L’énergie éolienne

Depuis l'antiquité, les moulins à vent convertissent l'énergie éolienne en énergie mécanique, généralement utilisée pour moudre du grain . De nos jours, on trouve encore des éoliennes couplées à des pompes à eau, souvent utilisées pour irriguer des zones sèches, ou abreuver le bétail. L’arrivée de l’électricité donne l’idée à « Poul La Cour » en 1891 d’associer à une turbine éolienne une génératrice. Ainsi, l’énergie en provenance du vent a pu être « redécouverte » et de nouveau utilisé (dans les années 40 au Danemark, 1300 éoliennes). Au début du siècle dernier, les aérogénérateurs ont fait une apparition massive (6 millions de pièces fabriquées) aux Etats-Unis où ils étaient le seul moyen d’obtenir de l’énergie électrique dans les campagnes isolées. Dans les années 60, fonctionnait dans le monde environ 1 million d’aérogénérateurs. Cette technologie a été quelque peu délaissée par la suite et il faudra attendre la crise pétrolière de 1974 qui a relancé les études et les expériences sur les éoliennes [ BEN-2014].

a) Définition

L'énergie d'origine éolienne fait partie des énergies renouvelables. Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un dispositif qui transforme une partie de l'énergie cinétique du vent (fluide en mouvement) en énergie mécanique disponible sur un arbre de transmission puis en énergie électrique par l'intermédiaire d'une génératrice voir figure (II.9) [

DJO-2011]. L'énergie éolienne est une énergie non dégradée, géographiquement diffuse, et

surtout en corrélation saisonnière (l’énergie électrique est largement plus demandée en hiver et c’est souvent à cette période que la moyenne des vitesses des vents est la plus élevée). De plus, c'est une énergie qui ne produit aucun rejet atmosphérique ni déchet radioactif. Elle est toutefois aléatoire dans le temps et son captage reste assez complexe, nécessitant des mâts et des pales de grandes dimensions (jusqu'à 60 m pour des éoliennes de plusieurs mégawatts) dans des zones géographiquement dégagées pour éviter les phénomènes de turbulences [MAR-2008]. Les matériaux nécessaires à la fabrication des différents éléments (nacelle mât, pales et multiplicateur notamment) doivent être technologiquement avancés et sont par conséquent onéreux. L’énergie éolienne fait partie des nouveaux moyens de production d’électricité décentralisée proposant une alternative viable à l'énergie nucléaire sans pour autant prétendre la remplacer (l'ordre de grandeur de la quantité d'énergie produite étant largement plus faible). Les installations peuvent être réalisées sur terre mais également de plus en plus en mer (fermes éoliennes offshore) où la présence du vent est plus régulière. De

48 plus, les éoliennes sont ainsi moins visibles et occasionnent moins de nuisances sonores. On distingue deux grands types d’éoliennes :

 Les éoliennes à axe vertical ;  Les éoliennes à axe horizontal.

Figure (II.9): Conversion de l’énergie cinétique du vent

b) Production d'énergie électrique

Une des caractéristiques importantes des éoliennes est leur puissance électrique nominale. Ainsi faire référence à une éolienne de 2 MWc (mégawatt) signifie qu'elle est capable de fournir une puissance électrique maximale de 2 × (10⁶ watts). La vitesse de vent minimale pour atteindre cette puissance maximale est de l'ordre de 15 m/s: en dessous de cette vitesse, l'éolienne produit moins d'énergie ; au-dessus, la production n'est pas plus importante et quand la vitesse du vent atteint le seuil de sécurité (souvent aux alentours de 25 à 35 m/s – 90 à 126 km/h), l'éolienne est bridée voire mise à l'arrêt [EOL-2015]. La production réelle d'énergie électrique est donc fonction de la distribution statistique de la vitesse du vent sur le site. En 2009, l'éolien représentait 1,3 % de la production mondiale d'électricité.

49 Aujourd’hui le taux de pénétration des parcs éoliens devient plus en plus significatif dans les réseaux HTA. Ils se sont repartis dans le réseau électrique et leur intégration majeure va changer la circulation des flux de puissance qui va engendrer des impacts sur [AHM-2010]:

 Les transits de puissance et les courants de court-circuit, ce qui va influencer les réglages des relais de protection ;

 La tension, ce qui va influencer par exemple le fonctionnement des régleurs en charge;  La stabilité du réseau et les temps d'élimination critiques des défauts, ce qui va encore

une fois influencer les réglages des relais de protection.

Le système éolien est non polluant et constitue un bon complément du système photovoltaïque. Il est bien adapté pour les sites isolés ventés. Cependant, certaines limites sont à prendre en considération :

 La sécurité: le mât doit être robuste et l’éolienne bien fixée pour éviter les accidents. Dans les régions froides, la glace peut s’accumuler sur les pales des éoliennes, causer de fortes vibrations et être projetée à grande distance. De même l’obligation, pour le propriétaire ou les personnes chargées de l’entretien, de grimper sur les tours des éoliennes peut engendrer un risque. Il faut également prendre des précautions particulières pour que les enfants n’aient pas accès à l’installation.

 Le coût: il reste encore élevé en comparaison avec celui des panneaux.

 Climat extrême: dans certaines parties du pays, le climat extrême met les systèmes éoliens à rude épreuve et de telles conditions sont susceptibles d’engendrer des problèmes de fonctionnement et de durabilité.

 Voisins: avant de faire l’acquisition d’un système éolien, il faut discuter avec ses voisins de la présence d’une éolienne à proximité de chez eux. Ils risquent d’être préoccupés aussi bien par la taille du système que par le bruit qu’il produit.

 Esthétique: le système éolien risque de gâcher la vue que nos voisins ont du paysage, voire celle que nous en avons-nous-mêmes. Cela est particulièrement grave, si celui-ci est historique.

 Corrosion: l’installation du système dans les régions côtières expose certaines pièces à la corrosion.

 Restrictions dues au zonage et à d’autres obstacles juridiques potentiels: l’administration municipale doit pouvoir fournir les renseignements concernant les restrictions émises, quant au niveau sonore de l’installation et à la hauteur permise des tours, par exemple.

50  Faune ailée locale: les systèmes de grande taille doivent être conçus de manière à ce

que les oiseaux ne puissent s’y percher ou y construire leurs nids, et pour réduire au minimum les dangers potentiels qu’ils encourent, il faut éviter d’installer le système éolien sur un parcours migratoire ou à un endroit où de nombreux oiseaux font leurs nids ou se nourrissent.

 Interférences électromagnétiques: les systèmes éoliens produisent parfois des interférences électromagnétiques qui compromettent la réception des programmes radiophoniques ou de télévision. Ces problèmes sont habituellement causés par le générateur, l’alternateur ou des pales métalliques. On peut remédier à la situation en installant des pièces blindées, munies de filtres, ou fabriquées en bois, en plastique ou en fibre de verre.

 Connaissances techniques et entretien: le propriétaire doit assurer l’entretien du système éolien de façon régulière pour en augmenter la durée de vie du système et approcher une longévité proche de celle des panneaux.

 Les assurances, les normes de construction et les restrictions aux actes de propriété sont autant de facteurs dont il faut également tenir compte.

c) Puissance installée et production éolienne:

En 2014, la production mondiale d'électricité éolienne a atteint 717,8 TWh, en augmentation de 11,1 % par rapport à 2013 après +21,8 % de 2012 à 2013 ; elle représentait 3,0 % de la production totale d'électricité [WOR-2016].

L'énergie éolienne est la deuxième source d'électricité renouvelable après l'hydraulique. L'Europe de l'Ouest est en 2012 la première région productrice avec 36,8 %, devant l'Amérique du Nord (28,6 %) et l'Asie de l'Est et du Sud-Est (23,3 %) ; l'Asie du Sud (5,6 %), l'Europe Centrale (2,1 %) et l'Océanie (1,5 %) ont amorcé leur démarrage depuis quelques années ; l'Amérique centrale (0,7 %), l'Afrique du Nord (0,4 %), l'Afrique Subsaharienne (0,04 %) et le Moyen-Orient (0,04 %) sont encore peu impliqués. La production a été multipliée par dix en une décennie ; les taux moyen de croissance sur dix (10) ans sont particulièrement élevés en Asie de l'Est et du Sud-Est (+57,5 % par an) et en Amérique du Nord (+30,4 %), qui rattrapent rapidement l'Europe de l'Ouest (+18,4 %). En 2012, la filière éolienne a été, après l'hydraulique, la seconde par sa contribution à la croissance de la production d'électricité renouvelable (30 %).

51 À la fin 2015, le total mondial de la puissance installée éolienne atteignait 432,4 GW (369,7 GW fin 2014), en augmentation de 63,0 GW en un an (+17 % après +16,2 % en 2014 et +12,4 % en 2013). La Chine a installé à elle seule 30,5 GW, soit 48,4 % du total 2015 (45,2 % en 2014), et représente 33,6 % du parc mondial fin 2015 contre 31 % fin 2014 voir figure ( II.11).

Figure (II.11): Capacité (puissance installée en MW) éolienne cumulée, de 1996 à 2016 dans le monde.

II.7. 4. L’énergie géothermique