A) Son fonctionnement

Pour commencer à produire de l'énergie, une éolienne a besoin d'une vitesse de vent minimale, dites vitesse de démarrage. Pour la plupart des éoliennes, cette vitesse de vent est de 4 m/s soit 14,4 km/h.

Quand le vent augmente, la production augmente avec le cube de la vitesse du vent . Pour une certaine vitesse de vent ou vitesse nominale, la puissance qui arrive sur la génératrice est égale à la puissance maximale de cette génératrice. Afin d'éviter la destruction de la génératrice il faut limiter la puissance de la génératrice. La vitesse de vent nominale pour les eoliennes est de 12 m/s soit 43 km/h .

Quand le vent est trop violent, lors de tempètes, l'éolienne doit être arrêtée : c'est la vitesse d'arrêt, en général de 25 m/s ou 90 km/h. Le fait de faire fonctionner une eolienne à grande vitesse obligerait le renforcement de cette derniere pour un interêt mineur.

Pour les vitesses de vent comprises entre la vitesse nominale et la vitesse d'arrêt, la production est constante, égale à la puissance de la génératrice. En général la puissance est régulée au niveau du rotor, soit par calage variable des pales, soit par décrochage aérodynamique.

Le courant ainsi produit, d’une tension de 400 à 690 Volts, est ensuite transporté par câble souterrain jusqu’au poste de livraison. Il y est élevé à une tension supérieure (20 000 V) afin d’être injecté sur le réseau national.

Les elements d'une éolienne

Une éolienne est un dispositif mécanique destiné à convertir l’énergie du vent en électricité. Elle est composée des principaux éléments suivants : d'une nacelle, d'un mat et des fondations.

1) La nacelle :

Elle permet de transformer l' energie cinétique receuillie par les pâles en énergie mécanique qui est ensuite transformée en énergie électrique, qui après transformation et amplification de la tension, est distribuée ou stockée.

2) Le mat :

Il a une hauteur d’une centaine de mètres en moyenne, qui soutient la nacelle afin que celle-ci puisse capter des vents plus hauts donc plus forts, car le vent n' est confronté à aucun obstacle ( maisons, arbres, ...) ;

Le mat est constitué de trois parties, qui sont reliées par des boulons qui ne sont pas serrés au maximum pour permettre une certaine extension. Les boulons s'étirent, il faut donc les resserrer régulièrement. Le courant est produit en 690V continus en haut de l'éolienne. Il est apporté en bas de l'éolienne par des câbles qui passent dans le mat puis est transformé en 20 000V alternatif par un puissant transformateur. De plus, il doit être assez robuste pour résister à une éventuelle surcharge due au givre ou à un vent trop fort. 

Le fonctionnement de l' éolienne est controlé par des ordinateurs qui se situent au niveau de la terre . Les informations mesurées par la girouette et l' anémometre permettent à l' ordinateur de controler le freinage voir l' arrêt des pales si le vent est trop puissant et permettent aussi de controler l' orientation du rotor face au vent. Un compteur de tours y est attaché, qui permet, si l'éolienne continue de s'orienter dans le même sens pendant une longue période, de faire tourner l'éolienne dans l'autre sens afin d'empêcher les câbles de trop se torsader. Cette partie est la première à être posée.

3) Les fondations :

Les fondations sont en béton armé; ce sont des blocs d'environ 100 tonnes voir plus, enterrés à 5 à 6 mètres de profondeur. Au dessus de ces fondations, une autre dalle est coulée afin de fixer la première partie du mat.

Coulage du béton pour réaliser les fondations d'une éolienne

Fonctionnement d'une éolienne

4) Et l'éolien offshore ?

L'éolien offshore, est d'abord plus cher que l'éolien terrestre, de 50% à 100% suivant les sites (profondeur, distance au réseau, complexité du sous-sol...). Ensuite, son coût d'entretien et de maintenance est lui aussi plus élevé, là encore de 50% à 100% suivant les sites et la stratégie de l'opérateur. On arrive donc à des coûts du kWh de plus de 0,1 Euro, pouvant aller jusqu'à 0,2 Euro : un peu cher !

Mais ce coût diminuera avec l'apprentissage, le développement de technologies adaptées etc... Les premières installations coûtent cher, mais ne rien faire a aussi un coût... d'autant que les énergies fossiles vont augmenter.

L’énergie éolienne convertit l’énergie du vent (source ennergetique illimitée à l’échelle humaine) en électricité, et ceci sans produire aucun déchet, ni émettre de CO2. Mais la fabrication de ces dernierres nécéssite l'utilisation de beaucoup de divers moyens .

par exemple pour la création de la dalle en beton il faut faire intervenir des dizaines de camions, pour l'installation du mat il est nécessaire d'utiliser plusieurs grues ...

Au cours du temps, l’éolien a constamment évolué et son mécanisme de fonctionnement ne cesse d’être amélioré et modernisé.

B) Son coût, ses capacités ...

1) Le coût

coût de l’installation d’ une éolienne

Le coût de l’éolienne et de son installation varie selon les dimensions et des capacités de production de celle-ci. De fait, pour un kW installé, il va falloir déboursé 1000€ (en moyenne) . Pour obtenir le coût de production final, il faut multiplier cette somme par le nombre de KW qu’ elle produira. Par exemple, pour une éolienne de 600 kW, on compte environ 500 000 € et 1 067 000 € pour une turbine de 1000 kW.

Production annuelle

La capacité d'une éolienne à produire de l'énergie,est nommée « puissance nominale » C’ est l’énergie que peut produire une éolienne par rapport aux temps dans des conditions optimales de fonctionnement (c’est à dire si la vitesse et la direction du vent sont optimal). Elle s'exprime en Kilowatts (KW) ou en mégawatts(MW). . Cette puissance nominale peut varié de 100 kilowatts pour les petites éoliennes à 5 mégawatts pour les éoliennes de nouvelles générations.

Relation entre le diamètre du rotor des éoliennes et leurs puissances

Si nous prennons une éolienne de 1MW ou 1000 KW qui chaque heure, dans des conditions optimales produira 1 mégawatt-heure (MWh), chaque année, elle produira donc 8760MWh (24*365), toujours dans des conditions optimales.

Mais les conditions météorologiques ne sont pas toujours optimales . Il arrive qu'il n’y ai pas de vent. Ou qu' il y ai du vent mais pas suffisamment, ou de manière trop irrégulière, pour que l’éolienne fonctionne à 100% de ses capacités.

Ce qui donne a une éolienne a donc un facteur de capacité avoisinant 30%; en d'autres termes une éolienne ne fournie que 30% de l’énergie qu’elle pourrait réellement produire du fait d’un environnement pas forcément optimal. Toujours avec notre éolienne de 1MW de puissance nominale, la production annuelle devient donc 2628MWh (=30% x 8760).

Au lieu de parler de facteur de capacité, on utilise aussi souvent le nombre d’heures de fonctionnement. On l’aura compris, une éolienne peut fonctionner chaque année 8760 heures. Mais en équivalent « heures de fonctionnement dans des conditions optimales », l’éolienne ne fonctionne en fait que 2628 heures (cela veut dire que l’éolienne produit en un an, ou 8760 heures, l’énergie qu’elle pourrait produire en seulement 2628 heures à plein régime). On considère que le seuil de rentabilité d’une éolienne est 2000 heures de fonctionnement. En-dessous de ce seuil, le risque d’avoir une exploitation déficitaire devient important.

Cependant, il existe de nouvelles éoliennnes plus puissantes de 5MW pouvant allées jusqu' à 120 mettres de hauteur. De ce fait il faudrait environ 250 éoliennes pour remplacer une centrale nucléaire.

Coût de revient du kWh

Deux facteurs rentrent en compte pour le calcul du coût de revient du kWh. Premièrement le coût initial de l’ installation, et ensuite la moyenne des vents du lieu d’ implantation. C’ est à dire que plus la vitesse du vent est élevée, plus la production d’ énergie augmentera, ce qui entraînera une baisse du prix du kWh à la revente. Par exemple : pour une puissance nominale de 1000 kW le prix est en moyenne 4.1 centimes d’euro le kWhpour une éolienne. L’éolienne est donc devenue une énergie compétitive si on la compare à d’autres formes plus développées comme le gaz naturel 4,5 centimes le kWh ou le fioul domestique 6,5 centimes le kWh. Néanmoins, le coût du nucléaire reste, avec 2.81 centimes d’euro, l’énergie la moins chère.

2) Les Capacités

En juin 2007, la France compte au total 2 000 MW de puissance installée ou environ 1 700 éoliennes, réparties dans 200 parcs éoliens. La France a ainsi connu une forte augmentation de la puissance installée ces dernières années, même si on remarque encore un retard de développement par rapport aux allemands (22 000 MW) ou aux espagnols (12 000 MW), alors que nous bénéficions du deuxième gisement éolien d'Europe après le Royaume-Uni.

La grande majorité des régions françaises est concernée par le développement de l'éolien. On distingue à l'heure actuelle trois régions leaders : le Centre (324 MW installés), le Languedoc-Roussillon (275 MW) ou la Bretagne (254 MW). Depuis 2006, presque toute les régions françaises sont concernées par le développement de l'énergie éolienne.

Le taux de croissance de la puissance installée en France entre 2005 et 2006 s'est élevé à +107%. La France est ainsi passée de la 9ème à la 7ème place sur le plan européen.

Puissance installée en France métropolitaine

Par calcul nous pouvons calculer le nombre d' éoliennes qu'il faudrait pour remplacer une central nucléaire :

Une éolienne: une éolienne de 1 MW a une production anuelle de 2628 MWH/Ans

Centrale nucléaire: une centrale produit environ 20,000,000 MWH/Ans

On peut en deduire qu' il faudrait environ 7600 éoliennes pour remplacer une centrale nucléaire .

Si cette hypothese ce réaliserais il y aurais beaucoup trop de probleme d' un point de vue territorial et écoligique ...