L'énergie éolienne

L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie directement tirée du vent au moyen d'un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent. L'énergie éolienne est une forme d'énergie renouvelable.

Répartition de l'énergie solaire reçue au sol.

L'énergie éolienne est dérivée de l'énergie solaire, elle tire son nom d’Éole (en grec ancien Αἴολος, Aiolos), le nom donné au dieu du vent dans la Grèce antique. L'énergie solaire reçue par la terre n'est pas uniforme en tout point du globe, vers l'équateur l'angle d'incidence est proche de 90° donc la surface éclairée est plus petite et l'énergie est plus concentrée. La différence de température entre les pôles et l'équateur entraîne un flux d'air. Ayant une densité plus faible que l'air froid, l'air chaud s'élève jusqu'à une altitude d'environ 10 km (correspondant à la troposphère). Ensuite il s'étend vers le nord et le sud. Si la terre ne tournait pas, les courants d'air iraient jusqu'aux pôles Nord et Sud avant de redescendre (suite au refroidissement) et de retourner à l'équateur. La force de Coriolis influe sur les vents globaux. Environ un à deux pour cent de l'énergie émise par le soleil est convertie en énergie éolienne.

le vent

L'énergie éolienne potentielle est gigantesque - quelques milliards de TWh - mais la partie effectivement récupérable reste très limitée et l'énergie éolienne ne contribuera, sans doute pour très longtemps, à satisfaire qu'une petite partie de nos besoins croissants en énergie. Toutefois ces considérations générales peuvent varier d'un lieu géographique à un autre suivant le potentiel éolien local, la densité du réseau de distribution, la répartition de l'habitat, les besoins en énergie et les incitations des organismes nationaux à promouvoir l'utilisation d'énergies alternatives.

Environ 2% de l'énergie solaire (3,2 x 1024 Joules/an) est transformée en énergie cinétique éolienne. 35% de cette énergie est dissipée dans la couche de 1 km au-dessus du sol. Si on utilisait 10% de cette énergie par an, cela correspondrait à :

Énergie éolienne = 3,2 x 10²⁴ x 0,02 x 0,35 x 0,1 = 2,24 x 10²¹ Joules/an, ce qui correspond à environ 7 fois la consommation mondiale d'électricité.

L'énergie éolienne est une forme d’énergie indéfiniment durable et propre. Elle est aujourd'hui utilisée pour :

Alimenter en énergie des sites isolés (dizaine de kWh/jour)
Produire des kWh au coût le plus faible sur des réseaux de distribution (dizaines à centaines de MWh/jour)
Produire de l'énergie mécanique pour le pompage ou autre application (centaines de Wh/jour)

L'énergie éolienne est transformée en énergie électrique par le biais d'un aérogénérateur.

L'énergie éolienne est très inégalement répartie au niveau mondial. Elle est plus importante au niveau des zones côtières. Dans des zones montagneuses, le vent est difficilement utilisable à cause des turbulences. Sur un site l'énergie éolienne est presque constante à l'échelle de l'année mais à l'échelle du mois, elle présente de très fortes irrégularités, ce qui présente des inconvénients importants.

Si l'on prend l'exemple de la Belgique, la vitesse moyenne du vent à 10 mètres du sol est de :

6,2 m/s au niveau du littoral
3,6 m/s à l'intérieur du pays
4,4 m/s sur le plateau ardennais

A fin 2022 les turbines installées dans le monde représentent une puissance installée totale d'environ 906 GW. La puissance éolienne terrestre représente la majorité de la capacité totale, soit environ 842 GW et la Chine est le pays avec la plus grande capacité éolienne installée, avec plus de 237 GW.

production d’électricité éolienne

L’énergie éolienne est une énergie renouvelable qui ne nécessite aucun carburant, ne crée pas de gaz à effet de serre, ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs. En luttant contre le changement climatique, l'énergie éolienne participe à long terme au maintien de la biodiversité des milieux naturels.
Energie renouvelable dont le gisement n'est pas épuisable à l'échelle de temps des civilisations humaines
L'énergie éolienne produit de l'électricité éolienne : sans dégrader la qualité de l'air, sans polluer les eaux ( pas de rejet dans le milieu aquatique, pas de pollution thermique), sans polluer les sols (ni suies, ni cendres).
Lorsque de grands parcs d'éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l'exploitation agricole, l'élevage et d'autres utilisations.
Les propriétaires fonciers qui accueillent des éoliennes reçoivent souvent un paiement pour l'utilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu ainsi que la valeur du terrain.
La production éolienne d'électricité suit notre consommation d'énergie: le vent souffle plus souvent en hiver, cette saison étant celle où la demande d'électricité est la plus forte.
L'énergie éolienne est l’une des sources de production d’électricité permettant de parvenir à moindre cout à la réalisation des objectifs que s'est fixée l'Union Européenne pour 2020 : 20% d'énergies renouvelables (éolienne et autres) dans la consommation globale d'énergie.
L'électricité éolienne garantit une sécurité d'approvisionnement face à la variabilité des prix du baril de pétrole.
L'énergie éolienne offre la possibilité de réduire les factures d'électricité et peut vous permettre de vous mettre à l'abri des ruptures de courant.
Les éoliennes permettent grâce à la taxe professionnelle de participer au développement local des communes avec une contribution annuelle de l’ordre de 10 000 € par MW d'énergie éolienne produite (ce chiffre peut varier en fonction des communautés de communes concernées par les installations d'éoliennes).
Les autres activités agricoles et industrielles peuvent continuer autour d'un parc éolien.
Le prix de revient d'une éolienne va probablement diminuer dans les années à venir suite aux économies d'échelle qui pourront être réalisées sur leur fabrication.
Un parc éolien prend peu de temps à construire, et son démantèlement garantit la remise en état du site original.

L'énergie éolienne est une énergie variable dépendante de la vitesse du vent, ce problème peut être en partie résolu grâce aux possibilités de stockage de l'énergie et à la répartition des parcs éoliens sur le territoire permettant d'obtenir une valeur moyenne du gisement éolien.

L'énergie éolienne est une source d'énergie renouvelable parmi d'autres, elle ne saurait à elle seule couvrir les besoins énergétiques mondiaux. Il n'y a pas de solution parfaite, l'énergie éolienne fait partie d'un ensemble de solutions permettant de produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable, elle ne s'oppose pas aux autres énergies renouvelables, mais fait partie d'un ensemble.

Énergie solaire
- solaire photovoltaïque
- solaire thermique
La biomasse
L'énergie hydroélectrique
- grande hydroélectricité
- petite hydroélectricité
La géothermie (production de chaleur ou d'électricité)
- Pompes à chaleur géothermiques
Le biogaz
Les déchets urbains
La biomasse solide
L’héliothermodynamique (focaliser la lumière du soleil de manière à chauffer un fluide à une température suffisante pour produire de l’électricité.)
Les énergies marines ou thalasso-énergies
- usines marémotrices (marées)
- énergie houlomotrice (houle)
- hydrolienne (courants)
- pression osmotique
- gradient thermique

Part des énergies renouvelables dans la consommation d’énergie primaire des pays de l’Union européenne ¹⁾

Pays	2007
Suède	31,29%
Lettonie	29,31%
Autriche	23,41%
Finlande	22,98%
Portugal	17,66%
Danemark	16,61%
Roumanie	11,91%
Estonie	11,06%
Slovénie	10,27%
Lituanie	9,89%
Allemagne	7,09%
Italie	7,06%
Espagne	6,94%
France	6,88%
Bulgarie	6,29%
Grèce	5,90%
Slovaquie	5,35%
Pologne	5,12%
Hongrie	5,10%
République Tchèque	4,47%
Luxembourg	3,51%
Irlande	3,19%
Pays-Bas	2,83%
Belgique	2,67%
Royaumes-Unis	2,12%
Chypre	1,56%
Malte	0,34%

moyen de production	puissance	record
Aérogénérateur terrestre	de quelques kW jusqu'à 7,5 MW (pour les grandes éoliennes : de 1 à 3 MW)	7,5 MW : (Enercon E126/7580) en Belgique, parc éolien d'Estinnes
Aérogénérateur marine		16 MW : Mingyang MySE 16-260 en Chine, au large de la province du Fujian
ferme éoliennes	quelques centaines de MW	5 160 MW : Ferme éolienne de Gansu Chine
centrale solaire photovoltaïque	de quelques centaines de watts à 458 MW	458 MW : Parc solaire de Golmud de Huanghe Hydropower Chine
centrale solaire thermodynamique	de 2 à 350 MW	354 MW : centrale de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis
centrale hydro-électrique	de quelques kW à 3000 MW	22 500 MW : 32 turbines de 700 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine
centrale nucléaire	de 900 à 1300 MW	8 212 MW (92,2 TWh/an) : Centrale de Kashiwazaki-Kariwa au Japon (à l’arrêt depuis 2011)
centrale au charbon	de 900 à 1300 MW	5 824 MW : Centrale de Taichung Taïwan

Une éolienne peut avoir des applications très variées.

Les éoliennes sont couramment utilisées pour le pompage, l’énergie mécanique du vent est directement utilisée sans conversion en électricité. Ces éoliennes sont généralement dotées d'un rotor multis-pales de type "américain" ainsi que d'un gouvernail afin d'orienter le rotor face au vent. La principale application reste le puisage d'eau pour abreuver le bétail ou pour l'irrigation des terres. De nombreux moulins à vent étaient autrefois utilisés aux Pays-Bas pour actionner des vis d'Archimède pour évacuer l'eau des polders.

Moulin à vent remontant l'eau des Polders aux Pays-Bas

Éolienne de pompage pour puiser de l'eau.

Une éolienne peut être utilisée à des fins de production d'eau ²⁾, la génératrice électrique est remplacée par un condenseur permettant la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant. En 2009 les Néerlandais de Dutch Rainmaker ont réalisé un prototype capable de condenser 500 litres d'eau douce en 24 h.

L’électricité produite peut être couplée à une PAC ou alors en entrainant directement un moteur Stirling.

Une éolienne peut être utilisée pour produire de l'air comprimé, en étant directement reliée à un compresseur d’air.

L’énergie électrique produite en surplus par les éoliennes peut être utilisée pour effectuer une électrolyse de l'eau afin de produire du dihydrogène (H₂):

Production de dihydrogène (H₂) : $2H_{2}O(l) \rightarrow 2H_{2}(g) + O_{2}(g)\,$ ³⁾

Le dihydrogène peut être directement utilisé dans une pile à combustible afin de produire de l’électricité.

Le dihydrogène peut également être utilisé pour la production de gaz naturel, ce qui présente l'avantage de pouvoir être injecté directement dans le réseau de gaz existant. Cette méthode permettrait de stocker l’énergie ainsi produite et de lisser la production électrique des éoliennes ⁴⁾. Ce procédé présente également l'avantage de transformer le gaz carbonique (CO₂) de l'air.

Production de gaz naturel (Méthane) : $4H_{2}(g) + CO_{2}(g) \rightarrow 2H_{2}O(l) + CH_{4}(g)\,$ ⁵⁾

En 2010, l'institut allemand Fraunhofer⁶⁾ explique dans un communiqué avoir réussi à mettre au point un tel processus.

Afin de garder les étangs propres et sains, l'eau nécessite de l'oxygène, par manque d’oxygène la qualité de l'eau et sa clarification se dégrade entraînant les phénomènes d’eutrophisation comme les algues ou cyanobactéries et dans les cas les plus graves la mort des poissons. Une éolienne peut être alors utilisée pour injecter de l'air dans les plans d'eau et ainsi augmenter l’oxygénation de l'eau.