Comment fonctionne une éolienne ?

Saviez-vous que l’énergie éolienne couvre aujourd’hui plus de 10 % de la consommation annuelle d’électricité en France ?
Malgré sa contribution essentielle à la lutte contre le changement climatique, l’éolien continue de susciter des débats, notamment sur les impacts visuels et sonores des éoliennes.
Dans cet article, explorons le rôle clé des éoliennes, leur fonctionnement et les défis de cette technologie au cœur de la transition énergétique.

Comment les éoliennes produisent de l’électricité ?

1. Principe de base : transformer l’énergie du vent en électricité

Tout commence par l’énergie cinétique du vent, qui est l’énergie produite par son mouvement.
Cette énergie, présente naturellement autour de nous, est une force puissante et inépuisable, capable de mettre en mouvement de grands objets avec une simple brise ou un vent plus soutenu.

Comme les anciens moulins à vent qui utilisaient cette force pour moudre le grain, les éoliennes captent et exploitent cette énergie pour produire de l’électricité.
Quand le vent souffle, il exerce une pression sur les pales de l’éolienne.
Ces pales, conçues pour maximiser la prise au vent, commencent à tourner, entraînant ainsi le rotor auquel elles sont fixées.
Ce mouvement rotatif convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique – l’énergie produite par le mouvement lui-même.

Ce n’est qu’une première étape. À l’intérieur de la nacelle, l’énergie mécanique est transmise à une génératrice, qui la transforme ensuite en électricité utilisable.
Cette conversion est rendue possible grâce à des composants de haute précision qui amplifient et stabilisent l’énergie produite.

2. Les composants essentiels de l’éolienne

Chaque éolienne est une structure complexe composée de cinq éléments principaux :

Le rotor : Constitué des pales et du moyeu (ou « nez » – une pièce d’acier moulée située au centre), le rotor capte la force du vent. Il convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique grâce à la rotation de l’ensemble des pales.

La nacelle : Soutenue par le mât, la nacelle abrite les principaux composants de l’éolienne, dont la génératrice, qui convertit l’énergie mécanique en électricité. Elle renferme également le système de freinage et les équipements d’alerte automatisés qui assurent un fonctionnement sécurisé.

Le mât : Avec une hauteur allant de 50 à 130 mètres et un diamètre de 4 à 7 mètres, le mât supporte le rotor et la nacelle, tout en permettant de capter des vents réguliers et puissants en altitude. Il renferme également le système de commande électrique et le transformateur.

Les pales : Généralement au nombre de trois, ces pales, d’une longueur moyenne de 56 mètres, captent l’énergie du vent et déclenchent la rotation du rotor. Leur conception est cruciale pour maximiser l’efficacité de l’éolienne.

La fondation : Composée de béton et d’environ 70 tonnes d’acier, la fondation stabilise l’éolienne et supporte son poids. Traditionnellement enterrée, elle peut aussi être partiellement hors sol selon les configurations de terrain. Avec un diamètre d’environ 20 mètres, la fondation garantit la stabilité de la structure, même sous des vents intenses.

3. Du vent à l’électricité : le processus de production

L’énergie éolienne est aujourd’hui la deuxième source d’énergie renouvelable en France, une ressource non polluante qui améliore la qualité de l’air comparée aux autres sources d’électricité.

Mais comment cette électricité est-elle produite ? 🤔

Tout commence avec le vent et les pales de l’éolienne. Conçues pour capter l’énergie cinétique du vent, les pales sont mises en mouvement par la force du vent, entraînant le rotor dans une rotation. D’ailleurs, contrairement aux idées reçues, une éolienne peut fonctionner presque en continu, avec un taux de fonctionnement de 95 % selon France Énergie Éolienne.

À l’intérieur de la nacelle, cette énergie mécanique est convertie en électricité grâce à la génératrice. Les éoliennes modernes utilisent deux types de générateurs :

• Générateur synchrone : Produit un courant à une fréquence identique au réseau électrique, nécessitant une vitesse de rotation stable.
• Générateur asynchrone : Peut fonctionner à des vitesses variables par rapport au réseau, nécessitant une alimentation en courant réactif pour maintenir son champ magnétique.

Un multiplicateur de vitesse est également présent pour adapter la rotation lente des pales à la vitesse nécessaire de la génératrice (environ 1500 à 1800 tours par minute). Grâce à cette accélération, l’alternateur peut produire un courant électrique alternatif.

Pour rendre l’électricité produite compatible avec le réseau, un transformateur situé dans le mât élève la tension, facilitant ainsi le transport sur le réseau via des câbles. L’énergie peut alors être distribuée localement ou sur de plus longues distances, contribuant à l’alimentation en énergie renouvelable du pays.

Les différents types d’éoliennes

1. Éoliennes terrestres vs. éoliennes offshores

Il existe deux principaux types d’éoliennes : les éoliennes terrestres, installées sur la terre ferme, et les éoliennes offshore, implantées en mer.

Les éoliennes terrestres constituent la majeure partie de la capacité éolienne en France, avec environ 20 000 installations. À l’inverse, les éoliennes offshore sont moins nombreuses, avec environ 2 000 unités, mais elles présentent des atouts uniques.

• Éoliennes terrestres : Moins coûteuses à installer et plus faciles à entretenir, elles nécessitent des infrastructures standard et sont accessibles sans équipement spécifique. Cependant, leur implantation peut susciter des objections en raison du bruit et de l’impact visuel.
  

• Éoliennes offshore : Bien que plus complexes et coûteuses à installer en raison des fondations sous-marines et des besoins logistiques en mer, les éoliennes offshore produisent jusqu’à deux fois plus d’électricité qu’une éolienne terrestre.
  
  En mer, les vents sont généralement plus forts et réguliers, ce qui optimise la production d’énergie renouvelable. En outre, l’éloignement de ces installations réduit considérablement les impacts visuels et sonores pour les habitants, ce qui améliore leur acceptabilité sociale.

Ainsi, bien que chaque type d’éolienne présente ses avantages, les éoliennes offshore offrent un potentiel de production supérieur et une solution plus discrète en termes d’intégration paysagère.

2. Éoliennes à axe horizontal et vertical

Il existe deux types principaux d’éoliennes : les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical.

• Les éoliennes à axe horizontal sont les plus répandues.
  Elles captent le vent de face et de dos grâce à leurs pales disposées en hélice, un peu comme les hélices d’un avion.
  Ce type d’éolienne est très efficace car elle peut s’orienter automatiquement en fonction de la direction du vent, ce qui optimise la production d’électricité.

• Les éoliennes à axe vertical, moins courantes, sont souvent installées dans des zones où le vent est faible ou irrégulier, comme en milieu urbain.
  Elles sont appréciées pour leur aspect esthétique et leur fonctionnement plus silencieux.
  Elles occupent également moins d’espace et peuvent capter le vent venant de toutes directions sans nécessiter d’orientation.
  Cependant, elles produisent généralement moins d’électricité que les éoliennes horizontales et leur coût d’installation est plus élevé.

• Les éoliennes à axe horizontal restent les plus populaires et efficaces en termes de production d’énergie, tandis que les éoliennes à axe vertical conviennent mieux aux environnements où l’espace est limité ou le vent moins stable.

Les avantages et innovations prévues pour l’éolienne

1. Les bénéfices de l’énergie éolienne

Si l’éolienne terrestre vient souvent à l’esprit lorsqu’on évoque les énergies renouvelables, ce n’est pas un hasard.
Elle est l’une des premières technologies de ce type à avoir été installée en France et offre aujourd’hui de nombreux avantages :

• Réduction des émissions de carbone : Les éoliennes produisent une électricité sans émissions de CO₂ pendant leur durée de vie, estimée entre 20 et 25 ans, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique.
  
• Diminution de la dépendance aux énergies fossiles : En 2023, l’éolien couvre déjà 10 % de la consommation électrique française, réduisant ainsi notre besoin en énergies polluantes.
  
• Création d’emplois et dynamisation économique : L’éolien génère des emplois dans la construction, l’entretien et l’exploitation, avec 31 447 emplois directs et indirects en France en 2024, contribuant ainsi à l’économie locale.
  
• Implantations respectueuses des territoires : Chez Opale, nous collaborons avec l’Office National des Forêts pour installer nos projets sur des terres écologiquement fragilisées (arbres malades, zones infestées ou perturbées) et soutenir la gestion forestière. Cela nous permet non seulement de contribuer au reboisement, mais aussi de respecter et de travailler main dans la main avec les communautés locales.

L’engagement d’Opale va au-delà de la production d’énergie : nous souhaitons développer des projets en harmonie avec les territoires et les acteurs qui les composent.

2. Les innovations dans l’éolien

Depuis les toutes premières éoliennes, les technologies n’ont cessé de progresser, accompagnées d’une amélioration continue des compétences et du savoir-faire. En 2023, la production éolienne en France a atteint 50 TWh, et les innovations se multiplient pour accroître encore son efficacité et sa durabilité.

Parmi ces avancées, on trouve de nouveaux matériaux de pales pour une meilleure résistance et performance, ainsi que le développement d’éoliennes flottantes pour exploiter le potentiel des zones offshore en eaux profondes. Ces innovations permettent de surmonter les limites techniques et de diversifier les options d’implantation.

Malgré cela, l’énergie éolienne rencontre encore des résistances en France. Pourtant, dans le cadre de la loi Énergie-Climat de 2019, le pays s’est engagé à porter la part des énergies renouvelables à 33 % de la consommation finale brute d’ici 2030, et l’éolien est une composante indispensable de cet objectif. Il est donc essentiel de soutenir son développement, à l’image de ce que font certains de nos voisins européens.

En effet, l’éolien occupe une place majeure dans le mix énergétique de pays comme l’Allemagne (31 %), les Pays-Bas et l’Espagne (27 %), et la Suède (26 %). Le Danemark, leader incontesté, génère 55 % de sa consommation d’énergie grâce à l’éolien.

Pour la France, investir dans l’éolien est une opportunité stratégique, tant pour atteindre ses objectifs climatiques que pour rattraper les autres pays européens déjà en avance dans leur transition énergétique.

Conclusion – Comment fonctionne une éolienne ?

L’énergie éolienne est un pilier essentiel de la transition énergétique et une opportunité unique de bâtir un avenir plus vert. En tant que source propre et renouvelable, elle offre une alternative puissante aux énergies fossiles, permettant de réduire notre empreinte carbone et de renforcer notre indépendance énergétique.

Le développement de l’éolien n’est pas simplement souhaitable ; il est crucial pour construire une France plus durable et résiliente d’ici 2030. Investir dans cette énergie aux côtés d’OPALE, c’est s’engager pour un avenir plus propre, au bénéfice de nos territoires et des générations futures.

Sources :

• France Renouvelable
• EDF FR
• IPFEN
• ECOinfos Energies Renouvelables
• Connaissances des Energies
• Quelle Energie