Historique de l’énergie éolienne

Le mot "Éolienne" tire son origine du mot grec "Éole" (en grec ancien Αἴολος:

Aiolos), et qui représente, dans la Grèce antique, le nom du dieu des vents.

L'énergie éolienne est l'une des premières formes d'énergie qui a été exploitée en premier par l’homme. Ses premières utilisations connues remontent vers les années 2000 avant J.C. On note les premières traces de ces machines au Moyen Orient au temps de Hammourabi empire d'Egypte, et en Chine et aussi en Inde vers les années 400 avant J.C. Le moulin à vent est l'ancêtre de l'éolienne. Il est apparu au Moyen-âge et en Europe. Il est du type à axe vertical dans les premiers temps, puis, il est muni de voiles qui s'orientent vers le sens du vent pour mieux capter l'énergie. (Fig.I.1 et Fig.I.2.) [MIR05].

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Fig.I.1. Photographie de deux moulins à vent Fig.I.2. Photographie d'un moulin à voile

Au douzième siècle, le premier moulin à pales profilées est apparu. Bien que très simple, il s'agit de la première tentative de recherche aérodynamique des pales. Il est utilisé principalement pour le pompage de l'eau ou pour moudre les grains.

A la renaissance, les chercheurs célèbres tels que Léonard de Vinci s'intéressent au moulin à vent, ce qui conduit à de nombreuses innovations qui se succèdent sur cette machine. Dès lors, les moulins se multiplient de plus en plus en Europe puis après ils se répondent un peu partout dans le monde.

La révolution industrielle offre un nouveau départ aux moulins par l'apparition de nouveaux matériaux. En effet, l'utilisation du métal permet de modifier les formes des tours et augmente considérablement le rendement des machines que l'on nomme désormais « éoliennes ». Ce n’est qu’à la fin du XIX^ème siècle, lorsque l’électricité pris son essor, que l’aérogénérateur électrique fit ses premiers pas. Au Danemark, Poul La Cour fut, sans doute, le pionnier, il a associé une turbine éolienne à une dynamo en 1891. En France [ARG82], contrairement à ce que la situation actuelle pourrait laisser penser, les recherches allèrent bon train dans les années 1920 (éolienne bipale de 20 m de diamètre, compagnie CEM) puis dans les années 1950-60 (tripale de 30 m et génératrice synchrone de 800 kW à Nogent le Roi, bipale de 35 m et génératrice asynchrone de 1 MW à Saint Rémy des Landes). En 1941, une éolienne bipale de 1250 kW (machine synchrone) était expérimentée aux USA dans le Vermont. En 1978, les Danois, aujourd’hui leaders dans les domaines, réalisèrent une machine tripale de 54 m pour une puissance de 2 MW [MUL12]. Les nombreuses réalisations expérimentales (notamment en Californie) et leurs avatars permirent de perfectionner les turbines, les systèmes de freinage d’urgence, les pylônes et les divers dispositifs de contrôles et d’obtenir des aérogénérateurs viables et compétitifs à la fin du XX^ème siècle. Diverses solutions de turbines furent explorées, notamment celles à axe vertical de type Darrieus, mais ne subsistent aujourd’hui pratiquement plus que des machines à axe horizontal à 2 ou 3 pales [MUL02].

Chapitre I Généralité sur les Systèmes Eoliennes

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Fig.I.3. Evolution des dispositifs éoliens de l’Antiquité à nos jours (images [EoleWeb]) Puis on a assisté à une longue éclipse dans ce domaine. Le regain d'intérêt, notamment pour les aérogénérateurs et le retour à ce domaine d'énergie, coïncide principalement avec la crise pétrolière qui relança les études et les expériences, cette fois à plus grande échelle : l’expérience californienne a été la première à grande échelle (le « Wind-rush ») au début des années 80, notamment avec des turbines de moyenne puissance (55 kW) et grâce à une incitation fiscale très volontariste. On passa ainsi de 144 machines (pour un total de 7MW) en 1981, à 4687 machines (386 MW) en 1985 [MUL12]. Mais c’est vers la fin des années 1980 que le marché des systèmes raccordés au réseau a réellement décollé en Europe, dans le reste des USA et également en Asie et en Afrique du Nord. En Europe, les leaders furent les Danois, principalement à cause de leurs faibles ressources énergétiques classiques, aujourd’hui, ils conservent une très large avance au niveau mondial (plus de la moitié des systèmes éoliens vendus) [ABD07].

Depuis les années 1990 le progrès de la technologie des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 1 MW. Ces installations se sont démocratisées et libre de s'en procurer. En effet on en retrouve aujourd'hui dans plusieurs pays. Ces éoliennes servent aujourd'hui à produire du courant alternatif pour les réseaux électriques, au même titre qu'un réacteur nucléaire, un barrage hydro-électrique ou une centrale thermique. Cependant, les puissances générées et les impacts sur l'environnement sont différents.

11 I.3 Développement d’énergie éolienne en Algérie

L'Algérie dispose d'un potentiel exceptionnel qui peut la placer dans le peloton de tête au niveau mondial mais Selon un rapport publié par l'Agence internationale des énergies renouvelables (Irena), intitulé « Statistiques de capacité renouvelable 2017 », l'Algérie vient à la 18e place d’un classement en production d'énergie renouvelable en Afrique, avec une capacité installée de 536 MW. Cette position ne reflète qu'un début d'investissement dans ce domaine.

La ressource éolienne en Algérie vient à la 2eme place d’un classement en production d'énergie renouvelable (le soleil étant la ressource la plus présente). Elle varie beaucoup d’un endroit à un autre. Ceci est principalement dû à une topographie et un climat très diversifié.

Selon les cartes de vents établis par [BOUD16] (figure I.4) montrent que le Sud est caractérisé par des vitesses plus élevées que le Nord, plus particulièrement dans le Sud-Est.

Concernant le Nord, on remarque globalement que la vitesse moyenne est peu élevée. On note cependant, que le printemps est la saison la plus active suivie par l’été au sud et l’hiver au nord, avec un vent stable [CHE11].

Fig.I.4. Carte des vents de l’Algérie à 10 m d’altitude (m/s)

Chapitre I Généralité sur les Systèmes Eoliennes

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Malgré les importants investissements dans le domaine de la recherche et développement des éoliens qu’a connu le monde après le premier choc pétrolier, l’Algérie fonce dans ce domaine en adoptant le programme national de développement des énergies renouvelables (EnR) approuvé en 2011 et révisé en 2015 avec un objectif d’atteindre en 2030 une puissance totale de 22000 MW dont l’éolien se réserve la part de 5010 MW après la part des photovoltaïques (PV) avec 13575 MW [BOU15].

Le premier projet en la matière date de juin 2014 avec la première ferme éolienne implanté à Adrar dans la zone de Kabertène d’une puissance de 10 MW qui représentait 5%

environ de l’énergie électrique fournie par le réseau local.

Tableau I.1. Consistance du programme des énergies renouvelables I.4 Avantages et inconvénients de l’énergie Eolienne

✓ Les avantages

• L’énergie éolienne, propre, fiable, économique et écologique, c’est une énergie qui respecte l'environnement.

• Bien que ne pouvoir envisager de remplacer totalement les sources traditionnelles d’énergie, l’énergie éolienne s’inscrit parfaitement dans l’effort global de réductions des émissions de CO2, Chaque mégawatheure d’électricité produit par l’énergie éolienne aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO2 rejetées chaque année par la production d’électricité d'origine thermique.

• L'énergie éolienne est une énergie renouvelable, gratuite, et inépuisable

• Parmi toutes les sources de production d’électricité, celle d’origine éolienne subit de très loin le plus fort taux de croissance

• L'énergie éolienne n'est pas non plus une énergie à risque comme l'énergie nucléaire et ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs

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• L'exploitation de l'énergie éolienne n'est pas un procédé continu puisque les éoliennes en fonctionnement peuvent facilement être arrêtées, contrairement aux procédés continus de la plupart des centrales thermiques et des centrales nucléaires. Ceux-ci fournissent de l'énergie même lorsque que l'on n'en a pas besoin, entraînant ainsi d'importantes pertes et par conséquent un mauvais rendement énergétique [RED09]

✓ Les inconvénients

Mêmes s’ils ne sont pas nombreux, l’éolien a quelques désavantages [RED09] :

• Les bruits mécaniques ou aérodynamiques.

• La source d’énergie éolienne étant stochastique, la puissance électrique produite par les aérogénérateurs n’est pas constante. La qualité de la puissance produite n’est donc pas toujours très bonne. Jusqu’à présent, le pourcentage de ce type d’énergie dans le réseau était faible, mais avec le développement de l’éolien, notamment dans les régions à fort potentiel de vent, ce pourcentage n’est plus négligeable. Ainsi, l’influence de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente et par suite, les contraintes des gérants du réseau électrique sont de plus en plus strictes.