L’énergie éolienne.

L’énergie éolienne est l’énergie du vent, dont la force motrice (énergie cinétique) est utilisée dans le déplacement de voiliers et autres véhicules ou transformée au moyen d’un dispositif aérogénérateur, comme une éolienne ou un moulin à vent, en une énergie diversement utilisable. L’énergie éolienne est une énergie renouvelable.

L’énergie éolienne est une source d’énergie intermittente qui n’est pas produite à la demande, mais selon les conditions météorologiques ; elle nécessite donc des installations de production ou de stockage en remplacement pendant ses périodes d’indisponibilité. Celles-ci peuvent être prévues avec une assez bonne précision. La part de l’éolien dans la production mondiale d’électricité atteignait 4,8 % en 2018 et est estimée à 5,3 % en 2019. Les principaux pays producteurs sont la Chine (28,4 % du total mondial en 2019), les États-Unis (21,2 %) et l’Allemagne (8,8 %).

Energie éolienne, carte maximum, Portugal, 2018.

L’énergie éolienne tire son nom d’Éole (en grec ancien Αἴολος, Aiolos), le dieu des vents dans la mythologie grecque.


Jusqu’au XIXe siècle, l’énergie éolienne a été utilisée pour fournir un travail mécanique.

La plus ancienne utilisation de l’énergie éolienne est la marine à voile : des indices permettent de penser qu’elle aurait été employée en mer Égée dès le XIe millénaire av. J.-C. (voir Navigation dans l’Antiquité). Le peuplement de l’Océanie s’est vraisemblablement fait par des déplacements à la voile, pour les longues traversées de centaines ou milliers de kilomètres en pleine mer1.

Vers 1600, l’Europe dispose de 600 000 à 700 000 tonneaux de navires marchands ; selon une statistique française plus précise, vers 1786-1787, la flotte européenne atteignait 3,4 millions de tonneaux ; son volume aurait donc quintuplé en deux siècles. La puissance éolienne dépensée dans la propulsion de ces navires peut être estimée entre 150 000 et 230 000 HP, sans tenir compte des flottes de guerre.

L’autre utilisation principale de cette énergie était le moulin à vent utilisé par le meunier pour transformer les céréales en farine ou pour écraser les olives afin d’en extraire l’huile ; on peut aussi citer les nombreux moulins à vent servant à l’assèchement des polders en Hollande. Le moulin à vent est apparu sur le territoire de l’Afghanistan d’aujourd’hui ; il était utilisé en Perse pour l’irrigation dès l’an 600. Selon l’historien Fernand Braudel, « Le moulin à vent apparaît bien plus tard que la roue hydraulique. Hier, on le croyait originaire de Chine ; plus vraisemblablement, il est venu des hauts pays d’Iran ou du Tibet. En Iran, des moulins tournent probablement dès le VIIe siècle apr. J.-C., sûrement au IXe siècle », animés par des voiles verticales dressées sur une roue qui, elle, se meut à l’horizontale (…) Les musulmans auraient propagé ces moulins vers la Chine et la Méditerranée. Tarragone, à la limite Nord de l’Espagne musulmane, aurait possédé des moulins à vent dès le Xe siècle.

Fernand Braudel qualifie de « première révolution mécanique » l’introduction progressive, du XIe au XIIIe siècle, des moulins eau et à vent, « ces « moteurs primaires » sont sans doute de modique puissance, de 2 à 5 HP pour une roue à eau, parfois 5, au plus 10 pour les ailes d’un moulin à vent. Mais, dans une économie mal fournie en énergie, ils représentent un surcroît de puissance considérable. Plus ancien, le moulin à eau a une importance bien supérieure à celle de l’éolienne. Il ne dépend pas des irrégularités du vent, mais de l’eau, en gros moins capricieuse. Il est plus largement diffusé, en raison de son ancienneté, de la multiplicité des fleuves et rivières… ». « La grande aventure en Occident, à la différence de ce qu’il advint en Chine où le moulin va tourner, des siècles durant, à l’horizontale, c’est la transformation de l’éolienne en une roue redressée dans le plan vertical, à l’image de ce qui s’est passé pour les moulins à eau. Les ingénieurs disent que la modification a été géniale, la puissance fortement augmentée. C’est ce moulin nouveau modèle qui se propage en Chrétienté. Les statuts d’Arles enregistrent sa présence au XIIe siècle. À la même époque, il est en Angleterre et dans les Flandres. Au XIIIe siècle, la France entière l’a accueilli. Au XIVe siècle, il est en Pologne et déjà en Moscovie, car déjà l’Allemagne le leur a transmis ».

Le moulin à vent, plus coûteux d’entretien que le moulin à eau, est plus onéreux à travail égal, notamment pour la meunerie. Mais il a d’autres emplois : le rôle majeur des Wipmolen aux Pays-Bas, dès le XVe siècle et plus encore après 1600, est d’actionner des chaînes à godets qui retirent l’eau du sol et la rejettent dans des canaux. Ils seront ainsi l’un des outils de la reconquête patiente des sols des Pays-Bas. L’autre raison pour que la Hollande soit la patrie des moulins à vent est sa situation au centre de la grande nappe des vents permanents d’ouest, de l’Atlantique à la Baltique.

À la fin du XVIIIe siècle, à la veille de la révolution industrielle, la quasi-totalité des besoins d’énergie de l’humanité était assurée par des énergies renouvelables et l’énergie éolienne avait une part importante dans le bilan énergétique, assurant l’essentiel des besoins des transports internationaux (marine à voile) et une partie des transports intérieurs (cabotage et navigation fluviale) ainsi que des besoins de l’industrie alimentaire (moulins à vent). Dans un essai d’évaluation de la répartition des consommations par source d’énergie, Fernand Braudel estime à un peu plus de 1 % la part de la voile, contre plus de 50 % pour la traction animale, environ 25 % pour le bois et 10 à 15 % pour les moulins à eau ; il renonce à chiffrer la part des moulins à vent, faute de données, tout en précisant : « les éoliennes, moins nombreuses que les roues hydrauliques, ne peuvent représenter que le quart ou le tiers de la puissance des eaux disciplinées ». On peut donc évaluer la part totale de l’énergie éolienne (voile + moulins à vent) entre |3 et 5 %.

L’apparition de la machine à vapeur, puis du moteur Diesel, ont entrainé le déclin de l’énergie éolienne au XIXe siècle ; les moulins à vent ont disparu, remplacés par les minoteries industrielles. Au milieu du XXe siècle, l’énergie éolienne n’était plus utilisée que pour la navigation de plaisance et pour le pompage (agriculture, polders).

Au début du xxe siècle, Alexeï Féodossiévitch Vangengheim (1881-1937) est un défenseur de l’énergie éolienne, mais il est victime des purges staliniennes ; il meurt fusillé en Sibérie. Sa vie est retracée par Olivier Rolin dans l’ouvrage Le Météorologue.

Par la suite, pendant plusieurs décennies, l’énergie éolienne a servi également à produire de l’énergie électrique dans des endroits reculés et donc non connectés à un réseau électrique (maisons, fermes, phares, navires en mer, etc.). Des installations sans stockage de l’énergie impliquaient que le besoin en énergie et la présence d’énergie éolienne soient simultanés. La maîtrise du stockage de l’énergie par batteries a permis de stocker cette énergie et ainsi de l’utiliser hors présence du 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 et le développement d’éoliennes de 10 MW est en cours. Les subventions accordées par des gouvernements ont permis leur développement dans un grand nombre de pays.

Le rendement énergétique et la puissance développée des éoliennes sont fonction de la vitesse du vent. Pour les éoliennes tri-pales, en début de plage de fonctionnement (de 3 à 10 m/s), la puissance est  approximativement proportionnelle au cube de cette vitesse, jusqu’à un plafond de vitesse de 10 à 25 m/s lié à la capacité du générateur. Les éoliennes tri-pales fonctionnent pour des vitesses de vent généralement comprises entre 11 et 90 km/h (3 à 25 m/s). Au-delà, elles sont progressivement arrêtées pour sécuriser les équipements et minimiser leur usure. Les éoliennes actuellement commercialisées sont conçues pour fonctionner dans la plage de 11 à 90 km/h (3 à 25 m/s), que ce soit celles d’Enercon4, celles d’Areva pour l’éolien en mer, ou celles d’Alstom, pour les éoliennes terrestres comme en mer.

Comme l’énergie solaire et d’autres énergies renouvelables, l’utilisation massive d’éolien nécessite soit une source d’énergie d’appoint pour les périodes moins ventées, soit des moyens de stockage de l’énergie produite (batteries, stockage hydraulique ou plus récemment, hydrogène, méthanation ou air comprimé).

La Chine a émis une référence technique pour les turbines terrestres dans les zones cycloniques, standard applicable à partir de février 2016, mais non obligatoire. Il a été mis au point par le fabricant chinois Windey, qui a développé des turbines pouvant faire face à des vents extrêmement puissants grâce à leur structure mécanique renforcée et à un algorithme de contrôle qui stoppe les éoliennes au-delà d’une vitesse de 70 m/s. Ces turbines ont ainsi résisté au cyclone Haiku le 8 août 2012, et ses vents de plus de 60 m/s.

Comme presque toutes les énergies renouvelables (exceptées les énergies géothermique profonde et marémotrice), l’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. Or, la Terre reçoit 175 000 TW d’énergie solaire au sommet de l’atmosphère, dont 900 TW sont convertis en énergie éolienne. À partir d’un modèle de circulation générale de l’atmosphère, couplé à l’effet simulé du freinage des éoliennes, on estime que le potentiel maximal de puissance éolienne récupérable est compris entre 18 et 34 TW. D’autres études estiment que le potentiel éolien est beaucoup plus élevé10, mais elles négligent les modifications qu’un déploiement massif  d’éoliennes induiraient sur la circulation des vents, et donc ne prennent pas en compte toutes les contraintes physiques. Si l’on considère les nombreuses contraintes liées au déploiement des éoliennes, par exemple, en excluant les villes, les parcs naturels, les zones maritimes très éloignées des côtes, etc., tout en prenant en compte l’effet des éoliennes sur le vent, on peut montrer que le potentiel maximal ne peut dépasser 20 TW, et largement moins si on se restreint à un taux de retour énergétique pas trop bas.

La production des éoliennes ne peut pas être modulée à volonté pour l’adapter aux besoins des consommateurs (dans le jargon technique : elle n’est pas dispatchable) ; elle partage cette caractéristique avec les autres énergies produites directement par des sources d’énergie naturelles fluctuantes : solaire, hydraulique au fil de l’eau (c’est-à-dire sans  réservoir) ; d’autres sources telles que les centrales nucléaires et les centrales au charbon peuvent être rangées dans une catégorie intermédiaire, car leurs capacités de modulation sont peu utilisées pour des raisons économiques, sauf dans les pays où elles sont appelées à fonctionner en suivi de charge en heures creuses. Il est nécessaire de disposer en complément de ces centrales d’autres moyens de production, beaucoup plus modulables, pour assurer l’ajustement offre-demande d’électricité.

Selon l’association VGB, on décompte sur la période 2010-2016 en Allemagne 160 épisodes de cinq jours consécutifs de production éolienne inférieure à 5 GW (la puissance installée du parc éolien était de 26 903 MW en 2010 et de 50 019 MW en 2016), et chaque année a connu des épisodes de vent faible de 10 à 14 jours consécutifs. Une étude de la société Energy Brainpool pour le compte de Greenpeace confirme : sur la période 2006-2016, elle identifie tous les deux ans au moins un épisode de deux semaines de vent faible.

En France, le facteur de charge des éoliennes (puissance moyenne réalisée/puissance nominale) a été en moyenne de 21,7 % en 2011 et 24 % en 2012 ; pour illustrer la variabilité de cette production, RTE indique que parmi les productions relevées à 19 h, 10 % sont inférieures à 440 MW et 10 % supérieures à 3 700 MWR 3. Il est nécessaire de disposer de moyens de production modulables (cycles combinés gaz, hydraulique de lac, etc.), en plus de ceux destinés à compenser les variations de la demande, pour compenser la baisse de puissance des éoliennes lorsque le vent faiblit.

Les données détaillées de RTE (eCO2mix)20 permettent de constater qu’en 2012, la puissance produite par le parc éolien français varie de 50 MW (0,7 % de sa puissance installée totale) à 6 198 MW (87 %) ; 21,3 % des puissances instantanées observées sont inférieures à 10 % de la puissance installée ; les moyennes journalières varient de 199 MW (15 novembre), soit 2,7 % du total installé, à 5 207 MW (27 décembre), soit 69,5 % du total installé ; les moyennes hebdomadaires varient de 741 MW (semaine 9 : 11 %) à 4 341 MW (semaine 52 : 58 %).

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Sources : Wikipédia, YouTube.

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