L’énergie éolienne

Comme les moulins à vent du passé, les éoliennes génèrent des forces mécaniques ou électriques.

La technologie éolienne génère de l’électricité à partir d’un élément naturel inépuisable, le vent qui entraîne un mouvement de rotation des pales. Le principe de fonctionnement permet de transformer cette énergie mécanique en énergie électrique.

Outre le pompage de l’eau, qui emploie des matériels spécifiques, les éoliennes permettent de transformer l’énergie mécanique du vent en énergie électrique. On distingue toutefois les éoliennes dites « de puissance », dont le but est exclusivement de fournir le courant produit au réseau électrique existant, des éoliennes domestiques ou petites éoliennes (lien vers petit éolien) destinées à répondre aux besoins électriques d’une habitation ou d’un site isolé.

eolienne-verticale 1

 

 

Une des rares éoliennes à axe vertical installée dans le monde.

Altamont Pass, Californie.

Photo : Warren Gretz, NREL

 

 

 

 

 

 

 

 

La très large majorité des éoliennes installées dans le monde sont des machines à axe horizontal (1, 2 ou 3 pales verticales) car leur rendement est supérieur à celui des autres types d’éoliennes.

schema-nacelle-eolienne

  1. automate
  2. anémomètre, girouette
  3. moteur d’orientation
  4. arbre lent
  5. multiplicateur
  6. arbre rapide
  7. génératrice
  8. frein à disque

 

 

 

Lorsque le vent devient suffisant (3 à 5 m/s), l’automate (1), renseigné par l’anémomètre et la girouette (2) fixés au sommet de la nacelle, commande au moteur d’orientation (3) de placer l’éolienne face au vent. Le vent entraîne les pales qui font tourner un arbre lent (4). Le multiplicateur (5) augmente la vitesse de rotation et imprime cette accélération à l’arbre rapide (6). Celui-ci transmet le mouvement rotatif au générateur (7) qui produit l’électricité.

Le courant ainsi produit descend au sol par des câbles situés dans le fût de l’éolienne. Il est alors transformé pour être injecté au réseau électrique existant.

Les éoliennes de puissance ne fonctionnent et ne produisent pas en permanence. Elles ont besoin d’une vitesse de vent minimale pour commencer à produire de l’électricité. Inversement, elles se freinent puis s’arrêtent automatiquement lorsque la vitesse du vent est trop élevée (environ 100 km/h). Ainsi, les aérogénérateurs ne produisent de l’électricité qu’entre 2 vitesses de vent appelées vitesse de démarrage et vitesse de coupure.

Pour freiner la rotation des éoliennes, on utilise souvent le principe de pales à pas variable ou pitch control : les pales sont mobiles autour de leur axe longitudinal et s’orientent automatiquement de façon à diminuer la portance au vent. Lorsque la vitesse du vent est trop importante et que ce mécanisme ne suffit plus à freiner le mouvement rotatif, l’éolienne se place perpendiculairement au vent (on dit qu’elle se met en drapeau, comme les voiles d’un bateau). Le rotor devient ainsi immobile. Un autre système de régulation, appelé stall control est également parfois utilisé : c’est alors le profil aérodynamique de la pale qui permet à l’éolienne de réguler.

Les éoliennes disposent en outre d’un frein mécanique (8), dit frein d’urgence. Celui-ci, placé sur l’arbre rapide, permet de suppléer le freinage par les pales en cas de défaillance, ou bien de maintenir l’éolienne en position arrêtée en période de maintenance.

Les générateurs éoliens sont arrivés à maturité d’un point de vue technologique. La période de tâtonnement est désormais révolue et les machines mises au point actuellement sont fiables et à la pointe de la technologie. Ceci se traduit par une croissance de la puissance unitaire et de la taille des éoliennes qui atteignent aujourd’hui 2500 kW (soit 2,5 MW) pour plus de 100 m de haut.

Que devient l’électricité produite ?

L’électricité produite est injectée dans le réseau électrique. Les parcs éoliens d’une puissance supérieure ou égale à 10 MW se raccordent au réseau haute tension, 63 000 Volts, réseau public de transport, géré par RTE (Réseau de Transport de l’Electricité).

Les parcs éoliens d’une puissance inférieure à 10 MW se raccordent au réseau moyenne tension, 20 000 Volts, réseau public de distribution, géré par EDF-GDF Services, agence régionale d’Accès au réseau de Distribution (ARD).

La compagnie publique d’électricité achète le courant électrique au prix fixé par le Ministère de l’Industrie. Depuis peu, le contexte tarifaire est devenu plus favorable à l’énergie éolienne.

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