Sommaire de l’article :
Définition de la chaîne énergétique éolienne
C’est quoi une chaîne de conversion énergétique ?
Commençons cet article par quelques définitions importantes.
- Une chaîne de conversion énergétique est un ensemble de processus qui permettent de transformer une forme d’énergie en une autre.
- Il existe plusieurs types de chaines de conversion énergétique permettant de produire de l’électricité à partir de différentes sources d’énergies, telles que : l’éolien, le photovoltaïque, l’hydroélectrique, le thermique, le nucléaire, la biomasse, et bien d’autres.
La spécificité de l’éolien
Pour l’éolien, le processus est le suivant : l’énergie cinétique du vent est captée par les pales, transformée en énergie mécanique grâce au rotor et transmise au générateur pour finir en énergie électrique.
En apparence, c’est simple, c’est un moulin à vent !
Fonctionnement : Quelles sont les 4 étapes, les 4 blocs, de la chaîne d’énergie éolienne ?
Comment alimenter, distribuer, convertir et transmettre l’énergie éolienne ?
Tout d’abord, il faut savoir que les éoliennes sont équipées d’un système permettant d’orienter la nacelle afin que le rotor (composé d’un moyeu et de trois pales) soit toujours positionné face au vent.
Du fait de leur forme aérodynamique, les pales captent le vent ce qui permet de faire tourner le rotor. Celui-ci est connecté à un générateur (ou alternateur) qui se trouve dans la nacelle et transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.
L’électricité produite est ensuite acheminée vers un transformateur. Ce dernier élève la tension de l’électricité produite pour faciliter son transport sur de longues distances. L’électricité produite est injectée dans le réseau électrique.
Elle peut alors être distribuée aux consommateurs, qu’il s’agisse de particuliers, d’entreprises ou de collectivités.
En définitive, la vitesse de rotation du rotor déterminera la production électrique de l’éolienne. A noter qu’une éolienne commence à produire de l’électricité lorsque la vitesse de vent est d’environ 10 km/h pour atteindre sa puissance de fonctionnement nominale aux alentours de 25 km/h.
Au-delà de 90 km/h, les éoliennes sont volontairement mises à l’arrêt afin d’éviter une usure précoce, voir un emballement de la turbine lors de très fortes rafales.
Parmi d’autres exemples, la chaîne énergétique d’un panneau solaire
À titre de comparaison, la chaîne énergétique d’un panneau solaire fonctionne complètement différemment. Les panneaux solaires captent l’énergie solaire et la transforment directement en énergie électrique grâce à l’effet photovoltaïque.
L’effet photovoltaïque est le phénomène par lequel un matériau semi-conducteur, comme le silicium, convertit directement la lumière du soleil en électricité en libérant des électrons lorsqu’il est exposé à des photons.
Cette électricité est ensuite convertie en courant alternatif par un onduleur avant d’être injectée dans le réseau électrique.
Sur quelles parties de la chaîne l’homme peut-il optimiser l’éolien ?
En éolien, il est important de raisonner en termes de facteur de charge pour parler d’optimisation. Le facteur de charge est le ratio entre l’énergie produite sur une période donnée et l’énergie qui aurait été produite durant cette période si l’éolienne avait constamment fonctionné à puissance nominale (à pleine puissance).
Le facteur de charge moyen en France est d’environ 25% pour une éolienne. Attention, cela ne veut pas dire qu’une éolienne tourne 25% de l’année. En réalité, elle tourne entre 75% et 95% du temps (d’après l’ADEME) mais pas toujours à puissance nominale.
Pour optimiser l’éolien, on va donc chercher à augmenter la puissance installée mais également son facteur de charge. L’optimisation peut donc se faire à plusieurs niveaux :
- Conception des éoliennes : Les ingénieurs travaillent constamment à améliorer la conception des pales et des générateurs pour augmenter leur efficacité. Néanmoins, le choix du gabarit des éoliennes reste un élément clé dans l’optimisation de la production.
Plus l’éolienne sera grande et plus les pales seront longues alors plus l’éolienne produira d’électricité. A l’heure actuelle, l’éolienne la plus puissante au monde est une éolienne offshore de 20 MW. Cette éolienne est capable de générer près de 80 GWh par an, ce qui est suffisant pour couvrir les besoins en énergie d’environ 96 000 personnes. - Emplacement des parcs éoliens : Le choix de l’emplacement est crucial. Les sites avec une vitesse de vent constante et élevée sont privilégiés. Des études préalables permettent de déterminer les meilleurs emplacements pour maximiser la production d’électricité. En France, la région Occitanie compte parmi les secteurs les mieux ventés du pays avec des vitesses moyennes de vent de 11m/s à 100 m d’altitude.
- Maintenance et entretien : Une maintenance régulière des éoliennes permet de prévenir les pannes et d’assurer un fonctionnement optimal. Des capteurs et des systèmes de surveillance à distance permettent de détecter rapidement les anomalies. La proximité avec les centres de maintenance permet de limiter le temps de mise à l’arrêt des éoliennes.
- Stockage de l’énergie : Le développement de technologies de stockage, comme les batteries ou les systèmes de pompage-turbinage utilisant l’eau, permet de stocker l’énergie produite lorsque la demande est faible et de la redistribuer lors des pics de consommation. Cette technologie reste encore peu développée en France.
L’éolien et l’énergie du vent, des énergies renouvelables qui contribuent à la transition
L’énergie éolienne se distingue par son caractère renouvelable et inépuisable. Contrairement aux énergies fossiles, l’éolien ne produit pas de gaz à effet de serre et contribue ainsi à la lutte contre le changement climatique.
En France, l’éolien représente désormais plus de 10% de la production électrique nationale, ce qui fait de cette énergie une des principales sources d’énergie renouvelable. D’autant plus que cette part est amenée à augmenter considérablement dans les prochaines années puisque la Programmation Pluriannuelle de l’Energie est récemment venue fixée des objectifs chiffrés concernant l’énergie éolienne.
Ainsi, en 2028 en France, la production d’électricité par l’éolien terrestre devra atteindre une capacité d’environ 34 GW, tandis que la capacité installée au 30 septembre 2024 s’élève à seulement 23GW.
Pour aller plus loin
Pour sensibiliser le public et les futurs professionnels du secteur, des fiches pédagogiques, des rapports et des infographies sont souvent mises à disposition sur internet.
Ces documents expliquent notamment le fonctionnement des éoliennes, les différents enjeux associés à leur développement ou plus largement le défi de la transition énergétique.
Pour cela, vous pouvez vous rendre directement sur le site de France Renouvelables (Documentation et rapports – France renouvelables), ou encore celui de RTE (Futurs énergétiques 2050 : les chemins vers la neutralité carbone à horizon 2050 | RTE)
Conclusion
La chaîne énergétique éolienne est un exemple concret de la manière dont les énergies renouvelables peuvent être exploitées pour produire de l’électricité de manière durable.
En optimisant chaque étape de cette chaîne, il est possible d’augmenter l’efficacité et la rentabilité des parcs éoliens, contribuant ainsi à la transition énergétique et à la lutte contre le changement climatique. L’énergie éolienne, comme l’énergie solaire, est une ressource précieuse qui mérite d’être développée et valorisée.