Généralités sur les éoliennes

Dans cette partie, nous détaillons les éoliennes, au travers de leurs composants, les différents types existant à l'heure actuelle et sur la production électrique d'une éolienne.

1.  Les composants d'une éolienne :

Une éolienne à axe horizontale (les plus courantes) se compose de trois parties principales.

- Le rotor avec les pales, c'est la zone qui captera l'énergie cinétique du vent et la transformera en énergie mécanique.

- La nacelle, c'est la partie où l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique par le biai d'une génératrice. Il y a aussi dans la nacelle des systèmes de contrôle et de frein dans le cas ou le vent serait trop fort.

- Le mât et les fondations, qui supportent la nacelle et le rotor, ils doivent être capable de supporter les différentes contraintes qu'il peut y avoir. Le mât est plus ou moins haut (dépend de la machine et de la vitesse du vent qui cherche à être récupérée). Il peut faire en général de 10 à 100 m de hauteur.

Figure 1: Les différents composants d'une éolienne (Source: http://www.energiepropre.net/eofonction.htm#top4)

 

Figure 2: Les différents composants de la nacelle d'une grande éolienne (Source: Dubois C., 2009)

1: Rotor
2: Pâles
3: Multiplicateur
4: Génératrice
5: Mécanisme d'orientation de la nacelle
6: Système hydrolique
7: Frein

2.  Les différents types d'éoliennes :

Les éoliennes peuvent se classer en deux catégories selon l’axe de rotation du rotor : à axe horizontal ou à axe vertical.

- L'éolienne à axe horizontal :

Cette éolienne a besoin de s’orienter par rapport au vent pour fonctionner. L’hélice de ce type d’éolienne est perpendiculaire au vent sur un mât qui varie de 10 à 100 m en général. Elle possède entre 1 et 4 pales. L’hélice peut être en amont de la machine par rapport au vent, on dit alors que l’éolienne est à « hélice au vent ». Dans le cas contraire, l’éolienne est à « hélice sous le vent ».
C’est le type le plus répandu à l’heure actuelle car c’est celui qui possède le rendement le plus élevé.

- L'éolienne à axe vertical :

La particularité de ce type d’éolienne est qu’elle n'ont pas besoin de s’orienter par rapport au vent. Cependant, leur rendement est plus faible que celui des éoliennes à axe verticale. Il existe deux types différents: Darrieus et Savonius.
Le type Darrieus: Il est caractérisé par une vitesse de rotation élevée. Dans certains cas, Ces éoliennes sont plus adaptées que les éoliennes à axe horizontal  par exemple pour l’intégration au bâtiment ou dans des zones isolées (refuge …).
Le type Savonius: Il a l’avantage d’être peu encombrant, esthétique et économique. Cependant la vitesse de rotation est nettement inférieure aux autres types d’éolienne, la production est faible.

 

Figure 3: Les différents types d'éoliennes. (Source: Dubois C., 2009)



3.  La production possible:
 

Une éolienne produit de l'électricité en fonction de la vitesse du vent. Cependant il existe différentes valeurs spécifiques du vent.
La vitesse de démarrage correspond à la vitesse du vent à partir de laquelle la production commence. En général elle se situe vers 3m/s.
Suite à ce début, la production croit en même temps que la vitesse du vent jusqu'à atteindre un plateau qui correspond à la production maximale de l'éolienne. Ce plateau commence pour une vitesse de vent qui est nommée vitesse nominale.
La vitesse de survie correspond à la valeur de vitesse du vent pour laquelle l'éolienne s'arrète grâce à des systèmes de freinage pour éviter qu'elle ne s'endommage. Cette vitesse de vent est généralement de 25m/s.

 

 
Figure 4: Exemple de courbe de production éolienne (Source: http://ventderaison.com/img/courbe_puissance_eolienne_3mw.jpg)


Toute l'énergie cinétique du vent captée par les éoliennes n'est pas transformée en énergie électrique. En effet il existe une limite du coefficient de puissance (donc du rendement) de 0,593 démontré par Betz (plus de détail dans la partie "L'étude d'implantation d'éolienne").
Les différents types d'éoliennes existant à l'heure actuelle possèdent des rendements différents. Les éoliennes qui possèdent le meilleur rendement sont à axe horizontal et tripales. Ce sont les plus courantes dans les parcs éoliens.

 

Figure 5: Les différents rendements pouvant être atteint par les différents types d'éoliennes. (Source: Cunty G., 2001)

 
 

4.  Les aides pour l'installation du petit éolien :

 

Dans le cas d'un particulier qui souhaiterait installer chez lui une éolienne, il y a des possibilités de crédit d'impôts de 50% sur le prix de l'éolienne (à hauteur maximum de 16 000€ pour un couple), si celle-ci est installé par un professionnel.  
Si l'installation est vieille de plus de 2 ans alors un particulier peut bénéficier de la TVA à taux réduit de 5,5% pour la machine et la mise en place.

Si un particulier souhaite vendre une partie de l'électricité qu'il produit, alors EDF s’engage automatiquement à la racheter pour une durée de 15 ans. Le tarif de rachat est d'environ 0,0731€/kWh.