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Sciences · Énergie et technologies

L’énergie éolienne

Une éolienne transforme l’énergie cinétique du vent en électricité grâce à un rotor qui entraîne un générateur. L’éolien fournit environ 8 % de l’électricité mondiale et près de 9 % de celle de la France.

Mis à jour le 3 min de lecture

Le vent fait tourner des moulins depuis plus de mille ans. L’éolienne moderne, haute de 150 à 250 mètres en bout de pale, est l’héritière de ces moulins et l’une des sources d’électricité bas carbone les plus développées. Le vent étant lui-même produit par l’échauffement inégal de l'atmosphère par le Soleil, l’éolien est une forme indirecte d’énergie solaire.

Comment fonctionne une éolienne ?

  1. Le vent fait tourner les pales (généralement trois), profilées comme des ailes d’avion.
  2. Le rotor entraîne un arbre qui tourne lentement, une dizaine de tours par minute pour les grands modèles.
  3. Dans la nacelle, un multiplicateur accélère la rotation, ou bien un générateur à aimants permanents tourne directement à basse vitesse.
  4. Le générateur produit l’électricité (voir production d’électricité), dont la tension est élevée par un transformateur avant l’injection sur le réseau.
  5. Une girouette et un anémomètre orientent la nacelle face au vent et règlent l’inclinaison des pales.

L’éolienne démarre vers 10 à 15 km/h de vent, atteint sa puissance nominale vers 45 à 55 km/h et s’arrête par sécurité au-delà d’environ 90 km/h.

La physique du vent

La puissance du vent qui traverse le rotor est proportionnelle à la surface balayée et au cube de la vitesse du vent :

Le physicien Albert Betz a montré en 1919 qu’une éolienne ne peut capter plus de 59 % de cette énergie (limite de Betz) : il faut bien que l’air continue à s’écouler derrière elle. Les meilleures machines en récupèrent environ 45 à 50 %. D’où la course aux grandes pales et aux mâts hauts, où le vent est plus fort et plus régulier.

Terrestre ou en mer ?

Éolien terrestreÉolien en mer (offshore)
puissance unitaire2 à 6 MW8 à 15 MW et plus
facteur de charge en Franceenviron 22-25 %environ 35-45 %
ventplus irrégulierplus fort et plus constant
coûtplus faibleplus élevé (fondations, câbles, maintenance)
acceptabilitévisible dans les paysages, bruit à proximitévisible depuis les côtes, conflits avec la pêche

L’éolien en mer peut être posé sur le fond (jusqu’à 50-60 m de profondeur) ou flottant, ancré au fond par des câbles, ce qui ouvre des zones plus profondes.

L’éolien en chiffres

  • Dans le monde, la puissance éolienne installée dépasse 1 000 GW ; la Chine en possède près de la moitié.
  • En France, plus de 20 GW d’éolien terrestre sont installés ; le premier parc en mer, au large de Saint-Nazaire (80 éoliennes, 480 MW), est mis en service en 2022, suivi de Saint-Brieuc et Fécamp.
  • Sur leur cycle de vie, les éoliennes émettent environ 11 à 12 g CO₂/kWh (GIEC), parmi les plus faibles valeurs de toutes les sources.

Avantages et limites

AvantagesLimites
très faibles émissions, aucun combustibleproduction variable selon le vent, difficile à prévoir finement
énergie remboursée en moins d’un an de fonctionnementbesoin de flexibilité sur le réseau : stockage, pilotage, interconnexions
coût de production compétitif sur terreimpact paysager, bruit à proximité
terrain encore utilisable pour l’agriculturemortalité d’oiseaux et de chauves-souris, à réduire par le choix des sites et le bridage
démantèlement et recyclage en grande partie possibles (acier, béton, cuivre)pales en composites encore difficiles à recycler

Questions fréquentes

Combien produit une éolienne ?

Une éolienne terrestre de 3 MW produit en France environ 6 à 7 millions de kWh par an, soit la consommation d’électricité (hors chauffage) de plus de 2 000 foyers.

Pourquoi les éoliennes ont-elles trois pales ?

C’est le meilleur compromis entre rendement, stabilité mécanique et coût : deux pales provoquent des vibrations, quatre ou plus coûtent plus cher pour un gain de rendement faible.

Que deviennent les éoliennes en fin de vie ?

Elles sont démantelées par l’exploitant, qui doit constituer des garanties financières. En France, une large part de la masse doit être recyclée ou réutilisée ; les fondations en béton sont excavées.

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