Énergie éolienne

Pour les articles homonymes, voir Éolienne (homonymie).

L’énergie éolienne est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie directement tirée du vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne ou un moulin à vent. L’énergie éolienne est une des formes d'énergie renouvelable.

Elle tire son nom d’Éole (en grec ancien Αἴολος, Aiolos), le maître des Vents dans la Grèce antique.

Éolienne contemporaine dans un paysage rural.

Ferme éolienne à Tehachapi Pass, Californie

L’énergie éolienne peut être utilisée de trois 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 force motrice (pompage de liquides, compression de fluides...) ;
• Production d'énergie électrique ; l’éolienne est alors couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne au sein d'un système « 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.

Historique

L'utilisation de l'énergie éolienne par l'homme est ancienne. Moulins dans la région de La Mancha, Espagne.

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 soient 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 1990, l'amélioration technologique des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 5 MW ^[1] et le développement d'éoliennes de 10 MW est en cours. 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.

Techniques

Le rendement énergétique de même que la puissance développée des éoliennes sont fonction de la vitesse du vent ; dans la plage de fonctionnement de l'éolienne, la puissance est approximativement proportionnelle au cube de cette vitesse. Les éoliennes actuellement commercialisées ont besoin d'un vent dans la gamme de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s)^[2]. Les éoliennes plus récentes, 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)^{[réf. nécessaire]}. Comme l'énergie solaire et d'autres énergies renouvelables, l'utilisation massive d'éolien nécessite, soit 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 et air comprimé).

Comparaison avec les autres sources d'énergie

Éolienne au premier plan d'une centrale thermique à Amsterdam, Pays-Bas

• La puissance d’un outil de production d’électricité se mesure en GW (gigawatt) et son multiple par 1000, le TW (térawatt). La production d’électricité (l'énergie produite) se mesure en GWh (gigawatt-heure) et en TWh (térawatt-heure).
• Comme presque toutes les énergies renouvelables (excepté les énergies géothermique et marémotrice), l’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. Or, la Terre reçoit en 30 minutes l’équivalent en énergie solaire de la consommation annuelle de l’humanité, tous types d’énergies confondus. De 1 à 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^[3].

Comparaisons des puissances potentielles

• Un aérogénérateur : de quelques kW à 7,5 MW^[2] ; la plupart des grandes éoliennes installées aujourd'hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW^[4].
• Une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF-Suez à Dunkerque) en 2010.
• Une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 60 MW (record 62 MW : centrale solaire de Moura au Portugal) en 2010.
• Une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).
• Une centrale hydro-électrique : de quelques kW à plus de 10 000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine) en 2006.
• Un réacteur nucléaire : de l'ordre de 900 à 1 300 MW en général (record : 1 500 MW aux centrales nucléaires de Chooz et Civaux au sud de Poitiers) en 2000.

Comparaisons de production effective

La puissance est représentative du pic de production possible, mais l'énergie produite dépend de nombreux autres paramètres comme la météo ou les opérations de maintenance nécessaires. Le facteur de charge, rapport entre la production effective et la production maximale théorique, est couramment utilisé comme indicateur de l'énergie produite par une installation électrique. Alors qu'une éolienne a, en moyenne, un facteur de charge de 20%^[5], celui du solaire photovoltaïque est situé autour des 10%^[5].

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.^{[réf. nécessaire]}

Production et économie

Données de synthèse mondiale

Capacité totale installée (MW) et prévisions 2001-2010, source: http://www.wwindea.org/ WWEA e.V.

Fin 2010, 193 GW (milliards de watts) d'éolien sont installés dans le monde^[6]. En 2010, la Chine a investi 63 milliards de dollars dans l'éolien, les USA 18 milliards de dollars. La croissance des investissements dans l'éolien a été de 34% en 2010^[6]. Quand à la puissance, elle a augmenté de 22% en 2010 (soit 35,8 GW).

Les pays qui s'intéressent au développement de l'éolien sont encore en phase de premier investissement (mise en service de champs d'éoliennes qui n'existaient pas auparavant). De fait, les capacités installées croissent en permanence mais à des rythmes différents selon les pays, et classer les États par puissance installée donne un résultat mouvant d'une année à l'autre. Néanmoins, il ressort des chiffres actuels que les plus gros pays investisseurs sont la Chine et les pays occidentaux (Amérique et Europe). D'autres puissances économiques émergentes, comme le Brésil, l'Inde et le Mexique commencent à investir lourdement dans l'énergie éolienne.

En 2007, l’Allemagne disposait de 22,3 GW de puissance éolienne installée, les États-Unis 16,8 GW, l’Espagne 15,1 GW, l’Inde 8 GW, la Chine 6,1 GW et la France 2,4 GW (uniquement à terre)^[7],[8]. En 2008, les États-Unis étaient devenus le premier pays pour la capacité d’énergie éolienne avec 25 170 MW installés devant l’Allemagne (23 902 MW)^[9]. Ce secteur employait en 2008 environ 85 000 Américains^[9].

En 2010 la Chine détrône les États-Unis avec 42 GW (soit plus que 60% de la puissance du parc nucléaire français) de puissance installée contre 40 GW pour les Américains.

Selon l’Observatoire des Énergies Renouvelables, dans un rapport publié par EDF^[10], 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 37,8 % par an en moyenne de 1993 jusqu’en 2002. Cette croissance a atteint 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^[11], et représente désormais 12,4 % de la production d’ENR (énergies renouvelables) de l’UE, en passe de dépasser la production à partir de biomasse (production : 12,9 %, croissance : 10,8 %) comme 2^e source électrique d’origine renouvelable, 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 2% 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 3 MW, groupées dans de grandes fermes éoliennes. Les nouvelles technologies en cours de développement cherchent à produire des systèmes beaucoup plus souples en termes de « puissance rentable ».

Capacité éolienne des trois premiers pays du monde de 2002 à 2008 (hors Chine)

Europe

Carte de la puissance éolienne installée en Europe fin 2007

Données globales en Europe

L’UE a décidé de produire 20 % de son électricité en énergie renouvelable, propre et sûre d’ici 2020. 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 est une des deux priorités annoncées par le commissaire européen à l’énergie Andris Peibalgs fin novembre 2007. Celui-ci a confié une mission de coordination à l’Allemand Goerg Wilhmelm Adamowitsh^[18].

La capacité de production électrique éolienne déployée en Europe a été multipliée par 5 entre l'année 2001 et fin 2008^[19]. Selon l'EWEA (European Wind Energy Association), 2009 a encore été une année record avec l'installation de 10.263 MW de nouvelles capacités éoliennes installées, et environ 10 000 MW supplémentaire sont attendus en 2010 par l'EWEA ^[20].

France

Éoliennes dans l’Aude.

Second gisement éolien d'Europe (ressources en vent) après le Royaume-Uni, la France développe actuellement l'exploitation de son potentiel éolien important. 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 » ^[24].

Le parc de production éolien installé en France fin 2010 est estimé^[25] à 5600 MW. Un rapport rédigé pour l'ADEME en 2006 (soit avant la crise économique débutée en 2008) estimait que l'objectif français de «produire 21 % de sa consommation d’électricité à partir de sources renouvelables en 2010» imposait la mise en place d'au moins^[26] 10 000 MW (6000 à 9 000 éoliennes).

La stimulation du développement de l'éolien se fait en France via des tarifs d'achat réglementés^[27] de la production d'électricité des éoliennes, ce qui permet aux investisseurs d'obtenir une rentabilité moins risquée car indépendante du prix de gros de l'électricité et des débouchés réels de leurs productions. La Commission de régulation de l'énergie indique dans son Rapport d'activité de 2007 qu'elle considère que les tarifs d'achat réglementés de l'énergie éolienne « conduisaient à une rentabilité des projets [...] très supérieure au niveau jugé nécessaire pour susciter l’investissement et constituaient, de ce fait, un soutien disproportionné à la filière^[28]. » C'est principalement EDF qui a l'obligation de racheter l'électricité d’origine éolienne à ces tarifs d'achat réglementés ; ce coût d'achat est répercuté aux consommateurs d'électricité au travers de la Contribution au service public de l'électricité (CSPE)^[27]. L'électricité d’origine éolienne serait ainsi rachetée à plus du double de son prix de revient ^{[réf. nécessaire]}, ce qui rend les investissements éoliens attractifs.

En 2009, selon un sondage du CREDOC^[29], 72 % des Français (59 % en Ile de France où les habitants disent se sentir moins concernés) seraient favorables à une implantation d'éoliennes sur leur commune. Sur 28 % des opposants à une telle implantation, la moitié disent être contre pour des raisons paysagères et 8 % parce qu'ils craignent être gênés par du bruit (plus souvent des femmes et personnes non-diplômées). Seuls 2 % des sondés (plutôt des hommes et diplômés du supérieur) reprochent à l'éolien un trop faible rendement. L'adhésion est la plus forte dans les petites communes. Une étude^[30] précédente avait déjà montré que les riverains de parcs éoliens existants soutiennent massivement ces implantations. Le projet de parc éolien en mer des Deux-Côtes, un très grand projet offshore à l'étude depuis 2006 pour installer plus de 140 éoliennes au large du Tréport, donne cependant lieu à un débat public animé^[31] en 2010.

Une éolienne du Plateau de Millevaches

En 2009, 1.036 MW éoliens supplémentaires ont été raccordés au réseau français, permettant un gain en capacité de production légèrement inférieur à celui de 2008 qui était de 1.055 MW^[32].
Fin 2009, le parc, largement réparti sur le territoire, approchait les 4 600 MW, dont une part marginale dans les DOM (0,8 %), pour une production de 7,6 TWh, soit 1,5 % de la consommation électrique nationale. Mais 5 régions (Picardie, Lorraine, Bretagne, Centre et Champagne-Ardenne) sont mieux équipées avec 55 % de la puissance installée^[32]. Le petit éolien (moins de 36 kW) a connu une croissance de 26 % avec 203 installations cumulant 1,8 MW^[32]. 7,6 TWh éolien ont été produits en 2009, soit presque 2 TWh de plus qu'en 2008 (+ 33 %) faisant progresser la part de l’éolien dans la consommation électrique nationale de + 1,5 % en 2009^[32].

Ce qui représentait 1 718 éoliennes au 1^er septembre 2007 (DOM / TOM compris ; voir énergie éolienne à La Réunion).

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 trois gisements de vent indépendants, qui permettront un lissage de la production bien meilleur qu'en Allemagne ou au Danemark^[38].

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 peut passer par une vitesse de rotation constante des pales. Cette dernière est alors obtenue par régulation notamment avec l'orientation des pales. Mais il est également possible de faire fonctionner une éolienne à vitesse de rotation variable en utilisant un convertisseur de fréquence tel qu'un cycloconvertisseur.

Dans le cas d'une éolienne synchrone, 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, elle est donc automatiquement déconnectée du réseau.

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. Certaines éoliennes récentes continuent à tourner mais à vitesse réduite, diminuant ainsi le nombre de déconnexions du réseau et augmentant la production moyenne par vent fort^[39]. Le fabricant Français Vergnet produit des éoliennes de taille moyenne (270kW et 1MW) rabattables au sol en cas de cyclones tropicaux. Ces éoliennes sont les seules à être adaptées aux zones caraïbes, pacifique où les cyclones sont fréquents^[40].

La loi française oblige EDF (qui le refacture aux clients au travers de la CSPE) à acheter le courant produit par tout système de production d'électricité, avec un prix d'achat bonifié pour l'éolien (sauf pour les éoliennes de plus de 12 MW)^[41], pour favoriser cette jeune filière en plein développement et permettre à la France d'atteindre les objectifs de la directive européenne^[42].

Le 4 mars 2009, un décret^[43] a adapté le dispositif des certificats d'achat aux « zones de développement de l'éolien ». Ces certificats (CODOA) ouvrent droit à l'obligation d'achat d'électricité aux installations éoliennes en « zones de développement de l'éolien » ou ZDE ; Le Codoa impliquait antérieurement une puissance inférieure ou égale à 12 MW (limite fixée décret 2000-1196 du 6 décembre 2000) et une distance d'au moins 1,500 m entre deux parcs éoliens exploités par un même opérateur). En ZDE, ces limites de puissance et de distance n'ont plus d'objet puisque la puissance minimale et maximale y sont fixées par l'arrêté préfectoral de création de la ZDE. Le préfet devra publier au plus tard le 1^er février de chaque année un état des ZDE du département faisant apparaître notamment la puissance résiduelle de chaque zone pouvant encore ouvrir droit à obligation d'achat. le CODOA n'est valable que pour la durée du contrat d'achat d'électricité et est annulé si l'installation n'a pas été mise en service (sauf prolongation sur demande justifiée). En cas de recours contentieux contre l'une des autorisations nécessaires à la construction et à l'exploitation de l'installation, le délai de trois ans est suspendu jusqu'au prononcé d'une décision juridictionnelle irrévocable.
Rem : Le Codoa n'est pas nécessaire pour toute personne demandant à bénéficier de l'obligation d'achat d'électricité photovoltaïque par unité d'une puissance installée inférieure ou égale à 250 kW crête.

Les projections réalisées en 2004 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 premières s'appuie sur le respect par la France en 2010 du critère de 21 % d'énergie renouvelable dans le mix énergétique. Dans ce cadre, ce scénario propose en 2030 une production annuelle brute de 43 TWh pour l'éolien et le solaire (pour une puissance de 19 GW nette installée). Cette puissance peut être comparée dans le même scénario à la prévision d'une production annuelle de 409 TWh en 2030 pour le nucléaire (puissance de 51 GW installée), correspondant à la fermeture des centrales actuelles après 40 ans de durée de vie et la construction de 2 EPR par an à partir de 2020^[44].

En France, le potentiel éolien est très important (le 2^e d’Europe)^{[réf. nécessaire]} : 20 GW terrestres pour une production de 50 TWh par an, et 40 GW offshore pour une production de 150 TWh par an, soit un potentiel éolien théorique de 200 TWh par an. S’il était disponible en 2040, il représenterait alors 31 %^{[réf. nécessaire]} de la consommation française prévisible d’électricité. Cette production de 200 TWh/an se répartirait ainsi : 8000 éoliennes offshore de 5 MW sur 40 grandes centrales installées entre 15 et 40 km de la côte, à des profondeurs maximales d’eau de 200 m ; 8000 éoliennes terrestres de 3 MW, 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 80 à 100 m pour les mâts des grandes éoliennes).

Autres pays européens

L’Allemagne est l'un des principaux producteurs d’électricité éolienne avec 22 247 MW de puissance installée à la fin de l’année 2007. Avec plus de 30 000 emplois, cette activité est le troisième poste d'exportation du pays^{[réf. nécessaire]}. L’Allemagne, leader mondial dans cette filière, continue depuis 1999 à installer une moyenne de 2 GW de puissance supplémentaire par an^{[réf. nécessaire]}.

Le Danemark est le plus important fabricant mondial d'éoliennes et compte 500 watts éoliens par habitant (contre 41 en France en 2008 avec 2 445 MW installés pour 60 millions d'habitants). En 2008, les États-Unis sont devenus le premier pays pour la capacité d’énergie éolienne avec 25 170 MW installés devant l’Allemagne (23 902 MW)^[9]. Ce secteur emploie 85 000 Américains^[9]. Le Danemark, a repris le développement de ses installations depuis 2008^[45]. La production d’électricité éolienne dans ce pays représente maintenant sensiblement 21 % de sa consommation d’électricité. La programmation d'autres parcs mèneront cette production à 25 % dans les années immédiates qui viennent grâce à l'utilisation de STEP situées en Norvège ( voir plus loin le paragraphe sur le stockage ).

L’Espagne qui a une puissance installée de 21 000 MW. L’Espagne, depuis 2002, a adopté le rythme de l’Allemagne et développe sa puissance installée d’environ 2 GW par an ^{[réf. nécessaire]}.

Sur la période du mois de mars 2011, l'énergie éolienne a été la principale source d'électricité espagnole pour la première fois de l'histoire avec une production de 4 738 GWh. Sur le premier trimestre, les énergies renouvelables ont fourni 40,5% de la demande avec 21% pour l'éolien selon REE (Red Electrica de España). Madrid vise une puissance installée de 40 000 MW installés en 2020 contre près de 21 000 MW actuellement^[46].

Le Royaume-Uni, dont les gisement pétroliers de la Mer du Nord sont en voie d'épuisement, a décidé très tôt d'exploiter son gisement éolien, le plus important d’Europe. Le parc offshore Le Thanet, inauguré en septembre 2010, est actuellement le plus grand parc offshore au monde^[47]. Il sera détrôné en 2012 par un autre projet britannique, le London Array.

En Belgique, les éoliennes ont le vent en poupe. La puissance installée est passée de 170 MW en 2005 à 911 MW en 2010^[48]. La production maximale disponible dans le pays est toutefois estimée à environ 2 000 MW^[49]. Des parcs offshore devraient apparaître dans les années futures avec notamment un parc de 300 MW au large de Zeebruges^[50].

Amérique

En 2007, la capacité éolienne installée aux États-Unis a augmenté de 45 % et 9 milliards de dollars ont été investis dans ce secteur^[51]. Les éoliennes fournissent 1 % de l’électricité américaine, soit l’équivalent de 4,5 millions de foyers^[51]. Le Texas est devenu en 2006 le premier état producteur d’énergie éolienne du pays, devant la Californie^[51]. À la fin 2007, les éoliennes installées au Texas développaient une puissance totale de 4 356 mégawatts, contre 2 439 mégawatts en Californie, et 1 300 mégawatts au Minnesota et en Iowa^[52]. Des projets éoliens sont en cours d’étude au Texas : Shell et TXU Corporation prévoient de construire la plus grande ferme éolienne du monde d’une puissance de 3000 mégawatts^[52]. En 2008, le milliardaire texan T. Boone Pickens, magnat du pétrole, a commandé auprès de General Electric 667 turbines éoliennes pour deux milliards de dollars^[53].

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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).

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 hydroélectriques de la province.

Asie

Éolienne contemporaine dans la prairie de Mongolie-Intérieure

La Chine, qui reste en 2005 le 3^e plus gros producteur d’énergie électrique derrière les États-Unis (4 239 TWh) et l’Europe (3 193 TWh) avec 2 500 TWh produits (source Agence Internationale de l’Énergie), est devenu le 5^e producteur mondial d’énergie éolienne en 2007 derrière l’Allemagne, l’Espagne, les États-Unis et l’Inde. Son objectif est une puissance éolienne installée de 20 GW en 2020, soit une augmentation de plus de 1 GW par an. Cet effort est malgré tout extrêmement modeste en regard de sa production d’électricité qui a augmenté de 860 TWh en 3 ans (1 640 TWh en 2002), essentiellement par une multiplication de centrales au charbon. Ce pays a déclaré le (10 février 2007) ne pas avoir les moyens de passer aux énergies propres.

Afrique

Le Maroc, deuxième producteur d’énergie éolienne du continent africain après l'Égypte, avait en (2007) 140 MW de puissance installée ; cette puissance a atteint 280 MW en 2009^{[réf. nécessaire]}. Le plus grand parc éolien marocain est composé de 165 aérogénérateurs d'une puissance de 140 MW.
L'initiative 1 000 MW^[54] est un programme qui consiste en la sélection d’un portefeuille de sites qualifiés pour la réalisation de futurs parcs éoliens. Les sites du projet sont situés dans les régions nord et sud du pays : Tinguir , Boujdour, Tarfaya, Tarfaya sud (Tah), Laayoune (Tiskrad et Foum Al Wad), Bouzerktoun, Sendouk, Nouinouich, Fardiwa, Aïn Armel, Haouma, Fnideq et le site de Midelt. Le projet de Tarfaya, en production concessionnelle, sera d’une puissance totale de 200 MW, extensible à 300 MW. Sa mise en service est prévue en 2012.
Le Maroc vise en 2020 des parcs éoliens fournissant 12% de sa consommation d’électricité, soit environ 2 000 MW.

Sociétés

Producteurs d'énergie éolienne

Les principaux producteurs d'énergie éolienne dans le monde sont (par ordre décroissant de puissance installée en mégawatt, fin 2007)^[55] :

• Iberdrola (Espagne) (plus de 5 000 mégawatts installés)
• FPL Energy (États-Unis) (4 000 MW)
• Acciona (Espagne) (plus de 2 000 MW)
• Babcock & Brown (Australie) (vers 1 500 MW)
• EDF énergies nouvelles (France) (vers 1 218 MW)
• Endesa (Espagne) (plus de 1 000 MW)
• EDP (Portugal) (plus de 1 000 MW)

Fabricants d'éoliennes^[12],[56]

• États-Unis : General Electric Energy, SUREnergy, Kenetech, Zond, Enron, Clipper, Tacke, Nordic Windpower, Jacobs, Windmatic
• Chine : Goldwind, Windey, Sinovel, DEC, Dongfang
• Allemagne : Dewind, Enercon, Nordex, Repower, Siemens, Multibrid, Bonus, Neg Micon, Fuhrlander, Windstrom Frisia, Vensys, Bard, Südwind, e.n.o. energy, Innovative Windpower, PowerWind, Avantis, Eviag
• Espagne : Ecotecnia, Gamesa, Made, Acciona, Navantia-Siemens, M Torres, ACSA
• Inde : Suzlon, Kenersys, NEPC, RRB Energy, Ghodawat, Pioneer Wincon
• Italie : Leitwind
• France : Jeumont, Vergnet, Alizeo, Alstom (Ecotecnia)
• Danemark : Vestas, Nordtank, Wind World, Norwin, Wincon, Danwin, Dencon, DWP, Vindsyssel, Wicon
• Canada : AAER, AWE
• Pays-Bas : Windmaster, Lagerwey, Darwind, EWT, NedWind
• Japon : Mitsubishi, Subaru
• Autriche : Windtec
• Belgique : Turbowinds
• Nouvelle-Zélande : Windflow
• Norvège : Scanwind
• Corée du Sud : Unison
• République tchèque : Wikov
• Finlande : Winwind
• Panama : ITP

Avenir : projets et perspectives

La technologie

La montée du prix des énergies fossiles a rendu les recherches dans le domaine de l’éolien plus attirantes pour les investisseurs.

La technologie actuellement la plus utilisée pour capter l’énergie éolienne utilise une hélice sur un axe horizontal. Certains prototypes utilisent un axe de rotation vertical : une nouvelle technologie à axe vertical est celle du Kite wind generator (inspirée du kitesurf) qui, pour capter un vent le plus fort possible, utilise des câbles et des ailes qui peuvent arriver à 800/1 000 m de hauteur^[57].

Schéma des pales d'une petite éolienne

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.
• La vitesse de l'extrémité d'une pale croit rapidement avec sa taille, au risque de causer défauts de fonctionnement et bruits pour le voisinage. 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 par minute pour les grandes éoliennes offshore).

Les nouvelles éoliennes en cours de développement visent à 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 avec le cube de la vitesse du vent (la vitesse du vent élevée à la puissance 3) : quand la vitesse du vent double, la puissance est multipliée par 8. La vitesse du vent peut varier de 5 km/h à plus de 200 km/h sans nécessiter la « mise en drapeau » des pales.

Rendement des éoliennes

Les éoliennes sont caractérisées par leur rendement en fonction de la vitesse du vent. Les éoliennes actuelles présentent une courbe plafonnée et limitée à des vents de moins de 90 km/h.

Les éoliennes en cours de développement sont conçues pour fonctionner avec des vents dépassant les 200 km/h et produire une quantité d’énergie proportionnelle à la vitesse du vent sur la totalité de la plage de fonctionnement.

L'Ademe a commandé un rapport à la société Climpact. Les résultats de ce rapport indiquent que par les effets du réchauffement climatique, les vents servant à la production éolienne d'énergie devraient diminuer de près de 10 % d'ici à 2100.

L'éolien en mer

L'installation de fermes éoliennes en mer 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 : un régime de marche de 96 % est par exemple estimé en mer du Nord^[58]. 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 extrêmes 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 pylônes à grande profondeur.

Les projets des futures éoliennes en mer, 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 pylône 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 141 éoliennes totalisant 705 MW, à 14 km au large de la Seine-Maritime et de la Somme. 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 ^[59]. Avec le projet additionnel de Thanet, c'est maintenant 1 800 MW qui devraient être installés dans l'estuaire de la Tamise. Le projet britannique de Triston Knol fera quant à lui 1 200 MW.

La compagnie norvégienne Norsk Hydro, spécialiste dans l'exploitation pétrolière et gazière offshore, développe un concept issu des plateformes pétrolières flottantes. Le principe est de monter l'éolienne sur un caisson flottant en béton (ancré au moyen de câbles, par 200 à 700 m de fond). 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 ^[60].

L'éolien urbain

Eolienne urbaine de 2m de diamètre, puissance 1,75 kWh à 14 m/s, Saint-Sébastien (Espagne), 2010. Spécialement développée pour obtenir un très faible niveau sonore. Hauteur du mât : 5,5 m, vitesse de démarrage : 2,5 m/s, durée de vie : 20 ans, conforme au code de l'urbanisme espagnol.

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 un stator extérieur est ajouté au rotor, 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

Depuis une dizaine d'années, selon les statistiques de Windpower^[61], la production d'électricité éolienne mondiale double approximativement tous les trois ans . En retenant pour la production d'électricité 2 000 h d'équivalent plein régime par an, on arrive à :

• 1995 : 5 GW / 10 TWh
• 1998 : 10 GW / 20 TWh
• 2001 : 24 GW / 48 TWh
• 2004 : 49 GW / 98 TWh
• 2007 : 94 GW / 188 TWh
• 2010 : 194 GW / 388 TWh

Les prévisions pour 2011 sont proches de 240 GW .

Par comparaison, selon l'Agence Internationale de l'Energie, la production électrique mondiale était en 2008 de 20 260 TWh dont 2 730 TWh d'origine nucléaire^[62] .

Les projections de l'EWEA^[63] prévoient une production de 425 TWh/an pour 2020 dans l'UE25, et un potentiel de 3 000 TWh au niveau mondial, avec un doublement prévisible de la production par unité de surface au sol. Cela correspond à 12 % de la demande électrique mondiale, sur la base d'une hausse de 66 % de la demande.

Le Global Wind Energy Council (GWEC), dans une étude de 2006, prévoyait 3 scénarios, « référence », « modéré », « avancé », prévoyant une production en 2020 respectivement de 566 TWh, 1 375 TWh et 2 632 TWh^[64].

Réglementation

En France, une étude d'impact est obligatoire pour l'obtention d'un permis de construire pour un mat d'une hauteur supérieure à 50 mètres^[65].

Débats et critiques

Le débat sur l'énergie éolienne porte sur les nuisances et sur les intérêts de l'énergie éolienne.

L'énergie éolienne est exploitée à plusieurs échelles. On peut distinguer le grand éolien ou éolien industriel qui est financé par des collectivités et des grandes entreprises, dans la quasi-totalité des cas, raccordé à un réseau électrique. Il y a aussi le petit éolien, qui est mis en œuvre par un individu ou une ferme agricole, en site isolé ou raccordé au réseau.

Aspect environnemental

Bilan environnemental global

L'éolien est la filière qui a le meilleur bilan (et très largement) dans le cadre du classement effectué dans l'étude multicritère Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security ^[66], étude réalisée par le département énergie et atmosphère de l'université de Stanford. Une éolienne ne consomme pas d'eau douce (l'accès à l'eau douce est une problématique de premier plan à l'échelle mondiale), c'est une énergie propre qui ne produit directement ni dioxyde de carbone, ni dioxyde de soufre, ni fines particules, ni déchets radioactifs à vie longue, ou n'importe quel autre type de pollution de l'air ou de l'eau. Elle ne nécessite pas de pesticides, n'induit pas de pollution thermique. Elle a une empreinte surfacique très faible (la présence d'une éolienne est compatible avec les activités agricoles) et a un impact sur la biodiversité presque négligeable. Elle est de plus disponible presque partout, de manière décentralisée.

Éoliennes dans un paysage rural.

La fabrication de l'éolienne puis ultérieurement son entretien consomme des ressources (voir énergie grise) et produit indirectement des pollutions (extractions des matériaux de construction, fabrications, etc.). Pour un mat d'éolienne de 80 mètres, 800 tonnes d'acier et de béton sont injectées à sa base pour les fondations. Cela est très supérieur (par MWh/an) aux quantités nécessaires à la construction d'une centrale de tout autre type (qui ont par ailleurs leurs inconvénients respectifs), y compris le nucléaire qui, sur cet aspect, est favorisé par sa très haute densité de puissance. Néanmoins l'impact de ces facteurs est négligeable sur la durée de vie de l'éolienne.

L'énergie éolienne est une énergie renouvelable dont le gisement est inépuisable à l'échelle de temps des civilisations humaines. Le gisement éolien terrestre ne s'éteindra qu'avec la mort du soleil (le vent dépendant de la présence du soleil et des variations de la pression atmosphérique), dans 5 milliards d'années.

Impact sonore

Début 2006 le Groupe de Travail de la Faculté de Médecine sur les éoliennes affirmait :

• que la production d'infrasons par les éoliennes est, à leur voisinage immédiat, sans danger pour l'homme ;
• qu'il n'y a pas de risques avérés de stimulation visuelle stroboscopique par la rotation des pales des éoliennes ;
• que la réglementation relative à l'impact sur la santé du bruit induit était, à cette date, insuffisante, ce qui a été corrigé depuis, l’étude d’impact prévoyant maintenant une cartographie des nuisances sonores et des mesures individuelles chez les habitants les plus proches, la distance minimale des habitations étant maintenant de 500 m.

Concernant la distance de 1500 m, le Groupe de Travail demandait, à titre conservatoire et en attendant la conclusion des études demandées, que soit suspendue la construction des éoliennes d'une puissance supérieure à 2,5 MW alors qu’il n’existait, à cette date, aucune éolienne terrestre d’une telle puissance en France, ce rapport applique plus un principe de précaution sans fondement scientifique, car le bruit d'une éolienne n'est pas lié à sa puissance nominale. C'est pourquoi des expertises acoustiques sont systématiquement réalisées dans le cadre d'une étude d'impact environnementale.

Les machines de dernière génération ont fait des progrès importants sur le plan des nuisances sonores et elles peuvent être programmées, dans des circonstances particulières de force et orientation du vent, pour réduire l’impact sur une zone d’habitation proche^[67].

En Australie, en mars 2005, le pédiatre David Iser a relevé 3 cas de "problèmes significatifs" sur une étude concernant 25 personnes habitant dans un rayon de 2km d'une ferme éolienne^[68].

Une éolienne produit un bruit de 55 dBA au pied de sa tour, ce qui correspond à l'ambiance sonore d'un bureau. Ce niveau sonore est en général considéré comme acceptable. La réglementation française ne se base pas sur le bruit intrinsèque mais sur la notion d'émergence sonore, c’est-à-dire la différence entre le niveau sonore ambiant et celui-ci plus celui des éoliennes. Il s'agit de rester en deçà de 5 dBA le jour et 3 dBA la nuit, ce quelle que soit la vitesse du vent. Une nouvelle réglementation vient renforcer ce critère, en introduisant la notion d'émergence spectrale, avec des niveaux d'émergences à respecter par fréquence (7 dB à 125 Hz et 250 Hz, 5 dB entre 500 Hz et 4 000 Hz). Cela en fait une des réglementations les plus strictes en Europe.

Le 28 novembre 2009, Le Monde consacre un dossier de huit pages aux « maudits du vent », qui vivent à proximité des éoliennes et « souffrent de stress, nausées, insomnies, vertiges, irascibilité, dépression... ». Le journal indique que « les témoignages s'accumulent de façon troublante »^[69].

Impact visuel

Impact visuel : Parc éolien de Tehachapi Pass en Californie, des éoliennes trop nombreuses avec une rotation trop rapides.

Impact visuel : Réduire l’impact et augmenter la production, choix de 11 turbines E-126 de 7,5 MW à rotation très lente au lieu de 23 turbines de 2 MW à rotation plus rapide sur la même surface de 4,5km², Estinnes Belgique, 10 octobre 2010.

Comparativement aux premiers parcs éoliens, très denses, les nouveaux parcs voient leurs éoliennes plus espacées, celles-ci étant de plus grande taille et puissance. Ils ont donc perdu leur aspect surpeuplé.

L'énergie éolienne fait de plus en plus débat en France, entre pro, qui militent pour le développement de structures éoliennes, et anti, qui militent pour un moratoire sur ces machines, accusées de défigurer le paysage, et mettent en doute son utilité écologique.

Impact sur les oiseaux

Plusieurs études sur les éoliennes^[70] montrent que le nombre d'oiseaux tués par les éoliennes est négligeable par rapport au nombre qui meurt en raison d'autres activités humaines. Par exemple, au Royaume-Uni, où il y a quelques centaines d'éoliennes, il y a environ chaque année un oiseau tué par une éolienne et 10 millions par les voitures. Une autre étude suggère que les oiseaux migrateurs s'adaptent aux obstacles ; ces oiseaux qui ne modifient pas leur route et continuent à voler à travers un parc éolien seraient capables d'éviter les pales, du moins dans les conditions de l'étude (vent faible et en journée). Au Royaume-Uni, la Société royale pour la protection des oiseaux a ainsi conclu que :

« Les preuves disponibles suggèrent que des parcs éoliens correctement positionnés ne représentent pas un danger significatif pour les oiseaux. »

Selon la Ligue pour la protection des oiseaux, aux exceptions documentées du vanneau huppé, du chevalier gambette et de la barge à queue noire, de nombreuses espèces semblent pouvoir utiliser l'espace proche des parcs éoliens pour nicher^[71].

Jusqu'à présent relativement négligées, les chauves-souris provoquent à présent des inquiétudes du même type, spécialement pour les plus grandes installations : la mortalité des chauves-souris augmentent de façon exponentielle en fonction de la hauteur de la tour, selon une étude de 2007, alors que les mortalités d'oiseaux restent stables^[72].

Impact sur la propagation des ondes

Les éoliennes ont été accusées d'interférence potentielle avec les radars militaires dans le cadre de la détection d'un aéronef volant à basse altitude ou pour les radars météorologiques pour la détection de la précipitation. En effet, les éoliennes constituent un obstacle à la propagation de l'onde. Selon la proximité et la densité du parc d'éoliennes, ceci peut constituer un blocage majeur à basse altitude donnant une zone d'ombre dans les données. De plus, comme les pales sont en rotation, le radar note leur vitesse de déplacement et le traitement des données par filtrage Doppler ne peut les différencier d'une cible en mouvement^[73].

Encombrement au sol

La surface utilisée par une éolienne reste quasiment intégralement utilisable pour un autre usage. L'énergie éolienne est compatible avec les autres activités humaines, industrielle et agricole, tout comme les lignes à hautes tensions. Des prototypes sont compatibles avec l'habitat urbain.

Par contre, la question de la quantité d'énergie qui peut être fournie (par rapport à la consommation actuelle et future) avec la surface disponible est posée.

Les éoliennes actuelles nécessitent une importante surface au sol, imposée par la rotation nécessaire en fonction de la direction du vent, par la taille des pales, par l’interférence entre éoliennes voisines sur le flux de vent, par mesure de sécurité en cas de chute. Elles permettent une densité d'environ 10 MW/km²^[74], soit 10 W/m², et produisent environ 2kWh/an par W, ce qui implique un besoin de l'ordre de 50 km² par TWh ; en théorie (moyennant la disponibilité de capacité de stockage suffisante, sous forme de stations de pompage-turbinage par exemple, même avec des pertes dépassant la moitié), un parc éolien ayant une surface du tiers de la mer Baltique (450 000 km²) est suffisant pour répondre à la totalité de la consommation électrique actuelle (2700 TWh) de l'Union européenne à 27^{[réf. nécessaire]}.

Cependant en pratique, la densité moyenne de puissance par unité de surface est de l’ordre de 0,5 W/m², soit 20 fois plus faible. Le Danemark, pays très éolien et pratiquement aussi équipé que possible^{[réf. nécessaire]}, n'arrive à produire que 20 % de son électricité avec l'énergie éolienne. La faisabilité des estimations théoriques ci-dessus est donc contestable, et implique certainement des changements profonds.

À titre de comparaison, une centrale solaire photovoltaïque a une productivité d'environ 70 kWh par m² au sol dans un site ordinaire d'Europe^[75], soit 70 GWh/km²/an, mais cela implique d'utiliser 100 % de la surface^[76].

L'impact du démantèlement

En ce qui concerne les éoliennes, le démantèlement d'une installation doit comprendre :

• le démontage de l'éolienne,
• le démontage des équipements annexes,
• l'arasement des fondations,
• le devenir du réseau local ou réseau inter-éoliennes (le réseau reliant le poste de livraison au poste de raccordement étant la propriété du Réseau de transport d'électricité et par ce fait, utilisable pour un autre usage que le parc éolien).

Les fondations sont au minimum arasées à 1m de profondeur laissant la possibilité de reprendre une activité agricole sur le site. Dans certains cas il est envisageable de supprimer l'intégralité de la fondation. Les postes de livraisons présents sur site sont eux aussi retirés et leur fondation entièrement supprimée. Chaque emplacement est ensuite recouvert de terre et rendu à la végétation naturelle ou à une exploitation agricole. Cette dernière étape ne laisse aucune trace significative sur le site de l'existence du parc éolien.

Le coût du démantèlement d'une éolienne et du recyclage des ces installations est facile à estimer contrairement à d'autres moyen de productions où celui-ci demeure partiellement impossible ou secret. Ce coût relativement faible est assumé par le propriétaire du bâtiment (opérateur éolien, SEM...) grâce entre autres à la vente de la « ferraille » des tours et autres composants. La loi prévoit que soit provisionnée au cours des années d'exploitation une somme permettant d'assurer ce démantèlement. Le décret d'application attendu depuis 2003 par les professionnels et les riverains n'a toujours pas été publié mais certains développeurs ont déjà pris des dispositions dans ce sens : provision dès la première années sur un compte bloqué (Caisse des Dépôts et Consignations), assurance garantissant le financement du démantèlement auprès d'un assureur indépendant et privé.

Il n'existe pas, en 2010, de parc éolien en friche en France^[77].

Sécurité physique autour des éoliennes

Les éoliennes présentent des risques d'accidents : un fort vent est susceptible de rompre les structures des éoliennes. En 2000, une rupture d'hélices au parc de Burgos a envoyé des débris tournoyer à plusieurs centaines de mètres^[78].

La majorité des accidents connus sont liés à l'utilisation de matériels d'occasion ou manquant de retour d'expérience, risque inhérent à toute technologie émergente. Les éoliennes aujourd'hui installées bénéficient de certifications réalisées par des organismes indépendants, et sont construites sous contrôle qualité sévère, réduisant significativement les risques de rupture du matériel. Cependant les éoliennes certifiées ne font pas toujours l'objet de tests de longue durée en situation d'exploitation. Dans le monde, personne n'a encore jamais été reconnu victime d'un accident éolien.

Impact sur la dynamique terrestre naturelle

Les éoliennes exploitent une énergie cinétique produite par des différences de pression dans l’atmosphère sous l'influence du soleil. Ces flux gazeux participent à la dynamique climatique globale. Une étude du Max Planck Institute^[79] montre que l'énergie potentiellement extractible est du même ordre de grandeur ou supérieur d'un ordre de grandeur à celui de la demande mondiale en énergie, mais que certaines des conséquences climatiques d'une extraction à ce niveau seraient comparables à celles d'un doublement du taux de CO₂. L'article note néanmoins qu'il reste encore une marge de développement significative avant que ceci soit sensible.

Aspect énergétique

Raccordement au réseau électrique

Raccorder les fermes éoliennes au réseau électrique (sans stockage local de l'énergie) nécessite, comme pour les autres centrales de production électrique, des lignes haute tension. La concentration des éoliennes en parc terrestres, côtiers ou marins a d'abord conduit à une logique de recentralisation de l'offre locale de courant, contredisant la vision souvent évoquée d'une production décentralisée. Des lignes différentes (à courant continu) et en Europe un réseau électrique offshore (en mer du Nord et mer d'Irlande dans un premier temps) ^[80], permettront de connecter au réseau européen un réseau de centrales éoliennes, solaires et hydroélectriques et éventuellement hydroliennes pour notamment compenser les irrégularités de production, avec de premières réunions en janvier 2010.

Fin 2006, un bulletin électronique de l'Ambassade de France en Allemagne indiquait déjà que la production éolienne nécessiterait 850 km de câbles d'ici 2015 et 1 950 km d'ici 2020^[81]. Par ailleurs, des oppositions locales (syndrome Nimby) à la construction de lignes en bord de mer conduisent à enterrer les câbles, ce qui entraînerait - sauf innovations importantes - un doublement du montant de la facture d'électricité des clients industriels. Cet argument repris par les opposants aux éoliennes ne semble pas spécifique aux éoliennes, face à la demande générale d'enfouissement des lignes électriques quel que soit le mode de production. En 2009, beaucoup d'installateurs d'éoliennes, même en milieu terrestre, proposent systématiquement l'enfouissement des lignes sans que cela entraîne de surcoût rédhibitoire.

Exigence du réseau à l'égard des producteurs

La régulation du réseau se traduit par des exigences à l'égard des producteurs, notamment celle de maintenir la fréquence du courant à 50 Hz. Une hausse de fréquence se traduit par un appel de puissance de la part du réseau, qui a pour conséquence l'abaissement de la fréquence. Par contre une baisse notable de fréquence se traduirait par une fourniture de puissance par le réseau, circonstance évitée par le délestage de l'installation. Des automatismes déconnectent les producteurs qui ne respectent pas les normes. Ces automatismes se traduisent, pour les régulateurs du réseau, dont c'est la fonction, par des événements aléatoires.

Intermittence du vent

Le plus grand problème de l'énergie éolienne est son caractère intermittent : elle n'est pas produite à la demande, mais selon les conditions météorologiques. Une éolienne produit, en moyenne, l'équivalent de moins de 20 % du temps^[82]. La plupart du temps, la nécessité d'assurer la constance de la production électrique oblige à coupler un parc éolien avec d'autres sources d'électricité disponibles immédiatement, à la demande telles que les énergies hydrauliques (barrages) ou fossiles (centrales à charbon ou à gaz) par exemple. Si bien que, dans l'optique d'un réseau incluant également des énergies fossiles, la production électrique n'est au final pas exempte d'émission de dioxyde de carbone mais néanmoins moins polluante qu'un réseau d'énergie totalement fossile.

Le vent est souvent présentée comme une ressource aléatoire, bien que d'autres estiment qu'à l'échelle de temps de l'ordonnancement d'un réseau électrique la météo soit suffisamment sûre pour que la ressource soit prévisible.

Les éoliennes produisent de l'électricité de façon intermittente sur un réseau électrique. Comme le soulignent par exemple le prix Nobel de physique Stephen Chu^[83], le député allemand Hermann Scheer (père de l'IRENA), ou encore le polytechnicien et expert en énergies renouvelables François Lempérière^[84], il est possible de réduire le problème de l'intermittence de la ressource éolienne, grâce à des technologies comme le pompage-turbinage ou le stockage chimique, à un classique problème de volume de stock.

En France, l'ensemble des capacités de pompage/turbinage est actuellement utilisé par le nucléaire, les centrales nucléaires étant incapables (sauf à prendre le risque de réduire la durée de vie des centrales) de s'adapter aux variations de la demande électrique font donc appel aux stations de pompage-turbinage.

La société Statoil exploite sur l'île d'Utsira une centrale éolienne qui fournit une ressource électrique stable même en cas de calme plat grâce à un stockage chimique : l'énergie excédentaire sert à produire de l'hydrogène par électrolyse et en cas de temps calme une génératrice à gaz adaptée pour utiliser de l'hydrogène prend le relais. Une pile à combustible est également utilisée pour reconvertir l'énergie chimique en électricité mais la technologie n'est pas encore assez mature pour une utilisation non expérimentale dans un site isolé. Un projet de plus grande taille est en cours pour les îles Féroé. Le coût du kWh de ce type de centrale devrait être compétitif avec une centrale diesel dans moins de 10 ans^[85]. Pour les tenants de l'Économie hydrogène tels l'économiste Jeremy Rifkin les énergies renouvelables comme le vent ne doivent d'ailleurs être considérées que comme des sources d'hydrogène, le problème de leur absence de souplesse n'intervenant alors plus sur la consommation finale.

L'Allemagne, qui a significativement investi dans l'énergie éolienne, peut rencontrer des difficultés : son réseau éolien, bien que réparti sur tout son territoire, et donc affranchi d'effets purement locaux, peut passer de 0 à 100 % de ses capacités en l'espace de quelques jours (par exemple sur le réseau E-on^{[réf. nécessaire]}). Lors de la canicule de 2003, la capacité des éoliennes est tombée à moins du vingtième (1/20) de sa valeur nominale ^[86]. Au cours de la canicule de l'été 2003, l'Allemagne a dû importer une quantité d'électricité équivalente à deux tranches nucléaires de l'ordre de 1 000 MW^[87]. Le même phénomène a été observé durant la vague de chaleur Nord-américaine de 2006 (:2006 North American heat wave (en)) ; la production réelle des 2 500 MW de capacités théoriques de production d'énergie éolienne de Californie était inférieure au vingtième (1/20) de cette valeur lors des pics de demande^[88].

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^[89]. Notons que le Danemark a été longtemps un îlot éolien isolé au milieu d'un océan de consommateurs européens sans éolien. En cas de surproduction le Danemark exportait essentiellement vers l'Allemagne. Maintenant que l'Allemagne du Nord est fortement « éolisée », le Danemark pratique un échange avec la Suède et la Norvège dont l'électricité est en grande partie d'origine hydraulique et peut donc absorber des variations rapides de la production éolienne et de la consommation.

Les pays les plus dépendants de l'énergie éolienne (Allemagne, Danemark, etc.) pallient l'intermittence avec l'énergie thermique et avec l'importation d'électricité produite par d'autres pays, notamment l'électro-nucléaire français. Le Danemark est le pays où l'énergie éolienne est la plus développée, mais ses émissions de CO₂ par kWh et par habitant étaient en 2007 les onzièmes plus élevées d'Europe^[90]. La production d'électricité se fait essentiellement par le biais des centrales thermiques au charbon, qui émettent de très gros volumes de CO₂. Certains y voient là que l'éolien augmente le CO₂, sauf à lui associer un parc de barrages permettant le pompage massif en heures creuses, mais tous les sites viables des pays développés sont déjà équipés pour passer les pointes de consommation : il n'y en a déjà pas assez mais fermer des centrales nucléaires permettraient de libérer des STEP pour ainsi stocker l'énergie issue des éoliennes^[91].

Transformation et stockage de l'énergie éolienne

L'énergie éolienne est par essence une énergie intermittente. Elle n'est prévisible que dans la limite des prévisions météorologiques et ne peut être stockée sous sa forme primaire.

Les partisans des énergies renouvelables voient dans le mix-énergétique, combinant éolien, solaire et géothermie; dans le stockage de l'énergie et les économies d'énergie, des solutions pour pallier les problèmes d'intermittence de l'éolien.
L'université de Kassel a créé une centrale virtuelle qui combine éolien et solaire pour la production de base, hydro-électricité et biogaz pour l'appoint^[92],[93].

Stockage par batteries

La solution du stockage de l'énergie électrique dans des batteries n'est envisagée que pour des sites isolés et des productions de faible importance. Ce type de stockage est limité par l'investissement représenté par des batteries de grande capacité et par la pollution engendrée par leur recyclage.

Stockage hydraulique

Une méthode utilisée pour exploiter et stocker les productions excédentaires des éoliennes consiste à les coupler avec des techniques de pompage-turbinage au sein de centrales hydro-éoliennes. Cette technique est à la fois la plus simple et la plus prometteuse.

Principe:

Une ferme éolienne génère de l'électricité grâce à des aérogénérateurs. Cette électricité est utilisée à 70% pour pomper de l'eau vers une retenue d'altitude. Les 30% restants sont envoyés sur le réseau.
Lors des périodes de moindre vent, l'eau de la retenue est turbinée dans une unité hydroélectrique et stockée dans une retenue basse. L'électricité obtenue est envoyée sur le réseau.

Réalisations:

• En 2006, l'Allemagne a initié une expérience visant à obtenir un approvisionnement en électricité d'origine 100% renouvelable^[94]. Pour cette expérience, le stockage de type STEP (stations de transfert d'énergie par pompage) a été utilisé pour la partie éolienne.
• Un ensemble cohérent de couplage hydraulique-éolien sera opérationnel en 2012 aux Canaries, sur l'île d'El Hierro. 11,5 MW éoliens seront associés à une centrale hydraulique de 11,3 MW fonctionnant par pompage-turbinage entre deux bassins réservoirs séparés par une dénivelée de 700 m. Ceci permettra une auto-suffisance en électricité et la production d'eau douce par dessalement. L'économie de pétrole annuelle correspondante se monte à environ 6000 t, évitant ainsi la production de 18000 t de CO₂^[95].

Contraintes:

• La ressource hydraulique doit être importante et les sites hydrauliques totalement exploités. Dans le cas contraire, il est préférable de développer l'hydraulique avant l'éolien qui est plus couteux à mettre en œuvre (de l'ordre de 70 à 80 € par MWh contre 30 € pour l'hydroélectrique).
• Le stockage hydraulique doit se trouver à proximité d'un gisement de vent. Cela implique de privilégier les zones accidentées au détriment des grandes plaines. La région des Grands Lacs en Amérique, la zone Tasmanie-Sud australienne et l'Écosse sont à ce sujet privilégiées.
  Pour les petites installations, il est envisageable d'utiliser les retenues collinaires créées par les exploitants agricoles à des fins d'irrigation.
• La source de production éolienne doit être utilisée en priorité pour recharger les lacs d'accumulation quand la consommation est assez faible, la souplesse de l'hydroélectricité permettant ensuite une modulation précise de la production. Dans un tel cadre, c'est la capacité hydroélectrique qui est déterminante, ce qui fait de l'éolien un appoint à l'hydroélectrique.
• La capacité de pompage-turbinage ne doit pas être saturée par une autre source de production. Ce cas se présente en France où l'hydraulique sert de tampon à la production électro-nucléaire, les centrales nucléaires ne pouvant être modulées pour suivre la variabilité de la demande.

Stockage par transformation

• Aux États-Unis, une entreprise conçoit de nouvelles éoliennes qui produisent de l'air comprimé au lieu de l'électricité^[96]. 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.
  Du point de vue du stockage de l'énergie, cette façon de faire impose une conversion d'énergie (de l'air comprimé vers l'électricité, avec un rendement réduit), mais permet de positionner la production électrique sur le pic de consommation, où l'électricité est payée plus cher, avec une conversion de moins que par le processus classique (électricité vers stockage puis stockage vers électricité). Certains pensent même que l'on pourrait utiliser directement l'air comprimé ainsi produit pour alimenter des voitures automobiles propulsées avec ce fluide.

• En 2009, les Néerlandais de Dutch Rainmaker ont réalisé une éolienne dont l'énergie est utilisée pour condenser la vapeur d'eau présente dans l'air ambiant. Le premier prototype a ainsi condensé 500 l d'eau douce en 24 h
• En 2010, l'institut allemand Fraunhofer^[97] explique dans un communiqué avoir réussi à mettre au point un processus de production de méthane à partir de la production en excès des éoliennes. L'électricité est utilisée pour faire une électrolyse d'eau, produisant de l'oxygène (rejeté) et de l'hydrogène. Cet hydrogène est recombiné à du CO₂ (sans doute par réaction de Sabatier) pour produire du méthane, qui est réintroduit dans le circuit de distribution public de gaz naturel. La première partie de cette réaction était déjà utilisée par Poul La Cour en 1890.

Aspect économique

Le kWh éolien, produit dans de bonnes conditions et en tenant compte de la prime donnée par le marché à l'électricité « verte » (ni nucléaire ni fossile), peut aujourd’hui se vendre autour de 5 à 7 cents (centimes de dollars), ce qui est équivalent au prix du nucléaire qui lui aussi ne peut être rentable que grâce aux subventions étatiques^[98].

Selon l'association européenne de l'énergie éolienne (EWEA - European Wind Energy Association)^[99], le coût du kWh produit était de 8,8 c€ au milieu des années 1980 pour une turbine de 95 kW, il est de 4,1 c€ pour une turbine de 1 000 kW en 2003, et devrait se situer à 3,1 c€/kWh en 2010. Le coût en 2006^[100] du gaz naturel est de 4,5 c€/kWh, celui du fioul domestique de 6,5 c€/kWh, celui du propane de 9,3 c€ (à noter que la tendance sur les énergies fossiles est à la hausse constante, entre 5,4 % et 11,5 % par an - moyenne 8,6 % sur les 15 dernières années pour le pétrole). Cependant les énergies fossiles restent "disponibles a la demande". Une comparaison de prix ne peut donc se faire qu'en considérant les dispositifs de stockage de l'énergie éolienne. Les coûts de l'électricité ne prennent pas en compte les coûts de production mais la demande.

La projection à 2020 de l'EWEA^[101] prévoit un coût de l'éolien ramené à 2,45 c€/kWh.

Une étude officielle américaine de janvier 2010 (NREL) constate la réalité actuelle du coût du kWh éolien terrestre moyen : 5,5 c€/kWh, soit moins élevé de 30 % que celui du nucléaire : 8,1 c€/kWh. Elle constate également que ce coût est 100 % lié au coût d'investissement, de transport de l'électricité et de maintenance - puisque le vent est gratuit.

En France, l'électricité produite par les éoliennes est largement subventionnée par l’État tout comme l'énergie nucléaire sans en avoir les inconvénients à long terme ^{[réf. nécessaire]} ; certains médias polémiquent en déclarant que les promoteurs sont assurés d’un retour sur investissement même dans les sites les plus mal choisis^[102]. L'éolienne est payée durant la période (10 ans) pendant laquelle le prix du kWh est subventionné et garanti par l'État^{[réf. nécessaire]}, après quoi, même si le prix de l'électricité produite se rapproche du prix du marché (prix variable suivant de la qualité du vent sur le site^[103]), le producteur n'a quasiment plus de frais et les revenus de l'éolien permettent ainsi d'investir dans d'autres champs éoliens et ainsi de fournir de l'énergie renouvelable aux pays européens ne disposant pas de potentiel éolien important.

Construction

Les questions caractéristiques liées à la construction d'éoliennes sont^[104],[105]

• Production des éoliennes et des pièces mécaniques
• Distribution des redevances
• Évaluation de l'impact sur l'environnement (notamment en termes d'érosion des sols et d'impact sur les forêts)

Acteurs du débat

Associations spécialisées

• De très nombreuses associations soutiennent le développement de l'énergie éolienne : Suisse-Eole en Suisse, Planète éolienne et France énergie éolienne en France.
• En France, des opposants se sont organisés sous forme d'associations, en Bretagne L'Association C du Vent, la fédération Vent de Colère !, qui regroupe plus de 300 de ces associations, et la Plateforme Européenne contre l'Éolien Industriel qui représente actuellement 360 associations de 19 pays européens.
• Au Québec, le groupe Éole-Prudence réunit les citoyens en faveur des parcs éoliens communautaires, installés à bonne distance des zones habitées.

Opinion publique

Selon un sondage^[106] Louis Harris publié le 28 avril 2005, 91 % des Français se déclarent favorables à l'énergie éolienne.

En 2008, 62 % des Français interrogés déclaraient accepter l'installation d'une éolienne à moins d'un kilomètre de leur domicile^[107].

Références

Voir aussi

Articles connexes

Articles généraux

• Énergie renouvelable
• Vent

Articles spécialisés

Bibliographie

• Arnaud Michon, Le Sens du vent, notes sur la nucléarisation de la France au temps des illusions renouvelables, Éditions de l'Encyclopédie des Nuisances, 2010.

Liens externes

• Cadre législatif en France concernant l'installation d'éoliennes (fichier PDF)
• Wiki Éolienne Base de connaissances sur l’énergie éolienne
• Rapport Mondial 2009 sur l'Energie Eolienne

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