REPÈRES

Éole

Barrage de Roselend

I - Le vent, une ressource naturelle

Dans la basse atmosphère* (ou troposphère), des différences de températures* et de pressions créent des mouvements de masses d'air à l'origine des vents*. Ces vents partent des zones de haute pression (anticyclones) et atteignent des zones de basse pression (dépressions). La direction et la force du vent dépendent de divers facteurs dont les principaux sont la rotation de la Terre, le gradient de pression et la force de pesanteur.
Ce phénomène météorologique s'appelle cellule de convection (ou cellule de Hadley). Plusieurs cellules se forment ainsi de l'équateur aux pôles.

Une cellule de convection

Au niveau des zones équatoriales, l'air réchauffé et humide s'élève jusqu'à une altitude de 6 600 mètres (m) puis, lorsqu'il est refroidi, redescend vers la latitude* 30° en direction des pôles.
En raison de la rotation de la Terre sur elle-même, les vents sont déviés par la force de Coriolis*.
Dans les zones intertropicales, des vents d'est soufflent régulièrement : ce sont les vents alizés. Les zones polaires sont aussi entourées de vents d'est. Aux latitudes moyennes, des vents instables d'ouest transportent tantôt du froid vers les latitudes plus basses, tantôt du chaud vers les latitudes plus hautes.
En plus de ces vents, il existe des vents régionaux comme la Tramontane et le Mistral en France.

Les vents dominants en janvier et en juillet

II - L'énergie éolienne

Hier

1- La mythologie

Éole est présenté par Homère dans L'Odyssée comme le maître des vents. Ayant accordé au héros Ulysse des brises favorables, il lui confia une outre où étaient enfermés les vents contraires. Les compagnons d'Ulysse, en ouvrant l'outre, laissèrent échapper les vents violents et rendirent très difficile la suite du voyage et son retour dans l'île d'Ithaque.

Les éoliennes du plateau de Lassithi en Crête

2- Des moulins aux éoliennes, une longue histoire

L'utilisation du vent remonte à l'aube de l'humanité. Il y a 5 000 ans, les Égyptiens utilisaient déjà des voiliers sur le Nil. On a trouvé, chez les Perses, des roues à aubes* que le vent faisait tourner afin de moudre les grains.
Mais c'est vers le XII^e siècle qu'apparaissent en Europe, jusqu'en Grèce, les premiers moulins à vent, étranges machines avec leurs ailes tournantes pour pomper l'eau ou moudre le grain.
Le moulin à vent fut même un instrument de libération pour certains paysans, car les seigneurs taxaient l'utilisation des rivières qui coulaient sur leurs terres. Vint alors l'idée d'utiliser le vent et d'échapper ainsi au joug et aux impôts des princes ! Les premiers moulins furent constitués d'une solide tour ronde et les ailes ressemblaient à des échelles sur lesquelles on accrochait des toiles. Le meunier mettait beaucoup de voiles par petit vent et ne gardait que très peu de tissu dans les ailes lorsque le vent était fort. Puis, on a amélioré le mécanisme en permettant au chapeau du moulin de tourner pour orienter les pales vers le vent. Le moulin est même devenu un personnage de littérature : de Cervantès avec son Don Quichotte au célèbre moulin d'Alphonse Daudet.

Le moulin de Daudet

Le moulin pivot apparaît ensuite comme un défi technique considérable : tout le bâtiment est suspendu sur un axe central et peut s'orienter vers la direction du vent. En 1845, le Français Berton mit au point une aile constituée de planches mobiles rétractables ce qui réduisit les difficultés des meuniers pour installer et enlever les toiles en fonction des vents.

Un moulin traditionnel hollandais

Le pompage de l'eau hors des polders, en Hollande, a nécessité, depuis le Moyen Âge, la construction de nombreux moulins. Au XIX^e siècle, l'Ouest américain se peuple de milliers d'éoliennes qui permettent la conquête de l'Ouest et forgent la légende et le paysage du Far West.

Aujourd'hui

1- Les conditions d'installation d'un site éolien

L'installation d'éoliennes nécessite des conditions climatiques et techniques précises.

Les conditions climatiques
Les éoliennes, pour fonctionner, ont besoin d'une vitesse minimale de vent, appelée vitesse d'amorçage (4,5 mètres par seconde (ms^-¹) ou 16,2 kilomètres par heure (kmh^-¹)). La vitesse idéale se situe entre 15 mètres par seconde (ms^-¹) et 20 mètres par seconde (ms^-¹) (70-80 kilomètres par heure (kmh^-¹)). Mais les petites éoliennes doivent être arrêtées quand le vent dépasse 25 mètres par seconde (ms^-¹) (90 kilomètres par heure (kmh^-¹)) et les grandes à partir de 30 mètres par secondes (ms^-¹) (115 kilomètres par heure (kmh^-¹)). Les vents ne se comportent pas d'une manière régulière. Les bourrasques sont fréquentes et ce sont elles qui provoquent souvent des problèmes.
En Europe, les littoraux de l'Atlantique et de la mer du Nord recevant des vents d'ouest durant toute l'année (notamment l'Écosse, le Danemark) permettent une exploitation optimale des éoliennes. En Méditerranée, les zones sont plus localisées et correspondent à des vents moins réguliers : le littoral français, la Catalogne et les îles grecques.

Potentiel éolien à 50 mètres au-dessus du sol pour 5 situations topographiques différentes

Les conditions techniques
La transformation de l'énergie cinétique* des vents en énergie électrique* se fait au moyen d'une éolienne à production d'électricité* appelée aussi "aérogénérateur".

Une éolienne de ce type est constituée essentiellement de quatre parties :
- le rotor et ses pales ;
- la nacelle ;
- le mât ou tour ;
- la fondation.

L'énergie cinétique des vents est captée par les pales de l'éolienne et transformée en énergie cinétique de rotation au rotor. Contrairement à ce que l'on peut penser, la quantité de vent "récolté" par une éolienne ne dépend pas du nombre de pales mais plutôt de la surface balayée par lesdites pales. C'est la raison pour laquelle une éolienne à 1 ou 2 pales peut être tout aussi efficace qu'une éolienne à 3 pales.
L'énergie de rotation du rotor est transmise à un alternateur* (générateur de courant alternatif) qui se trouve logé dans la nacelle. L'électricité ainsi produite par l'alternateur est tout de suite utilisable.
Entre le rotor et l'alternateur, nous trouvons un axe de transmission ou arbre et un système d'engrenages ou boîte de vitesse qui joue le rôle de régulateur. Ainsi, par vent faible, ce système multiplie la vitesse de rotation et par vent fort, il est utilisé comme frein pour éviter la destruction de l'éolienne.
Pour que l'éolienne puisse profiter au maximum des vents, il est nécessaire de surélever le plus possible les pales. C'est le rôle du mât qui peut atteindre les 18 mètres (m) pour une petite éolienne ou les 30 mètres (m), voire plus, pour une grande éolienne.
L'ensemble de l'éolienne repose sur la fondation, large structure coulée en béton armée et enfoncée dans le sol.

2- Les éoliennes dans le monde

Le potentiel et les conditions techniques sont des conditions nécessaires mais non suffisantes.
La réussite de l'énergie éolienne* passe par une politique volontariste et durable des états. Pour une technologie nouvelle, le marché est étroit et insuffisant pour permettre des baisses de coûts et n'a aucune chance de décoller puisque les prix sont trop élevés... Seuls les pouvoirs publics peuvent dépasser ce cercle vicieux.
Le développement des éoliennes est très rapide depuis le début des années 1990. C'est aux États-Unis que les écologistes californiens réhabilitent, à partir des années 1970, les énergies renouvelables dans le sillage des mouvements de 1968, ce qui explique que les États-Unis et surtout la Californie soient, jusqu'au milieu des années 1980, les pionniers de cette énergie.
Cet effort américain s'est ensuite ralenti alors que les éoliennes se multipliaient en Europe, notamment en Allemagne, Danemark et Pays-Bas grâce au soutien des pouvoirs publics sous forme de subventions ou de garanties tarifaires sur le prix de vente de l'électricité produite.
L'Inde est aussi un des grands pays de l'énergie éolienne avec une capacité installée de 1 062 mégawatts* (MW).
L'Europe concentre ainsi l'essentiel du parc éolien mondial (69 %) au début de ce millénaire. Cela explique l'avance industrielle et technologique des constructeurs européens d'éoliennes : huit européens parmi les dix premiers mondiaux et la suprématie du Danemark (Neg Micon, Vestas, Bonus) avec 55 % des équipements.
La France est très loin et se situe au dernier rang européen (24 mégawatts (MW) contre 4 440 en Allemagne et 1 761 au Danemark). Avec son programme Éole 2005 de 500 mégawatts (MW), elle compte rattraper une partie de son retard.
Plusieurs états ont d'ailleurs adopté le Renewables Portfolio Standand, une politique qui encourage l'utilisation des sources d'énergies renouvelables, comme l'énergie éolienne et solaire.

Un essor récent et très rapide qui est avant tout européen

Puissance éolienne installée dans le monde fin 1999

	MW	% mondial
Union européenne	9182	68,75
Reste de l'Europe	47	0,35
Total Europe	9229	69,10
Etats-Unis	2502	18,73
Canada	127	0,95
Mexique	3	0,02
Total Amérique du Nord	2632	19,71
Inde	1062	7,95
Chine	182	1,36
Autres pays d'Asie	65	0,49
Total Asie	1309	9,80
Reste du monde	186	1,39
Total monde	13356	100

Les éoliennes dans le monde en 1999 (MW)

Puissance éolienne installée en Europe fin 1999

	MW
Allemagne	4440
Danemark	1761
Espagne	1478
Pays-Bas	406
Royaume-Uni	351
Italie	227
Suède	197
Irlande	73
Portugal	60
Grèce	79
Autriche	33
France	24
Finlande	38
Belgique	6
Luxembourg	9
Union européenne	9182

Les éoliennes en Europe fin 1999

Actuellement, le coût de production du kilowattheure* (kWh) éolien varie entre 0,040 euros (soit 0,26 F) et 0,069 euros (soit 0,45 F) en Europe.
Le Danemark et l'Allemagne ont relevé le défi par deux types de mesures : l'aide à l'investissement initial par des subventions ou des déductions fiscales et la garantie de pouvoir vendre à un prix minimum l'électricité produite aux réseaux de distribution.
Des contrats sont alors signés entre les exploitants indépendants d'éoliennes et les grandes compagnies d'électricité. Les prix sont plus élevés que ceux du marché en tenant compte de l'impact positif sur l'environnement, l'emploi et des économies réalisées sur leurs investissements par les compagnies. Au Danemark, le tarif de 0,084 euros/kilowattheure (soit 0,55 F/kWh) accordé en 1997 permet d'atteindre la rentabilité sur la quasi-totalité des zones attribuées au développement de l'énergie éolienne dans ce pays où, depuis 1995, les collectivités locales doivent établir un zonage incluant les zones favorables et réservées aux installations éoliennes. Aux États-Unis, à partir de juin 1998, des aides fédérales vont dans la même direction et s'ajoutent aux initiatives des états fédérés.

Un champ d'éoliennes dans la plaine d'Allemagne du Nord

Demain

D'une puissance* installée de 2 500 mégawatts (MW) fin 1999, les Américains veulent parvenir à 5 000 mégawatts (MW) en 2005. L'objectif du gouvernement fédéral est de fournir à l'horizon 2020, grâce à l'énergie éolienne, 5 % des besoins en électricité (7,5 % pour l'ensemble des énergies renouvelables).
En France, dans le cadre du programme Éole 2005, EDF a retenu une première liste de 21 projets de parcs éoliens représentant ensemble 200 mégawatts (MW) de puissance en octobre 1999 qui s'ajoutent aux installations de la Guadeloupe.
Ces parcs seront installés sur l'ensemble du territoire.
- Bretagne (4 parcs)
- Normandie (2 parcs)
- Poitou-Charentes (1 parc)
- Rhône-Alpes (2 parcs)
- Midi-Pyrénées (2 parcs)
- Languedoc-Roussillon (9 parcs)
En outre, un parc offshore sera implanté au large du Pas-de-Calais. 5 projets supplémentaires représentant 70 mégawatts (MW) sont en cours d'examen à EDF. Par contrat, EDF s'engage à acheter l'électricité éolienne aux opérateurs retenus pendant quinze ans à un prix avantageux.

Les sites éoliens français en 1999