L’énergie éolienne

L’énergie éolienne est l’énergie obtenue à partir du vent. C’est l’utilisation de l’énergie cinétique des masses d’air qui peut être convertie en énergie mécanique et ainsi en électricité ou autres formes utiles d’énergie pour les activités humaines.
Actuellement, l’énergie éolienne est principalement utilisée pour produire de l’électricité, notamment au moyen d’éoliennes reliées à de grands réseaux de distribution d’électricité. Les parcs éoliens construits sur terre sont une source d’énergie de moins en moins chère et de plus en plus compétitive. Dans certaines régions régions elles sont nettement meilleur marché à exploiter que sources d’énergie conventionnelles.

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En outre, l’électricité peut être fournie dans des régions isolées qui n’ont pas accès au réseau électrique au moyen de petites installations éoliennes ou d’énergie solaire photovoltaïque. Les sociétés de distribution d’électricité rachètent de plus en plus l’électricité excédentaire produite par les petits parcs éoliens nationaux. L’essor de l’énergie éolienne a d’ailleurs conduit à la planification et à la construction de parcs éoliens offshore, situés près de la côte.
L’énergie éolienne est plus stable et plus rentable en mer que sur terre, et les parcs éoliens offshore ont un impact visuel plus faible, bien que les coûts de construction et de maintenance soient considérablement plus élevés.

La capacité de production en nette augmentation

Fin 2014, la capacité éolienne installée dans le monde s’élevait à 370 GW, générant environ 5 % de la consommation mondiale d’électricité. En termes de chiffres, le Danemark par exemple produit plus de 25 % de son électricité à partir d’énergie éolienne et plus de 80 pays l’utilisent de plus en plus pour alimenter leurs réseaux de distribution, élevant ainsi leur production annuelle à des taux dépassant 20 % de la production globale.
Dans certains pays, l’énergie éolienne a permis de produire plus de 20 % de la consommation d’électricité en 2014, ce qui en fait la deuxième technologie énergétique, très proche de l’énergie nucléaire avec 22 %, largement devant d’autres systèmes d’exploitation d’énergies renouvelables en développement.

L’éolien est une source intarissable

L’énergie éolienne est une ressource abondante, renouvelable et propre qui contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre en remplaçant les sources d’énergie à base de combustibles fossiles. L’impact environnemental de ce type d’énergie est généralement moins problématique que celui des autres sources d’énergie.
L’énergie éolienne est relativement stable et prévisible à l’échelle annuelle, bien qu’elle varie considérablement dans certaines zones. Diverses techniques de maîtrise de l’énergie, telles que l’augmentation de la capacité de stockage de l’énergie, la large répartition géographique des éoliennes, la disponibilité de sources d’énergie de secours, la possibilité d’exporter ou d’importer de l’énergie dans les régions voisines ou de réduire la demande lorsque la production éolienne est plus faible, peuvent aider à atténuer considérablement ces problèmes. Les prévisions de production éolienne permettent aux gestionnaires de réseau d’être préparés et d’anticiper les variations et sont d’une extrême importance.
Comment l’énergie éolienne est-elle convertie en électricité ?
L’énergie éolienne est liée au mouvement des masses d’air qui se déplacent des zones de haute pression atmosphérique vers les zones adjacentes de basse pression, avec des vitesses proportionnelles au gradient de pression.

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Les vents sont générés par le réchauffement non uniforme de la surface de la Terre dû au rayonnement solaire : entre 1 et 2 % de l’énergie du soleil est convertie en vent. Pendant la journée, les continents transfèrent à l’air une plus grande quantité d’énergie solaire que les masses d’eau, ce qui a pour effet de provoquer son réchauffement et son expansion, de sorte qu’il devient moins dense et monte. L’air le plus froid et le plus lourd provenant des mers est mis en mouvement pour prendre la place laissée par l’air chaud.
Afin de tirer parti de l’énergie éolienne, il est important de connaître les variations diurnes, nocturnes et saisonnières des vents. La variation de la vitesse du vent en fonction de la hauteur au-dessus du sol, l’ampleur des rafales sur de courtes périodes et les valeurs maximales des séries historiques de données avec une durée minimale de 20 ans sont également à prendre en compte.
Pour pouvoir utiliser l’énergie éolienne, il est nécessaire que celle-ci atteigne une vitesse minimale dont dépend la taille et le type d’éolienne qui va être utilisée : entre 3 m/s (10 km/h) et 4 m/s (14,4 km/h), vitesse appelée « vitesse de coupure », et qui ne dépasse pas 25 m/s (90 km/h), vitesse appelée vitesse de coupure.

L’énergie éolienne est exploitée au moyen d’éoliennes capables de transformer l’énergie du vent en énergie mécanique rotative utilisable, soit pour entraîner directement les machines en marche, soit pour produire de l’énergie électrique. Dans ce dernier cas, le plus utilisé actuellement, le système de conversion (qui comprend un générateur électrique avec ses systèmes de contrôle et de connexion au réseau) est connu sous le nom d’éolienne. Dans celles-ci, l’énergie éolienne déplace une hélice et au moyen d’un système mécanique, le rotor d’un générateur (normalement un alternateur), qui produit de l’énergie électrique, est mis en rotation. Pour que leur installation soit rentable, elles sont généralement regroupées en concentrations appelées parcs éoliens.
Une éolienne est une machine qui transforme l’énergie éolienne en énergie mécanique au moyen de pales obliques reliées à un axe commun. L’axe rotatif peut être relié à différents types de machines, que ce soit pour le broyage des céréales (moulins), le pompage de l’eau ou la production d’électricité. Lorsqu’il est utilisé pour produire de l’électricité, il est appelé un générateur éolien. Les machines entraînées par le vent ont une origine lointaine, les plus anciennes étant celles qui fonctionnaient comme des moulins.

Utilisation de l’énergie éolienne

L’industrie moderne de l’énergie éolienne a commencé en 1979 avec la production en série d’éoliennes par les fabricants Kuriant, Vestas, Nordtank notamment. Ces turbines étaient petites par rapport aux normes actuelles, avec des capacités de 20 à 30 kW chacune. Depuis, la taille des turbines a énormément augmenté et la production a désormais explosé.

Coût de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne a atteint la parité du réseau (le point auquel le coût de cette énergie est égal ou inférieur à celui des autres sources d’énergie traditionnelles) dans certaines régions d’Europe et des États-Unis au milieu des années 2000.

La baisse des coûts de fabrication et d’exploitation continue de faire baisser le coût normalisé de cette source d’énergie renouvelable : on estime qu’elle a atteint la parité globale du réseau à travers le continent européen vers 2010 et qu’elle atteindra le même point à travers les États-Unis en 2016.
Le National Renewable Energy Laboratory estime que le coût normalisé de l’énergie éolienne aux États-Unis diminuera de 25 % entre 2012 et 2030.

L’installation de l’énergie éolienne nécessite un investissement initial considérable, mais n’entraîne par la suite aucun coût de combustible. Le prix de l’énergie éolienne est donc beaucoup plus stable que les prix des autres sources d’énergies fossiles, beaucoup plus volatils.
Le coût marginal de l’énergie éolienne, une fois l’usine construite et opérationnelle, est généralement inférieur à 1 cent du dollar par kWh. Même ce coût a été réduit grâce aux améliorations technologiques des turbines les plus récentes. Il existe sur le marché des pales pour des éoliennes plus longues et plus légères, tout en améliorant constamment le fonctionnement des machines des éoliennes elles-mêmes, augmentant ainsi leur efficacité. De même, les coûts d’investissement et d’entretien initiaux des parcs éoliens ont été considérablement réduits.
En 2004, le coût de l’énergie éolienne avait été réduit à un cinquième de ce qu’il était dans les années 1980, et les experts estiment que la tendance à la baisse se poursuivra dans un avenir proche, avec l’introduction sur le marché de nouvelles éoliennes « multi-mégawatts » plus grandes et produites en série, capables de produire jusqu’à 8 mégawatts de puissance par unité.
En 2012, les coûts d’investissement de l’énergie éolienne ont été nettement inférieurs à ceux de 2008-2010, bien qu’ils soient encore supérieurs à ceux de 2002, alors qu’ils avaient atteint un creux historique. Un rapport de 2011 de l’American Wind Energy Association a déclaré :

Les coûts de l’énergie éolienne ont baissé au cours des deux dernières années, s’établissant récemment à environ 5-6 cents le kWh… environ deux cents de moins que l’électricité produite par les centrales au charbon. (…) Une nouvelle puissance installée de 5600 MW est actuellement en construction aux États-Unis, soit plus du double de la puissance installée d’ici 2010. 35 % de toute la nouvelle capacité de production construite aux États-Unis depuis 2005 provient de l’énergie éolienne, plus que la somme de la nouvelle capacité des centrales au gaz et au charbon, car les fournisseurs d’énergie sont de plus en plus attirés par l’énergie éolienne comme ressource fiable contre les fluctuations imprévisibles des prix des autres sources d’énergie.

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Un autre rapport de la British Wind Energy Association estime le coût moyen de production de l’énergie éolienne terrestre à 5-6 cents US par kWh (2005). Le coût par unité d’énergie produite a été estimé en 2006 comme étant comparable au coût de l’énergie produite dans les centrales de nouvelle génération aux États-Unis à partir du charbon et du gaz naturel : le coût du vent a été estimé à 55,80 $ par MWh, celui du charbon à 53,10 $/MWh et celui du gaz naturel à 52,50 $MWh. Un autre rapport gouvernemental obtient des résultats similaires à ceux du gaz naturel en 2011 au Royaume-Uni. En août 2011, les soumissions au Brésil et en Uruguay pour un achat d’une durée de 20 ans ont coûté moins de 65 $ par MWh.

Pour produire toujours plus d’énergie

En février 2013, Bloomberg New Energy Finance a indiqué que le coût de production d’énergie à partir de nouveaux parcs éoliens en Australie est inférieur à celui des nouvelles centrales au gaz ou au charbon. Si l’on tient compte du système actuel de tarification des combustibles fossiles dans les calculs, leurs estimations indiquent des coûts (en dollars australiens) de 80 $/MWh pour les nouveaux parcs éoliens, 143 $/MWh pour les nouvelles centrales au charbon et 116 $/MWh pour les nouvelles centrales au gaz. Ce modèle montre en outre que « même sans taxe sur les émissions de carbone (le moyen le plus efficace de réduire les émissions à grande échelle), l’énergie éolienne est 14% moins chère que les nouvelles centrales à charbon et 18% moins chère que les nouvelles centrales à gaz ». Ce modèle montre également que « même sans taxe sur les émissions de carbone (le moyen le plus efficace pour réduire les émissions à grande échelle) l’énergie éolienne est 14% moins chère que les nouvelles centrales à charbon, et 18% moins chère que les nouvelles installations à gaz“.

L’industrie éolienne aux États-Unis est actuellement en mesure de produire plus d’électricité à moindre coût grâce à l’utilisation d’éoliennes de plus en plus hautes avec des pales plus longues, capturant ainsi des vents plus forts à des hauteurs plus élevées. Cela a ouvert de nouvelles perspectives et, dans des États comme l’Indiana, le Michigan et l’Ohio, le coût de l’énergie éolienne produite par des éoliennes de 90 à 120 mètres de haut peut concurrencer les sources d’énergie classiques comme le charbon. Dans certains cas, les prix ont chuté de jusqu’à 4 cents le kWh, et les entreprises de distribution augmentent la part de l’énergie éolienne dans leur modèle énergétique en réalisant progressivement leur compétitivité.
En France, tout comme dans d’autres pays de l’UE, il n’est pas rare de voir fleurir un parc éolien en seulement quelques mois, dans des zones plus ou moins reculées.

D’une part ces systèmes sont de plus en plus optimisés pour être montés rapidement, d’autre part, une fois le montage réalisé, l’exploitation est très rapide. Aussi, aux vues de ce que demandent comme investissement d’autres sources d’énergies renouvelables, il est facilement compréhensible que l’éolien ait le vent en poupe.

Le moyen le plus simple de générer de l’électricité verte

Malgré les détracteurs qui se plaignent de l’apparition de ces grandes hélices dans leurs paysages préféré, force est de constater qu’à l’heure actuelle, elles restent le meilleur moyen de produire de l’énergie en respectant l’environnement. En termes de transition énergétique, il est donc aujourd’hui nécessaire de s’imaginer un parc éolien à proximité de chez soi, sans pour autant s’offusquer de sa présence. A défaut de moyens plus efficaces et aussi “verts“, il faudra s’accommoder des éoliennes dans nos campagnes avant qu’elles ne puissent toutes se trouver offshore, la meilleure façon d’en faire un moyen de produire de l’énergie de façon durable et peu dérangeante.