III - Evolution des éoliennes et projets d’avenir

A- Principales évolutions à propos des éoliennes « classiques »

a) L’évolution de la taille

L'éolienne a beaucoup évolué au fil du temps , principalement au niveau de sa taille. En effet, la première, créée en 1888 par Charles Brush, faisait 17 m de haut. Aujourd'hui, la plus grande mesure 138 m. La taille a donc été multipliée par 8 en 120 ans. Cela fait une évolution d'un mètre tous les ans. Cette augmentation de la hauteur est due à l'agrandissement des pales. En 1980, le rotor d'une éolienne faisait en moyenne 18 m de diamètre. En 1990, ce diamètre était compris entre 50 et 70 m et en 2008, il allait de 80 à 125 m.

Ce développement en hauteur est amené à se stabiliser et à se stopper. En effet, plus une éolienne est haute plus , elle entraine des problèmes. La surface au sol doit être plus grande, ce qui a pour conséquence des coûts plus élevés, un transport des pièces plus difficile et des moyens beaucoup plus importants, notamment lors de sa construction. De plus, plus une éolienne est grande, plus les contraintes administratives sont importantes. Une éolienne très grande peut poser certains problèmes supplémentaires, notamment pour le trafic aérien ou pour les populations voisines. Augmenter sa taille permettra donc d’accroître la production d'énergie mais cette méthode de développement ne pourra pas continuer sur une longue durée. C'est donc une solution à court terme.

b)L’éolien offshore : un nouveau type éolien

L’autre moyen de poursuivre le développement des éoliennes « classiques » est de les installer en mer. On appelle cela l'éolien offshore. C'est un concept très récent puisque le premier parc a été installé en 1991 au Danemark. Ici, on n'augmente pas seulement la taille, on change le lieu d'implantation. La mer possède des vents plus forts et plus réguliers que la terre. Une éolienne offshore permet donc de produire plus d'énergie. Une éolienne en mer est actuellement capable de produire 2 fois plus d'énergie qu'une éolienne on shore (sur terre). L'autre avantage de l'éolien offshore est son impact sur le paysage. En effet, un des inconvénients des éoliennes sur terre est sa pollution du paysage, très critiquée par certaines populations. En les installant en mer, elles ne gênent pas la population aussi bien d'un point de vue visuel que sonore.

L'installation des éoliennes en mer nécessite des moyens matériels et financiers beaucoup plus importants. Les fondations sont un des gros problèmes des éoliennes en mer. Elles sont en béton et leur installation nécessite des quantités énergétiques très importantes, ce qui est peu écologique. Cependant, ces dernières années, des scientifiques ont élaboré des systèmes de bouées flottantes permettant de réduire considérablement ce problème. Les vents marins étant plus forts, les éoliennes doivent être plus résistantes, ce qui nécessite des matériaux plus solides. Les démarches administratives sont également plus contraignantes. Ces nouveautés font que le prix d’une éolienne en mer augmente.

Les éoliennes offshores sont utilisables dans des fonds de faible profondeur, soit environ à 20 km des terres. Le grand défi des éoliennes offshores est de pouvoir s'installer en haute mer, pour augmenter sa production d’énergie et augmenter son potentiel.

Malgré ces inconvénients, l'éolien offshore est amené à se développer. L'objectif de l'Union Européenne pour 2020 est également favorable à ce développement : un quart de la production éolienne devra être produite par des éoliennes en mer. Des pays tels que le Royaume-Uni ou le Danemark sont en avance sur cette technologie et ils possèdent plusieurs parcs offshores. La France est également en train de mettre en place des projets de parcs éoliens en mer et notamment en Bretagne.

L'éolien offshore est donc un moyen de développer considérablement le potentiel énergétique éolien et ce nouveau type d'installation est en pleine progression. Cette énergie produit environ 1GW et utilise moins de 5 % de son potentiel actuellement, ce qui lui laisse une marge de développement assez importante.

Les éoliennes classiques se rapprochant de leur seuil de production maximal, il a fallu innover afin de favoriser leur implantation. Pour cela, les chercheurs ont principalement travaillé sur leur forme. Le but était de rendre l'éolien accessible au particulier, il a donc fallu en inventer des plus petites mais aussi plus rentables.

Nous avons retenu 2 grands types d'innovations :

• Les éoliennes à axe vertical

• Les éoliennes volantes

a)Une nouvelle conception : les éoliennes à axe vertical

Les éoliennes à axe vertical sont utilisables à deux grandeurs : les éoliennes de type Darrieus sont faites pour être installées dans de grands parcs et les autres éoliennes à axe vertical sont faites pour le particulier. Elles peuvent être mises en place facilement, sur un toit par exemple.

Les premières éoliennes de Darrieus datent des années 1980 mais l'idée d'installer une éolienne verticale avait été brevetée en 1931.

Cette conception qui semble assez moderne est donc en réalité plus ancienne. Un prototype a été testé de 1983 à 1992 mais suite à de fortes rafales de vent, il s'est écroulé. L'éolienne faisait 110 m de haut et produisait 4 MW. Le principal avantage de ce type d'éolienne était que l'on pouvait placer le générateur au sol. Il n'y avait donc plus besoin de l'installer dans le mât, ce qui facilitait l'installation de l'éolienne. Cependant, elle comportait de nombreux inconvénients. Son implantation en milieu agricole était quasiment impossible car elle possédait des haubans pour la soutenir, ce qui pouvait gêner les exploitations agricoles. Elle prenait donc beaucoup plus de place et en plus, elle ne pouvait pas démarrer toute seule : il fallait entraîner les pâles avec un moteur pour qu'elle démarre. Enfin, les vents au sol n'étant pas très forts, il fallait que ce type d'éolienne soit haut, ce qui accentuait sa fragilité.

Cette éolienne de Darrieus était donc peu avantageuse car elle était trop grande.

Malgré cet échec, l'idée de faire des éoliennes verticales avait séduit certains chercheurs. C'est pourquoi les éoliennes à axe vertical ont continué à se développer mais au niveau du particulier. En diminuant la taille, cela a permis d'éliminer une partie des désavantages de l'éolienne de Darrieus, notamment ceux liés à la fragilité, tout en conservant la facilité de l'installation.

Parmi ces petites éoliennes, nous en avons retenu deux :

- l'éolienne « Savonius »

- l'éolienne « Turby »

Le fonctionnement de l'éolienne de type « Savonius » est assez simple. Deux ou trois demi-cylindres sont placés autour d'un axe vertical. Le vent vient taper contre les demi-cylindres et fait tourner l'éolienne. Elle a de nombreux atouts : elle est design et elle plaît donc beaucoup aux particuliers, ce qui lui permet de se fondre dans le paysage sans trop de difficulté. De part sa petite taille, les contraintes liées à son installation (aussi bien administratives que techniques) sont fortement diminuées. De plus, elle est très peu bruyante et elle n'a pas besoin de système d'orientation au vent. Elle peut également démarrer toute seule et à des vents assez faibles (environ 10 km/h). Cependant, à cause de sa petite taille, elle ne peut pas produire beaucoup d'énergie. Elle permet seulement de compenser environ un quart de la consommation d'un foyer.

L'éolienne « Savonius » est donc une solution très pratique pour le particulier. Grâce à un fonctionnement et une installation simplifiés, elle pourra à l'avenir être une éolienne très employée dans les milieux urbains.

L'éolienne « Turby » est une éolienne faite pour être installée sur le toit des immeubles. Elle mesure 3 m de haut et 2 m de large et produit environ 2,5 kW. Grâce à sa forme assez particulière, elle peut capter les vents venant de différentes directions. Cette éolienne est également plus rentable car elle utilise une nouvelle technologie lui permettant de mieux exploiter le vent. La configuration de ses pales crée une zone de dépression, faisant ainsi tourner l’éolienne. Elle peut tourner avec des vents assez faibles (environ 15 km/h). Elle permet de subvenir aux besoins annuels d'une famille de quatre personnes.

Comparée à l'éolienne « Savonius », elle est plus avantageuse car elle produit plus d'électricité mais elle est également plus chère (18 000 euros environ).

Les éoliennes à axe vertical sont donc amenées à se développer principalement en milieu urbain. Elles ne sont pas faites pour être installées dans de grands parcs éoliens mais elles possèdent beaucoup d'atouts pour séduire le particulier, notamment au niveau de la simplicité de son fonctionnement et des faibles contraintes administratives.

b) Un projet d’avenir : les éoliennes volantes

Les éoliennes classiques sont de plus en plus grandes afin de capter les vents en altitude. Ceux-ci sont beaucoup plus réguliers et puissants. C'est pourquoi certaines entreprises ont eu l'idée de développer des éoliennes volantes, pour capter directement les vents en altitude, sans construire de mât.

Nous allons étudier l'éolienne volante développée par l’entreprise « Magenn ».

Le principe de cette éolienne est le suivant. Un ballon gonflé à l’hélium monte entre 150 et 300 m. Il est relié à la terre par un câble qui permet également de transporter le courant. A l’intérieur du ballon se situe un axe horizontal sur lequel sont fixés des rotors.

Cette éolienne présente de nombreux atouts. Elle est tout d’abord très mobile, ce qui réduit les coûts d’installation ainsi que les coûts de maintenance. De plus, elle produit de l’énergie à moindre coût et elle peut fonctionner avec des vents allant de 4 à 100 km/h. Un autre atout non négligeable est son intégration dans le paysage, elle ne le pollue pas visuellement. Enfin, plusieurs éoliennes volantes peuvent être installées les unes à coté des autres, sans que cela ne gène leur production. Cependant, son rendement est assez faible (de 10 à 25 kW) et son coût reste élevé (un peu moins de 60 000 €).

Bien qu’étant encore à l’état de prototype, l’éolienne de « Magenn » possède le plus d’avantages pour assurer le développement de l’éolien. Cependant, elle doit encore augmenter sa production d’électricité pour devenir une éolienne type, aussi bien chez le particulier que chez le collectif (avec des installations en parc notamment). Sa production pourra d'ailleurs être de l’ordre de 1 MW en 2020 selon le constructeur.