Le mot « éolienne » vient du grec Αiολος (Éole), le dieu des vents. Le terme signifie également « rapide », « vif » ou « inconstant ».
Depuis l'Antiquité, les moulins à vent convertissent l'énergie éolienne en énergie mécanique (généralement utilisé pour moudre du grain). De nos jours, on trouve encore des éoliennes couplées à des pompes à eau, généralement utilisées pour irriguer des zones sèches, assécher des zones humides, ou abreuver le bétail. En 1888, Charles F. Brush construit une petite éolienne pour alimenter sa maison en électricité, avec un stockage par batteries. La première éolienne « industrielle » génératrice d'électricité est développée par le danois Paul La Cour en 1890, pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse. Dans les années suivantes, il crée l'éolienne Lykkegard, dont il aura vendu 72 exemplaires en 1908. Une éolienne expérimentale de 800 KVA a fonctionné de 1955 à 1963 en France, dans la Beauce. Elle avait été conçue par le Bureau d'Etudes Scientifiques et Techniques de Lucien Romani et exploitée pour le compte d'EDF. Il y eut également une éolienne raccordée au secteur sur les hauteurs d'Alger (Dély-Ibrahim) en 1957. Cette technologie a été quelque peu délaissée par la suite et il faudra attendre les années 1970 pour que le Danemark reprenne les développements d'éoliennes.
Une éolienne permet de transformer l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. Elle se compose des éléments suivants :
Le mât permet de placer le rotor à une hauteur suffisante pour permettre son mouvement (nécessaire pour les éoliennes à axe horizontal) et/ou placer ce rotor à une hauteur lui permettant d'être entraîné par un vent plus fort et régulier qu'au niveau du sol. Le mât abrite généralement une partie des composants électriques et électroniques (modulateur, commande, multiplicateur, générateur, etc.).
Un rotor, composé de plusieurs pales (en général 3) et du nez de l'éolienne. Le rotor est entrainé par l'énergie du vent et peut être couplé directement ou indirectement à une pompe (cas des éoliennes de pompage) ou plus généralement à un générateur électrique. Le rotor est relié à la nacelle par le moyeu.
Dans le cas des éoliennes de grandes tailles visibles dans les sites appropriés à leur fonctionnement, une nacelle montée au sommet du mât et abritant les composants mécaniques et pneumatiques et certains composants électriques et électroniques nécessaires au fonctionnement de la machine.
Dans le cas des éoliennes produisant de l'électricité, un poste de livraison situé à proximité du parc éolien permet de relier ce parc au réseau électrique pour y injecter l'intégralité de l'énergie produite.
Il existe deux types d'éoliennes réunissant ces éléments :
Il s'agit d'une hélice perpendiculaire au vent, montée sur un mât. La hauteur est généralement de 20 m pour les petites éoliennes, et supérieure au double de la longueur d'une pale pour les modèles de grande envergure. Aujourd'hui les plus grandes éoliennes mesurent jusqu'à 180m en bout de pale avec un moyeu à 120m pour une puissance de 6 MW.
Le type Darrieus repose sur l’effet de portance subi par un profil soumis à l’action d'un vent relatif ; effet qui s'exercent sur l'aile d'un avion. On distingue plusieurs déclinaisons autour de ce principe, depuis le simple rotor cylindrique - deux profils disposés de part et d'autre de l'axe - jusqu’au rotor parabolique où les profils sont recourbés en troposkine et fixés au sommet et à la base de l'axe vertical. Une éolienne de ce type a fonctionné au Canada (au Parc Éole) de 1983 à 1992. De grandes dimensions (110 m de haut), le prototype s'est détérioré lors d'un coup de vent, il était conçu pour fournir 4 MW avec un générateur au sol ;
Le type Savonius, constitué schématiquement de deux ou plusieurs godets demi-cylindriques légèrement désaxés présente un grand nombre d'avantages. Outre son faible encombrement, qui permet d’intégrer l’éolienne aux bâtiments sans en dénaturer l’esthétique, il est peu bruyant. Il démarre à de faibles vitesses de vent et présente un couple élevé quoique variant de façon sinusoïdale au cours de la rotation. Une déclinaison de ce type d'éolienne est le Moulinet dont l’anémomètre constitue une bonne illustration. Citons aussi les modèles à écran où on masque le côté « contre-productif » de l’engin. Ce modèle utilise un système d’orientation de l’écran par rapport au vent, supprimant de fait un avantage essentiel des éoliennes à axe vertical. Ajoutons finalement que l’accroissement important de la masse en fonction de la dimension rend l’éolienne de type Savonius peu adaptée à la production de masse dans un parc à éoliennes ;
D'autres modèles sont construits aujourd'hui par diverses entreprises pour s'affranchir des limites introduites par la taille des pales, par leur vitesse de rotation et par le bruit. Le principe est celui d'un rotor d'axe vertical qui tourne au centre d'un stator à ailettes. Ce type de solution réduit considérablement le bruit tout en autorisant le fonctionnement avec des vents supérieurs à 220 km/h et quelle que soit leur direction. L'encombrement total est plus faible aussi bien pour l'espace au sol que pour la hauteur. Pour une éolienne de 3m de diamètre et 2m de haut, une production de 8 000 kWh/an est annoncée (en 2004).
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On distingue le "grand éolien", qui concerne les machines de plus de 500 kW, de l'éolien de moyenne puissance (entre 6 kW et 300 kW) et du petit éolien (entre 100 watts et 20 kW).
Le petit éolien, ou éolien individuel ou encore éolien domestique, désigne les éoliennes de petites et moyennes puissances, de 100 watts à 20 kilowatts, montées sur des mâts de 10 à 35 mètres, raccordées au réseau ou bien autonomes en site isolé. Le petit éolien est utilisé pour produire de l'électricité et alimenter des appareils électriques (pompes, éclairage, ...) de manière économique et durable, principalement en milieu rural. Par exemple, une petite éolienne accompagnée d'un module solaire photovoltaïque et d'un parc de batteries peut garantir l'autonomie énergétique d'un voilier (éclairage, instruments de bord...).
L'élément essentiel pour qu'une petite éolienne soit économiquement rentable est le vent, qui doit être à la fois puissant et fréquent.
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Les petites éoliennes classiques sont généralement à axe horizontal. Elles comprennent le plus souvent deux à trois pales et développent une puissance électrique de 100 watt à 20 kW. Elles sont fabriquées soit par des professionnels (AWP, Bergey, Eoltec, Lakota, Vergnet, ...), soit en autoconstruction.
En décembre 2004, a été ouvert à Narbonne (Aude) le Site Expérimental pour le Petit Eolien de Narbonne (Sepen) pour obtenir des données fiables sur les performances de ces équipements. Cette installation permet de tester dans des conditions de vent fort et soutenu, les performances de 4 "petites" éoliennes de moins de 10 kilowatts.
Exemple : La première éolienne autoconstruite raccordée au réseau électrique français a été installée à Rhodes, sur le lieu-dit "La porte du vent", une des premières collines de moyenne altitude (soit 700m) depuis l’atlantique, avec une vitesse moyenne du vent d’environ 5m/s soit 18km/h.
L’éolienne de la porte du vent possède les caractéristiques suivantes :
Éolienne tripale de 7m de diamètre fixée sur un mât auto porté de 18m de haut Puissance de 10kW à 13m/s soit 47Km/h Production annuelle estimée à 13000 kW/h équivalent à la consommation de l'exploitation Elle est raccordée au réseau EDF en basse tension 380V triphasé 50Hz avec sécurité et qualité du courant ce qui permet une injection vente comptabilisé des KW/H sur le réseau en cas de surplus de production et un rachat au même prix en cas d'un manque de vent. Un stockage limité en batteries peut assurer la sécurité d’approvisionnement électrique en cas de panne du réseau.
Le projet intitulé "les Moissonneurs du Vent" de la société Rebiwind SARL se propose de créer un groupement d'achat pour les agriculteurs souhaitant installer une petite éolienne sur leur terre. La coopérative Enercoop s'est engagée en 2006 à racheter le courant électrique produit.
L'éolien en milieu urbain est un concept dont les performances sont actuellement testées et validées par quelques entreprises françaises.
Le milieu urbain est peu adapté à la production d'énergie éolienne à cause du vent faible comparé aux terrains ouverts,turbulent et des variations rapides de vitesse et de direction.
Le potentiel de cette technologie est discuté, les promoteurs soulignant que la production d'électricité serait décentralisée directement sur le bâtiment abritant les consommateurs d'énergie, tandis que les opposants pointent le fait que le vent est très faible et très irrégulier en milieu urbain.
Les éoliennes dites urbaines sont des éoliennes soit à axe horizontal, soit à axe vertical. Ces dernières doivent être plus résistantes aux vents variables sans exiger de dispositif d'orientation au vent (qui est très sollicité pour les éoliennes à axe horizontal quand le vent est turbulent).
Toutefois, bien que présentées par leurs promoteurs comme "nouvelles", les différentes conceptions à axe vertical ont toutes déjà été testées depuis plusieurs décennies (à partir des années 1960), souvent par des industriels de renom, souvent sans déboucher sur des applications économiquement rentables.
Exemple : Nous retiendrons la réalisation du M. Robert Laurent, qui a installé en 2005 une éolienne, rentabilisée depuis, dans son jardin (il bénéficiait cependant de conditions géographiques optimales, c'est-à-dire un grand site exposé à des vents rapides), répondant aux caractéristiques suivantes : Modèle AWP3.6 à 3 pales avec un diamètre développé de 3,6 mètres, 2 nappes de 4 haubans et une hauteur de mât de 24 mètres.
Puissance = 1.5 KW.
Vitesse de vent : au démarrage 3m/s ; nominale 11m/s ; de survie 50m/s.
Production avec un vent de 6m/s : 4.500 KWh/an.
L'injection de la production est faite directement dans le réseau domestique, avec 2 appareils électroniques:
Une telle installation nécessite la délivrance d'un permis de construire, obtenue auprès de la Direction départementale de l'Equipement, après avis de plusieurs services et autorités.
Le permis a été accordé dans un délai de 4 mois.
Les travaux se sont effectués en 2 phases :
La mise en service a eu lieu le 5 juillet 2005.
Comme pour les parcs éoliens, il est nécessaire de disposer de vents réguliers et suffisamment forts. Pour cela, il faut un site dégagé, notamment dans la direction des vents dominants. Mais une éolienne, même petite, reste un équipement à implanter avec soin : c'est un objet en mouvement avec les risques que ce mouvement induit, et c'est un objet dont le bruit nécessite l'éloignement des tiers.
De nombreux modèles sont disponibles sur le marché (et en particulier sur Internet) ; tous n'ont pas fait leurs preuves. Quant à l'autoconstruction d'éoliennes, elle est réservée aux techniciens très chevronnés.
Bien sûr, cela dépendra du vent et de la taille de l'éolienne. Pour simplifier, on peut estimer qu'une éolienne de 5 m de diamètre, d'une puissance de 2 kW, située dans des conditions de vent optimales pourra fournir l'équivalent des besoins en électricité d'une famille de 4 personnes. Comme le vent ne souffle pas tout le temps, et que l'électricité ne peut être stockée, il faudra aussi naturellement prévoir des batteries si l'on souhaite être autonome en électricité.
L'implantation d'une éolienne de plus de 12 mètres de haut est soumise à permis de construire. En dessous de 12 mètres de haut, l'implantation d'une éolienne est soumise à une déclaration de travaux. Dans le cas d'une autoconsommation d'électricité, le permis est délivré par le maire de la commune concernée. S'il s'agit d'une production destinée au réseau électrique, le permis est délivré par le préfet de département. Il n'existe pas aujourd'hui de réglementation spécifique pour le petit éolien. Celle applicable est peu adaptée ; et les interprétations et les exigences des services administratifs sont variables (étude acoustique, compatibilité avec les documents d'urbanisme, applicabilité des Zones de Développement de l'Eolien, …).
Tout d'abord et dans l'état actuel des techniques et des contraintes, il faut bien penser son projet au préalable. Le petit éolien demeure un investissement rarement rentable (comme bon nombre d'équipements domestiques d'ailleurs…). De plus, il est crucial de surveiller les charlatans ; jusqu'à preuve du contraire, l'éolienne miracle n'a pas encore été inventée ! Il est nécessaire d'avoir un regard critique sur les performances annoncées : quelle garantie de production ? quelle production aux vitesses de vent ordinaires ? quelles réalisations en fonctionnement ?
Conclusion
Implanter une éolienne chez soi est un exercice difficile aussi bien du point de vue technique qu'administratif, mais « la solution tient la route quand il y a du vent et des autorisations » (Marc Vergnet, gérant de Vergnet SA, leader mondial des petites et moyennes éoliennes). La volonté d'installer une petite éolienne correspond le plus souvent à une éthique : c'est un acte fort qui permet, au niveau individuel, de participer de façon très concrète à l'effort de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Sur le territoire national, la situation de l'éolien raccordé au réseau électrique est mal connue. Il existerait à ce jour moins de 150 éoliennes installées dans notre pays.
Il existe en France une Fédération des Energies du Vent qui a pour objectif de fédérer les associations locales de promotion de l’énergie éolienne (ALPE), aider à la création de nouvelles ALPE, et leur donner des informations pour les aider à faire comprendre et accepter l’enjeu des parcs éoliens. D'après la Fédération, Les freins au développement de l’éolien augmentent de jour en jour :
- Les associations de détracteurs se multiplient.
- Les services de l’État croulent, par manque de moyens, sous les projets.
- Les Préfectures, sans objectifs quantitatifs affichés, tranchent dans le vif en refusant un grand nombre de projets.
- Les critères de sélection de projet sont très aléatoires et souvent fondés sur la renommée du porteur de projet, délaissant de ce fait les projets associatifs et collectifs.
Un nombre réduit de sociétés spécialisées proposent aux particuliers français d'installer chez eux un dispositif éolien :
- France-Eoliennes, distributeur de d'éoliennes de 2 kW à 20 kW implanté à Orléans.
- Krugwind SARL, société française spécialisée dans le petit éolien.
- Eoltec SAS, Constructeur français d'éoliennes de moyenne puissance.
- Vergnet, fabricant d'éoliennes de moyennes puissances qui résistent à l'épreuve des cyclones et s'installent sans grue.
- Energies Discount, propose des petites éoliennes à partir de 200W.
En résumé :
L'éolien est relativement simple de fonctionnement : l'énergie du vent est transformée en courant électrique au moyen d'une turbine actionnée par une hélice. Ce secteur propose deux types de fonctionnement : l'éolienne à axe horizontal, la plus répandue ; l'éolienne à axe vertical, moins encombrante. L'adaptation à l'échelle domestique, appelée "petit éolien" est peu répandue et presque absente du milieu urbain, mais reprend le même principe. La rentabilisation est lente à cause du coût des travaux mais les propriétaires d'éoliennes peuvent vivre par la suite indépendamment du réseau électrique français, ou au contraire permettre à leurs voisins de bénéficier du courant produit en raccordant leur dispositif au réseau. L'autre inconvénient, si l'on excepte les longues démarches administratives relatives à l'érection d'une éolienne, est son bruit, constant et puissant. Plusieurs organisations, dont une Fédération des Energies du Vent, existent et encouragent l'utilisation d'éoliennes.