Énergie éolienne

Un article de Vev.

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Avertissement: Cet article fait partie d'une série de 5 articles:

• L'article Énergie éolienne traite de la place de cette énergie dans la production mondiale, de ses enjeux économiques et environnementaux.
• L'article Débat sur l'énergie éolienne confronte les arguments des opposants et des promoteurs de l'énergie éolienne.
• L'article Éolienne traite des principes, de la technologie, du calcul et du choix des sites éoliens.
• L'article Petit éolien traite de l'usage domestique des éoliennes de faible puissance.
• L'article Énergie éolienne au Québec traite de l'implantation et du débat sur le sujet au Québec.

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L'énergie éolienne est l'énergie du vent et plus spécifiquement, l'énergie tirée du vent au moyen d'un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent. L'énergie éolienne est une énergie renouvelable, elle tire son nom d'Éole (en grec ancien Αἴολος / Aiolos), le nom donné au dieu du vent dans la Grèce antique .

L'énergie éolienne peut être utilisée de deux manières :

• Conservation de l'énergie mécanique: le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (Navire à voile ou char à voile), pour pomper de l'eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d'un moulin.
• Transformation en énergie électrique: l'éolienne est couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne de manière autonome avec un générateur d'appoint (par exemple un groupe électrogène) et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie.

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Sommaire 1 Quelques ordres de grandeur 2 Situation actuelle de la technologie 2.1 Un peu d'histoire 2.2 Comparatif des installations productrices d'électricité 2.3 Utilisation de l'énergie éolienne en site isolé 2.4 Énergie éolienne dans le réseau électrique français 2.5 Caractéristiques techniques 3 Économie mondiale de l'énergie éolienne 3.1 L'éolien en Europe 3.2 L'éolien en France 3.3 L'éolien au Québec 4 L'avenir de l'énergie éolienne 4.1 La technologie 4.2 Le stockage 4.3 L'éolien offshore 4.4 L'éolien urbain 4.5 Projection des productions électriques mondiales éoliennes et nucléaires 5 Débat sur l'énergie éolienne 6 Repères 7 Liens externes 8 Références

Quelques ordres de grandeur

• L'énergie éolienne provient à l'origine du soleil (lire la suite), comme toutes les énergies renouvelables (exceptées les énergies géothermique et marémotrice). Or, la Terre reçoit en 30 minutes l'équivalent en énergie solaire de la consommation annuelle de l'humanité, tous types d'énergies confondus. 1 à Modèle:Formatnum:2  % de cette énergie provenant du soleil est convertie en vent, soit 50 à 100 fois plus que l'énergie convertie en biomasse par la photosynthèse.<ref>Source : Danish Wind Energy Association - [1]</ref>

• Une éolienne de Modèle:Formatnum:2  MW alimente en électricité environ 4000 personnes (hors chauffage), soit une production annuelle de 4 à 5 millions de kWh. <ref>Source : ADEME. Consommation moyenne d'électricité par habitant en France (hors chauffage électrique) : Modèle:Formatnum:1100  kWh. </ref>

• Au premier semestre 2007, la France possède Modèle:Formatnum:2  GW de puissance éolienne installée, uniquement à terre (il n'y a pas encore de champs offshore). L'Allemagne en possède Modèle:Formatnum:20  GW, les USA et l'Espagne 11 GW, l'Inde 6 GW et le Danemark 3 GW.

• En France, le potentiel éolien est très important (le 2^e d'Europe) : 20 GW terrestres pour une production de 50 TWh par an, et 40 GW offshore pour une production de 150 TWh par an<ref>http://www.espace-eolien.fr/Eolien/200twh.htm</ref>. Le potentiel éolien théoriquement exploitable est donc de 200 TWh par an, soit près de la moitié de la consommation française d'électricité (450 TWh en 2006).

• Cette production de 200 TWh/an représenterait : pour l'offshore, 40 grandes centrales éoliennes installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales de 200 m ; pour les sites terrestres, 10 000 éoliennes, soit moins du quart du nombre de pylônes très haute tension (400 kV) installés en France (qui mesurent 50 à 55 m de haut - et jusqu'à 100 m dans les zones vallonnées, contre 70 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).

Situation actuelle de la technologie

Un peu d'histoire

Pendant des siècles, l'énergie éolienne a été utilisée pour fournir un travail mécanique. L'exemple le plus connu est le moulin à vent utilisé par le meunier pour la transformation du blé en farine, on peut aussi citer les nombreux moulins à vent servant à l'assèchement des polders en Hollande.

Par la suite, pendant plusieurs décennies, l'énergie éolienne a servi à produire de l'énergie électrique dans des endroits reculés et donc non-connectés à un réseau électrique. Des installations sans stockage d'énergie impliquaient que le besoin en énergie et la présence d'énergie éolienne soit simultanés. La maîtrise du stockage d'énergie par batteries a permis de stocker cette énergie et ainsi de l'utiliser sans présence de vent, ce type d'installation ne concernant que des besoins domestiques, non appliqués à l'industrie.

Depuis les années 90, l'amélioration de la technologie des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 1 MW. Ces unités se sont démocratisées et on en retrouve aujourd'hui dans plusieurs pays. Ces éoliennes servent aujourd'hui à produire du courant alternatif pour les réseaux électriques, au même titre qu'un réacteur nucléaire, un barrage hydro-électrique ou une centrale thermique au charbon. Cependant, les puissances générées et les impacts sur l'environnement ne sont pas les mêmes.

Comparatif des installations productrices d'électricité

(chiffres de 2006)

• un aérogénérateur : de quelques kW jusqu'à 5 MW (la plupart des grandes éoliennes installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW)
• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 20 MW (record 20 MW : centrale solaire de Beneixama en Espagne , voir Wikipédia sur la page centrale solaire photovoltaïque )
• une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale de luz solar energy dans le désert de Mojave en Californie , USA ; voir wikipédia sur la page centrale solaire thermodynamique)
• une centrale hydro-électrique : de quelques kW à 3000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22400 MW au Barrage des Trois Gorges en Chine , voir le lien en fin de page)
• un réacteur nucléaire : de l'ordre de 900 à 1300 MW en général (record : 1550 MW à la centrale nucléaire de Civaux au sud de Poitiers) .

Toutefois la comparaison de puissance entre des techniques de production d'électricité aussi différentes que le nucléaire, le solaire ou l'éolien n'apporte que des informations limitées puisqu'à puissance égale leurs productions d'électricité annuelles sont fortement différentes.

Une tranche nucléaire de 1000 MW de puissance électrique peut délivrer, en l'absence d'incident et dans le cadre d'un fonctionnement en base, environ 8 000 000 MWh par an. Les centrales nucléaires fonctionnant en base atteignent des facteurs de charge supérieurs à 95%. En France, les centrales nucléaires font du suivi de charge (la puissance délivrée s'adapte aux fluctuations de la demande du réseau) grâce aux STEP qui permettent de stocker de l'énergie la nuit lors de la surproduction des centrales ( voir ci dessous le chapitre sur le stockage ) et ont des facteurs de charge de l'ordre de 80%, correspondant à une production annuelle de 7 000 000 MWh par tranche de 1000 MW électrique. Le chiffre retenu pour l'éolien européen installé est de 2 000 MWh de production annuelle par MW de puissance installée, soit un facteur de charge d'environ 23% (fonctionnement de 2 000 heures d'équivalent plein régime par an). Le solaire photovoltaïque produit entre 1 000 et 1 200 MWh par MW de puissance installée en France. Cette production varie en fonction du rendement des installations (celles d'avant l'an 2000 étaient de 10% alors que les nouvelles font plutôt 15%) et en fonction de l'ensoleillement du lieu. Les chiffres annuels de production solaire photovoltaïque annoncés par différents pays montrent des cas extrêmes : en Allemagne ils sont de 574 MWh par MW, et en Californie de 1 458 MWh par MW.

Utilisation de l'énergie éolienne en site isolé

L'énergie éolienne est aussi utilisée pour fournir de l'énergie à des sites isolés, par exemple pour produire de l'électricité dans les îles, pour le pompage de l'eau dans des champs, ou encore pour alimenter en électricité des voiliers, des phares et des balises. Ces éoliennes de petite puissance sont dites appartenir au petit éolien, par opposition au grand éolien ou à l'éolien industriel.

Quelques initiatives font penser que le petit éolien , c'est à dire l'éolien individuel , pourrait bientôt se développer en devenant compétitif et discret ; même en ville <ref>[2]</ref> .

Énergie éolienne dans le réseau électrique français

Le gestionnaire du réseau électrique français (RTE), estime que l'intégration de l'électricité éolienne dans le réseau actuel est possible sans difficultés majeures à hauteur de 10 à 15 GW, en particulier grâce à la présence en France de 3 gisements de vent indépendants, qui permettront un lissage de la production bien meilleur qu'en Allemagne ou au Danemark. <ref>http://www.rte-france.com/htm/fr/mediatheque/telecharge/bilan_complet_2005.pdf : Bilan prévisionnel RTE 2005 - Energie éolienne : p. 64 à 67</ref>

Les éoliennes raccordées au réseau électrique sont le plus souvent regroupées dans un parc éolien d'environ 5 à 50 machines, mais il existe aussi des machines isolées. On note également l'existence d'un projet, non encore réalisé, visant à intégrer des éoliennes de type Darrieus dans les pylônes électriques : le projet Wind'It.

RTE (Réseau de Transport d'Électricité), une filiale de EDF, achemine le courant électrique à travers le réseau. Ce courant électrique doit avoir une fréquence de 50 Hz (en France comme dans de nombreux pays à travers le monde, voir article : Réseau électrique).

Une éolienne raccordée au réseau se doit donc de fournir cette fréquence, quelle que soit la vitesse du vent. Cette fréquence constante passe par une vitesse de rotation constante des pales. Cette dernière est obtenue par régulation notamment avec l'orientation des pales.

Si la vitesse du vent est trop faible (par exemple moins de 10 km/h), l'éolienne s'arrête en raison des forces de frottement sec qui s'opposent à la rotation de l'hélice. Cette diminution de la vitesse de rotation ne permet plus de fournir cette fréquence. Dans ce cas, l'éolienne n'est donc plus productrice d'électricité, mais pourrait au contraire devenir consommatrice, il est donc nécessaire de la déconnecter.

Si la vitesse du vent est trop forte (supérieure à 100 km/h par exemple), l'éolienne est mise en sécurité et déconnectée du réseau, ses pales sont mises en drapeau et s'arrêtent pour éviter des sollicitations qui pourraient les briser.

La loi française oblige EDF à acheter le courant produit par les éoliennes ou par tout autre système de production d'électricité. D'autre part, le tarif d'achat de l'énergie éolienne est bonifié (sauf pour les éoliennes de plus de 12 Mw)<ref>Cité des sciences et de l'industrie</ref>, pour favoriser cette jeune filière en plein développement et permettre à la France d'atteindre les objectifs de la directive européenne.<ref>Directive 2001/77/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l'électricité produite à partir des sources d'énergie renouvelables sur le marché intérieur de l'électricité. Selon cette directive, la part d'énergie électrique d'origine renouvelable produite en France à l'horizon 2010 devrait être de 21% contre 15% en 1997.Actu-environnement.com : 29/06/2006. Les nouveaux tarifs d'achat de l'électricité renouvelable</ref>

Caractéristiques techniques

Le rendement énergétique (de même que la puissance développée) des éoliennes est fonction de la vitesse du vent au cube. Ainsi les éoliennes actuellement commercialisées ont besoin d'un vent dans la gamme de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s). Les futures éoliennes, dont les premiers prototypes sont mis en service courant 2006, acceptent des vents de moins de 4 à plus de 200 km/h (1 à 60 m/s). Comme l'énergie solaire et d'autres énergies renouvelables, l'éolien a besoin soit d'une énergie d'appoint pour les périodes moins ventées, soit de moyens de stockage de l'énergie produite (batteries, stockage hydraulique ou plus récemment, hydrogène).

Économie mondiale de l'énergie éolienne

Des milliers d'éoliennes fonctionnent à l'heure actuelle dans diverses régions du monde, avec une capacité totale de plus de 73 900 MW, et l'Europe y prend part à 65 % (fin 2006<ref>http://www.wwindea.org WWEA</ref>). Ne sont pas comptabilisées dans ce total quelques compagnies privées reliées ou non au réseau.

L'Allemagne est le principal producteur d'électricité éolienne avec Modèle:Formatnum:20622  MW de puissance installée à la fin de l'année 2006. L'Espagne est le deuxième producteur mondial avec Modèle:Formatnum:11615  MW. Fin 2006, les États-Unis avaient une puissance installée de Modèle:Formatnum:11603  MW, en troisième position derrière l'Allemagne et l'Espagne. La France était en 2006 le 10^e producteur d'énergie éolienne en Europe avec 1567 MW (WWEA 2006).

À titre de comparaison, la puissance installée en énergie nucléaire est de Modèle:Formatnum:21000  MW en Allemagne, de Modèle:Formatnum:63000  MW en France et de Modèle:Formatnum:98000  MW aux États-Unis (chiffres de 2003 <ref>Source : Agence internationale de l'énergie, 2003. Voir l'article Énergie nucléaire.</ref>)

Les chiffres ci-dessus doivent être pondérés en tenant compte d'un facteur de charge, c’est-à-dire de la durée de fonctionnement et de production de l'équipement dans une année. Pour l'éolien, le facteur de charge est d'au plus de Modèle:Formatnum:20  %. Par exemple pour l'Allemagne<ref>http://de.wikipedia.org/wiki/Windenergieanlage</ref> il n'est que de Modèle:Formatnum:16  % en 2005, contre un facteur de charge de plus de Modèle:Formatnum:80  % pour une centrale nucléaire<ref>http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Kraftwerke_%28Ausnutzung%29.PNG</ref>.
On peut observer de plus que le facteur de charge diminue avec l'augmentation du parc d'éoliennes, conséquence directe de l'exploitation de sites de moins en moins ventés.

Selon l'Observatoire des Énergies Renouvelables, dans un rapport publié par EDF<ref>La production d'électricité d'origine renouvelable dans le monde - 5ème inventaire - 5 mars 2004

  , EDF</ref>, l’éolien est actuellement la filière énergétique la plus dynamique dans le monde et plus particulièrement dans l’Union européenne où la production d’électricité éolienne a augmenté de Modèle:Formatnum:37.8  % par an en moyenne de 1993 jusqu'en 2002. Cette croissance a atteint Modèle:Formatnum:59  % par an sur la même période pour la France, qui était largement en retard dans ce domaine. Selon la même source, pour les années 2003-2004, la croissance dans l'Union Européenne reste soutenue avec un taux de 28,9% annuel (42,9% en France) sur ces deux années<ref>http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/html/inventaire/PDF/Fr/Chapitre03FR.pdf:La production d’électricité d’origine renouvelable dans le monde - 7e inventaire - 2005</ref>, et représente désormais 12,4% de la production d'ENR<ref>Energies Renouvelables</ref> de l'UE, en passe de détroner la production à partir de biomasse (production: 12,9%, croissance: 10,8%) comme 2e source électrique d'origine ENR après l'hydraulique (production: 73,3%, croissance nulle).

De nouvelles fermes éoliennes en mer (éolien offshore) sont envisagées partout dans le monde. Le Danemark est l'un des acteurs les plus importants, avec son laboratoire Risø, très renommé ; le pays produit environ 20 % de son électricité avec des éoliennes. Les éoliennes produisent 1 %<ref>http://www.wwindea.org WWEA</ref> de la production de l'électricité dans le monde. La taille la plus rentable et la plus pratique pour les éoliennes actuellement commercialisées semble être autour de 600 kW à 2 MW, groupées dans de grandes fermes éoliennes. Les nouvelles technologies en cours de développement cherchent à produire des systèmes beaucoup plus souples en terme de "puissance rentable". La plupart des éoliennes terrestres fonctionnent avec un facteur de charge de Modèle:Formatnum:25  % par année, mais certaines arrivent à Modèle:Formatnum:35  %.

• L'Allemagne, leader mondial dans cette filière, continue depuis 1999 à installer une moyenne de Modèle:Formatnum:2  GW de puissance supplémentaire par an .

• L'Espagne, depuis 2002, a adopté le rythme de l'Allemagne et développe sa puissance installée d'environ 2 GW par an également.

• Aux États-Unis, des études préconisent des projets gigantesques, mais les associatons d'écologistes s'y opposent et multiplient les actions en justice. (voir lien)

• Le Danemark, a quasiment stoppé le développement de ses installations depuis 2003 ; il en est au stade d'une économie de remplacement . La production d'électricité éolienne dans ce pays représente sensiblement 20 % de sa consommation d'électricité. A ce niveau, il n'est pas possible dans l'état actuel des connaissances et des techniques d'aller plus loin à cause de la variabilité imprévisible de la production d'électricité éolienne en injection directe sur le réseau . Des recherches sont en cours pour stocker une partie de la production sous forme d'hydrogène par exemple. Ces recherches ont pour objectif de pouvoir un jour dépasser cette limite des 20 % (site de recherche Espagnol de Sotavento à Montféra).

• La Chine, qui reste en 2005 le 3^e plus gros producteur d'énergie électrique derrière les Etats Unis (4.239 TWh) et l'Europe (3.193 TWh) avec 2.500 TWh produits ( source Agence Internationale de l'Energie ), devrait être le 5^e producteur mondial d'énergie éolienne en 2007 derrière l'Allemagne, l'Espagne, les Etats Unis et l'Inde . Son objectif est une puissance éolienne installée de 20 GW en 2020, soit une augmentation de plus d' 1 GW par an. Cet effort est malgré tout extrêmement modeste quand on voit que sa production d'électricité a augmenté de 860 TWh en 3 ans (1.640 TWh en 2002). Cette croissance de 860.000 GWh en 3 ans qui s'est faite pour l'essentiel par une multiplication de centrales au charbon est sans commune mesure avec la progression programmée de l'éolien. Ce pays a déclaré récemment (10.02.2007) ne pas avoir les moyens de passer aux énergies propres (voir lien).

• Le Royaume-Uni qui voit ses ressources pétrolières de la Mer du Nord diminuer rapidement année après année, a décidé d'exploiter au plus tôt son gisement éolien qui est le plus important d'Europe. Plusieurs projets en cours sont les plus importants au monde dans la situation actuelle.

• Au Canada, la production d'électricité par le vent est en augmentation, surtout dans les Prairies et au Québec. Dans cette dernière province, la compagnie d'état Hydro-Québec achète déjà 200 GWh à des producteurs privés de la région gaspésienne. Le gouvernement fédéral a annoncé un programme incitatif qui devrait porter la puissance installée à 10 GW d'ici la fin de 2015 ( source ACEE Canadienne ).

Rang	Pays (fin 2006)	MW
01	Allemagne	20 622
02	Espagne	11 615
03	États-Unis	11 603
04	Inde	6 270
05	Danemark	3 136
06	Chine	2 405
07	Italie	2 123
08	Royaume-Uni	1 963
09	Portugal	1 650
10	France	1 567
11	Pays-Bas	1 560
12	Canada	1 451
13	Japon	1 394
14	Autriche	965
15	Australie	817
16	Grèce	756
17	Irlande	643
18	Suède	564
19	Norvège	325
20	Brésil	237
	Total mondial	73 904
Source : World Wind Energy Association <ref>(en) Dossier presse : "New World Record in Wind Power Capacity: 14,9 GW added in 2006, Worldwide Capacity at 73,9 GW par World Wind Energy Association[pdf]</ref>

L'éolien en Europe

L'UE a décidé de produire 20 % de son électricité en énergie renouvelable, propre et sûre d'ici 2020. Ceci ne peut se faire sans éoliennes offshore, et donc sans établir un réseau électrique interconnecté capable de livrer l'électricité produite avec irrégularité en mer baltique ou en mer du nord au reste de l'Europe, ce qui est une des deux priorités annoncées par le commissaire européen à l'énergie Andris Peibalgs fin nov 2007. Celui-ci a confié une mission de coordination à l'Allemand Goerg Wilhmelm Adamowitsh<ref>Communiqué du Commissaire, vendredi 30 nov 2007</ref>.

La capacité de production électrique éolienne déployée en Europe a augmenté de Modèle:Formatnum:154  % entre 2000 et début 2006, ce qui constitue plus de la moitié des nouvelles capacités de production installées durant cette période<ref>{{lien web|url=http://epp.eurostat.cec.eu.int/pls/portal/docs/PAGE/PGP_PRD_CAT_PREREL/PGE_CAT_PREREL_YEAR_2006/PGE_CAT_PREREL_YEAR_2006_MONTH_05/8-22052006-EN-BP.PDF|titre=Données Eurostat</ref>).

Puissance éolienne installée dans l'union européenne fin 2006

Rang	Pays (fin 2006)	MW
01	Allemagne	20 621,9
02	Espagne	11 615,1
03	Danemark	3 136,6
04	Italie	2 123,4
05	Royaume-Uni	1 962,9
06	Portugal	1 716,4
07	France	1 635,0
08	Pays-Bas	1 560,0
09	Autriche	964,5
10	Grèce	746,5
11	Irlande	745,2
12	Suède	519,0
13	Belgique	193,1
14	Pologne	152,6
15	Finlande	86,0
16	Hongrie	60,9
17	Lituanie	54,0
18	République tchèque	50,0
19	Luxembourg	35,3
20	Estonie	32,0
21	Lettonie	27,0
22	Slovaquie	5,1
23	Chypre	0
24	Slovénie	0
25	Malte	0
Total européen		48 042,3
Source EurObserv'ER<ref>Le baromètre éolien : L’objectif Européen des 40 000 MW pulvérisé[pdf]</ref>

L'éolien en France

Selon EDF Parmi les énergies renouvelables, l’éolien a le plus fort potentiel de développement et représentera une part majoritaire dans la production d’énergies renouvelables hors hydraulique. L’éolien apportera ainsi sa contribution à l’indépendance énergétique de la France<ref>http://www.edf.com/21863d/Accueilfr/LesenergiesEDF/PDFsEnergiesEDF/pdfeolien</ref>.

Au début de l'année 2005, le parc éolien français comptait 629 éoliennes. La France avec ses DOM produisait Modèle:Formatnum:386  MW ce qui représentait moins de Modèle:Formatnum:1  % de sa consommation électrique totale.

Deuxième gisement éolien d'Europe (ressources en vent) après le Royaume-Uni, la France tente actuellement de combler le retard accumulé dans son exploitation. L'obligation d'EDF dans l'achat d'électricité d'origine éolienne rend les investissements éoliens rentables. Le parc installé en mars 2006 atteint les Modèle:Formatnum:1000  MW mais les objectifs affichés pour l'éolien sont de 10 000 MW en 2010 (6000 à 9000 éoliennes).<ref>La France s’est fixée comme objectif, dans le cadre de la directive européenne 2001/77/CE du 27 septembre 2001 sur l’électricité renouvelable (Réf. 1), de produire 21% de sa consommation d’électricité à partir de sources renouvelables en 2010. Il faudra donc produire en 2010, 106 TWh d’origine renouvelable contre 71 TWh aujourd’hui. L’éolien devra représenter 75 % des 35 TWh d’électricité renouvelable supplémentaires en 2010, ce qui impose la mise en place d’au moins 10000 MW éoliens sur le territoire national (source: Jérôme GOSSET et Thierry RANCHIN: Bilan et prospective de la filière éolienne française) [3]</ref>
La première région productrice reste le Languedoc-Roussillon (17 parcs et 64 machines pour 162 MW), suivie par la Bretagne (125 MW), Champagne Ardennes (81 MW), la Picardie (71 MW), Rhône-Alpes (68 MW), la Lorraine (65MW), le Nord-Pas-de-Calais (63 MW). Par la création de 8 parcs nouveaux produisant 170,2 MW, le Languedoc-Roussillon augmente son potentiel dans la période 2005 - 2007 et devrait rester la première région productrice en France.
Des régions comme l'Aquitaine, la Bourgogne, la Franche-Comté et l'Alsace n'ont réalisé à cette date aucune implantation.

Rang	Région (mars 2006)	MW
01	Languedoc-Roussillon	162
02	Bretagne	125
03	Champagne-Ardenne	81
04	Picardie	71
05	Rhône-Alpes	68
06	Lorraine	65
07	Nord-Pas-de-Calais	62
08	Centre	56
09	Auvergne	39
10	Midi-Pyrénées	25
11	Pays de la Loire	24
12	Provence-Alpes-Côte d'Azur	21
13	Corse	18
14	Basse-Normandie	13
15	Haute-Normandie	12
16	Poitou-Charentes	9
17	Limousin	9
18	Aquitaine	0
19	Bourgogne	0
20	Franche-Comté	0
21	Alsace	0
	Total France	861
Source : Ministère de l'Environnement

L'industrie de l'énergie éolienne évoluant très rapidement, il est utile de noter qu'aujourd'hui les chiffres ci-dessus ne sont plus du tout d'actualité. A titre d'exemple, début 2007, la région Centre à une capacité de 260 MW, dont 77 éoliennes situées dans le seul département d'Eure-et-Loir.

L'éolien au Québec

La politique énergétique du Québec prévoit le développement de projets éoliens totalisant 4.000 MW d'ici 2013. Le développement du potentiel éolien du Québec se fait essentiellement par le recours aux entreprises privées qui sont sollicitées via un système d'appels d'offre. Plusieurs groupes réclament plutôt que la Société d'état Hydro-Québec développe elle-même ses propres projets éoliens et qu'elle demeure propriétaire des moyens de production d'électricité, comme c'est le cas avec la grande majorité des centrales hydro-électriques de la province.

L'avenir de l'énergie éolienne

La technologie

La montée du prix des énergies fossiles a rendu les recherches dans le domaine de l’éolien plus attirantes pour les investisseurs.^{[réf. nécessaire]}.

La technologie actuellement la plus utilisée pour capter l’énergie éolienne consiste à placer au bout d’un axe horizontal des pales formant une hélice. Certains prototypes utilisent un axe de rotation vertical: une nouvelle technologie à axe vertical est celle du kite wind generator (inspirèe au kitesurf) que, pour capter un vent le plus fort possible, utilise des cables et des ailes qui peuvent arriver à 800/1000 m de hauteur. <ref>Site du Kite Wind Generator</ref>

La technologie à axe horizontal présente certains inconvénients :

• L'encombrement spatial est important, il correspond à une sphère d’un diamètre égal à celui de l’hélice, reposant sur un cylindre de même diamètre. Un mât de hauteur importante est nécessaire pour capter un vent le plus fort possible.
• Le vent doit être le plus régulier possible, et donc interdit des implantations en milieu urbain ou dans un relief très accidenté.
• Une pale de 40 mètres qui décrirait une rotation par seconde verrait son extrémité avancer à une vitesse de 250 m/s, soit environ 900 km/h. C'est la raison qui explique le bruit aérodynamique des pâles et une des raisons de la mise en arrêt des éoliennes par vent fort. Dans la pratique les pales des grandes éoliennes ne dépassent jamais une vitesse de l'ordre de 100 m/s à leur extrémité. En fait, plus l'éolienne est grande, et moins le rotor tourne vite (moins de 10 tours/minute pour les grandes éoliennes offshore).
• La production énergétique dépend directement de la force du vent, indépendamment des besoins, il faut donc prendre en compte l'évolution journalière ou saisonnière de la courbe de charge, voire le stockage de l’énergie produite.

Les nouvelles éoliennes en cours de développement permettent d'aboutir à une technologie qui s’affranchit du bruit, de l’encombrement et de la fragilité des éoliennes à pales, tout en étant capables d’utiliser le vent quelle que soit sa direction et sa force. De nombreuses variantes sont étudiées par des essais réels en grandeur nature. Certaines éoliennes sont de petite taille (3 à 8 mètres de large, 1 à 2 mètres de haut), avec pour objectif de pouvoir les installer sur les toitures terrasses des immeubles d’habitation dans les villes, ou sur les toitures des immeubles industriels et commerciaux, dans des gammes de puissances allant de quelques kW à quelques dizaines de kW de puissance moyenne. Leur vitesse de rotation est faible et indépendante de la vitesse du vent. Leur puissance varie linéairement avec la vitesse du vent, qui peut varier de 5 km/h à plus de 200 km/h, sans nécessiter la célèbre "mise en drapeau" des éoliennes à pales.

Le stockage

A grande échelle un des meilleurs moyens de stocker l'électricité est l'énergie hydroélectrique. Les STEP (stations de transfert d'énergie par pompage) sont constituées d'un bassin inférieur et d'un bassin supérieur (naturels ou artificiels), qui permettent de stocker de l'énergie (par exemple de l'électricité éolienne ou nucléaire) lors des périodes de basse consommation en pompant du bassin inférieur vers le bassin supérieur, et de la restituer lors des périodes de forte demande en faisant transiter par un turbine l'eau du bassin supérieur vers la bassin inférieur. Les STEP présentent l'intérêt de pouvoir stocker de très grandes quantités d'énergie (jusqu'à plusieurs centaines de GWh, soit l'équivalent de plusieurs centaines d'heures de fonctionnement d'un réacteur nucléaire), avec un excellent rendement (80 à 85%), et de se mettre en marche très rapidement (en quelques minutes). En France la plus grande STEP est celui de Grand'Maison, avec une puissance maximale de 1800 MW (équivalente à 2 réacteurs nucléaires).

Sur le plan purement technique le dernier retour d'expérience sur une tentative visant le 100% de production d'électricité d'origine renouvelable , initiée en Allemagne en 2006 à la demande de Mme Merkel , démontre qu'il est possible d'y parvenir . Ce qui pourrait permettre à terme de rendre l'Allemagne totalement indépendante en énergie électrique . On peut consulter à ce sujet soit directement le rapport en Allemand [4] , soit en lire un compte rendu en français ici : [5] . Pour tenter cette expérience , le stockage de type STEP a été utilisé pour la partie éolien , exactement comme le fait la France avec le nucléaire pour adapter la production peu souple des centrales à la variabilité de la demande journalière ( dont la courbe peut être consultée ici : [6] ).

Une piste est l’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène, qui peut être stocké avant d’être reconverti en énergie selon les besoins au moyen d’une pile à combustible, produisant de l’électricité et de la chaleur. Le rendement global de ce cycle de production d'énergie est encore trop faible à l'heure actuelle pour rendre intéressant le stockage d'énergie par l'hydrogène. Les technologies liées à l'hydrogène nécessitent des progrès, principalement de coût de fabrication et de maintenance, avant de pouvoir passer à un stade industriel. Les premières piles à combustible raccordées sur des réseaux de distribution électrique ont été mises en service dans les années 1990.

Aux Etats Unis, une entreprise conçoit de nouvelles éoliennes qui produisent de l'air comprimé au lieu de l'électricité.<ref>http://www.generalcompression.com/index.html : General Compression - Stockage d'énergie éolienne par compression d'air </ref> Dans la nacelle des éoliennes au lieu d'un alternateur se trouve donc un compresseur d'air. L'air comprimé est stocké et permet de faire tourner un alternateur aux moments où les besoins se font le plus sentir. Le stockage permet de ne plus injecter en direct l'électricité sur le réseau au fil du vent. Du point de vue du stockage de l'énergie, cette façon de faire permet également d'économiser 1 conversion d'énergie. Avec le stockage sous forme d'hydrogène par exemple , il y a 2 conversions : électricité en hydrogène , puis hydrogène en électricité. Ici , il n'y en a qu'une : air comprimé en électricité. D'où une économie sur les pertes de conversion due au stockage / déstockage. Même si cette seule conversion entraîne encore des pertes, elles sont compensées par un prix de vente plus intéressant de l'électricité que l'on peut produire lors des fortes demandes, là où les prix sont nettement supérieurs. La production de l'électricité éolienne au seuls moments des pointes de consommation pourrait également permettre de ne plus surdimensionner les capacités de production électriques actuellement destinées à pouvoir passer en sécurité les maximums de consommation. Certains pensent même que l'on pourrait utiliser directement l'air comprimé ainsi produit pour alimenter des voitures automobiles propulsée avec ce fluide.

L'éolien offshore

L'installation de fermes éoliennes offshore est l'une des voies de développement de l'éolien, car elle s'affranchit en grande partie du problème des nuisances esthétiques et de voisinage, d'autre part le vent est beaucoup plus fort et constant qu'à terre. Cette solution permet le développement technique progressif d'éoliennes de très grande puissance.

Ainsi , la production d'électricité éolienne en mer est plus importante qu'à terre à puissance équivalente. On donne couramment comme moyenne 2 500 MWh par MW installé en mer au lieu de 2 000 MWh par MW installé à terre. Dans les zones maritimes géographiquement très favorables à l'éolien, les estimations des études indiquent le potentiel de cas extrèmes de 3 800 MWh par MW installé.

Diverses solutions sont envisagées pour diminuer le coût du kWh produit. Parmi les solutions étudiées, on peut noter :

• la construction d'éoliennes de plus grande puissance, produisant de 5 à 10 MW par unité ;
• la mise au point de systèmes flottants, ancrés, permettant de s'affranchir des coûts des fondations de pylones à grande profondeur.

Les projets des futures éoliennes offshore, à l'horizon 2010, visent une puissance de 10 MW unitaire, avec un diamètre de pales de 160 mètres.

Une option permettant de réduire le coût d'investissement au kW installé pourrait être à terme de coupler sur le même pylone une éolienne offshore et une ou plusieurs hydroliennes.

En France, la Compagnie du vent a annoncé en novembre 2006 son projet de parc des Deux Côtes, un ensemble de 156 éoliennes totalisant 702 MW, à 14 km au large de la Seine-Maritime et de la Picardie. En Angleterre, le consortium London Array a un projet à 20 km de l'embouchure de la Tamise, qui représenterait 271 turbines pour une puissance allant jusqu'à 1 000 MW <ref>Du vent pour des watts propres, 1^er février 2007</ref>. Avec le projet additionnel de Thanet, c'est maintenant 1800 MW qui devraient être installés dans l'estuaire de la Tamise . Le projet Britannique de Triston Knol fera quant à lui 1 200 MW.

Un concept encore plus innovant est développé par la compagnie norvégienne Norsk Hydro (spécialisée dans l'exploitation pétrolière et gazière offshore) : il consiste à créer des champs d'éoliennes flottantes, par 200 à 700 m de fond. Le principe est d'utiliser un caisson flottant en béton (ancré au fond au moyen de câbles) pour soutenir l'éolienne. Ce projet révolutionnerait l'éolien offshore, car il permettrait de ne plus se soucier de la profondeur, et donc d'installer des champs géants (jusqu'à 1 GW de puissance installée) loin des côtes. Cela permettrait par ailleurs de réduire le prix des champs éoliens offshore, en évitant la construction de coûteuses fondations sous-marines. <ref>http://www.hydro.com/library/attachments/en/press_room/floating_windmills_en.pdf : dossier éoliennes flottantes</ref>

L'éolien urbain

L'éolien urbain est un concept qui suppose que l'on peut installer et exploiter des éoliennes en milieu urbain. L'éolien urbain recherche des turbines éoliennes compactes capables de proposer une production d'électricité décentralisée, qui s'affranchirait du transport et des pertes générées.

Les turbines éoliennes existantes n'ont encore jamais atteint des rendements intéressants en milieu urbain. Toutefois, les concepteurs ont déjà mis au point des prototypes sur lesquels il n'y a plus de pales comme celles d'une hélice d'avion, mais un rotor fixé à ses deux extrémités, équipé de lames pour procurer un couple constant quelle que soit leur position par rapport à l'axe du vent. Dans certains projets est ajouté au rotor un stator extérieur, élément fixe destiné à dévier la course du vent afin d'optimiser le rendement de l'ensemble. La conception mécanique des turbines éoliennes les rend résistantes aux vents violents, et les affranchit du besoin d'être arrêtées quand le vent dépasse la vitesse de 90 km/h. Leur production est quasiment proportionnelle à la vitesse du vent jusqu'à plus de 200 km/h, sans palier limitant comme sur les éoliennes classiques.

Projection des productions électriques mondiales éoliennes et nucléaires

Depuis une dizaine d'années , la production d'électricité éolienne mondiale double approximativement tous les trois ans :

• 1997 : 8 GW / 16 TWh
• 2000 : 18 GW / 36 TWh
• 2003 : 39 GW / 78 TWh
• 2006 : 74 GW / 148 TWh

en continuant cette tendance on obtient :

• 2009 : 150 GW / 300 TWh
• 2012 : 300 GW / 600 TWh
• 2015 : 600 GW / 1 200 TWh
• 2018 : 1 200 GW / 2 400 TWh
• 2019 : 1 560 GW / 3 120 TWh (croissance de 30 % en un an)

La production d'électricité nucléaire mondiale plafonne autour de 2.700 - 2.800 TWh. Cette production semble devoir monter légèrement dans la décennie qui vient à cause de politiques volontaristes. Mais la croissance devrait être modérée, car en contrepartie, de nombreuses centrales arrivent en fin de vie.

Dans ces conditions, et sous réserve que ces tendances ne changent pas, les productions d'électricité mondiale éolienne et nucléaire pourraient faire jeu égal d'ici une douzaine d'années.

Débat sur l'énergie éolienne

Il existe une polémique, qui date de l'origine du moulin à vent, et porte sur les différentes nuisances (visuelles, sonores, etc.) et sur les intérets (économiques, emplois, etc.) de l'énergie éolienne.

Repères

• L'éolien off-shore serait une solution pour réduire le problème d'intermittence du vent, et donc de la production d'électricité.
• Les autres axes de progrès escomptés sont le mix-énergétique (vent, solaire, géothermie) et le progrès du stockage de l'énergie.
• Les pays les plus avancés dans le développement de l'éolien (Allemagne, Danemark, etc.) résolvent les problèmes de l'intermittence avec notamment le thermique mais aussi l'achat d'électricité produite par d'autres pays.
• Les projections du "Scénario énergétique tendanciel à 2030 pour la France - DGEMP-OE(2004) - synthèse des travaux réalisés en 2004 par l’Observatoire de l’énergie de la Direction générale de l’énergie et des matières première" misent sur un potentiel éolien de 43 TWh en 2030, soit 11% de la production nucléaire à cette date, avec un potentiel installé de 19 GW en éolien, de 50 GW en nucléaire, pour un total de 144 GW de puissance nette installée. <ref>http://www.industrie.gouv.fr/energie/prospect/pdf/scenario-2004.pdf</ref>
• Le Danemark a cessé de bâtir des éoliennes depuis 2005, pourquoi?
• La Hollande a stoppé toute forme de subvention à l'éolien également.
• Le réseau allemand de transport/distribution d'électricité est au bord de la rupture et doit stopper l'arrivée d'énergie éolienne les jours de grand vent car le problème de l'intermittence du vent n'est pas et ne sera pas résolu par "l'off-shore" car ce dernier est soumis aux mêmes conditions climatiques régionales que le "terrestre".
• Par jour de vent nominal, l'éolien danois ne peut écouler son courant autrement que...de le dissipper par des résistances électriques dans les chaudières de centrales thermiques ordinaires, divisant par 3 son effet anti-CO2. C'est le seul moyen de faire de l'économie de CO2, dépenser une calorie chère pour en fabriquer 1/3 pour le même prix. Gaspillage.
• Pour éviter ce gaspillage, il faut que cette énergie aléatoire soit utilisée par des clients qui acceptent une fourniture aléatoire (chauffage d'appoint) à prix au plus égal à celui du gaz/fuel augmenté de la perte dûe au rendement de la chaudière (1/80% = x1.25).
• Il nous faut donc modifier nos habitudes de vie pour permettre l'utilisation effective d'énergie douce aléatoire mais puissante. C'est un virage de civilisation qui nous rapprochera de la Nature.

Liens externes

• (fr) Visite guidée de l'énergie éolienne. Un des sites les plus complets en langue française sur l'énergie éolienne : plus de 100 pages sur le vent, la technologie, les coûts, l'environnement, etc...
• (fr) Cadre législatif en France concernant l'installation d'éoliennes (fichier PDF)
• (fr) (en) The Wind Power Base de données sur les champs éoliens et sur les éoliennes.
• (fr) Planète éolienne. Un site de référence sur l'éolien en France.
• (fr) vent de colere. Un site très complet sur les inconvénients des éoliennes.

Références

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