Energie Eolienne

L'air qui entoure la terre est composé de nombreux gaz, et le vent consiste essentiellement en des molécules gazeuses qui se déplacent (énergie cinétique). Si l'on ralentie ces molécules, elles ont besoin de « libérer » leur énergie cinétique. Les éoliennes capturent l'énergie cinétique des vents de surface et la convertissent en électricité.

Pour ce faire, elles ont besoin de trois composants de base : des pales, un arbre et une génératrice. Lorsque le vent se déplace sur les pales de la turbine éolienne, il crée de l'air à haute pression au-dessous des pales de la turbine, et de l'air à basse pression au-dessus d'elles, provoquant une sustentation — à l'instar des ailes d'un avion. La sustentation fait tourner les pales, puisque chaque pale est légèrement inclinée. Les pales font tourner un arbre déplaçant des aimants de la génératrice, qui crée à son tour de l'électricité.

Cette électricité peut être utilisée sur place par une maison, une entreprise, une ferme, etc. Elle peut aussi être « pompée » vers un réseau électrique voisin pour son stockage et son transport vers d'autres entités qui en ont besoin.

Principe de fonctionnement
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.

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

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. 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. 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.

Méthodes d'exploitation
L'éolienne sert à produire de l'électricité, généralement dans trois types de configuration

Une éolienne sur un terrain individuel dont la production en énergie électrique est destinée à l'auto-consommation par le propriétaire.
Toute la production peut éventuellement être vendue au distributeur local
Une ferme éolienne, ou parc éolien, est constituée de plusieurs éoliennes. Typiquement 3 à 10 machines distantes entre elles d’au moins 200 m, d'une puissance de plusieurs centaines de kW ou de plusieurs MW
chacune. Leur production d'électricité, achetée la plupart du temps par EDF, est injectée sur le réseau. Bien que chaque machine ait
une faible emprise au sol, il faut disposer d’une superficie de plusieurs dizaines d’hectares pour un parc éolien significatif.

Une ferme éolienne off-shore est un parc éolien implanté en mer, en moyenne à 10 km des côtes, à des profondeurs allant jusqu’à 25 à 30 m. Il est raccordé au réseau terrestre par un câble sous-marin.