Énergie éolienne : tout savoir sur son fonctionnement

Qu'est-ce que l'énergie éolienne ?

Du temps de la Grèce antique, un dieu, un seul, règne en maître sur les vents : Éole. Ce nom légendaire a fini, à travers les siècles, par symboliser l'énergie cinétique du vent, l'énergie éolienne.

Les éoliennes sont des dispositifs capables de « capter » cette énergie du vent. Le principe est simple et bien connu : le vent vient faire tourner leurs pales (le rotor), dont la rotation entraîne à son tour un générateur situé dans la tête de l'éolienne, appelée la nacelle. Les pales tournant 100 fois plus lentement que la génératrice, on dispose généralement, entre l’arbre de rotation des pales et celui du générateur, un multiplicateur ou grosse boite de vitesse.

Pour résumer en une phrase, l'énergie cinétique du vent ou énergie éolienne est convertie en énergie mécanique, ce qui permet de générer un courant électrique. Celui-ci se retrouve ensuite injecté sur le réseau après un passage obligatoire par un transformateur. Issue d'une source totalement propre et renouvelable, on peut donc parler d'énergie verte à propos de l'énergie éolienne.

Rappelons que nos ancêtres maîtrisaient déjà l'énergie éolienne. Et depuis des lustres même ! Les moulins à vent du Moyen Âge fonctionnaient sur le même principe que les éoliennes modernes, à la différence notable qu'ils ne produisaient pas d'électricité mais permettaient de faire tourner des roues, utilisées notamment pour broyer le grain.
La première éolienne moderne destinée à produire de l'électricité verte a vu le jour en 1888, aux États-Unis. Et en France, le premier programme éolien a été inauguré en 1996.

Quels sont les différents types d'éoliennes ?

Il existe deux grandes familles d'éoliennes pour produire de l'énergie : les éoliennes terrestres et les éoliennes en mer, appelées aussi éoliennes offshore. Toutes deux fonctionnent de la même manière, seul leur environnement diffère.

Les éoliennes terrestres

En 2020, toute l'énergie éolienne exploitée en France l'a été par des éoliennes terrestres, ces géantes qui font désormais partie du paysage et tournent dans plaines et régions venteuses. Les éoliennes terrestres sont toujours installées en groupe : c'est ce que l'on appelle un parc éolien.

Le mât d'une éolienne mesure entre 80 et 100 mètres de haut, pour une hauteur totale d'environ 150 mètres en comptant les pales. La production d'une éolienne de 2 MW – ce qui est une puissance moyenne –, est d'environ 4 200 MWh par an, soit la consommation électrique moyenne de près de 800 foyers français.

Les éoliennes en mer

Installées en mer, les éoliennes offshore bénéficient quant à elles des vents marins, plus réguliers et plus puissants que sur terre. Elles sont beaucoup plus grandes que leurs petites sœurs terrestres (jusqu’à 200 m de diamètre du rotor) et plus puissantes (désormais 12 MW, voire 14 à 15 MW bientôt). Particulièrement adaptées aux conditions sévères de l’environnement marin, l'installation de ces éoliennes nécessite d’importants moyens logistiques et des navires spécialisés.

Même si des fermes pilotes d’éoliennes flottantes sont en cours de développement (trois en Méditerranée et une en Atlantique, avec différents concepts de plateforme flottante), dans l'immense majorité des cas les éoliennes marines reposent sur le fond de la mer, au moyen de fondations métalliques géantes. Voilà pourquoi ces éoliennes dites « posées » sont déployées à quelques kilomètres des côtes, dans des zones où l'océan demeure peu profond.

Fin 2020, aucune éolienne offshore ne fournissait encore d'électricité en France (seul un prototype d’éolienne flottante de 2 MW au large du Croisic fonctionne depuis fin 2019), mais la production de ces éoliennes devrait rapidement prendre son essor. Un premier parc éolien en mer pourrait commencer à produire de l'énergie en 2022. Au total, sept parcs offshore doivent voir le jour en France métropolitaine, précisément au large de Saint-Nazaire, Fécamp, l’île d’Yeu-Noirmoutier, Saint-Brieuc, Courseulles-sur-Mer, Dieppe Le Tréport et Dunkerque.

Les éoliennes domestiques

Avoir une éolienne chez soi et produire de l'électricité verte grâce au vent qui souffle dans son jardin ? C'est peu courant, mais possible. On appelle cela le petit éolien, ou l'éolien domestique : de l'énergie éolienne utilisée en autoconsommation électrique. Mais attention, des règles s'imposent. Par exemple, une éolienne domestique ne peut pas mesurer plus de 50 mètres.

Depuis peu, on voit aussi apparaître des éoliennes domestiques compactes, conçues pour la ville.

Quel est le poids de l'énergie éolienne dans la production d'énergies vertes en France ?

L'éolien, ce n'est plus du vent ! Cette énergie renouvelable contribue aujourd'hui, pour 29,5 %, à la production d'électricité renouvelable en France. Et ces énergies vertes couvrent désormais 23 % de la consommation électrique du pays.

En 2019, l'énergie éolienne a fourni 6,3 % de la production totale d'électricité en France, en hausse spectaculaire de +21,2 % par rapport à 2018 !
À côté, le parc éolien s'est étoffé, en augmentant de 1 360 MW en douze mois. La puissance éolienne totale raccordée atteint aujourd'hui près de 17 000 MW.

Et ce n'est pas près de s'arrêter. La France s'est fixé pour objectif d'atteindre une puissance éolienne comprise entre 34 100 et 35 600 MW pour l'éolien terrestre, et entre 4 700 et 5 200 MW pour l'éolien en mer, d'ici 2028. L'ambition est forte, et avec la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, la France vise aussi 32 % d'énergies renouvelables dans sa consommation d'électricité à horizon 2030. L'Hexagone est ainsi la 4^e puissance éolienne d'Europe, derrière le Royaume-Uni, l’Espagne et l’Allemagne.

L'énergie éolienne, issue du vent, est-elle efficace ?

Il est parfois reproché aux éoliennes de faire… beaucoup de bruit (ou de vent) pour pas grand-chose. C'est un préjugé pour le moins tenace ! L'énergie produite par une éolienne terrestre est tout simplement l'électricité verte la plus compétitive, selon un rapport de l'Ademe. Mieux, en raison du développement de la filière, les coûts de production devraient encore baisser d'ici 2025.

L'idée selon laquelle les éoliennes tournent peu est également fausse. En France, elles sont actives plus de 80 % du temps ! Pour pouvoir fonctionner et produire de l'énergie, une éolienne a besoin d'une vitesse de vent minimale de 15 km/h. Généralement, quand le vent atteint environ 35 km/h, l’éolienne peut alors fonctionner à sa pleine puissance et ce, jusqu’à 90 km/h. En revanche, dès que le vent dépasse les 90 km/h, elle s'arrête automatiquement, par sécurité.

A terre, une éolienne fonctionne entre 20 et 30% du temps à sa puissance maximale, c’est ce qu’on appelle son facteur de charge (le reste du temps, elle fonctionne à une puissance plus faible). En mer, grâce au vent plus fort et à leur grande taille, les éoliennes peuvent fonctionner plus de 40% du temps à leur puissance maximale, voire 60% dans certains sites très ventés !

L'enjeu du stockage de l'électricité verte

Il est vrai que l'énergie éolienne a un petit désagrément : sa variabilité. Comme avec le solaire photovoltaïque, il n'est pas possible d’assurer une production éolienne d'électricité stable et constante, puisque le vent ne cesse de varier. Voilà pourquoi, à long terme, avec la montée en puissance des énergies renouvelables « variables » et pour permettre la transition énergétique, le développement de solutions de stockage d'électricité de grande échelle devient incontournable.

Comment soutenir la production d'énergie éolienne ?

Chacun d'entre nous peut favoriser le développement des énergies renouvelables et notamment celui de l'énergie éolienne. Pour cela, vous pouvez essayer de planter une éolienne domestique dans votre jardin, mais le plus simple reste de souscrire une offre d'électricité verte, qui garantit qu'une quantité d'énergie renouvelable équivalente à votre consommation est réinjectée sur le réseau électrique.

Comment ? Grâce à la Garantie d'origine, un certificat électronique européen strict qui certifie que de l'électricité a été produite depuis une source d'énergie renouvelable. Plus les consommateurs choisiront ce genre d'offres, plus les fournisseurs d'électricité devront proposer une électricité verte. C'est mécanique ! Il existe même des offres d’électricité pour soutenir la production d'énergie renouvelable régionale.

Une électricité durable et locale, c'est donc possible !