Après avoir traité précédemment l'énergie solaire photovoltaïque et thermique, on réserve à ce qui suit un descriptif à l'énergie éolienne intermittente. Nous nous orientons dans cette contribution vers l'aspect technico-économique des deux énergies, éolienne et géothermique, tout en donnant un aperçu sur le développement de ces deux technologies à l'échelle internationale. A titre comparatif avec l'énergie photovoltaïque, l'énergie éolienne est beaucoup moins onéreuse et sa technologie est beaucoup plus simple. Cependant, son mixage avec l'énergie solaire photovoltaïque résoudrait en grande partie l'inconvénient de l'intermittence dans des sites isolés. l'énergie éolienne L'énergie éolienne dépend du site où la force du vent dépasse 15 km/ heure. La force du vent fait tourner les pales et entraîne le rotor qui transmet l'énergie reçue à un générateur qui produit de l'énergie électrique. Cette dernière est acheminée par un câble électrique souterrain au réseau public d'électricité.La transformation du vent en électricité s'effectue par la différence de pression entre les deux faces de la pale et crée une force aérodynamique qui met le rotor en mouvement. Ce mouvement est généralement accéléré par un multiplicateur et l'énergie mécanique transmise est transformée en énergie électrique par le générateur. Le rotor du générateur tourne à grande vitesse, produit de l'électricité à une tension d'environ 690 volts. Cette électricité ne peut être utilisée directement, elle est traitée grâce à un convertisseur électrique qui se traduit par une augmentation de la tension à 20 000 volts. Avec le développement de la technologie, les éoliennes modernes deviennent fiables et silencieuses. Elles développent des puissances supérieures au mégawatt et délivrent une énergie électrique à un prix très concurrentiel par rapport au nucléaire ou au thermique classique. Les techniques récentes cherchent de nouvelles turbines plus puissantes et plus régulières à des hauteurs de 300 m, 1200 m et même à 5000 m pour produire 100 fois plus d'électricité qu'une éolienne à basse altitude.Les pales et les piliers sont de forte résistance en matériaux composites ayant une légèreté et une solidité et évitent la corrosion en milieux agressifs. Le paramètre de légèreté permet d'augmenter le diamètre des hélices pour produire plus d'électricité. Des efforts de recherche de l'Université américaine de Case Western sont concentrés sur l'amélioration des matériaux composites permettant de réduire le poids et augmenter la résistance. Les pales des petites éoliennes sont construites généralement en bois, en aluminium ou en fibre de verre. Les grandes éoliennes installées à ce jour ont une puissance dépassant 3 MW. Lorsqu'elles sont rassemblées en fermes éoliennes, on dépasse les 200 MW. La puissance moyenne produite d'une ferme éolienne est très variable en fonction des saisons. L'entretien périodique est assez simple et ressemble à l'entretien d'équipements courant de machinerie fixe tel que la lubrification, le nettoyage, le remplacement préventif des composants, l'entretien électrique, etc. La durée de vie des éoliennes dépasse 20 ans. Ainsi, les différents composants d'une éolienne de capacité supérieure ou égale à 3MW sont : - Le mât est le plus souvent métallique ou en composite et de forme conique et mesure de 40 à 110 mètres de haut, pour un diamètre à la base de 4 à 7 m. Il comprend une ouverture au niveau du sol pour permettre, de l'intérieur, l'accès aux différents équipements en hauteur tels que le rotor, là où les vents sont les plus forts, et permet d'avoir une grande longueur de pale. Les éoliennes sont fixées au sol grâce à des fondations en béton armé, souvent circulaires, et elles sont interconnectées entre elles par des câbles électriques enterrés. Chaque éolienne est raccordée à un poste de transformation situé à l'intérieur du pied du mât. L'énergie électrique produite est diffusée vers le réseau public de distribution par l'intermédiaire d'un poste de livraison. Un système informatique, couplé au réseau téléphonique, permet le suivi et le contrôle à distance de chacune des éoliennes du parc. Le rotor est constitué de trois pales en matériau composite de 25 à 60 m de long, reliées par un moyeu. Le rotor s'oriente de lui-même sur 360° pour rester face à toutes les directions du vent et permettre une production maximale d'électricité. La hauteur en bout de pale varie entre 90 et 150 m pour les plus grandes éoliennes. Les pales d'une éolienne tournent en moyenne à une vitesse de 10 à 20 tours par minute. - La nacelle pivotante située au sommet du mât abrite le générateur qui transforme l'énergie mécanique du vent en énergie électrique. Celle-ci s'oriente également de manière autonome en fonction de la direction du vent.Pour démarrer une turbine, cela nécessite un vent minimum de 12 à 15 km/h. Pour que la machine produise à pleine puissance, les vents doivent aller de 45 km/h à 90 km/h. Au-delà de 90 km/h, la turbine est arrêtée pour des raisons de sécurité. Les éoliennes sont de plus en plus performantes. Des progrès technologiques significatifs ont été réalisés au cours des dix dernières années. En 1999, il fallait 30 éoliennes pour constituer un parc de 12 MW. En 2009, seules 4 suffisaient à raison de 3MW par éolienne, qui correspond à la consommation d'environ 3000 foyers (hors chauffage). Concernant les petites éoliennes destinées aux particuliers, elles fonctionnent sur le même principe que celles des méga-éoliennes. Leur puissance varie entre 0,1 et 36 kW. Le mât mesure entre 10 et 35 m. Elles peuvent alimenter des bâtiments isolés non reliés au réseau électrique, ou bien être raccordées au réseau pour une vente de la production. Les éoliennes les plus fréquentes sont à axe horizontal, mais il en existe aussi à axe vertical. L'énergie éolienne est utilisée également pour alimenter un réseau électrique ou pour fournir de l'énergie à des sites isolés, pour le pompage de l'eau dans des champs, ou encore pour alimenter en électricité des voiliers, des phares et des balises. Certains particuliers souhaitent s'équiper de petites éoliennes individuelles qui peuvent convenir aux secteurs ruraux, en particulier dans les sites isolés non raccordés au réseau. Pour ce qui est de la réalisation d'un parc éolien en mer, les conditions météo sont plus rigoureuses, les éoliennes sont soumises à des vents violents, à la salinité… Les constructeurs conçoivent des matériaux adaptés à ces conditions extrêmes de résistance à la corrosion. A l'état actuel de la technologie, les parcs en mer sont situés généralement à moins de 40 m de profondeur et à moins de 30 km des côtes. Les mâts peuvent atteindre une centaine de mètres au-dessus du niveau de la mer et chaque pale dépasse 80 m de long ; un module pour les équipes d'intervention ; un transformateur ; les câbles sous-marins assurant la collecte et le transport de l'électricité jusqu'à la côte. Des résultats de recherches sur l'éolien dit «flottant» permettront d'installer des parcs ancrés à une profondeur maximale de 150 m. Avant d'envisager l'installation d'une ferme éolienne, l'évaluation du gisement éolien d'un site se déroule en deux étapes. D'abord, des mesures de vent sont réalisées sur le site du futur parc éolien, puis ces mesures sont rapprochées de celles recueillies par plusieurs sources de données de vent à long terme dans la région environnante du projet éolien. Une étude préalable à l'échelle du territoire national a déjà été effectuée par le Centre de développement des énergies renouvelables (CDER). L'installation d'un parc éolien nécessite une procédure en plusieurs étapes impliquant plusieurs acteurs. Un projet éolien peut être lancé généralement par un groupe d'agriculteurs, de particuliers, d'une collectivité locale, ou par une société privée dotée des capitaux nécessaires (projet industriel). Ces projets devraient bénéficier des avantages fiscaux et du rachat de l'excès d'électricité par la société publique dans le cas où le réseau est disponible. La première étape consisterait à s'assurer que le site d'implantation envisagé convient à un projet de parc éolien, c'est-à-dire suffisamment éloigné des habitations pour réduire les nuisances de voisinage ; être facile à relier au réseau électrique haute ou moyenne tension ; être facile d'accès ; ne pas être soumis à certaines contraintes ou servitudes (aéronautiques, radars, etc.) ; prendre en compte le patrimoine naturel et en particulier l'avifaune, éviter les zones protégées ; ne pas prendre place dans des secteurs architecturaux ou paysagers sensibles (sites emblématiques, paysages remarquables, sites inscrits ou classés, etc.) ; être d'une taille suffisante pour accueillir le projet. Pour finaliser un tel projet éolien, il doit obtenir deux autorisations : le permis de construire par les collectivités locales, et l'autorisation de produire de l'électricité par la société publique de production d'électricité. Pour cela, les textes législatifs doivent être ficelés. Aspect économique L'énergie éolienne peut être utilisée en complément à l'énergie solaire PV et toutes deux peuvent réduire l'intermittence énergétique entre le jour et la nuit, ainsi qu'entre l'hiver et l'été. L'énergie fluctuante au gré des aléas climatiques a beaucoup moins de valeur qu'une énergie à fonctionnement constant, car ses fluctuations devront être compensées par des moyens de stockage coûteux (batteries). Il faudra donc, pour assurer la couverture de la demande, doubler l'investissement en éoliennes et le thermique permet d'ajuster en temps réel la production d'électricité nécessaire au jour le jour. La réduction de l'intermittence peut être également compensée par le système hybride éolien-solaire PV. La valeur économique des éoliennes est fortement conditionnée par la qualité du site, en particulier de la force et surtout de la régularité du vent. Ainsi, la France qui n'a pour le moment équipé que ses meilleurs sites obtient de ses éoliennes un facteur de charge moyen de 21 à 24% selon les années, alors que l'Allemagne, qui a déjà équipé de nombreux sites de second choix, n'a qu'un facteur de charge moyen de 18 à 19%. Les éoliennes espagnoles, dont le facteur de charge dépasse 30%, ont encore plus de valeur, et plus encore les éoliennes offshore avec 35 à 45%. En Algérie, la force des vents est importante sur les sites énumérés par le CDER suite à l'établissement de la carte des vents (Adrar, In Salah, Tiaret, In Amenas, Tindouf, Béchar…). Les différentes politiques en France de soutien et de mise en place à travers le pays ont permis de croître le développement de l'énergie éolienne. Le rapport publié par la Commission de régulation de l'énergie (CRE) en avril 2014 sur les coûts et la rentabilité des énergies renouvelables donne les éléments de coûts suivants : - Le coût d'investissement dans l'éolien terrestre est compris entre 1400 à 1600 k/MW entre 2008 et 2012. La répartition de ces investissements est de 72% pour les éoliennes et les turbines. Le reste, cela concerne les études, le génie civil, le raccordement… - Les coûts d'exploitation terrestre sont environ de 45 k/MW/an, dont la moitié pour la maintenance ; - le coût de production est compris entre 50 et 110 k/MWh ; - les parcs éoliens en côtes françaises en mer présentent un coût de production de 105 à 164 k/MWh ; - la puissance moyenne minimale disponible en France est plus faible que celle disponible dans 6 pays européens (Allemagne, Danemark, Espagne, France, Irlande et Royaume-Uni). En Allemagne, vu ses perspectives de sortir du nucléaire, l'éolien est déjà très fortement développé, sa part dans la production d'énergie électrique est de 510 TWh/an. - Les variations des vents affectent un grand nombre d'éoliennes en même temps et leur indisponibilité simultanée lors d'une période anticyclonique serait difficile à gérer. - Le givrage étant un inconvénient majeur. Fin de la 1ère partie , à suivre..........
