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Autres énergies

La production d’électricité éolienne est assurée par des éoliennes ou aérogénérateurs. Le principe de fonctionnement est simple : le vent fait tourner des pales, fixées sur un rotor installé au sommet d’un mât vertical. Le générateur est alors mis en mouvement et transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

Eolienne - Fonctionnement
Eolienne - Fonctionnement

Différents types d’éoliennes

Axe horizontal

L’axe de leur rotor est parallèle au sol. Ce type d’éoliennes est généralement muni d’une hélice à trois pales assurant un bon rendement théorique, plus rarement de deux, voire d’une seule. Le système de l’hélice présente en effet le meilleur coefficient de puissance. Actuellement, ce sont elles qui donnent les meilleures garanties sur les plans technique et économique. Elles nécessitent un dispositif d’orientation de la nacelle pour suivre la direction du vent. Certains captent le vent de face (au vent), d’autres de dos (sous le vent).

Eolienne - Axe horizontal
Eolienne - Axe horizontal

Axe vertical

L’axe de leur rotor est perpendiculaire au sol. Ces éoliennes captent le vent quelle que soit sa direction et ne nécessitent donc aucun dispositif d’orientation. En théorie, elles s’adaptent donc mieux aux zones de vent irrégulier générant des turbulences. Mais le savoir-faire et le retour d’expérience sont moindres sur ce type de machines. En effet, elles n’ont pas bénéficié de l’expertise acquise sur les éoliennes industrielles exclusivement constituées de machines à axes horizontaux.

Eolienne - Axe vertical
Eolienne - Axe vertical

Les éoliennes verticales ont un rendement moitié moindre que les éoliennes horizontales. Elles permettent de produire de l’énergie dans les zones avec des turbulences (zones urbaines par exemple) et d’être un peu plus silencieuses mais leur durée de vie reste faible dans ces régimes de vent.

Différents types de supports

Autoportante

Ce type d’éolienne est plus cher, demande des fondations plus importantes et nécessite une grue de levage pour l’installation. Néanmoins, leur emprise au sol est réduite. Eolienne - Autoportant

Haubannée

Des câbles ancrés dans le sol à distance du pieds du support. elles sont moins cher et plus faciles à mettre en oeuvre que les mats autoportants mais occupent plus de surface au sol. Certaines sont munis de charnières à leur base leur permettant de basculer au sol en position horizontale ce qui facilite la maintenance.

Eolienne
Eolienne

Sur le toit d’un bâtiment

Installer une éolienne sur une toiture d’habitation (en pignon) permet de s’affranchir d’une mise en œuvre complexe (mâts, haubans, fondation...) mais n’est pas sans créer de problèmes :

  • vent moins régulier et moins fort donc production faible
  • vent turbulent du fait des obstacles (toit, cheminée...) donc usure prématurée de l’équipement
  • vibrations de l’éolienne transmise à la structure du bâtiment par le mât donc dégradation risque de dégradation du bâti et gène acoustique

Eolien en site isolé

Dans le cas d’un site isolé, l’installation doit permettre de couvrir les besoins durant toutes les périodes de l’année (dont celles sans vent), en ayant recours à un stockage de l’électricité dans des batteries et/ou à des installations mixtes éolien/solaire ou éolien/groupe électrogène. Les batteries ont une durée de vie variable selon leur qualité et leur technologie (environ 8 ans). Elles doivent être installées dans un local ventilé et doivent être entretenues régulièrement. Elles ne restituent que 70 à 80 % de l’énergie injectée et restent des éléments particulièrement polluants.

Eolien raccordé au réseau

L’électricité produite par l’éolienne peut être injectée sur le réseau. Deux cas de figure :

auto-consommation

Dés que l’éolienne produit elle diminue d’autant la consommation sur le compteur EDF, les factures sont diminuées. Si l’éolienne produit plus que les besoins, l’électricité en excès est injectée sur le réseau, voire vendue au distributeur d’électricité. La plupart du temps, l’électricité utilisée provient à la fois de l’éolienne et du réseau. La répartition se fait de manière imperceptible et ne demande aucune intervention.

Injection de la totalité de la production de l’éolienne sur le réseau

La consommation de l’énergie électrique venant du réseau se fait via un autre compteur. EDF accorde le droit d’accès à leur réseau sous réserves du respect de quelques règles techniques. Un compteur spécifique à l’éolienne est installé et permet le comptage de la production.

Quantité d’énergie produite par une éolienne

La quantité d’énergie produite par une éolienne dépend de :

  • la vitesse du vent
  • la surface balayée par les pâles
  • la densité de l’air (un site d’altitude même venté n’est pas forcément bon car la densité de l’air diminuant avec l’altitude, la puissance disponible diminue également).

Ainsi, la puissance maximale d’une éolienne est donnée par la formule suivante : Limite de Betz : P = 0,5 ρ.S.V3 soit P = 0.363 S. V3 Avec P : puissance, S : Surface balayée par les pales, V : Vitesse du vent

Les performances d’une éolienne dépendent de la vitesse du vent, de la hauteur du support, de la régularité du vent, des turbulences, de la densité de l’air. Ainsi, on considère généralement qu’un vent de 7 m/s (25 km/h) moyen annuel mesuré à 10 m de haut est un minimum et que les systèmes éoliens atteignent leur fonctionnement optimal autour de 14 m/s. La répartition annuelle du vent est aussi un élément important à prendre en compte. En conclusion, des vents réguliers de 5 à 10 m/s sont nécessaires pour une petite éolienne.

Une attention particulière doit être apportée à la direction principale du vent dans le choix du lieu d’implantation de l’éolienne. Il faut faire attention aux obstacles (relief, arbres, bâtiments…) qui engendrent des turbulences pouvant mettre à l’épreuve les pales des éoliennes et réduisent leurs performances (et leur durée de vie). Il est donc préférable d’éviter la proximité de tout obstacle. En zone arborée, élever l’éolienne d’au moins 6 m au dessus de la cime. Dans les zones accidentées, présentant un relief marqué, les variations du vent peuvent être significatives à quelques mètres près !

De plus, le sol ralentit le vent. La vitesse du vent augmente en s’éloignant du sol. Une éolienne placée sur un support élevé produira plus qu’une éolienne placée sur un support plus petit, donc les performances seront meilleures et d’où un retour sur investissement plus rapide. Donc mieux vaut une éolienne moins puissante placée plus haut qu’une éolienne puissante placée trop bas.

Idéalement, une éolienne devrait être installée à au moins 24 m, ou 30 m au-dessus de tout obstacle présent dans un rayon de 100 m !

Qu’est-ce que le petit éolien ?

Le petit éolien se distingue des fermes éoliennes notamment par la puissance des machines. Plusieurs seuils sont utilisés pour distingués le petit éolien du grand éolien. Outre le seuil de puissance de 250 kW, il est possible également de trouver les définition suivantes : Les aérogénérateurs d’une puissance inférieure à 36 kW font partie du petit éolien. Ce seuil n’est pas arbitraire, il correspond à une contrainte technique. En effet, en France, au dessus de cette puissance, le raccordement au réseau électrique est complexe et onéreux. Par ailleurs, une norme internationale définit comme le standard pour le petit éolien une surface balayée par les pales inférieure à 200m2.