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Energie Eolienne, un peu de Technique.....

 

Sources :

 Ir. Alexandre VION, Ir. Véronique BEAUVOIS Applied and Computational Electromagnetics (ACE), Département d’électricité, électronique, et informatique (Institut Montefiore), Faculté des Sciences Appliquées, Université de Liège.

 

 

L'énergie éolienne, qui utilise la force du vent, est une des plus anciennes sources d'énergie utilisées par l'homme : les moulins à vent sont connus depuis l'antiquité, ils servaient généralement à moudre du grain. Les bateaux à voile utilisés pour le transport ont également joué un rôle très important dans les civilisations antiques.

Le vent provient de mouvements d'air cycliques causés par des différences de pression atmosphérique entre deux endroits : l'air se déplace des hautes vers les basses pressions. Ces différences de pression peuvent avoir plusieurs origines :  Des différences « atmosphériques » dues aux anticyclones et aux dépressions qui se créent et se déplacent continuellement dans notre atmosphère.  Des différences de température, qui créent localement des différences de pression. Ces phénomènes sont plus fréquents à proximité des côtes, car la terre se réchauffe et se refroidit plus vite que la mer.

De plus, la force du vent augmente assez rapidement avec l'altitude, c'est pourquoi les éoliennes sont montées sur des mâts afin de profiter des vents en hauteur. De nos jours, cette énergie est le plus souvent exploitée dans des parcs éoliens, regroupant plusieurs éoliennes directement reliées au réseau électrique. On trouve également de petites éoliennes qui permettent une production individuelle. Ces éoliennes de petite ou moyenne puissance pourraient être une solution intéressante pour les régions venteuses où l'approvisionnement électrique est difficile.

Une autre application écologique moderne de l'énergie éolienne, actuellement en développement, est l'utilisation de cerfs-volants géants utilisés pour tracter les bateaux cargos, permettant ainsi de réduire significativement leur consommation de carburant.

Il existe de nombreux types d'éoliennes, dont les puissances varient fortement avec la taille. Celles que l'on rencontre le plus souvent sont les éoliennes à axe horizontal et rotor vertical, mais il en existe aussi d'autres à axe vertical, qui présentent l'avantage d'être peu encombrantes et peu bruyantes, leur permettant par exemple d'être installées sur le toit d'un bâtiment. De plus, elles n'ont pas besoin d'être orientées en fonction de la direction du vent.

Afin de produire de l'électricité, il est nécessaire de connecter le rotor de l'éolienne à une génératrice, qui va convertir l'énergie mécanique (la rotation des pales) en énergie électrique. Une boîte de vitesses (ou multiplicateur) et un système de freinage sont aussi ajoutés sur les grandes éoliennes.

fig 1 : Vue de l'intérieur d'une éolienne.

interieur d'une éolienne.JPG

 

 L'énergie éolienne présente un certain nombre d'avantages :

·         Il s'agit d'une énergie renouvelable et non polluante. Il faut cependant garder en mémoire le fait que de faibles émissions de CO2 y sont associées, car la fabrication, le transport et l'installation des éoliennes nécessitent l'utilisation de combustibles fossiles et produisent du CO2 . 

·         Il s'agit d'une technologie relativement simple et facile à mettre en œuvre.  Son exploitation est peu coûteuse (pas de combustible).

·         Les éoliennes nécessitent peu d'entretien et ont une bonne fiabilité.

Elle a aussi des inconvénients :

 La production d'énergie est intermittente et difficile à prédire.

En pratique, on peut distinguer différents cas où :

ü  le vent est trop faible (moins de 15 km/h), on voit les pales tourner éventuellement mais rien n'est produit,

ü  le vent est dans une gamme moyenne et l'éolienne fournit une puissance variable entre 0 et la puissance nominale,

ü  le vent est élevé mais raisonnable, l'éolienne fournit sa puissance nominale.

ü  le vent est trop élevé (plus de 90 km/h) et on met l'éolienne à l'arrêt.

 

En moyenne, on considère qu'une éolienne ne produit que 30% de l'énergie qu'elle est théoriquement capable de produire (25 % pour une éolienne « onshore », 35 % pour une « offshore»).  Il est donc important de faire la différence entre puissance nominale installée et puissance moyenne effective.

La puissance maximale que peut produire une éolienne est relativement faible : de 1 à 5 MW (1MW = 1 million de Watts).  Un parc éolien requiert beaucoup d'espace, puisque les turbulences créées par les pales imposent de respecter une distance minimale entre les différentes unités : les éoliennes doivent être éloignées d'au minimum trois à quatre fois le diamètre du rotor pour éviter de se perturber entre elles.  Les éoliennes produisent des nuisances sonores et ont un impact sur le paysage. Ces inconvénients intrinsèques de l'énergie éolienne font qu'elle ne peut pas permettre de résoudre les problèmes d'approvisionnement énergétique à court terme. Beaucoup de recherches sont cependant en cours à ce sujet, qui permettront peut-être d'apporter des améliorations significatives dans le futur.

 Dans un futur proche, de grands parcs éoliens « offshore » seront installés au large des côtes. Ces zones, parce qu'elles sont complètement dégagées, présentent l'avantage de bénéficier de vents plus forts et plus réguliers, qui sont actifs plus souvent. On peut donc y installer des éoliennes de grande puissance qui auront un bon rendement, tout en évitant les nuisances associées aux éoliennes terrestres. Il est cependant plus difficile d'installer et d'entretenir de tels parcs. Dans un pays comme l'Allemagne, qui est un des pays les plus équipés en termes d'énergie éolienne, la capacité en éoliennes terrestres atteint sa limite et les développements futurs se feront principalement en « offshore ».

En Belgique, de telles éoliennes sont en cours de construction sur un banc de sable au large de Zeebruges.

Les éoliennes construites seront de plus en plus grandes et de plus en plus puissantes.

On estime cependant que la technologie actuelle sera limitée à des unités ne dépassant pas les 10 MW avec la technologie actuelle au vu de l’envergure nécessaire. Il faut aussi garder à l'esprit que construire des éoliennes plus grandes et plus puissantes ne permet pas forcément de produire plus d'énergie par unité de surface au sol, puisqu'il devient alors nécessaire de les écarter davantage...

 

Fig. 2 : Evolution en taille et puissance des éoliennes.

(Source : « Wind energy use in Germany – Status 31.12.2006 » , DEWI Magazine Nr. 30, Feb 2007)

Taille des eoliennes.JPG