Quelle électricité en France pour 2035 AR v6 © Alain RICAUD Nov-Déc 2019 Page 50
L’éolien
Le vent est en fait une énergie d’origine solaire. En effet, le rayonnement solaire réchauffe inégalement la surface de la terre, créant ainsi des zones de températures, de densités et de pressions différentes. Les vents sont des déplacements d’air entre ces différentes zones. Il y a, tout d’abord, des vents planétaires, dus au fait que des mouvements d’air transportent la chaleur des tropiques vers les pôles plus froids. D’autres vents sont plus locaux, par exemple en bord de mer (différence de température entre la mer et la terre) ou dans les sites montagneux (différence de température entre les sommets et les vallées).
Le potentiel
Bien des facteurs peuvent influer sur l’existence et la vitesse du vent. Il est très important de bien connaître ceux-ci, car la puissance d’une éolienne est proportionnelle au cube de la vitesse : pour une vitesse deux fois plus forte, la puissance sera huit fois plus forte ! D’où la recherche effrénée de « bons sites » de la part des développeurs dès le début des années 2000. En pratique les endroits où les vents dépassent en moyenne 7 m/s. sont considérés comme de bons sites. De tels vents soufflent sur environ le quart de la surface de la terre. Mais, évidemment, une infime partie de ces terres est disponible pour l’installation d’éoliennes, compte tenu des villes, des forêts, etc… Certains auteurs estiment que seulement 4 % de ces sites favorables sont utilisables: dans ce cas, le potentiel global de l’énergie éolienne serait d’environ 50 000 TWh, du même ordre que la production électrique mondiale actuelle !
D’une année sur l’autre, il peut y avoir des variations de +/- 25 %. D’un mois sur l’autre, les variations sont encore plus sensibles: en général, les vents sont plus forts à l’automne et en hiver. Enfin, d’un jour à l’autre et d’une heure à l’autre, la vitesse varie aussi : les vents de mer s’accroissent par exemple en fin d’après-midi. A cause de toutes ces variations, il est important de connaître non pas seulement la vitesse moyenne, mais la distribution des vitesses autour de cette moyenne. En effet pour une même vitesse moyenne, la puissance moyenne captée, proportionnelle au cube de la vitesse, peut varier dans un rapport de 1,5 à 2,5 environ (du fait que la moyenne du cube est supérieure au cube de la moyenne).
Les éoliennes sont représentatives des nouvelles sources de production d’électricité utilisant les énergies renouvelables. En effet quoique les moulins à vent aient été utilisés dès le Moyen Age, les éoliennes modernes sont des objets techniques rendus faisables par les progrès récents sur les matériaux composites et l’électrotechnique. La majorité des éoliennes raccordées aux réseaux dans les années 2000-2010, avaient des puissances unitaires de 100 à 600 kW. Des machines de 3 MW sont désormais en cours d’installation partout en Europe.
Le facteur de charge ou taux d’utilisation
Il dépend de plusieurs facteurs (Tableau 12) : tout d’abord, la limite théorique de Betz, loi physique qui indique que la puissance théorique maximale développée à partir d’un capteur de vent est égale à 16/27 (59 %) de la puissance incidente du vent qui le traverse. Les meilleurs coef de puissance (47 %) sont obtenus avec les machines tripales qui se sont rapidement imposées sur le marché bien que leur courbe de puissance en fonction de la vitesse du vent soit assez pointue. Il dépend ensuite de la disponibilité du vent à la vitesse nominale en heures par an, et enfin des disponibilités des machines qui ont considérablement augmenté au cours des 20 dernières années, passant de 90 à 98 % du temps. En investissant dans la maintenance prévisionnelle afin d’abaisser leurs coûts de