Le petit éolien

Petite éolienne et instruments de mesures

Le petit éolien, aussi appelé éolien domestique, pour particuliers ou individuel (mais ce terme est mal adapté, car il désigne l’utilisateur et non la technologie. Une machine peut en effet être installée chez un agriculteur ou pour une petite usine) désigne les machines de petite et moyenne puissance.

Ces machines sont en général utilisées pour produire de l’électricité consommée sur place (autonomes en site isolé) et/ou revendue à un réseau de distribution (comme EDF). On trouve principalement ces installations en milieu rural, mais peuvent être aussi utilisées en milieu urbain, une petite éolienne peut aussi être utilisée pour garantir l'autonomie énergétique d'un voilier.

Le terme générique "petit éolien" détermine la classe énergétique d’un aérogénérateur. Les « petites éoliennes » ne sont pas nécessairement petites en taille. La dimension des pales et de la nacelle d’une machine est facteur de la puissance de la génératrice. Le diamètre des pales peut aller de 1 mètre à plus de 10 mètres et peser de quelques kilos a plusieurs centaines de kilos.

Les premiers aérogénérateurs de la classe « petit éolien », existent en Europe depuis 1881 et ont été produits industriellement aux États-Unis et en Australie dés les années 1920 (la société Jacobs en avait vendu 20 000 en 1950).

D’après la dénomination internationale il s’agit d’éoliennes qui ont une surface balayée inférieure à 200 m² et une puissance nominale comprise entre 1 kW et 100 kW. En France cette capacité est limitée à 36 kW en raison des contraintes de raccordement au réseau électrique basse tension. Plus généralement l’essentiel de l’offre se limite à 20 kW. Cependant il n’existe pas vraiment de définition légale en France à ce jour.

En France, selon l'AFPPE, le petit éolien peut se décomposer en 3 classes d'éoliennes :

• les éoliennes de moins de 6m de diamètre (soit 28m² de surface balayée et environ 6kW à 11m/s)
• les éoliennes de 6 à 12m de diamètre (soit entre 28 et 113m² et environ 6 à 36 kW à 11m/s)
• les éoliennes de 12 à 35m de diamètre (soit entre 113 et 1000m² et environ 36 à 250kW à 11m/s) plus communément appelées éolienne moyennes.

• le mât (autoporteur ou haubané) de 10 à 35 mètres.
• Le rotor composé de 2 ou 3 pales et de diamètre compris entre 2 et 10 mètres, la fréquence de rotation du rotor est comprise entre 10 et 25 tours par minute.
• L'onduleur, qui permet d'exploiter l'énergie produite.

Une petite éolienne peut être utilisée pour l’électrification rurale décentralisée (ERD), que ce soit dans les pays développés ou dans le cadre de programmes d'électrification dans les pays en voie de développement.

L’alternateur du rotor est en général relié à une batterie pour le stockage de l’énergie produite, pour palier à l'intermittence du vent. Il sera également nécessaire de disposer d'un appoint de production comme par exemple la possibilité de raccorder le système à des panneaux solaires photovoltaïques ou un groupe électrogène de manière à disposer d'électricité la plupart du temps.

Une éolienne marine peut contribuer à compenser une grande partie des besoins ou même couvrir la totalité des besoins électrique à bord d'un bateau.

L'implantation d'une éolienne sur un bateau nécessite une attention particulière notamment au niveau de la sécurité. Il faudra veiller à la placer de façon à ce que les pales soit éloignées des drisses et des voiles, et de la placer à une hauteur suffisante pour éviter tout contact avec l’équipage. L’éolienne fonctionnera de manière optimale si elle se situe en hauteur et à l’écart des voiles, par exemple sur le portique arrière. Si l’éolienne est couplée à des panneaux solaires il faudra également éviter de l'installer en surplomb de ceux-ci affin de ne pas créer d'ombrage sur les cellules photovoltaïques.

Le surplus de production est revendu au réseau de distribution (par exemple EDF) lorsque l'habitation est raccordée au réseau de distribution. Dans ce cas, lorsqu’il n’y a pas de vent ou lorsque la consommation est supérieure à la production, l’électricité du réseau vient en complément, ce qui permet de s'affranchir des batteries. Si la consommation est supérieure ou égale à la production, l'électricité produite par l'éolienne est directement consommée.

La totalité de l’électricité produite est revendue au réseau de distribution. Dans ce cas, l'habitation est uniquement alimentée en électricité par le réseau de distribution habituel. Un compteur spécifique (coût de la pose entre 100 et 500 euros) sera installé à la sortie de l’installation éolienne domestique affin de comptabiliser la production.

Ce point est primordial, une éolienne doit être placėe ou il y a du vent, cette évidence est souvent oubliée.

• Détermination du potentiel éolien du site
• Détermination de la puissance récupérable sur le site
• En milieu urbain, le vent est souvent trop turbulent pour permettre le bon fonctionnement d'une petite éolienne

La consommation électrique déterminera la puissance et le modèle de l’éolienne choisi, par exemple, pour couvrir les besoins énergétiques d’un foyer de quatre personnes (environ 4500 kWh/an), il faudra choisir un modèle de 2 à 3 kW. Bien entendu cela dépendra pour beaucoup du gisement de vent du site, cet exemple n'est qu'une estimation.

• Inventaire des appareils électrique (puissance)

• Isolation
• Appareils électrique faible consommation
• Éclairage faible consommation
• Chauffage solaire thermique

Si l'éolienne est placée en dessous de 12 mètres une "simple" déclaration de travaux suffit, au-delà de 12 mètres de haut un permis de construire est obligatoire (article L. 553-1 du Code de l’environnement). La hauteur de l’installation est définie comme celle du mât et de la nacelle, à l’exclusion de l’encombrement des pales (article L. 421-1-1 du Code de l’urbanisme). Si la hauteur du mât dépasse 50 mètres, il est en outre nécessaire de réaliser une étude d’impact et une enquête publique. Lorsque la hauteur du mât est inférieure à 50 mètres, une notice d’impact suffit (article L. 553-2 du même code).

Le permis de construire sera délivré par (articles L. 421-2-1b et R. 490-3 du Code de l’urbanisme) :

• lorsque l’énergie est destinée à l’autoconsommation, l’autorité habilitée à délivrer le permis de construire est le maire s’il existe des documents d’urbanisme opposables (plan d’occupation des sols, plan local d’urbanisme, carte communale). A défaut, l’autorité compétente est, au nom de l’Etat, le maire ou le préfet ;
• lorsque l’énergie est destinée à la vente, l’autorité compétente est le préfet

Malgré les avantages des éoliennes à axe vertical en milieu urbain, les éoliennes à axe horizontal procurent un rendement permettant d'atteindre une production électrique suffisante.

Le site devra être le plus dégagé possible, et éloigné au maximum des obstacles environnants.

Une éolienne domestique ne se fixe pas sur le bâtiment en raison des vibrations générées par la rotation du rotor de l'éolienne, ces vibrations peuvent être amplifiées par la charpente.

Bien qu'aujourd'hui des mâts pignons existent et sont largement pourvus de cylindres bocks anti-vibrations, cependant la génératrice ne doit pas dépasser un certain poids et un certain diamètre.

Une éolienne domestique peut éventuellement être installée sur une construction neuve si son intégration a été calculée dès la conception du bâtiment.

L'éolienne devra être éloignée de tout câble électrique ou téléphonique et se trouver à une bonne distance des bâtiments.

Bien qu'un permis de construire ne soit pas nécessaire en dessous de 12 mètres, il est recommandé de placer l'éolienne à une hauteur de 24 mètres environ pour disposer d'un vent optimal et ainsi d'obtenir une production électrique convenable. Il faudra positionner l'éolienne à une hauteur de 10 m au dessus de tout obstacle situé dans un rayon de 100 m. En terme de production, un aérogénérateur installé sur un mât d'une vingtaine de mètres produira la plupart du temps 50 % d'électricité en plus que la même machine placée à une dizaine de mètres.

Les efforts transmis par le support de l'éolienne au bâtiment entraînent des vibrations et des résonances, voire des phénomènes de "déconstruction" dans le cas d'une fixation à une cheminée, c'est pourquoi il est déconseillé de fixer une éolienne directement sur le bâtiment. Les éolienne dites "de pignon" sont à proscrire sur un bâtiment d'habitation.

L'idée est de restaurer d'anciens moulins à vent et de les transformer en aérogénérateurs. Cette idée offre de nombreux avantages :

• les sites des anciens moulins à vent sont souvent bien ventés
• restauration du patrimoine historique
• aspect esthétique des moulins à vent

Les moulins aérogénérateurs sont largement moins performants qu'une grande éolienne, à titre de comparaison, un éolienne d'une puissance de 2MW peut injecter dans le réseau jusqu'à 2 000 000 kWh/an, soit près de 30 fois plus qu'un moulin aérogénérateur (70 000 kWh/an). Cependant on estime qu'en 1850, 15 000 moulins à vent étaient en fonctionnement et qu'un tiers peuvent être réhabilités en aérogénérateurs.

Pensez à informer vos voisin avant de commencer les travaux, car ils pourront porter plainte pour nuisance sonore ou pour nuisance visuelle. Après l'installation attendez-vous à constater tout ou partie des inconvénients suivants :

Point de vue de l'utilisateur

Ces nuisances, pratiquement pas évoquées par les installateurs, sont de deux catégories plus moins dérangeantes pour l'utilisateur et le voisinage.

• L’esthétique, plus critiquée que celle des pylônes à haute tension de l'EDF, est différemment appréciée selon les modèles. Le mat peut-être plus ou moins discret suivant la technologie utilisée il est possible également de le peindre de la couleur du ciel.

• L'ombre portée de l'installation ne se cantonne pas forcément aux limites du terrain du propriétaire. Au lever et au coucher du soleil les mouvements de l'hélice peuvent se projeter sur les fenêtres des voisins. Le mouvement apparent du soleil limite le phénomène dans le temps.

• La réflexion du soleil sur les pales en mouvement, selon la peinture qui les protège, peut éventuellement provoquer des flashs de réflexion dans des directions variables pendant la journée, cet inconvénient évolue également pendant la journée.

• L'action du vent qui entraîne les pales d'hélice n'est pas silencieuse. Elle varie avec leur profil aérodynamique et augmente avec la force du vent. Indépendamment de l'éolienne, le vent est lui-même bruyant en agitant les arbres, en contournant les obstacles urbains : maisons, antennes, poteaux, fils, etc. La réglementation sur l'environnement autorise une émergence sonore de 5 décibels le jour et 3 dB la nuit. Cette norme est habituellement respectée par les bruits aérodynamiques des éoliennes domestiques.

• Les éoliennes à axe d'hélice horizontal ajoutent un bruit supplémentaire lorsque les pales franchissent la zone où l'écoulement de l'air est perturbé par le profil du mât. C'est un battement semblable à celui des pales d'hélicoptère (l'air est haché). On le remarque sans qu'il mette la norme en cause.

• Les bruits mécaniques. Ils sont essentiellement dus aux roulements supportant l'hélice et l'alternateur. S'ils sont perceptibles c'est un signe de mauvaise qualité ou d'usure.

• Les bruits d'origine électronique. C'est un cas particulier pour les éoliennes dites compactes qui logent dans leur nacelle les éléments que d'autres installations logent dans un local technique ou dans votre garage près du compteur EDF. Cette solution est une commodité pour les installateurs, mais si un élément se révèle bruyant c'est une nuisance sonore majeure qui oblige, selon les circonstances, à stopper l'éolienne sous peine de fâcherie avec les voisins.

L'exemple typique à signaler concerne un modèle très répandu, Skystream 3.7, en provenance des Etats-Unis. La carte électronique logée dans la nacelle comporte un élément bruyant (onduleur) qui, dès qu'il se connecte sur le réseau domestique, émet un miaulement, grave au ralenti, aigu et puissant lorsque la production augmente. Le corps de la nacelle n'est pas isolé pour ce bruit. La vibration se transmet au mât et éventuellement dans le sol s'il est dur. Le voisinage perçoit le sifflement dans un rayon de 200 mètres. Les mesures en décibels(A) dépassent largement la norme, contraignant ainsi l'arrêt de l'éolienne alors que la production devient bonne.

On peut bénéficier d’un crédit d’impôt de 32% du montant hors taxes et hors main d'oeuvre de votre éolienne et de la TVA à 5.5% sous réserve que l'installation soit effectuée par un professionnel et qu’il s’agisse de la résidence principale. Son plafond est de 8000 euros pour un célibataire, 16 000 euros pour un couple sans enfant. Le plafond est majoré de 400 euros en fonction du nombre d’enfants/personnes à charge.

Certaines collectivités locales ont mis en place des aides aux éoliennes domestiques; pour les connaître, il faut se renseigner auprès de la région, du département et de la mairie.

La rentabilité d'un projet de petit éolienne dépendra essentiellement du site, tout comme le grand éolien il faudra veiller à bien choisir le site, la ressource éolienne jouera un rôle essentiel. Par exemple une éolienne personnelle de 3,5m de diamètre produira environ 1 900 kWh/an avec un vent à 4 m/s contre 4 900 kWh/an avec un vent de 7 m/s. De manière générale et à titre de comparaison, une bonne machine bien installée dans l'Aude (département le plus venteux de France), peut produire en moyenne 1 500 kWh par an et par kW (si l'éolienne affiche une puissance de 500 W, elle produira donc environ 750 kWh dans l'année). Une étude préalable plus poussée est donc obligatoire pour déterminer la faisabilité d'un tel projet.

Le budget dépend beaucoup de la qualité de l'éolienne. Une éolienne construite en Chine coûtera moins cher qu'une éolienne française ou américaine. En contre partie, selon la qualité, elle produira moins et sa durée de vie sera plus limitée. Mais si on y met un prix adéquat, la qualité chinoise est optimale. Elle est souvent meilleure qu'une qualité française.

La durée de vie d'une éolienne est comprise entre 20 et 30 ans (cela dépend beaucoup aussi de l'environnement et de l'entretien). L'amortissement du matériel peut se faire sur une dizaine d'années.

La création des ZDE permettent aux installations éoliennes qui sont situées dans leur périmètre de bénéficier de l’obligation d’achat, par EDF et les distributeurs non nationalisés, de l’électricité produite (article 10 de la loi n° 2000-108 du 10 février 2000). Les ZDE sont proposées par la ou les communes concernées qui doit préciser le périmètre des zones, définir la puissance installée minimale et maximale des éoliennes, donner des éléments facilitant l’appréciation de l’intérêt du projet au regard du potentiel éolien, des possibilités de raccordement aux réseaux électriques et de la protection des paysages, des monuments historiques et des sites remarquables et protégés.

Le petit éolien semble être appelé à se développer en tant que source complémentaire à l’énergie solaire. Dans les décennies à venir un réseau électrique intelligent (« Smart Grid » ou « Super Smart Grid¹⁾ ») devrait faciliter l'intégration du petit éolien au réseau électrique.

En France, environ 2 500 petites éoliennes ont été installées en 2012 ²⁾.

• l'Auto-construction
• annuaire du petit éolien
• étude théorique d'une éolienne
• conception d'une éolienne
• les Éoliennes urbaines

• Conditions d'implantation d'une éolienne sur le territoire d'une commune
• La législation du petit éolien
• Association Française des Professionnels du Petit Éolien