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Énergie & écologie

Quel est le fonctionnement d’une éolienne ?

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Dans le monde, l’éolien occupe encore une place modeste, et ne produit que 4% de l’énergie totale. La France ne fait guère mieux, avec 4,5 % de l’énergie totale¹ captée sur les vents. Mais les choses changent. Les investissements se multiplient dans le monde entier. Ainsi, 2019 fut une année record² pour le secteur éolien, qui enregistre une croissance de 19% par rapport à 2018 (basée sur la capacité d’énergie produite). Et tout porte à croire qu’il ne s’agit pas d’un effet de mode, mais d’une lame de fond… Il va donc falloir nous familiariser avec ces drôles d’objets. Quel est le fonctionnement d’une éolienne ? Comment allume-t-on la lumière à Dunkerque parce que le vent souffle au large de Boulogne ? Toutes les réponses ci-dessous !

Principe de fonctionnement d’une éolienne

Il existe différents types d’éoliennes. Certaines sont sur l’eau. D’autres sont sous l’eau. D’autres, encore, ont des formes un peu bizarres qui ressemblent à des fouets de cuisine… Mais commençons par expliquer le fonctionnement de l’éolienne classique, celle qui peuple nos campagnes et que les techniciens appellent “éolienne horizontale”

Anatomie d’une éolienne

Une éolienne est faite de plusieurs morceaux. Décrivons les, de bas en haut.

Au départ, donc, il y a les fondations. Comme les arbres, les éoliennes s’enfoncent profondément sous la terre pour ne pas s’effondrer au moindre courant d’air.  Ces fondations sont très impressionnantes : par exemple, pour une éolienne de 80 mètres de haut, les fondations plongent à trois mètres de profondeur, font vingt mètres de diamètre, et sont composées d’acier (25 tonnes) et de béton (600 tonnes). C’est sur cette immense structure, cachée à nos yeux, que vient se fixer le mât, fait d’acier ou de béton, qui lui mesure entre 65 et 140 mètres.

Tout en haut se trouve un système d’orientation, qui permet de tourner l’éolienne face au vent changeant. Sur ce support tient le fameux générateur, qui capte l’énergie cinétique des pâles à travers le moyeu. Enfin, l’ensemble est doté de deux systèmes de sécurité : un frein mécanique (si jamais le vent devient trop puissant) et d’un système de régulation électrique (qui ralenti le générateur en cas de surrégime également).

Fonctionnement de l’éolienne : comment transformer le vent en électricité ?

Le principe d’une éolienne est simple. Il s’agit de transformer l’énergie du vent en énergie cinétique (le mouvement des pales), puis de transformer cette énergie cinétique en énergie électrique – et ça, c’est le boulot du générateur.

En général, les générateurs des éoliennes sont des alternateurs (un peu comme des dynamos de vélo, mais en plus gros), composés d’un rotor (partie mobile) qui tourne autour d’un stator (partie fixe). Dans le générateur, le rotor est en fait un gros aimant, et le stator un enroulement de fils où le courant électrique va naître – généré par les variations du champ magnétique.

Turbine éolienne fonctionnement
L’éolienne est un peu plus qu’un simple “moulin à vent”…

Quelques cas particuliers

Bon. Nous avons vu le cas classique. Maintenant, voyons comment fonctionnent les autres éoliennes, celles qui sont plus rares… Les éoliennes fonctionnent-elles différemment en pleine mer ? Et quand elles sont plusieurs, regroupées “en centrales”, est ce que cela change quelque chose ? C’est ce que nous allons voir…

Le fonctionnement d’une éolienne offshore

Cette technologie reste rare. Il n’existe, pour le moment, aucun parc éolien offshore en France, mais l’État planifie d’en construire 7 au large de ses côtes entre 2022 et 2027 ! Les premiers travaux ont commencé cet été, à Fécamp, en Normandie. Sur ce sujet, vous en apprendrez plus via notre article dédié à l’état des lieux de l’éolien en France.

Les éoliennes offshore sont de deux types : il y a les éoliennes flottantes (loin des côtes, où les courants sont forts et l’eau profonde), et les éoliennes posées, dont la structure est similaire à celle des éoliennes terrestres.

Ces éoliennes offshore ont deux avantages : elles ne gâchent pas le paysage et leur potentiel est beaucoup plus important (car les vents en mer sont plus forts et plus réguliers). On estime qu’une éolienne en mer produit 60% d’énergie en plus qu’une éolienne terrestre

Au départ, les éoliennes offshore étaient identiques aux éoliennes terrestres. Mais petit à petit, les ingénieurs ont légèrement modifié les modèles offshore pour qu’elles soient plus adaptées à leur environnement : elles sont souvent plus grandes (jusqu’à 176 mètres), plus résistantes, et leurs pâles sont plus larges. Mais leur fonctionnement reste plus ou moins identiques à celui de leurs cousines continentales.

L’énergie produite offshore revient ensuite sur la terre ferme via des câbles sous-marins. 

Fonctionnement d’une éolienne verticale

Ces éoliennes tournent sur un axe vertical ; les pâles, elles aussi, sont donc verticales.

Pour le reste, elles fonctionnent exactement comme des éoliennes classiques.

Ces éoliennes sont plus souvent utilisées dans un cadre domestique, par des agriculteurs ou des PME, car elles sont plus petites et moins encombrantes que les grandes éoliennes horizontales. Par conséquent, elles produisent aussi moins d’énergie.

La différence n’est donc pas tellement dans le fonctionnement, mais dans le rendement ! Pour en savoir plus sur cette notion, nous vous conseillons notre article dédié au calcul du rendement d’une éolienne.

Comment fonctionne une centrale éolienne ?

Souvent, le terme “centrale éolienne” est utilisé indifféremment pour désigner l’éolienne seule ou en groupe ; pourtant, techniquement, seule la deuxième acception est exacte. Plus souvent, néanmoins, on parle de “parc éolien” ou de “ferme éolienne”.

Le fait de regrouper plusieurs éoliennes au même endroit, sous la forme de centrales, a plusieurs avantages. Cela permet de faire des économies sur les infrastructures et l’entretien – c’est notamment vrai pour les éoliennes offshore. De plus, les centrales sont parfois couplées avec une unité de stockage (en fait, une grosse batterie) pour que l’énergie soit disponible tout le temps, même quand le vent ne souffle pas. Ce genre d’installation n’est pas forcément rentable pour une seule éolienne.

Enfin, les centrales éoliennes peuvent être dotées de systèmes de contrôle intelligents, qui stabilisent l’énergie produite afin de ne pas perturber le reste du réseau électrique dans la région. Bref. En centrales, les éoliennes sont plus efficaces, plus souples, et plus rentables.

Centrale éolienne en mer
Une centrale éolienne offshore

Si le sujet vous intéresse et que vous aimeriez en savoir plus, nous vous recommandons vivement de consulter notre dossier dédié : Énergie éolienne, énergie d’avenir ?

 

 

Sources :

1 Planetoscope, Production mondiale d’énergie éolienne

2 Business France, L’éolien mondial, bilan et perspectives à l’heure du COVID19

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