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Combien d'éoliennes pour alimenter la France ?

nombre d'éoliennes nécessaire pour remplacer les centrales nucléaires et alimenter la France en électricité
Il y a quelques jours, le site Connaissance des énergies (excellent par ailleurs) a publié une note intitulée : "Combien faudrait-il d’éoliennes pour satisfaire la consommation électrique française". L'auteur arrivait à la conclusion que pour atteindre cet objectif il faudrait couvrir d'éoliennes un superficie comparable à celle de la Bretagne.
Au-delà du risque de manipulation que présente ce calcul (il est évidemment impossible d'alimenter un pays uniquement grâce à l'énergie éolienne, cela ne veut dire ni que cette énergie est sans intérêt, ni qu'il n'y a aucune alternative au mix actuel dominé par le nucléaire), le résultat avancé est contestable. Reprenons le calcul...

Evaluer la vitesse du vent sans appareils : l'échelle de Beaufort

Afin d'évaluer le potentiel d'un site pour une installation éolienne et plus tard de calculer la production d'un aérogénérateur, il faut avoir une idée de la vitesse du vent. Des appareils (anémomètre, station météo automatique, etc.) permettent de mesurer précisément la vitesse du vent mais ils restent assez chers et ne se trouvent pas partout. Heureusement, l'échelle de Beaufort permet d'évaluer de façon relativement exacte la vitesse du vent sans aucun appareil de mesure.

Qu'est-ce qu'un aérogénérateur ?

Un aérogénérateur est une éolienne destinée à la production d'électricité. Il est constitué essentiellement :
  • d'un aéromoteur,
  • d'un générateur,
  • d'un pivot et d'un gouvernail,
  • d'un mât.
Schéma d'un aérogénérateur

L'aéromoteur
L'aéromoteur est constitué des pâles (en général 2 ou 3) et d'un système de régulation de la vitesse de rotation de l'hélice.
Le plus souvent, il comprend aussi un système de sécurité permettant d’arrêter l'éolienne lorsque le vent devient trop fort afin de protéger le moteur. Ce système de protection peut varier du frein manuel jusqu'à des mécanismes d'asservissement complexes.

Le générateur
L'aéromoteur entraine un générateur électrique. Ce générateur peut être aussi bien une dynamo (produisant du courant continu) qu'un alternateur (produisant du courant alternatif mono- ou tri-phasé).
Un multiplicateur peut éventuellement être placé entre le générateur et l'aéromoteur si la vitesse de ce dernier est insuffisante.

Le pivot et le gouvernail
Sur les éoliennes classiques, l'hélice doit se trouver face au vent. Comme la direction de celui-ci varie, il faut que la machine puisse tourner. C'est le rôle du pivot d'orientation (qui permet à l'éolienne de tourner) et du gouvernail (qui l'oriente dans le sens du vent).
Sur les modèles les plus simples, le gouvernail est constitué d'une queue et d'une dérive. Les éoliennes industrielles utilisent plutôt un moteur d'orientation asservi à une girouette.

Le mât et le carter
Le mât (ou pylône) est le support de l'aérogénérateur. C'est une partie importante pour le bon fonctionnement de l'éolienne : il doit être suffisamment haut pour que celle-ci ne soit pas soumise à des turbulences. Il doit aussi être assez robuste pour résister au vent et à des surcharges éventuelles (par exemple si l'hélice gèle) et ne pas craindre les vibrations crée par l'éolienne.
Le carter est tout simplement l'enveloppe qui protège les pièces de l'aérogénérateur.

Vous avez encore des questions ? Quelque chose n'est pas clair ? Dites le dans les commentaires et faites progresser cet article.

Comment répérer un site favorable à l'installation d'une éolienne ?

Vous voulez installer une éolienne pour la production d'électricité ou le pompage ? Il vous faut du vent, si possible fort et régulier. Mais avant même d'effectuer des mesures ou de rechercher des données météorologiques, il est possible de déterminer si un site est ou non favorable à l'installation d'une éolienne.

Le vent
Évidemment, le vent est un facteur essentiel dans le choix du site d'implantation d'une éolienne. Lorsque vous aurez repéré un site favorable, il vous faudra obtenir des données précises à ce sujet. Mais en attendant vous pouvez vous faire simplement une première idée en faisant appel aux observations des riverains ou à votre propre expérience si vous connaissez bien le site.
L'échelle de Beaufort vous permettra d'estimer simplement la vitesse du vent à partir de vos observations. Au-delà de la vitesse, la régularité du vent pendant l'année est importante. Un site où la vitesse du vent est régulièrement supérieure à 5 mètres par secondes, et donc au 3e degré de l'échelle de Beaufort, s'annonce intéressant.

Les obstacles dans la directions du vent dominant
Vous devez aussi connaitre la direction des vents dominants mais pour cela pas besoin de mesures ou de recherches approfondies. Les vents dominants et leurs directions sont bien connus des habitants : ce sont par exemple le Mistral (direction nord-ouest) dans le sud de la France, l'Harmattan (direction sud) dans le Golfe de Guinée, les vents de mousson (direction nord-ouest puis sud-est) sur la côte est de l'Afrique, etc...
Une fois repérée la direction du vent dominant, il faudra s'assurer qu'il n'existe pas d'obstacle dans cette direction en particulier en amont de votre future éolienne. Si malgré tout vous devez placer une éolienne derrière un obstacle, il faudra respecter une distance minimale :
  • 10 fois le diamètre si l'obstacle est cylindrique (tour, pylône...),
  • 10 fois la hauteur s'il est rectangulaire (maison, mur...),
  • 6 fois la hauteur s'il s'agit d'un arbre,
  • 6 fois le diamètre de l'hélice s'il s'agit d'une autre éolienne.

Le relief
D'une manière générale, la vitesse du vent augmente avec l'altitude. Il sera donc intéressant de placer l'éolienne en hauteur, par exemple au sommet d'une colline. Cependant si le relief est trop prononcé (falaise, immeubles...), il va provoquer des perturbations qui risquent d'une part de réduire la vitesse moyenne du vent et d'autre part d'endommager rapidement la partie mécanique de l'éolienne. Il faut donc éviter que celle-ci se trouve à proximité de pentes fortes (supérieures à 45° environ).
Au sommet d'une colline en pente douce, le vent est accéléré à basse altitude : site favorable
(les flèches représentent le sens et la vitesse du vent)


Si les pentes sont fortes, elles créent des perturbations : site à éviter
De même, un rétrécissement de vallée accélère le vent et peut être favorable à l'implantation d'une éolienne si les pentes sont suffisamment douces pour ne pas créer de perturbations.

La végétation
Les arbres et les plantes font obstacle au vent et créent des perturbations. Une végétation faible et rase est favorable à l'installation d'éoliennes.
A noter, cependant : l'observation de la végétation peut donner des indications précieuses sur la vitesse et la stabilité du vent : la présence d'arbres courbés par exemple indique un vent fort et régulier dans la direction de la courbure.

Le voisinage
La hauteur du mât d'une éolienne domestique varie en général de 6 à 20 mètres, elle dépasse parfois 100 mètres pour une éolienne industrielle. Vos voisins peuvent avoir leurs mots à dire là-dessus, d'autant qu'une éolienne fait toujours un peu de bruit.
De plus la construction d'éoliennes peut être interdite dans certaines zones, par exemple pour éviter de dégrader un paysage, de gêner la circulation aérienne ou de perturber le fonctionnement de radar.

La nature du sol et la facilité d'accès
La nature du sol doit permettre l'ancrage du mat de l'éolienne avec un coût aussi faible que possible. Un sol rocheux sera donc particulièrement favorable alors qu'un sol meuble nécessitera des travaux plus importants.
Il sera également préférable que le site soit accessible aux engins de chantier qui peuvent être nécessaires pour le montage et la maintenance de l'éolienne.

La proximité avec l'utilisation
Si l'éolienne est destinée à produite de l'électricité, il faudra qu'elle soit située le plus près possible du lieu d'utilisation pour limiter les pertes en ligne. Dans le cas où vous souhaitez raccorder votre éolienne à un réseau électrique pour vendre votre électricité, vous devrez tenir compte des coûts de raccordement, ceux-ci peuvent être très élevée si l'installation se trouve à l'écart des lignes électriques.
Si votre éolienne est destinée au pompage, le choix du site sera très limité puisqu'elle devra se trouver à proximité immédiate du forage.


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