Éoliennes Contexte actuel Techniques de l’Ingénieur

30/05/2021
Éoliennes : Contexte actuel | Techniques de l’Ingénieur
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Contexte actuel
Éoliennes
Auteur(s) : Marc RAPIN, Philippe LECONTE
Date de publication : 10 avr. 2009
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aérodynamiques et thermiques > Éoliennes > Contexte actuel
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1. CONTEXTE ACTUEL
L'utilisation de la force du vent pour suppléer l'énergie humaine ou animale n'est pas nouvelle. On
peut ainsi trouver la trace d'ancêtres des éoliennes modernes jusque dans la Perse ancienne. Plus
près de nous, certains pays ont, depuis le Moyen Âge, largement fait usage de ce type d'énergie
par le biais des moulins à vent traditionnels. Au cours des siècles, leur technologie a évolué avec
l'apparition d'un toit orientable ou de moulins complets montés sur pivot, permettant une orientation
au vent plus facile, puis avec l'adoption de systèmes de pale plus performants.
Cette forme d'exploitation de l'énergie du vent tomba cependant en désuétude avec l'avènement
de l'ère industrielle du XIX siècle. On vit par la suite apparaître de petits systèmes destinés
principalement au pompage de l'eau en Europe (figure 1) et beaucoup plus massivement aux
États-Unis, d'où leur surnom de moulins dits américains. Avec le développement des sciences et
techniques du début du XX siècle, en particulier en aéronautique, ces machines se
perfectionnèrent en réduisant par exemple le nombre de pales et en adoptant des profils
semblables à ceux des hélices et évoluèrent vers la production d'électricité ( aérogénérateurs )
pendant l'entre-deux guerres.
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Le véritable essor de l'éolien moderne coïncide avec le premier choc pétrolier de 1973, date à
laquelle certains pays tels que le Danemark, les Pays-Bas et les États-Unis ont pris conscience de
l'utilité de diversifier leurs sources d'approvisionnement électrique. Le dévelopemment du marché
américain (avec ce que l'on a appelé le « rush californien » et ses immenses fermes éoliennes) a
permis de lancer et structurer une filière industrielle. Suite à l'arrêt des subventions en 1986, une
profonde réorganisation du monde éolien a lieu. Les entreprises danoises, qui avaient fourni la
moitié des machines pour le marché américain, possédaient une gamme d'éoliennes prêtes à
investir les marchés européens qui prirent alors le relais : c'est l'émergence du concept danois
caractéristique des éoliennes tripales actuelles (figure 2). Vingt années d'efforts et de retours
d'expériences plus tard, le travail effectué autour de la compréhension globale des phénomènes
impliqués dans le fonctionnement et l'expérience acquise ont permis de fiabiliser les machines.
Parallèlement, les progrès technologiques réalisés tant dans les domaines de l'électrotechnique,
de l'aérodynamique que dans celui des matériaux et des structures, font que l'on dispose
désormais de machines aux performances étonnantes tout en limitant les impacts sur
l'environnement.
Bien que ne pouvant remplacer totalement les sources traditionnelles de production électrique, l'énergie
éolienne propose toutefois une alternative intéressante et surtout renouvelable. Soutenue par un cadre
législatif et des objectifs européens ou mondiaux (accords de Kyoto) favorables, elle s'inscrit donc
parfaitement dans l'effort global de réduction des émissions de CO et de diversification du bouquet
d'approvisionnement électrique. Elle est de plus actuellement la seule technologie renouvelable suffisamment
mature et d'un coût abordable pour être déployée à grande échelle.
Plusieurs pays d'Europe se sont engagés dans cette voie dès les années 1980, en particulier le Danemark, les
Pays-Bas, l'Allemagne et la Grande-Bretagne. Le développement de l'éolien s'est fortement accéléré depuis
1995 avec une progression moyenne de plus de 20 % par an, portée seulement par quelques pays européens.
Que ce soit en termes de puissance installée ou de production de machines, l'Europe reste le leader mondial :
entre 1999 et 2006, la puissance totale a été multipliée par plus de 5 (figure 3). L'Allemagne représente à elle
seule pratiquement 40 % de la part européenne. En 2007 [1], ce sont environ 20 GW qui ont été installés,
soit 32 % de plus qu'en 2006 et la barre symbolique des 100 GW a été franchie début 2008.
Éolienne Bollée, machine multipale de conception française de la fin du XIXe siècle (St Martin
d'Ocre)
Figure 1 - Éolienne Bollée, machine multipale de conception française de la fin du XIXe siècle (St
Martin d'Ocre)
Éolienne Vestas V25, premier « grand » aérogénérateur connecté au réseau EDF en 1991 à
Port-La-Nouvelle dans l'Aude (crédit Photo Olivier Sébart/ADEME 1991)
Figure 2 - Éolienne Vestas V25, premier « grand » aérogénérateur connecté au réseau EDF en 1991
à Port-La-Nouvelle dans l'Aude (crédit Photo Olivier Sébart/ADEME 1991)
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Évolution de la puissance installée dans le monde en 1999 et 2006
Figure 3 - Évolution de la puissance installée dans le monde en 1999 et 2006

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Cependant, le paysage mondial se modifie sensiblement : les pays pionniers ont saturé leurs marchés
respectifs et se sont tournés vers l'exportation. En Europe, l'Espagne, le Portugal et plus récemment la France
et la Grande-Bretagne (qui occupent les deux premiers rangs en terme de potentiel éolien) ont mis en place
une politique volontariste d'aide et ont donc pris le relais de la progression en Europe. Mais de nouveaux
marchés, immenses, vont peu à peu réduire la part européenne (de 65 % en 2006 à 55 % en 2008, cf.
tableau 1 en [Doc. BM 4 640]). Les États-Unis ont repris leur politique d'investissements dans l'éolien en 2006
et le Canada s'est lancé à grande échelle en 2007. En Asie, l'Inde et la Chine profitent de l'augmentation
importante de leur demande intérieure pour se positionner sur toutes les formes de production d'énergie et en
particulier sur le renouvelable. Au-delà de leurs parts respectives qui vont croissantes (les États-Unis sont
devenus le n 1 mondial fin 2008), ce sont de nouveaux acteurs qui se créent ou investissent dans la chaîne
industrielle de l'éolien et qui vont concurrencer progressivement les acteurs actuels.
Les pays européens pionniers de l'éolien, tels que l'Allemagne et le Danemark, se tournent maintenant vers le
développement des implantations offshore, nouvel eldorado de l'éolien attendu depuis le début des années
2000. Au-delà des conditions de vent favorables et d'un potentiel énorme, l'offshore est une nouvelle
perspective de marché qui s'affranchit de nombreuses contraintes rencontrées en terrestre, notamment
concernant l'impact sur les populations... mais qui possède aussi des spécificités propres assez
contraignantes.
Avec une progression aussi spectaculaire de la puissance installée au niveau mondial, il est toujours difficile
de faire des projections sur le long terme, les perspectives devant être réactualisées régulièrement à la
hausse. Suivant les projections du GWEC (Global Wind Energy Council) de début 2008 [12]* , ce sont
240 GW d'éolien qui pourraient être disponibles en 2012 et qui fourniraient alors environ 3 % de la
consommation électrique globale. La part européenne se situerait autour des 40 % avec 100 GW installés.
Selon l'EWEA (European Wind Energy Association [13]* ), 180 GW (dont 35 en offshore) sont probables à
l'horizon 2020 pour les 27 États membres de l'UE. Les prévisions pour la France [14]*  se situent autour de
7 GW en 2012 et entre 20 et 25 GW en 2020 (dont 6 en offshore). À cette échéance, la France produirait selon
le RTE (Réseau de Transport d'Électricité [11]* ) 48 TWh d'électricité éolienne, soit environ 9 % de la
consommation intérieure d'électricité prévue (535 TWh).
Les conditions de réalisation de ces objectifs sont cependant très intimement liées à différentes facteurs :
le maintien sur la durée de soutiens politiques et économiques pour les énergies renouvelables. La
volonté des États de sécuriser leur approvisionnement énergétique, en réduisant leur dépendance aux
énergies fossiles, et de combattre le réchauffement climatique annoncé va cependant dans le sens d'un
déploiement, pour l'ensemble de la planète, de ces énergies et en particulier de l'éolien ;
la capacité de chaque pays à développer un cadre législatif et administratif adapté à ses contraintes
propres et à son territoire (degré d'acceptation et densité de la population, répartition du potentiel éolien,
etc.) ;
la capacité de chaque pays à prendre en compte l'arrivée de cette production non constante sur leurs
réseaux électriques respectifs ou en interconnection avec les pays voisins. Différents possibilités sont
en outre actuellement à l'étude pour développer des dispositifs de stockage couplés à l'éolien, afin de
lisser ce mode de production ;
l'évolution du coût du kilowattheure éolien. Depuis une vingtaine d'années, il n'a cessé de se réduire
pour atteindre environ les 1 000 e/kW installés (en terrestre). Comparé au gaz dont le prix n'a cessé
d'augmenter, il est déjà compétitif sur certains sites terrestres bien ventés. Cependant, avec
l'explosion de la demande depuis 2005, ce chiffre est légèrement remonté puisque les constructeurs ont
fini par être à court de composants. De nouvelles capacités de production ont du être lancées et de
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nouveaux constructeurs ont fait leur apparition. L'année 2007 confirme de plus l'arrivée massive des
produits chinois qui représentent déjà 56 % de leurs installations domestiques. Ces éoliennes vont sans
nul doute réduire la tension sur le marché de l'approvisionnement en machines mais aussi faire baisser
leur coût unitaire ;
la capacité des constructeurs à encore faire évoluer leurs machines, en particulier pour les conditions
offshore où les installateurs doivent par ailleurs abaisser le coût d'installation encore trop élevé.