Une éolienne est un dispositif qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, dite énergie éolienne, laquelle est ensuite le plus souvent transformée en énergie électrique. Les éoliennes produisant de l'électricité sont appelées « aérogénérateurs », tandis que les éoliennes qui pompent directement de l'eau sont parfois dénommées « éoliennes de pompage » ou « pompes à vent ». Une forme ancienne d'éolienne est le moulin à vent.
Les termes « centrale éolienne », « parc éolien » ou « ferme éolienne » sont utilisés pour décrire les unités de production groupées, installées à terre ou en mer.
Les pays du monde où les champs éoliens sont les plus nombreux sont la Chine, les États-Unis, l'Allemagne, l'Espagne, l'Inde, le Royaume-Uni et, en proportion de la population, le Danemark (voir Production d'énergie éolienne).
Comme l'énergie solaire et d'autres énergies renouvelables intermittentes, l'éolien peut constituer un système d'alimentation autonome, mais il nécessite alors soit une source d'énergie d'appoint pour les périodes moins ventées (par exemple des centrales à gaz), soit un stockage d'énergie de réseau (batteries, stockage hydraulique ou, plus récemment, hydrogène, méthanation, air comprimé), soit encore un réseau électrique intelligent.
Étymologie
En 1885, Ernest-Sylvain Bollée, inventeur de l'éolienne Bollée, utilise le mot « éolienne » pour la première fois comme nom commun à partir de l'adjectif substantivé (énergie éolienne). Le mot trouve sa place dans le Larousse en 19071.
Historique
Article de Scientific American sur l'invention de Brush (1890).
L'ancêtre de l'éolienne est le moulin à vent, apparu en Perse dès l'an 620 et suivi de la pompe à vent, apparue au ixe siècle dans l'actuel Afghanistan. De nos jours, ils sont encore utilisés couplés à une pompe à eau, généralement pour drainer et assécher des zones humides ou au contraire irriguer des zones sèches ou permettre l'abreuvage du bétail.
En 1888, Charles Francis Brush construit une grande éolienne pour alimenter sa maison en électricité, avec stockage par batterie d'accumulateurs.
La première éolienne « industrielle » génératrice d'électricité est mise au point par le Danois Poul La Cour en 1890, pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse. Dans les années suivantes, il crée l'éolienne « Lykkegard », dont il vend soixante-douze exemplaires en 19082.
En 1923, le généticien britannique John Burdon Sanderson Haldane écrit :
« Si une éolienne dans le jardin pouvait produire 50 kg de charbon par jour (or, elle peut produire l’équivalent en énergie), nos mines de charbon fermeraient dès demain. Personnellement, je pense que d’ici 400 ans, on aura peut-être résolu le problème de l’énergie en Angleterre de la façon suivante : le pays sera recouvert de rangées d’éoliennes de métal, entraînant des moteurs électriques qui eux-mêmes fourniront un courant à très haute tension à un grand réseau électrique. De grandes centrales judicieuses espacées utiliseront le surplus d’énergie des périodes venteuses pour effectuer la décomposition électrolytique de l’eau en oxygène et en hydrogène. Ces gaz seront liquéfiés et stockés dans de vastes réservoirs à double paroi sous vide, probablement enterrés. (…) Par temps calme, les gaz seraient recombinés dans des moteurs à explosion reliés à des dynamos pour récupérer de l’électricité ou, plus probablement, dans des piles à combustibles3. »
Une éolienne expérimentale de 800 kVA fonctionna de 1955 à 1963 en France, à Nogent-le-Roi dans la Beauce. Elle avait été conçue par le Bureau d'études scientifiques et techniques de Lucien Romani et exploitée pour le compte d'EDF. Simultanément, deux éoliennes Neyrpic de 130 et 1 000 kW furent testées par EDF à Saint-Rémy-des-Landes (Manche)4. Il y eut également une éolienne raccordée au secteur sur les hauteurs d'Alger (Dély-Ibrahim) en 1957.
Cette technologie ayant été quelque peu délaissée par la suite, il faudra attendre les années 1970 et le premier choc pétrolier pour que le Danemark reprenne les installations d'éoliennes.
Une éolienne à axe horizontal est une hélice perpendiculaire au vent, montée sur un mât. La hauteur est généralement de 20 m pour les petites éoliennes, et supérieure au double de la longueur d'une pale pour les modèles de grande envergure.
En 2017, la plus grande éolienne mesure 187 m de haut pour une puissance de 9,5 MW5. En 2019, le prototype de l'Haliade X, installé à Rotterdam, d'une puissance de 12 MW, atteint 260 m de haut6.
Composition
L'éolienne la plus courante, à axe horizontal, se compose d'un mât, une nacelle et un rotor. Des éléments annexes, comme un poste de livraison pour injecter l'énergie électrique produite au réseau électrique, complètent l'installation.
Une telle éolienne se modélise principalement à partir de ses caractéristiques aérodynamiques, mécaniques et électrotechniques. En pratique, on distingue aussi le « grand éolien », qui concerne les machines de plus de 350 kW7, de l'éolien de moyenne puissance (entre 36 et 350 kW7) et du petit éolien (inférieur à 36 kW7).
Mât
Le mât permet de placer le rotor à une hauteur suffisante pour permettre son mouvement (nécessaire pour les éoliennes à axe horizontal), ou à une hauteur où le vent souffle de façon plus forte et plus régulière qu'au niveau du sol. Le mât abrite généralement une partie des composants électriques et électroniques (modulateur, commande, multiplicateur, générateur, etc.). Les mâts sont généralement en acier, mais des mâts de béton sont de plus en plus utilisés par certains producteurs (par exemple en France, pour environ 1 000 éoliennes montées de 2004 à début 2013 par Enercon, 300 ont un mât de béton)8.
Nacelle
La nacelle est montée au sommet du mât et abrite les composants mécaniques et pneumatiques et certains composants électriques et électroniques nécessaires au fonctionnement de la machine. La nacelle peut tourner pour orienter la machine dans la bonne direction.
Rotor
Le rotor est composé du nez de l'éolienne recevant les pales (en général trois), fixé sur un arbre tournant dans des paliers installés dans la nacelle. Le rotor, solidaire des pales, est entraîné par l'énergie du vent. Il est branché directement ou indirectement (via un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui utilise l'énergie recueillie (pompe, générateur électrique, etc.).
Source : Wikipedia