusqu'à environ 100 m, de façon à capter des vents plus forts. Dans les zones où le relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.) est très complexe, il est possible de doubler la quantité d'énergie produite en déplaçant l'installation de seulement quelques dizaines de mètres. C'est pour cela que l'on étudie et modélise bien souvent les vents avant l'installation d'éoliennes.

L'énergie éolienne est aisément exploitable dans les Grandes plaines nord-américaines, dans les plaines centrales eurasiennes, ainsi que sur la cime de certaines chaînes de montagnes. Les sites soumis aux tempêtes sont également propices aux éoliennes. Mais le plus important potentiel d'énergie éolienne se situe dans les océans, et particulièrement au 40e parallèle sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.).

Pleine mer

Éoliennes en pleine mer, près de Copenhague. Malgré la faible force du vent à cet endroit, elles produisent une énergie significative 97 % du temps
Éoliennes en pleine mer, près de Copenhague. Malgré la faible force du vent à cet endroit, elles produisent une énergie significative 97 % du temps

À condition qu'elles soient implantées assez loin de la côte, les éoliennes en pleine mer (offshore) entraînent moins d'impact sur le paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre saisi...). 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 5 MégaWatt (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. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) des éoliennes (en pleine mer ou terrestres) du Danemark produit, début 2006, 23 % de l'électricité nécessaire au pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui...)[6]. Ce pays est un leader et précurseur dans la construction et l'utilisation de l'énergie éolienne, avec un projet lancé dans les années 1970 pour produire la moitié de l'énergie du pays de cette manière. Alors que les États-Unis ont perdu tout intérêt dans les éoliennes lors de la chute des cours du baril après la crise des années 1970, le Danemark a poursuivi ses efforts, et est finalement devenu le premier exportateur mondial de grandes turbines, qui produisent entre 0,66 et 3 MW chacune.

Le parc éolien de Vindeby, le premier parc éolien en mer au monde (Le mot monde peut désigner :), a été construit en 1991 par le fabricant danois Bonus (devenu Siemens Windpower). Le parc de Nysted, un des projets les plus récents, est aujourd'hui le plus puissant parc éolien offshore avec 72 éoliennes et une puissance maximale de 165,6 MW. Voir aussi le projet de Parc éolien de Belwind en mer du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et celui de Horns Rev.

Aujourd'hui de grand parcs offshore sont en construction au large de l'Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui...) voir le projet London Array dans la baie de la Tamise (La Tamise (en anglais River Thames) est un fleuve traversant l'Angleterre méridionale et reliant Londres à la mer du Nord.), ainsi qu'en Écosse pour une puissance d'environ 4 000 MW au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le...).

La France ne possède pas de parcs offshore. Même si quelques sociétés ont des projets en cours, le blocage semble être politique.

Altitude

Le vent est engendré par une différence de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) ou de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). Il est ralenti par les obstacles, et la rugosité du sol, et est généralement plus fort en altitude. Les plaines ont des vents forts parce qu'il y a peu d'obstacles. Les cols de montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune), et...) ont eux aussi des vents forts, parce qu'ils canalisent les vents de haute altitude. Dans certains cols, les vents proviennent de l'écart de température entre les deux versants. Les éoliennes installées sur les côtes ou en bordure de mer bénéficient de vents puissants et réguliers, car la surface de l'eau ne constitue pas un obstacle (faible rugosité), et parce que la différence de température mer/terre favorise des vents thermiques.

Villes

En environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) urbain, où il est difficile d'obtenir de puissants flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) d'air, de plus petits équipements peuvent être utilisés pour faire tourner des systèmes basse tension (Les normes européennes définissent le domaine de la basse tension (abréviation BT) comme les tensions comprises entre :). Des éoliennes sur un toît fonctionnant dans un système d'énergie distribuée permettent d'alléger les problèmes d'acheminement de l'énergie et de pallier les pannes de courant. De petites installations telles que des routeurs wi-fi (Le wifi ou wi-fi (prononcé /wifi/) est une technologie de réseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner en réseau interne et, depuis, devenue un moyen d'accès à haut débit à Internet. Il est basé sur la norme IEEE...) peuvent être alimentées par une éolienne qui recharge une petite batterie. En ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par opposition aux villages)...), on pourra envisager l'implantation d'éoliennes à axe vertical ou hélicoïdales, qui ont un rendement inférieur mais qui produisent de l'électricité même par vent faible.

Il est aussi possible d'installer des éoliennes sur le toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant principalement de protéger son intérieur contre...) des tours comme a la defense.

Modélisation d'une éolienne

Une éolienne se modélise principalement à partir de ses caractéristiques aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets sur des éléments solides qu’ils...), mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref,...) et électrotechnique (Étymologiquement l'électrotechnique désigne l'étude des applications techniques de l'électricité. En réalité, l'électrotechnique regroupe les disciplines traitant l'électricité en tant qu'énergie. On peut citer...). 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).

Axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la...)

Une éolienne à axe horizontal est une hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb)...) au vent, montée sur un mât. La hauteur est généralement de 20 m pour les petites éoliennes, et supérieure au double de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...) d'une pale (Une pale d'hélice (avion) ou de rotor (hélicoptère) est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif aérodynamique ou hydrodynamique destiné à créer un déplacement...) pour les modèles de grande envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou...). Aujourd'hui les plus grandes éoliennes mesurent jusqu'à 180m en bout de pale avec un moyeu à 120m pour une puissance de 6 MW.

Puissance récupérable

La puissance du vent contenue dans un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée...) de section S \, est :

P_{cin\acute{e}tique} = \frac{1}{2} . \rho . S . V^3  \, avec :
\rho  \, : masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée masse...) de l'air (environ 1,23 kg/m3 à 15 °C)
V  \, : vitesse du vent en m/s
Formule de Betz

La puissance récupérable est inférieure, puisque l'air doit conserver une énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) résiduelle pour qu'il subsiste un écoulement. Albert Betz a démontré que l'énergie récupérable était maximale lorsque :

V_{sortie} = \frac{1}{3}  V_{incidente} \,

Ceci a pour conséquence que la puissance maximale récupérable est :

P_{max} = \frac{16}{27} . P_{cin\acute{e}tique} = \frac{8}{27} \rho . S . V^3  \,.

Le rendement maximal théorique d'une éolienne est ainsi fixé à \frac{16}{27}, soit environ 59,3 %. Ce chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) ne prend pas en compte les pertes d'énergie occasionnées lors de la conversion de l'énergie mécanique du vent en énergie électrique.

Autres caractéristiques techniques

Pour des raisons de sécurité, il est nécessaire d'immobiliser les pales lorsque le vent est très fort. Pour une vitesse de vent donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) de la turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen...) est environ proportionnelle au cube de la longueur de ses pales, alors que l'air intercepté par l'éolienne est proportionnel au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même...) de cette longueur. Les pressions exercées sur une éolienne augmentent donc très rapidement à mesure que sa taille augmente. Ainsi la longueur maximale d'une pale est-elle limitée par la résistance de ses matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.).

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 de sa fondation (Les fondations d'un ouvrage assurent la transmission et la répartition des charges (poids propre et surcharges climatiques et d'utilisation) de cet ouvrage sur le sol. Le mode de fondation sera établi suivant la capacité portante du...). Pour la réalisation des pales, l'un des meilleurs matériaux disponibles actuellement est l'époxy. Le graphite 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 plus légers, tels que la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de...), l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) ou le bois laminé.

Les petites éoliennes sont dirigées vers le vent par un aileron arrière, à la manière d'une girouette (Une girouette (mot provenant du vieux normand wire-wite) est un dispositif généralement métallique, la plupart du temps installé sur un toit, constitué...). Les grandes éoliennes possèdent des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation...) qui enregistrent la direction du vent et actionnent un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une...) qui fait pivoter le rotor.

Quand elle tourne face au vent, l'éolienne agit comme un gyroscope (Un gyroscope (du grec « qui regarde la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire en physique...), et la précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, dans le cas de...) essaie de faire faire volte-face en avant ou en arrière à la turbine. Chaque pale est soumise à une force de précession maximale lorsqu'elle est verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) et minimale lorsqu'elle est horizontale. Ces changements cycliques de pression sur les pales peuvent vite fatiguer et casser la base des pales ou fausser l'axe de la turbine.

Dans l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de réduire les contraintes dues à la précession, les éoliennes modernes ont trois pales, de sorte qu'une seule pale est soumise à une précession maximale à la fois. Le défaut historique majeur des éoliennes était d'avoir un nombre pair de pales, de sorte que deux pales étaient verticales en même temps. Le modèle à deux pales est celui qui reçoit le plus de contraintes.

La plupart des éoliennes artisanales possèdent deux pales, car elles sont fabriquées à partir d'une seule longue pièce courbée de bois ou de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont...), montée sur un générateur de récupération, tel qu'un alternateur de voiture ou un moteur de machine à laver.

Les rotors à nombre pair de pales ne nécessitent pas obligatoirement de fixer individuellement chaque pale sur un moyeu. Aussi, beaucoup d'éoliennes commercialisées ont-elles deux pales, car il est plus facile et plus économique d'usiner celles-ci d'un seul tenant. Les éoliennes à trois pales, bien plus efficaces et silencieuses, doivent généralement être montées sur place.

Eolienne de pompage pour puiser de l'eau.
Eolienne de pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il s'agit d'une instabilité aérodynamique qui donne naissance à des ondes longitudinales. Une...) pour puiser de l'eau.

Quand une éolienne puissante possède plus de trois pales, 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, fonctionnent à un nombre de Reynolds plus élevé, et sont par conséquent plus efficaces. Le prix d'une éolienne augmentant avec le nombre de pales, leur nombre optimal semble donc être de trois.

Comme le mât produit des turbulences derrière lui, le rotor est généralement placé devant celui-ci. Dans ce cas, le rotor est placé assez loin en avant, et son axe est parfois incliné par rapport à l'horizontale, afin d'éviter que les pales ne viennent heurter le mât. On construit parfois des éoliennes dont le rotor est placé en aval du mât, malgré les problèmes de turbulences, car les pales peuvent ainsi être plus souples et se courber sans risquer de heurter le mât en cas de grand vent, réduisant ainsi leur résistance à l'air.

Aérogénérateur BEST-Romani à Nogent-le-Roi, Eure-et-Loir.
Aérogénérateur BEST-Romani à Nogent-le-Roi, Eure-et-Loir.

Les anciens moulins à vent sont équipés de voilures en guise de pales, mais celles-ci ont une espérance de vie (L'espérance de vie est une donnée statistique. Elle est censée permettre de connaître la durée de vie moyenne qu'on peut espérer atteindre à un moment...) très limitée. De plus, leur résistance à l'air est relativement élevée par rapport à la puissance qu'elles reçoivent. Elles font tourner le générateur trop lentement et gaspillent l'énergie potentielle du vent dont la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) implique qu'elles soient montées sur un mât particulièrement solide. C'est pourquoi on leur préfère aujourd'hui des pales profilées rigides.

Quand une pale est en rotation, la vitesse relative du vent par rapport à la pale est supérieure à sa vitesse propre, et dépend de l'éloignement du point (Graphie) considéré de la pale avec son axe de rotation. Cela explique que le profil et l'orientation de la pale varient dans sa longueur. La composition des forces s'exerçant sur les pales se résume en un couple utile permettant la production d'électricité par l'alternateur, et une force de poussée axiale, répercutée sur le mât par l'intermédiaire d'une butée. Cette poussée peut devenir excessive par vent trop fort ; c'est pourquoi les éoliennes sont alors arrêtées et orientées pour offrir la moindre prise au vent. Des essais sont effectués (2004) pour utiliser des pales cylindriques et bénéficier de l'effet Magnus (L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, permet notamment d’expliquer les effets de balle dans le sport.).

Axe horizontal et pales horizontales

Un essai d'un nouveau type d'éolienne est en cours (2006) sur un bâtiment d'habitation en France à Équihen, dans le Pas-de-Calais : deux groupes de lames fixées sur un axe qui entraîne le générateur.

Axe vertical

Plusieurs solutions d’éoliennes à axe vertical ont été expérimentées :

Éolienne de type Darrieus à rotor parabolique, Parc Éole, Canada.
Éolienne de type Darrieus à rotor parabolique, Parc Éole, Canada.
  • Le type Darrieus repose sur l’effet de portance subi par un profil soumis à l’action d'un vent relatif ; Effet qui s'exercent sur l'aile d'un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans...). On distingue plusieurs déclinaisons autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de ce principe, depuis le simple rotor cylindrique - deux profils disposés de part et d'autre de l'axe - jusqu’au rotor parabolique où les profils sont recourbés en troposkine et fixés au sommet et à la base de l'axe vertical. Une éolienne de ce type a fonctionné au Canada (au Parc Éole) de 1983 à 1992. De grandes dimensions (110 m de haut), le prototype s'est détérioré lors d'un coup de vent, il était conçu pour fournir 4 MW avec un générateur au sol ;
  • Le type Savonius, constitué schématiquement de deux ou plusieurs godets demi-cylindriques légèrement désaxés présente un grand nombre d'avantages. Outre son faible encombrement, qui permet d’intégrer l’éolienne aux bâtiments sans en dénaturer l’esthétique, il est peu bruyant. Il démarre à de faibles vitesses de vent et présente un couple élevé quoique variant de façon sinusoïdale au cours de la rotation. Une déclinaison de ce type d'éolienne est le Moulinet dont l’anémomètre constitue une bonne illustration. Citons aussi les modèles à écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées...) où on masque le côté " contre-productif " de l’engin. Ce modèle utilise un système d’orientation de l’écran par rapport au vent, supprimant de fait un avantage essentiel des éoliennes à axe vertical. Ajoutons finalement que l’accroissement important de la masse en fonction de la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) rend l’éolienne de type Savonius peu adaptée à la production de masse dans un parc à éoliennes ;
12 m [culjak rotor]  Osijek, Croatia
12 m [culjak rotor] Osijek, Croatia
  • D'autres modèles sont construits aujourd'hui par diverses entreprises pour s'affranchir des limites introduites par la taille des pales, par leur vitesse de rotation et par le bruit. Le principe est celui d'un rotor d'axe vertical qui tourne au centre d'un stator à ailettes. Ce type de solution réduit considérablement le bruit tout en autorisant le fonctionnement avec des vents supérieurs à 220 km/h et quelle que soit leur direction. L'encombrement total est plus faible aussi bien pour l'espace au sol que pour la hauteur. Pour une éolienne de 3 m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) et 2 m de haut une production de 8 000 kWh/an est annoncée (2004).

Modalités de freinage et d'arrêt

Régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) et freinage par basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour modifier la direction du vecteur poussée.) de l’éolienne

Ce dispositif est installé seulement sur de petites éoliennes ; il modifie les efforts de l'air sur les pales. Il agit de façon à sortir le rotor du lit du vent de façon à diminuer ses effets sur les pales. La force du vent comprime un ressort qui maintient, en temps normal, la tête de l’éolienne verticale.

Régulation aérodynamique sur les pales

  • Le pas variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) permet de modifier l'orientation des pales sur le moyeu et permet ainsi de modifier l'énergie récupérée par l'éolienne. Entre autres, il permet d’arrêter l’éolienne afin de la protéger des vents violents (en plaçant les pales en drapeau et en réduisant donc la prise au vent) ou à maximiser l'énergie absorbée par l'éolienne pour la faire démarrer ;
  • Le pas fixe empêche les pales d'accélérer en utilisant l’effet Stall qui agit comme un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) par le décrochage aérodynamique au niveau de la pale du rotor ;
  • Les volets (aérofrein ou flaps) s’ouvrent automatiquement, si la vitesse du vent devient excessive ou si un problème est décelé, et ralentissent les pales ou diminuent leur portance en provoquant un décrochage aérodynamique.
  • Les spoilers, encastrés dans le bord d'attaque des pales (freinage aérodynamique). Chaque spoiler est maintenu dans son logement par un ressort de rappel et une masse tarés individuellement en fonction de la position du spoiler sur le bord d'attaque de la pale. A partir d'une certaine vitesse linéaire, la force centrifuge provoque l'éjection de tous les spoliers au même moment modifiant ainsi le profil aérodynamique de la pale.

Éoliennes à axe vertical

Il existe des systèmes grâce auxquels les ailes se décalent plus ou moins pour augmenter l'étendue des vitesses d'action. Si la vitesse du vent est basse, les ailes sont complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) déployées, si la vitesse est trop forte, les ailes sont complètement fermées et l'éolienne forme un cylindre.

Un nouveau type d'éolienne est en plein développement du fait de ses avantages : il s'agit d'une turbine à axe vertical de forme cylindrique qui peut facilement être installée sur le toit d'une maison moderne et dont les avantages sont : faible impact visuel, pratiquement pas de bruit et très grande tolérance aux vents forts.

Arrêt par frein à disque (Le frein à disque est un système de freinage performant pour les véhicules munis de roues en contact avec le sol : automobile, avion, train, etc. et pour diverses...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la...)

Il ne s’agit plus d’un système de ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.), mais d'arrêt complet de l’éolienne.

Ce mécanisme se déclenche automatiquement lorsque la vitesse atteint un certain seuil par l’intermédiaire d’un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) de vitesse. En cas de ralentissement du vent, le frein est relâché et l’éolienne fonctionne de nouveau librement. Ce dispositif peut aussi se déclencher lorsqu'un problème de réseau est détecté.

Remarque : Les éoliennes à pas fixe et régulation Stall comportent souvent, par sécurité, deux freins à disques.

Poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre....) économique des acteurs de l'industrie éolienne

Éoliennes en Californie.
Éoliennes en Californie.

Une éolienne utilisée pour fournir de l'électricité aux réseaux délivre des puissances importantes, de l'ordre de 2 MW à l'intérieur des terres et de 5 MW en mer. Cependant, des modèles plus petits sont également disponibles.

C'est ainsi que certains navires sont maintenant équipés d'éoliennes pour faire fonctionner des équipements tels que le conditionnement d'air. Typiquement, il s'agit alors de modèles à axe vertical prévus pour fournir de l'énergie quelle que soit la direction du vent. Une éolienne de ce type délivrant 3 kW tient dans un cube de 2,5 m de côté.

Certaines éoliennes produisent directement de l'énergie mécanique sans passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) par la production d'électricité, notamment pour le pompage de l'eau dans des lieux isolés. Ce mode de fonctionnement correspond à celui des moulins à vent d'autrefois, qui entraînaient le plus souvent des meules de pierre ; en effet, la plupart des 20 000 moulins à vent à la fin du XVIIIe siècle en France servaient à la minoterie.

Fabricants d'éoliennes

En 2004, les parts de marché mondiales des principaux fabricants d'éoliennes sont les suivantes :

  1. le danois Vestas avec 34,1 %,
  2. l'espagnol Gamesa avec 18,1 %
  3. l'allemand Enercon avec 15,8 %
  4. l'américain GE Wind avec 11,3 %.

Les principaux fabricants d'éoliennes construisent des machines d'une puissance d'environ 1 MW à 5 MW. Il existe de très nombreux autres fabricants d'éoliennes, parfois de plus petite dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce...) pour des applications individuelles ou spécialisées. Les principaux fabricants d'éoliennes, principalement originaires du Danemark et d'Allemagne, pays qui ont investi ce secteur de manière très volontariste. Le retard accumulé oblige les grands groupes français à opérer par acquisitions ou prises de participations pour pénétrer sur ce marché (OPA amicale d'AREVA (Areva est un groupe industriel français spécialisé dans les métiers de l'énergie. Cette entreprise est présente au niveau international avec un...) sur 70% du capital de REPower dont il détenait auparavant 30% en janvier 2007). Mais depuis quelques années, le fabricant Français d'éoliennes de petite puissance Vergnet est passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au...) à la moyenne puissance et passera à la grande puissance (diamètre rotor 62m) en 2007.

Ce développement de la capacité de production répond à une demande croissante d'une partie de la population pour une production d'énergie renouvelable (Une énergie renouvelable est une source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à l'échelle de temps humaine. Les énergies renouvelables sont issues de phénomènes naturels réguliers ou constants provoqués par...).

  • Se reporter au rapport très documenté de Jérôme GOSSET et Thierry RANCHIN: Bilan et prospective de la filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat: la filière administrative.) éolienne française - CONTRAT ARMINES/ADEME n° 50722 du 10 février 2006. (lien)

Le débat environnemental

Avantages

Éolienne sur le plateau de Millevaches, près de Peyrelevade, dans le centre de la France.
Éolienne sur le plateau de Millevaches, près de Peyrelevade, dans le centre de la France.

Selon Hubert Reeves, " chaque éolienne est garante d'un peu moins de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) carbonique dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ou d'un peu moins de déchets nucléaires à gérer par les générations à venir ".

L’énergie éolienne est une énergie renouvelable idéale selon Ressources naturelles Canada (lien) parce que :

  • il s’agit d’une forme d’énergie indéfiniment durable et propre ;
  • elle ne nécessite aucun carburant ;
  • elle ne crée pas de gaz à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...) (sauf si l'on considère que ce type d'énergie est intermittent et nécessite l'utilisation de centrales thermiques constamment au ralenti afin de réguler les variations imprévisibles de la production éolienne) ;
  • chaque mégawatt-heure d’électricité produit par l’énergie éolienne aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO2 rejetées chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) par la production d’électricité d'origine thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...);
  • elle ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs car elle est entièrement en métal et plastique;
  • lorsque de grands parcs d’éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l’exploitation agricole, l’élevage et d’autres utilisations ;
  • les propriétaires fonciers reçoivent souvent un paiement pour l’utilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu ainsi que la valeur du terrain. (les loyers sont autour de 1500 à 2000 € par MW)  ;
  • la propriété des aérogénérateurs par des particuliers et la communauté permet aux gens de participer directement à la conservation de notre environnement ;
  • Selon EDF[7], l'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple.
  • les éoliennes permettent au travers de la taxe professionnelle de participer au développement local avec une contribution annuelle de l'ordre de 10 000€ par MW (ce chiffre peut varier en fonction des communautés de communes concernées). Certaines communes rurales peuvent ainsi revivre et assurer des travaux pour lesquels elles s'endettaient jusque là.
  • une éolienne est en grande partie recyclable car construite en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du...). Après son temps de fonctionnement (environ 20 ans) elle est entièrement démontable, on peut même si besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) retirer la fondation en béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers)...). Elle n'aura laissé aucun produit contaminant autour d'elle et pourra être très facilement remplacée.

Inconvénients

Selon les détracteurs, plusieurs facteurs freinent l'implantation des parcs de production éoliens :

  • l'énergie intermittente et imprévisible produite par l'éolien nécessite une régulation par des centrales thermiques, dont les inconvénients doivent être pris en considération.

Sur les sites français, une éolienne produit une puissance moyenne égale à 25% de sa puissance nominale pour un site sur le littoral, et 10 % pour des sites intérieurs moins favorables.Source ADEME.

De ce fait pour produire 1 KWh éolien, il faut en produire 3 thermiques dans le meilleur des cas et 9 dans les cas défavorables. Une politique énergétique (La politique énergétique est la politique adoptée par une entité vis-à-vis de la gestion de l'énergie.) basée massivement sur l'éolien entraînerait ainsi paradoxalement une augmentation d'émission de CO2. Les centrales nucléaires ont un démarrage beaucoup trop lent (par mesure de sécurité) pour effectuer ce rôle de régulation. Les ressources hydro-électriques peuvent cependant également assurer ce rôle de régulateur mais en France, les sites sont saturés..[8]. Leif-Erik Langans, de la Ruhr-Universität de Bochum, a ainsi étudié un système de centrale hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) à réserve pompée. L'énergie éolienne excédentaire sert à amener l'eau dans un bassin surélevé. En cas de déficit d'énergie, cette réserve d'eau passe au travers de turbines productrices d'électricité. Une autre solution en cours d'évaluation aux États-Unis est le stockage sous forme d'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.) dans le sous-sol ou dans de simples conduites (pipelines).

  • les riverains craignent généralement une dégradation de l'aspect visuel des sites concernés, ainsi qu'un impact sur l'écosystème par le bruit des éoliennes et les interférences électromagnétiques induites par leurs générateurs.
    Ces craintes recouvrent plus prosaïquement une inquiétude quant à la dépréciation du foncier et de l'immobilier à proximité des parcs éoliens ; cependant, certaines études montrent que l'éolien n'a que peu d'influence sur les cours de l'immobilier[9].
  • les riverains déplorent le bruit[10] des éoliennes : le bruit peut être d'origine mécanique ou aérodynamique. Les éoliennes installées actuellement produisent un bruit de 55 dBA à leur pied ;
  • la réception des ondes hertziennes peut être perturbée, ce qui provoque une image bruitée sur les récepteurs de télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de scènes animées et généralement sonorisées qui sont reproduites sur...) analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.). Dans ce cas, il est fréquent que la société implantant les éoliennes finance la construction d'un nouvel émetteur numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) de télévision ;
  • des flashes très puissants sont émis toutes les cinq secondes en haut des mâts d'éoliennes à la demande de l'aviation civile (L'aviation civile désigne tout ce qui est relatif à l'aviation non militaire. Cela englobe donc le transport civil de passagers et de marchandises.). Ces flashes perturbent la quiétude nocturne de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) et sont une pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) lumineuse supplémentaire ;
  • les éoliennes peuvent constituer pour la migration des oiseaux un obstacle mortel. En effet, les pales en rotation sont difficilement visibles par mauvais temps ou la nuit. Les oiseaux peuvent alors entrer en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec celles-ci. Plus le parc éolien est dense, plus ce risque est grand. Des feux sur les pales peuvent réduire ce danger. Cependant, aucune étude sérieuse ne semble actuellement avoir démontré la réalité du danger pour les oiseaux. La LPO (Ligue de Protection des Oiseaux) se montre favorable au développement de parcs éoliens si ceux-ci sont construits en suivant ses recommandations[11] ;
  • les parcs éoliens produisent des interférences avec les radars et en particulier avec les radars météorologiques. En effet, les éoliennes peuvent constituer un obstacle à la propagation de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.). Selon la proximité et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) du parc d'éoliennes, celui-ci peut constituer un blocage majeur à basse altitude, donnant une zone d'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur laquelle se réfléchit cette lumière....) dans les données. De plus, comme les pales sont en rotation, le radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont...) enregistre leur vitesse de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En...), qui est indifférentiable d'une cible en mouvement comme la pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un...). Habituellement, on filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) les échos de sol indésirables par leur vitesse Doppler. Dans le cas de précipitations, la vitesse lue sera un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi...) entre la vitesse des gouttes et celle des pales, ce qui peut mener à une fausse interprétation des mouvements de l'air. Une étude sur cette possible interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent. Ce phénomène apparaît souvent en optique avec les ondes lumineuses, mais il s'obtient également avec...) est donc nécessaire lors de l'examen d'un projet d'éoliennes ;
  • par son principe de fonctionnement même, une éolienne absorbe l'énergie du vent et le rend turbulent, créant ainsi un effet de sillage jusqu'à 10 diamètres de rotor derrière elle.
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