L’éolienne horizontale

publié le 28/06/2021 | mis à jour le 26/08/2024 | par Mareva Gobbini

Une éolienne horizontale, comment ça tourne ?

Pourquoi dit-on d’une éolienne qu’elle est horizontale ? La réponse est simple : parce que sa nacelle est fixée à l’horizontale. Pour comprendre son fonctionnement, il faut savoir de quoi elle se compose.

De quoi est composée une éolienne horizontale ?

Une éolienne horizontale se compose de plusieurs éléments :

• un rotor, constitué d’un moyeu (pièce centrale sur laquelle sont assemblées d’autres pièces mécaniques qui tournent autour de son axe) et de pales (entre 3 et 6). Les modèles de rotors avec 3 pales sont les plus répandus car jugés les plus efficaces ;
• une nacelle, dans laquelle se trouve le générateur. Il permet de fixer le rotor au mât et de contenir le « cœur » de l’éolienne ;
• le mât, qui peut faire une hauteur de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres ;
• la base/fondation, qui assure la stabilité de l’éolienne au sol.

Le fonctionnement d’une éolienne horizontale

Le fonctionnement d’une éolienne à axe horizontal est simple et se fait en 3 temps :

1. l’énergie cinétique du vent fait tourner les pâles, qui entraînent le mouvement du rotor (ce qu’on appelle l’énergie mécanique) ;
2. relié au rotor, le générateur utilise cette énergie mécanique pour créer une énergie électrique ;
3. situé à l’intérieur du mât, le transformateur relié à des câbles électriques se charge de monter la tension du courant électrique pour qu’il soit transportable sur le réseau électrique. L’énergie électrique peut aussi être transportée via des batteries.

Le cycle de production de l’éolienne terrestre dépend de la force du vent :

• la phase de démarrage débute à partir de 5 km/h ;
• l’arrêt automatique est programmé dès que le vent dépasse 90 km/h.

Voilà dans les grandes lignes la production d’électricité par une éolienne horizontale. Comme toute éolienne, sa puissance génératrice d’énergie provient du vent. Et pour tirer profit de cette source d’énergie renouvelable, il a fallu concevoir plusieurs types d’éoliennes.

Les différents types d’éoliennes

Il existe deux grandes familles d’éoliennes en fonction de leur orientation au vent : les éoliennes parallèles au vent et les éoliennes perpendiculaires.

Les éoliennes à axe horizontal

C’est le type d’éolienne le plus utilisé. Vous le trouvez aussi bien dans les fermes éoliennes, hissées à plusieurs centaines de mètres de hauteur sur les routes de vos vacances, qu’au bout d’un mât d’une dizaine de mètres au cœur du jardin de votre voisin.

L’éolienne à axe horizontal profite du mouvement horizontal du vent pour faire tourner les hélices. Mais on trouve deux types de configurations d’hélices bien distinctes :

• l’hélice « sous le vent » : le rotor est placé en aval de l’aéromoteur, le vent arrive donc par-derrière ;
• l’hélice « face au vent » : le rotor est placé en amont de l’aéromoteur et en direction du vent.

C’est l’hélice face au vent qui est la plus répandue car elle offre de meilleures performances en comparaison à une hélice sous le vent.

Les éoliennes à axe vertical

Malgré des formes plus originales et une esthétique plus travaillée, les éoliennes verticales ne sont que très peu répandues. Pourquoi ? Le rendement de ces éoliennes ne parvient pas à dépasser celui des éoliennes horizontales. À noter que plusieurs modèles existent :

• le rotor Savonius ;
• l’éolienne Darrieus ;
• l’éolienne à voilure tournante ;
• le capteur à ailes battantes.

Les éoliennes horizontales semblent donc être la meilleure solution. Mais pour quelles raisons ?

Les avantages de l’éolienne horizontale

Si l’éolienne horizontale dispose d’une très bonne réputation dans le domaine de la production d’énergie renouvelable, c’est grâce à ses avantages :

Les inconvénients de l’éolienne horizontale

Toutefois, l’éolienne horizontale n’est pas parfaite et certains défauts viennent entacher sa réputation.

Comment installer une éolienne horizontale à la maison ?

Produire de l’électricité gratuitement depuis son jardin ? Astucieux ! Oui, mais tout le monde n’aura pas la même production d’énergie. C’est pourquoi la première chose à faire avant de songer à installer une éolienne domestique horizontale dans son jardin est de mesurer l’exposition au vent.

Ensuite, si le potentiel éolien est suffisant pour acquérir ce genre d’installation, il faut vous assurer que votre éolienne respecte la législation en vigueur.

Première étape : mesurer l’exposition au vent

Sans vent, une éolienne est inutile. Une simple analyse en mouillant votre doigt ne suffira pas à savoir si votre logement est bien exposé au vent. Pour faire une étude approfondie, contactez un professionnel de l’éolien pour lui faire part de votre projet. Il vous donnera une réponse personnalisée et viendra installer un mât de mesure dans la zone qu’il jugera la plus « performante ». Le montant de l’opération change en fonction de deux paramètres : la durée et la hauteur du mât. Par exemple :

• pour une étude d’un mât de 12 mètres sur 1 mois, comptez 600 € HT ;
• pour une étude d’un mât de 30 mètres sur 3 mois, comptez 5 000 € HT.

Plusieurs appareils seront fixés au sommet :

• un anémomètre pour mesurer la vitesse et la pression du vent ;
• une girouette, pour connaître la direction du vent ;
• une centrale d’acquisition, pour collecter toutes les données.

Au bout d’un mois, vous aurez obtenu assez d’informations pour les coupler avec la Rose des vents de Météo France (40 € HT). Cette rose des vents est « une représentation des fréquences des directions d’où vient le vent, soufflant sur un site de mesure donné et pendant une période d’observation déterminée au moins égale à un mois ».

Grâce à vos informations collectées sur votre emplacement et la rose des vents, vous serez en mesure de connaître le « potentiel d’énergie productible » de votre logement.

Exprimé en Watts, il correspond à la capacité de production d’énergie de l’éolienne horizontale.

Deuxième étape : le choix de la puissance de l’éolienne horizontale

Une fois qu’il est validé que votre habitation est située dans une zone suffisamment venteuse pour installer une éolienne, voyons quelle puissance (exprimée en watts ou kilowatts) est nécessaire pour produire de l’électricité éolienne.

La formule de calcul de la puissance (W ou kW) d’une éolienne horizontale s’exprime ainsi :

P = ½ x Rhô x S x V3

La puissance de l’éolienne horizontale dépend alors de nombreux facteurs :

• la vitesse ou force du vent (V) qui s’exprime en mètre/seconde (m/s) soit entre 2 m/s (10 km/h) et 25 m/s (90 km/h) ;
• la masse de l’air (rhô) qui varie selon la température extérieure. On retient une valeur moyenne de 1,2 kg/m³ ;
• le nombre et la longueur des pales, sachant que l’unité de mesure retenue est S pour la surface couverte (rayon) par les pales.

Le calcul de la puissance d’une éolienne à axe horizontal peut également varier en fonction de certains facteurs :

• la limite de Betz qui est une loi physique (dudit scientifique allemand Albert Betz), qui détermine qu’une éolienne ne peut pas convertir plus de 60 % de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique ;
• le diamètre du rotor de l’appareil entre 0,5 et 125 m en moyenne ;
• le rendement du générateur de l’éolienne.

Pour vous donner une idée, voici quelques puissances potentielles d’une éolienne horizontale en fonction de sa taille sachant que :

• les micros et petites éoliennes correspondent à un usage pour un particulier. On les désigne comme des éoliennes horizontales ou verticales domestiques ;
• les moyennes et grandes éoliennes correspondent à un usage industriel ou à plus grande échelle pour alimenter plusieurs villes ou une région.

Troisième étape : s’assurer de respecter la législation

Dans la législation éolienne, deux aspects sont réglementés :

• la hauteur du mât ;
• l’utilisation que vous allez faire de votre éolienne.

La hauteur de votre éolienne horizontale

Il existe une hauteur « type » pour le mât : 12 mètres.

Selon la hauteur à laquelle vous allez fixer votre éolienne, vous serez soumis à différentes obligations.

Chaque commune a ses propres dispositions. Même si votre mât fait moins de 12 mètres, il est tout de même conseillé de contacter votre mairie ou de consulter son site internet pour s’assurer que vous pouvez installer votre éolienne horizontale sans aucune contrainte administrative.

Les distances minimales d’installation d’une éolienne horizontale

Ensuite, selon la hauteur de votre mât, vous devez respecter une autre réglementation : la distance de sécurité entre le point de fixation et votre logement. Cette limite est fixée par l’article R*421-2 du Code de l’urbanisme.

Entre ces deux points, vous devez instaurer une distance de sécurité équivalente à la moitié de la hauteur de votre mât.

Exemple : vous installez un mât de 20 mètres de hauteur. Son point de fixation doit se trouver au minimum à 10 mètres de votre logement.

Quatrième étape : le raccordement de l’éolienne horizontale

Enfin, la phase finale de l’installation consiste à raccorder l’éolienne horizontale au réseau d’électricité, en vue de :

• vendre l’énergie éolienne produite en surplus ou en totalité à EDF ou à une ELD (Entreprise locale de distribution) ;
• autoconsommer la totalité de la production d’énergie éolienne produite.

Quel que soit le projet de production d’électricité éolienne, la démarche est de demander un raccordement électrique à Enedis en fournissant quelques informations importantes :

• l’autorisation d’urbanisme ;
• des photos du branchement actuel ou du terrain ;
• le plan de situation ;
• le plan de masse qui présente le projet d’aménagement de votre terrain ;
• le mandat.

Après réception du dossier, Enedis procède soit :

• aux travaux de raccordement pour un logement non relié au réseau ;
• à la mise en service à distance (Linky) pour un logement déjà raccordé, sous condition de transmettre une attestation de conformité de l’installation (CONSUEL).

Pourquoi installer une éolienne horizontale chez soi ?

Voyons de plus près en quoi consistent l’autoconsommation d’électricité éolienne et la revente à EDF.

L’autoconsommation : produire pour consommer

Première option, l’autoconsommation. Très en vogue en ce moment, cette consommation permet à l’utilisateur de réduire son empreinte carbone en produisant sa propre électricité.

Pourquoi faire de l’autoconsommation ?

Dans le cas de l’autoconsommation par éolienne horizontale domestique, l’électricité ne provient ni d’une centrale nucléaire ni d’un barrage hydraulique mais directement de son jardin. Là, aucun intermédiaire, aucun gestionnaire, aucune panne sur le réseau : votre éolienne horizontale est reliée à un régulateur de charge. L’électricité produite peut aller vers :

• vos propres batteries, pour une utilisation en très basse tension ;
• un onduleur, pour une utilisation en 230 V.

Résultat : vous pouvez stocker votre énergie et l’utiliser dans la vie de tous les jours. Libre à vous d’en faire ce que vous voulez et pour les postes que vous voulez (chauffage, eau chaude sanitaire, etc.).

Installer une éolienne horizontale chez soi permet donc d’avoir à sa disposition sa propre réserve d’électricité. Elle peut servir comme système central ou système d’appoint et offre beaucoup plus d’indépendance au consommateur.

L’autoconsommation, une consommation personnelle réglementée

Mais attention ! Pratiquer l’autoconsommation requiert le respect de certaines règles fixées par l’ordonnance n° 2016-1019. Elle introduit par exemple la notion d’autoconsommation collective dans l’article L315-2, très utilisée dans nos campagnes :

« L’opération d’autoconsommation est collective lorsque la fourniture d’électricité est effectuée entre un ou plusieurs producteurs et un ou plusieurs consommateurs finals liés entre eux au sein d’une personne morale et dont les points de soutirage et d’injection sont situés sur une même antenne basse tension du réseau public de distribution. »

L’autoconsommation est une solution idéale pour celles et ceux qui souhaitent réduire leur facture d’électricité et consommer une énergie plus propre. Seulement, il est important d’estimer vos besoins et de choisir une éolienne horizontale qui répond à ces besoins. L’idéal est de trouver le juste équilibre pour ne pas se retrouver avec une éolienne qui sous-produit.

Si vous vous retrouvez en situation excédentaire de production d’électricité, une seconde solution s’offre à vous : revendre votre énergie au fournisseur EDF ou une ELD.

La revente de l’électricité : produire pour se faire un complément de revenu

Deuxième option : la revente de l’électricité à un fournisseur. Pour comprendre comment fonctionne cette revente, il faut savoir ce qu’est une Zone de développement éolien (ZDE). Explications.

Qu’est-ce qu’une zone de développement éolien ?

Le site du gouvernement indique que « les zones de développement de l’éolien (ZDE) sont définies, sur proposition des communes concernées, en fonction des vents (« potentiel éolien »), des possibilités de raccordement aux réseaux électriques, de la sécurité publique, de la protection des paysages, de la biodiversité, des monuments historiques, du patrimoine archéologique et des sites remarquables et protégés ».

Aujourd’hui, c’est la loi Brottes qui indique ces zones dans lesquels des projets éoliens peuvent être réalisés. Il existe alors deux cas de figure :

• votre logement se situe dans une ZDE ? EDF ou un autre fournisseur a l’obligation de vous racheter votre électricité ;
• votre logement ne se situe pas dans une ZDE ? EDF ou un autre fournisseur n’a pas l’obligation de vous racheter votre électricité. Le prix est fixé librement, il peut donc être à votre avantage ou à votre désavantage. À vous donc d’estimer la rentabilité de l’opération en fonction du prix négocié avec EDF ou un autre fournisseur.

Le rachat de votre électricité s’accompagne de certaines conditions.

Quelques conditions à respecter

Se situer dans une zone de développement éolien ne suffit pas pour revendre son électricité. Il faut aussi respecter certaines conditions indiquées dans l’arrêté du 6 mai 2017 :

• le producteur doit en faire la demande à EDF ;
• le producteur doit avoir au maximum 6 aérogénérateurs par installation, d’une puissance nominale de 3 MW chacune ;
• fournir les informations relatives à son installation, comme :
  • le nombre et le type d’aérogénérateurs ;
  • le diamètre de chaque rotor ;
  • la puissance électrique installée ;
  • la puissance active maximale de fourniture et/ou d’autoconsommation ;
  • le point de la livraison ;
  • la tension de livraison :
  • etc.

Ces quelques conditions respectées, vous pouvez revendre votre énergie en toute légalité. La revente de l’électricité produite par votre éolienne horizontale se matérialisera par un contrat, appelé « obligation d’achat ».

L’obligation d’achat

Ce contrat est exactement le même que pour une installation photovoltaïque. Dans les deux cas, vous produisez de l’électricité avec votre propre moyen de production et vous revendez votre énergie à EDF ou à une Entreprise locale de distribution (ELD).

Bien qu’EDF soit obligé de vous racheter votre électricité, les tarifs de vente ont été établis à l’avance. Fixés par arrêté, les tarifs d’achat de l’électricité éolienne étaient les suivants jusqu’au 1^er janvier 2016 :

Exemple : Si vous produisez 10 000 kW à l’année, vous obtiendrez :

• 820 €/an les 10 premières années (10 000 x 0,082), soit 8 200 € pendant 10 ans (820 x 10) ;
• 280 € les 5 dernières années (10 000 x 0,028), soit 1 400 € pendant 5 ans.

À noter que les contrats d’obligation d’achat conclus avant le 1^er janvier 2016 continuent à percevoir les tarifs de rachat de l’électricité éolienne mentionnés ci-dessus pendant toute la durée de leur contrat (max. 15 ans).

Depuis l’arrêté du 6 mai 2017, un complément de rémunération remplace les tarifs de rachat mentionnés précédemment. Les propriétaires d’éoliennes horizontales d’une puissance inférieure ou égale à 3 MW (dans la limite de 6 éoliennes installées) peuvent en faire la demande auprès d’EDF.

Le niveau de complément de rémunération pour l’électricité éolienne est fixé par EDF en multipliant :

• un tarif de référence (TDCC) plafonné en fonction du nombre et des diamètres des rotors ;
• un coefficient d’indexation tarifaire (L) à la date de prise d’effet du contrat. Sa valeur est révisée à chaque trimestre.

La formule tient également compte d’un plafond (P) calculé annuellement pour le complément de rémunération.

Complément de rémunération versé au producteur d’électricité éolienne = TDCC x L

Vous voulez savoir s’il est plus rentable d’investir dans une installation photovoltaïque ou éolienne ? Voici les derniers tarifs de rachat pour une installation photovoltaïque en fonction de la date de demande de raccordement au réseau (notre exemple porte sur un raccordement entre 01/02/2023 et 30/04/2023) :

Une éolienne horizontale : combien ça coûte ?

Vous êtes tentés par une éolienne horizontale ? Comme expliqué auparavant, le type d’éolienne dépendra surtout de l’utilisation que vous allez en faire.

Les fourchettes de prix

En règle générale, les fourchettes de prix (pose comprise) pour les éoliennes horizontales débutent à 10 000 € et peuvent aller jusqu’à 90 000 €.

Plusieurs facteurs sont déterminants pour le prix du matériel et de la pose :

• le diamètre du rotor ;
• la taille du mât ;
• la vitesse du vent ;
• les fixations au sol.

Une éolienne horizontale : est-ce économiquement intéressant ?

Prenons un exemple : vous habitez dans une ZDE et vous faites l’acquisition d’une éolienne d’une valeur de 25 000 € (étude de mesure et pose comprise) qui produit 7 kW. Une éolienne est généralement amortie au bout de 10 ans, période durant laquelle EDF ou un autre ELD peut vous racheter votre électricité à 0,082 €/kWh.

Pour amortir les 40 000 € sur 10 ans, vous devez récupérer 4 000 €/an (40 000 / 10).

Cela signifie donc que pour l’amortir uniquement avec de la revente, vous devez produire 48 780 kW, soit une production journalière de 134 kW.

Votre éolienne doit donc produire au maximum de ses capacités pendant 16 heures/jour. Un rendement impossible à atteindre en raison du facteur de charge de l’éolienne.

Ce facteur de charge exprime le rapport entre la production d’électricité éolienne réelle sur une période donnée et la production maximale théorique sur la même période. Or, une éolienne produit une énergie intermittente dépendante en grande partie des conditions climatiques. Sans vent, difficile d’atteindre la puissance maximale de l’éolienne horizontale.

Selon le dernier panorama des énergies renouvelables (2022) de RTE, le facteur de charge moyen de la filière éolienne est de 23 % soit une production totale de 36,8 TWh.

Quant à l’autoconsommation, elle peut vous permettre de faire des économies sur votre facture d’électricité. Difficilement de vous permettre de rentabiliser votre installation.

Pour les personnes toujours intéressées par une éolienne horizontale, il existe quelques aides pour financer l’opération.

Les aides éligibles pour une éolienne horizontale

L’investissement d’une éolienne horizontale peut être coûteux pour un particulier. Afin de réduire le poids financier d’une telle installation, certaines aides ont été mises en place pour rendre ces appareils de production plus accessibles.

La TVA à taux réduit

Pour toute installation dans un logement terminé depuis plus de 2 ans, la TVA est abaissée à 10 %. Cette baisse concerne l’achat de votre matériel mais aussi la main-d’œuvre, à condition que vous fassiez appel à un professionnel RGE (Reconnu garant de l’environnement). Un coup de pouce non négligeable sur les factures.

Les aides de l’Anah

L’Agence nationale de l’habitat accorde de nombreuses aides financières aux Français qui veulent réaliser des travaux dans leur logement.

L’éolien domestique peut faire partie des travaux éligibles à l’obtention d’une aide de cet organisme. Résultat : vous pouvez obtenir une subvention équivalente à 35, voire 50 %, de votre projet éolien.

N’hésitez pas à les contacter pour savoir si votre projet d’installation d’éolienne horizontale rentre dans le cadre de leurs aides.

Les autres types d’aides

Les organismes nationaux et le gouvernement ne sont pas les seuls à mettre en place des aides financières. Les départements et les régions créent leurs propres dispositifs pour inciter les résidents de leurs territoires à installer des éoliennes sur leurs terrains privés.

Pour n’en citer qu’une, la région Languedoc-Roussillon participe à hauteur de 25 % pour l’installation d’une petite éolienne horizontale. Il faut toutefois respecter deux conditions :

• elles doivent être raccordées au réseau d’électricité ;
• le plafond d’investissement est fixé à 60 000 € (soit une aide maximum de 15 000 €).

D’autres organismes, comme l’ADEME ou le FACE (Fonds d’amortissement des charges d’électrification) peut vous aider à financer votre investissement. Ces aides sont accessibles à toutes les personnes situées dans un territoire rural d’électrification. D’ailleurs, ce ne sont pas eux directement qui vont vous verser cette aide mais votre commune ou votre syndicat d’électrification.

Au vu des informations avancées dans cet article, difficile d’investir dans une éolienne pour subvenir aux besoins en électricité de votre logement. De même pour l’amortissement de votre éolienne en cas de revente de votre énergie. Qu’importe l’utilisation que vous en ferez, vous aurez besoin d’un contrat d’électricité.

Le vôtre ne vous convient pas ? Allez sur notre comparateur des fournisseurs d’électricité en ligne ! Vous retrouverez le catalogue de toutes les offres disponibles pour votre logement et surtout qui correspond en tout point à vos besoins. Vous préférez joindre quelqu’un de vive voix ? Nos conseillers sont aussi disponibles par téléphone.