Energie éolienne : comment produire de l’électricité avec le vent ?

publié le 09/06/2021 | mis à jour le 26/08/2024 | par Mareva Gobbini

Définition de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne est une source d’énergie renouvelable. Voyons pour commencer quelle est la définition de l’énergie éolienne et quelles sont les utilisations possibles dans notre quotidien.

Qu’est-ce que l’énergie éolienne ?

La nature qui nous entoure comprend de multiples ressources énergétiques transformables : le soleil produit de l’énergie thermique, l’eau produit une force mécanique appelée énergie hydraulique, les êtres vivants (faune et flore) produisent de l’énergie biomasse, et le vent de l’énergie éolienne.

Etymologiquement, le terme « éolienne » vient du nom grec Eole, le maître des vents. L’énergie éolienne est donc créée à partir de la force cinétique des vents, ou plutôt des mouvements d’air présents dans le monde entier. Mais qu’est-ce que le vent ?

Le vent est produit à partir de l’énergie solaire, qui provoque des différences de températures et pressions atmosphériques sur la planète. Ces écarts engendrent à leur tour des masses d’air en mouvement, que l’on nomme vent.

Par son caractère inépuisable en constant renouvellement, l’énergie éolienne est considérée comme une énergie renouvelable. Exempte d’émissions de gaz à effet de serre, l’éolienne participe au mix énergétique français prônant les énergies vertes comme axe principal de la transition énergétique.

A quoi sert l’énergie éolienne ?

La valorisation de l’énergie éolienne permet de récupérer l’énergie cinétique produite et de l’exploiter pour la transformer :

• en énergie mécanique, via la force du vent qui permet d’actionner ou de faire avancer des machines (moulin à vent, voilier) ;
• en énergie électrique, via la force du vent entraînant le mécanisme de fonctionnement d’une éolienne. Cette dernière permet de générer, puis de stocker un courant alternatif dans un générateur électrique. Ce courant électrique est ensuite envoyé via un transformateur sur les lignes à haute tension du réseau de distribution générale d’électricité.

Comment fonctionne une éolienne ?

L’énergie éolienne est principalement valorisée par les éoliennes pour créer de l’électricité à grande échelle, mais également à un usage individuel.

Comment transformer de l’énergie éolienne en électricité ?

L’énergie électrique est produite par la force du vent par le biais d’une éolienne. De quoi se compose cet équipement de production d’électricité et comment marche-t-il précisément ?

Une éolienne se décompose en quatre parties principales :

• un mat, d’une longueur de plusieurs centaines de mètres, implanté sur la terre ;
• une hélice, composée de deux à trois pales selon le modèle d’éolienne, reliée à un rotor ;
• une nacelle, installée au sommet du mat, qui contient un alternateur électrique ;
• un transformateur, relié aux lignes électriques transportant le courant alternatif vers le réseau de transport de l’électricité.

Concrètement, lorsqu’il y a du vent, celui-ci entraine les pales de l’hélice, reliées au rotor, grâce à sa force cinétique. La force mécanique créée génère de l’énergie électrique (courant alternatif) via un générateur contenu dans la nacelle. Le courant alternatif est acheminé par des câbles à un transformateur, puis transporté via les lignes à haute tension.

Quel rendement énergétique pour une éolienne ?

L’énergie éolienne en tant qu’énergie renouvelable est tributaire des conditions climatiques et de la saisonnalité. L’absence de vent dans une zone implique une baisse de la fabrication d’énergie éolienne. Ce qui fait de la filière éolienne en France une source de production d’énergie intermittente et souvent aléatoire (dans la limite des prévisions météorologiques).

Plusieurs points importants sont à retenir sur le rendement énergétique d’une éolienne :

• la vitesse de rotation de l’hélice : elle doit se situer entre 1 000 et 2 000 tours/minute, tandis que les pales de l’hélice tournent lentement (entre 10 et 25 tours/minute). L’installation d’un multiplicateur de vitesse est souvent nécessaire afin de maximiser le rendement énergétique de l’éolienne ;
• la taille et la forme de la pale de l’hélice : plus elle est importante, plus l’éolienne crée d’énergie (x 4) ;
• la vitesse du vent : sachant qu’une éolienne peut fonctionner de manière optimale avec une vitesse située entre 10 et 90 km/h ;
• la densité de l’air, c’est-à-dire sa température : à vitesse de vent égale, un air plus froid de -10 °C produit plus d’énergie électrique.

Les différents types d’éoliennes : onshore et offshore

Les différentes installations de production d’énergie éolienne forment des parcs d’éoliennes, appelées également des fermes d’éoliennes. L’exploitation de l’énergie éolienne est assurée par des éoliennes terrestres (onshore) et des éoliennes en mer (offshore). Ces deux types d’éoliennes partage le même principe de fonctionnement expliqué dans les points précédents. Elles se caractérisent cependant via certaines spécificités :

1. Les éoliennes terrestres sont les types d’éoliennes les plus représentées, et également les pionnières du genre. Une éolienne terrestre détient une puissance moyenne oscillant entre 3 et 5 MW. Exploité en France depuis plusieurs décennies, l’éolien terrestre détient une capacité de production de 17 616 MWh, pour une production d’électricité estimée à 39,7 TWh en 2020 (source France Energie Eolienne Asso). Pour autant, l’éolien terrestre montre quelques limites de développement, liées aux nuisances sonores et visuelles que les éoliennes peuvent occasionner, voire à la dangerosité qu’elles représentent pour l’environnement. En 2019, la France compte 1 829 parcs d’éoliennes terrestres installés sur son territoire ;
2. Les éoliennes offshore sont des éoliennes installées en mer. On distingue deux types d’éoliennes en mer : l’éolien posé, fixé au sol marin jusqu’à 50 mètres de profondeur (donc près des côtes), et l’éolien flottant implanté au-delà de 50 mètres de profondeur (au large des côtes). Les éoliennes en mer bénéficient d’une technologie plus récente que leurs cousines, les éoliennes terrestres. Elles diffèrent par leur niveau de puissance (entre 6 MW et 12 MW) et leurs zones d’installation. Placées en pleine mer, et affranchies des contraintes liées aux nuisances sonores ou visuelles, les éoliennes offshore ont un potentiel de développement important. Pour autant, leur installation doit prendre en compte l’activité économique des locaux (pêcheurs, transitaires maritimes) et la faune environnante. Les objectifs fixés en termes de capacité de production sont de l’ordre de 10 GW pour 2030 contre 3 512 MW en 2020 (source France Energie Eolienne Asso). A fin 2019, la France exploite 7 parcs d’éoliennes en mer, pour près de 5 000 modèles.

Les enjeux de l’énergie éolienne : avantages et inconvénients

L’énergie éolienne est une source d’énergie intéressante pour contribuer à la production d’électricité en France. Si de nombreuses personnes y voient l’avenir de la filière des énergies renouvelables, l’éolien subit également une mauvaise presse sur certains aspects de son essor en France et dans le monde.

Les avantages de l’énergie éolienne

Produite par la force des vents, l’énergie éolienne est une énergie renouvelable, 100 % verte. L’exploitation des parcs éoliens ne crée pas de rejets d’émissions de gaz à effet de serre (dont le dioxyde de carbone CO₂), ni de déchets toxiques comme l’énergie nucléaire. L’éolien est ainsi un précieux atout pour la lutte contre le réchauffement climatique.

De plus, la valorisation de l’énergie éolienne en électricité permet de réduire notre dépendance énergétique aux énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole). La France développe son mix énergétique via un parc composé de 8 000 éoliennes : la part de l’éolien représente près de 8 % de la capacité de production totale installée (centrales nucléaires, centrales thermiques, panneaux photovoltaïques, barrages hydrauliques, etc.).

En outre, par son caractère renouvelable, l’énergie éolienne est inépuisable et en constant renouvellement. Une caractéristique clé par rapport aux énergies fossiles, dont les gisements vont être épuisés à moyen terme.

La compétitivité de l’éolien représente un avantage certain pour le développement de la filière. Selon le rapport de l’ADEME (agence de la transition écologique) de 2020 (source Les énergies renouvelables, des filières de plus en plus compétitives), les coûts de production du parc d’éoliennes terrestres sont évalués entre 50 et 71 €/MWh contre 50 et 66 €/MWh pour les centrales thermiques à gaz à cycle combiné. Le budget nécessaire à la filière éolienne n’est pas donc un frein à son développement ; bien au contraire, puisqu’elle challenge les énergies fossiles.

Enfin, l’exploitation de l’énergie éolienne permet de pallier aux pics de consommation d’électricité en hiver, les vents étant plus importants en période de froid. La filière éolienne permet ainsi de réduire le recours aux centrales thermiques à flamme (charbon et gaz) souvent sollicitées pendant la période hivernale.

Les inconvénients de l’énergie éolienne

Comme toute énergie renouvelable, la production de l’énergie éolienne est fortement dépendante de son environnement. La raréfaction, voire l’absence, de vents est son principal point de faiblesse qui en fait une énergie intermittente et peu prévisible sur le long terme (au-delà des prévisions météorologiques).

Autre inconvénient majeur, la taille imposante des éoliennes. Celles-ci peuvent venir dénaturer et défigurer le paysage où elles sont installées. De nombreux détracteurs pointent du doigt la pollution visuelle et sonore des éoliennes. Car à l’aspect esthétique, il faut ajouter le bruit des pales des hélices dont le voisinage subit l’intrusion sonore dans leurs vies.

Les éoliennes peuvent également représenter un danger pour la faune et la population environnantes. Les pales des hélices sont accusées de menacer la vie des oiseaux, et de causer des troubles sur la santé des ruminants (troubles du comportement) et des habitants (maux de tête et insomnie).

Enfin, la fabrication des éoliennes nécessite des matériaux polluants (béton, acier pour 90 % et 10 % de fibres de verre) et difficilement recyclables lors de leur démantèlement.

L’énergie éolienne en France : développement et perspectives

La filière éolienne en France représente 8 % de la capacité totale installée et 7 % de la consommation d’électricité globale. L’éolien est la 2^e énergie renouvelable en France, derrière l’hydraulique. Ses perspectives de développement sont ambitieuses, notamment pour les éoliennes en mer dont le développement sur l’espace maritime peut réduire significativement les coûts de production de la filière. L’Europe dispose de plus de 5 000 éoliennes en mer dont 7 parcs en France pour une capacité de production de 3 500 MW. Au niveau mondial, la France se classait, en 2019, au 9^e rang mondial (34 TWh) bien après la Chine (1^er producteur avec 365 TWh), les Etats-Unis (2^e producteur avec 303 TWh), et l’Allemagne (3^e producteur avec 126 TWh).

Les objectifs de développement de l’éolien en mer sont d’augmenter cette capacité de génération de 1 000 MW par an (source Syndicat des énergies renouvelables) à partir de 2020. En parallèle, les acteurs de la filière travaillent sur une meilleure intégration des éoliennes offshore dans le réseau électrique national. Les éoliennes en mer étant d’une puissance supérieure aux éoliennes terrestres, le réseau de transport d’électricité doit s’adapter pour tenir la charge des puissances envoyées.

De son côté, la filière de l’éolien terrestre veut poursuivre son développement avec les mêmes objectifs de réduction de coûts de production que l’éolien en mer. La consolidation de son parc installé est également une priorité pour les pouvoirs publics. Pour ce faire, l’instauration d’un dialogue avec les élus locaux et les citoyens est primordiale pour accepter l’installation des éoliennes sur leurs territoires.