Parc éolien

Parc éolien de Punta Aja - Corse - France

Un parc éolien, ou une ferme éolienne, est un site regroupant plusieurs éoliennes produisant de l'électricité. Il se trouve en général dans un lieu où le vent est fort et/ou régulier. Une ferme éolienne sur terre est constituée de plusieurs éoliennes distantes entre elles d'au moins 200 m dont la production d'électricité est destinée à la vente au distributeur local. Bien que chaque machine ait une faible emprise au sol, il faut disposer d'une superficie de l'ordre de 10 hectares pour un parc éolien significatif ¹⁾. On distingue deux types de parc éolien, onshore (à l'intérieur des terres) ou offshore (au large des côtes).

Un parc éolien de 12 MW, composé de six éoliennes, avec un facteur de charge de 23% (soit une production moyenne de 25 200 MWh/an) ²⁾, peut couvrir les besoins en consommation d’électricité de près de 3 600 personnes (consommation moyenne de 7 000 kWh/an par personne), chauffage inclus ³⁾.

En 2013, le parc éolien les plus haut se situe en Chine (Tibet) à 4900 mètres d'altitude ⁴⁾. Développé par la société Longyuan Power, il est composé de 33 turbines fabriquées par Guodian United Power.

Le plus grand parc éolien offshore du monde est le London Array, composé de 173 turbines permettant une capacité de 630 MW.

Plus grand parc éolien onshore mondial construit est le parc éolien de Roscoe au Etats-Unis (Texas), il est composé de 627 éoliennes (781,5 MW) et s'étend sur plus de 400km². Exploitant : E.ON Climat et Energies renouvelables.

Les critères de choix de l'implantation éolienne dépendent de la taille, puissance et du nombre d'unités. Ils incluent la présence d'un vent régulier et diverses conditions telles que : présence d'un réseau électrique pour recueillir le courant, absence de zones d'exclusion (dont périmètre de monuments historiques, sites classés..), terrain approprié, etc.

Un bon site éolien doit présenter les qualités suivantes :

• site venté
• peu de turbulences
• une bonne facilite d'accès
• proche du réseau électrique

L'évaluation de l'énergie récupérable sur le site doit être entreprise avant tout autre travail. L'efficacité d'une éolienne dépend notamment de son emplacement. En effet, la puissance fournie augmente avec le cube de la vitesse du Le vent, raison pour laquelle les sites sont d'abord choisis en fonction de la vitesse et la fréquence des vents présents. Une éolienne fonctionne d'autant mieux que les vents sont réguliers et fréquents.

De manière empirique, on trouve les sites propices à l'installation d'éoliennes en observant les arbres et la végétation (étude de rugosité). Les sites sont intéressants si par exemple les arbres sont courbés par les vents et peuvent donc aider à la détermination de la direction des vents dominant. De même, l'aspect du littoral et de son érosion peuvent donner des indications.

L'indice de déformation de Griggs-Putnam ⁵⁾ permet de donner la force du vent suivant la déformation de la végétation en particulier les conifères.

indice	déformation	vitesse de vent
0	Pas de déformation	< 3m/s
I	Brossage et léger port en drapeau	3-4 m/s
II	Léger port en drapeau	4-5 m/s
III	Port en drapeau modéré	5-6 m/s
IV	Port en drapeau total	6-7 m/s
V	Fléchissement partiel	7-8 m/s
VI	Fléchissement total	8-9 m/s
VII	Couchage au sol	> 10m/s

Les implantations industrielles utilisent des cartes de la vitesse des vents des atlas éoliens (là où ils existent) ou des données accumulées par une station météorologique proche.

Des données météorologiques, reproduites de préférence en forme d'une rose des vents sur 30 ans, seront probablement le meilleur guide, mais ces données ne sont que très rarement collecté sur le site exact en question. Les données météorologiques doivent néanmoins être utilisées avec beaucoup de prudence, en effet ces données sont destinées en général à la prévisions du temps ce qui nécessite une prévision bien moindre par rapport à la détermination du potentiel éolien d'un site. Dans la plupart des cas le potentiel éolien risque d'être sous-estimé si l'on se sert de données météorologiques sans les ajuster pour le site en question.

S'il y a des éoliennes à proximité du site prévu, leur production d'électricité constitue un indicateur excellent de la ressource éolienne locale. Dans des pays comme le Danemark et l'Allemagne on trouve souvent des éoliennes dispersées un peu partout sur le territoire, les constructeurs sont le plus souvent en mesure de fournir des résultats de production à base de calculs éoliens réalisés sur le site en question.

S'il n'y a pas d'éoliennes à proximité du site prévu on peut aussi se renseigner sur l'éventuelle présence de moulins à vent autrefois dans les environs, ce qui peut aussi donner une indication sur le potentiel éolien du site.

Un autre critère important pour le choix du site est la constance de la vitesse et de la direction du vent, autrement dit la turbulence du vent. En effet, en règle générale, les éoliennes sont utilisables quand la vitesse du vent est supérieure à une valeur comprise entre 10 et 20 km/h.

Jusqu'à environ 7-9 m/s, l'éolienne produit une puissance avec un rendement maximal. Ensuite, la vitesse de rotation atteint sa limite (la vitesse limite en bout de pale est atteinte, au delà les vibrations, et donc le bruit sont trop importants) et la puissance est régulée en fonction de cette limite.

Puis, à partir de 10-12 m/s, l'éolienne produit une puissance constante, sa puissance nominale. C'est à cette vitesse que l'éolienne est statistiquement la plus efficace énergétiquement, et donc il n'est pas nécessaire d'investir plus dans des matériaux plus résistants qui permettraient d'exploiter une puissance plus élevée lorsque la vitesse du vent dépasse 10-12 m/s.

Ce n'est que vers 25 m/s que l'éolienne est arrêtée pour cause de risques de dommages. Avant, et contrairement à ce qui est souvent dit, l'éolienne est conçue pour tirer maximum partie du potentiel éolien. Pour plus de détails voir l'article courbe de puissance.

De même, l'axe de rotation de l'éolienne doit rester la majeure partie du temps parallèle à la direction du vent. Même avec un système d'orientation de la nacelle performant, il est donc préférable d'avoir une direction de vent la plus stable possible pour obtenir un rendement optimal (alizés par exemple).

Turbulences dues à un obstacle

Il faut de préférence avoir une vue aussi dégagée que possible dans la direction des vents dominants ainsi certains sites proches de grands obstacles (arbres, bâtiments, escarpements complexes, etc.) sont à proscrire car le vent y est trop turbulent. Il faut qu'il y ait aussi une rugosité aussi faible que possible dans cette direction.

Il est nécessaire de procéder à une étude des obstacles environnants, plus particulièrement dans la direction des vent dominants. Les écrans peuvent être constitués par des obstacles naturels ou artificiels (arbres, broussailles, falaises, chaos rocheux, maison…) On se placera à une distance qui dépendra de la forme de l'obstacle :

• tour ou pylône cylindrique : 10 fois le diamètre
• mur ou maison : 10 fois la hauteur
• arbres : 6 fois la hauteur

Cas particulier de 2 éoliennes dans le Sillage l'une de l'autre :

• minimum : 6 fois le diamètre de l'hélice
• maximum : 12 fois le diamètre de l'hélice

Un autre critère tout aussi important que les obstacles sera celui des accidents de terrain au voisinage de l'aéromoteur. Les pentes supérieures à 45° ou les falaises sont à l'origine de perturbations susceptibles de provoquer la détérioration de la machine en provoquant des variations de vitesse et de direction du vent dans un espace restreint. Les variations de vitesse provoquent des contraintes dissymétriques sur l'aéromoteur et les variations de direction entrainent des désorientations avec des accélérations variables qui imposent des contraintes sur toutes les parties de la machine (couples gyroscopiques).

Certains sites bien spécifiques augmentent la vitesse du vent et sont donc plus propices à une installation éolienne :

• L'effet tunnel ou Venturi
• les collines, surtout si leur pente est douce et progressive permettant l'apparition de effet de colline
• La mer et les lacs sont aussi des emplacements de choix : il n'y a aucun obstacle au vent, et donc, même à basse altitude, les vents ont une vitesse plus importante et sont moins turbulents. La proximité d'une côte escarpée créera également des turbulences, usant prématurément certains composants mécaniques de l'éolienne.
• Les zones côtières
• Les hauts plateaux et les montagnes
• Les îles
• Certaines plaine dégagées
• Les couloirs des grands fleuves car le vent peut s'y engouffrer et en épousant le lit du fleuve le vent adopte une direction relativement constant

D'autres critères sont pris en compte pour le choix du site.

Le sol doit être suffisamment résistant pour supporter les fondations de l'éolienne. Ce critère n'est pas déterminant car dans le cas d'un sol meuble, des pieux seront alors enfoncés sous les fondations de l'éolienne Il existe aussi des éoliennes haubanées.

Les routes et éventuellement les ponts, les virages, les pentes doivent permettre le transport des gros éléments de l'éolienne (pales, tour, nacelle) et des grues nécessaires au montage. Cette contrainte peut être un facteur limitant de la puissance maximale installable par machine.

C'est pour cette raison que les petites fermes éoliennes sont le plus souvent situées à proximité d'un poste de transformation haute tension (10 à 30kV) afin de diminuer le coût de raccordement qui est directement fonction de la distance à ce poste. Pour les grosses fermes éoliennes, le réseau doit être en mesure de supporter l'énergie produite, et son renforcement est parfois nécessaire (renforcement ou création de poste de transformation). Le raccordement est plus coûteux dans le cas des projets offshores, mais les sites sont beaucoup plus ventés et les contraintes grandement plus faibles.

Selon leur taille, vitesse de rotation et positionnement peuvent avoir un impact sur les oiseaux ou chauve-souris (collision, dégradation de l'habitat, etc.) notamment si elles sont éclairées de nuit (pollution lumineuse) et/ou disposées sur un corridor de migration animale aviaire. Aussi, Birdlife International a fait un certain nombre de recommandations au Conseil de l'Europe à ce sujet : les réserves naturelles, les routes migratoires importantes (cols), etc. sont des lieux à éviter pour la sauvegarde des oiseaux. Des études sont également en cours pour mieux apprécier et réduire l'impact des éoliennes sur les chauve-souris.

Même si les éoliennes de dernière génération sont relativement silencieuses, une étude de l'impact sonore sur les habitations est effectuée avant l'implantation des parcs éoliens. En fonction du résultat, cette implantation peut être modifiée afin de respecter la réglementation (émergence maximale de 5 dBA le jour et 3 dBA la nuit). La distance entre les éoliennes et les habitations est généralement de 300m. À environ 500m, elles sont inaudibles ou très peu audibles et leur bruit est généralement couvert par le bruit du vent.

Il est très important de prendre en compte l'impact sonore d'un parc éolien sur les habitations environnantes, et pas seulement au pied des éoliennes. Dans certains cas, même à plus de 1000m des habitations des nuisances sonores peuvent être observées, dans ce cas un arrêté préfectoral pourra ordonné l'arrêt pendant la nuit des éoliennes, ce qui aura bien évidement un impact sur la production électrique du parc.

Les éoliennes sont soumises à certaines contraintes ou servitudes (aéronautiques, radars, etc.)

• Le froid : si la formation de givre est possible sur le site, il sera très important d'en tenir compte dans le calcul de pylône support et le choix de l'aérogénérateur. Il sera également nécessaire de sécuriser le parc éolien dans la mesure où il existe des cas de projection de "pic" de glace à plusieurs centaines de mètres des éoliennes.

• végétation la plus faible possible
• forme du relief favorable à une accélération des filets d'air : colline à pente faible, rétrécissement de vallée.
• nature du sol favorable à l'encrage du Le pylône support ou mat de l'aérogénérateur : Un sol rocheux sera plus favorable à l'implantation du pylône support car les ancrages seront réalisés par des barres d'acier doux scellés dans des forages.
• Moyen d'accès pour les véhicules utilitaires destiné à transporter sur le site les différents éléments de l'éolienne.
• Proximité du réseau de distribution électrique (section des câbles moins importants).

• logiciels utilisés dans le domaine de l'éolien
• rentabilité économique d'un projet éolien
• liste des parcs éoliens

• Position Statement on Wind Farms and Birds par Birdlife International (2005)
• Les éoliennes et le bruit par l'ADEME
• parc éolien sur Wikipedia