Lionel Serra Audry Jacques

Introduction : L’énergie éolienne I Par t de marché des éoliennes : 1) Dans le monde 2)Dans l’union Européenne 3)Les éoliennes en France I I Différents types d’éoliennes : 1)Histoire 2)Principe de fonctionnement d’une éolienne 3)Premier type d’éolienne Eolienne à axe horizontal : � Avantage � Inconvénient 4) Deuxième type d’éolienne Eolienne à axe vertical : � Avantage � Inconvénient 5) Nouvelle génération d’éolienne I I I Les génératr ices et les onduleurs utilisés 1) Quelle conception de la génératrice et quel raccordement au réseau choisir ? 2) Génératrice synchrone : � Fonctionnement d’une génératrice synchrone � Eolienne avec des génératrices synchrones 3)Génératrice asynchrone : � Le rotor à cage d’écureuil � Fonctionnement du générateur asynchrone 4) Raccordement indirect au réseau � Production de courant alternatif à fréquence variable � Conversion en courant continu � Conversion en courant alternatif en courant fixe � Filtrage du courant alternatif � Avantage du raccordement indirect au réseau � Inconvénient du raccordement indirect au réseau IV Contrainte d’ implantation et de fabr ication : 1)Les analyses de préfaisabilité 2)Les études de faisabilité 3)La conception 4) Les autorisations administratives 5)La construction du parc éolien 6)Le fonctionnement 7)Le démantèlement 8)Les éoliennes offshore

V Coût et avenir de l’énergie éolien : 1) Coût d’un projet éolien 2)L’avenir des éoliennes Conclusion : 1)Avantages de l’énergie éolien 2)Inconvénient de l’énergie éolien

L’énergie éolien : On estime que chaque année en France, le vent distribue entre 2.5 et 5.1015 kWh; une énergie très importante mais difficilement récupérable. Ce potentiel énorme représente l’énergie éolienne qui a poussé les hommes à trouver un moyen toujours plus perfectionné pour sa transformation en énergie mécanique ou électrique. I Par t de Marché des éolienne : Une croissance spectaculaire du marché de l’éolienne au niveau mondial a été mis en place par la volonté des pays industrialisés, surtout dans l'Union européenne,afin d'exploiter massivement les ressources considérables qu’elles nous apportent, aussi bien sur terre qu’en mer .Un marché naissant et prometteur pour de grandes éoliennes offshore (en mer); grâce à la technologie de pointe qui est un atout majeur pour la France.

Dans le monde :

L’année 2005 a été une bonne année pour l’éolien avec l’ installation de 11 531 MW dans plus de 30 pays, soit une croissance de 24% de la puissance totale installée (59 084 MW à fin 2005). Au niveau mondial, les 5 premiers pays éoliens sont :

• Allemagne (18 428 MW) • Espagne (10 027 MW) • Etats-Unis (9 149 MW) • Inde (4 430 MW) • Danemark (3 122 MW).

En dehors de l'Europe, le continent Nord Américain reste le plus dynamique. La puissance éolienne nord-américaine (Etats-Unis et Canada) a connu une croissance exceptionnelle de 64,6 % en 2005. Cette forte croissance incombe principalement aux Etats-Unis qui en portant leur capacité à 4 437 MW conforte leur place de troisième producteur mondial. L’Asie où la demande d’énergie de cesse d’augmenter participe également de manière active au développement de l’éolien bien que la croissance n’y dépasse pas les 20 % ces dernières années se situant loin de la dynamique européenne. La Japon de son côté ajoute 100 MW pour atteindre les 250 MW.

Evolution de la puissance éolienne installée dans le Monde entre 1995 et 2005

Dans l’Union Européenne :

La capacité de production électrique éolienne déployée en Europe a augmenté de 154 % entre 2000 et début 2006, ce qui constitue plus de la moitié des nouvelles capacités de production installées durant cette période .

L’Europe domine ce marché en forte croissance, sous l’effet de politiques industrielles volontaristes et d’une façade maritime importante .Les 40.504 capacité éolienne en Europe couvrent 2,4% des besoins totaux en électricité de l’Union Européenne .Ils correspondent aux besoins domestiques en électricité de 35 millions de citoyens européens

Dans l’Union Européenne, la puissance éolienne installée s’élève à fin 2005 à 40.504 MW, soit une augmentation de 18% par rapport à 2004 (34 372 MW à fin 2004). Ce sont donc 6 183 MW qui ont été installés en 2005 générant un chiffre d’affaire de 6 milliards d’Euros pour l’ industrie éolienne.

Evolution du nombre de kW par année

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Evolution de la puissance éolienne installée dans l’union européenne depuis 1990 :

Sur les dix dernières années, la puissance éolienne installée dans les pays de l’Union Européenne a augmenté de 32% par an en moyenne. . En termes d'installations annuelles, le marché européen s'est développé de 22%. En 2005, le marché d'européen s'est développé de 6%, à 6.183 MW (de 5.838 MW en 2004). La croissance a été réalisée en dépit d'une réduction combinée des installations plus de 500 MW entre l'Allemagne et l'Espagne.

En Europe, les cinq marchés principaux en 2005 sont l'Allemagne (1.808 MW), l'Espagne (1.764 MW), le Portugal (500 MW), l'Italie (452 MW) et le Royaume-Uni (446 MW). En terme de puissance cumulée, deux pays ont plus de dix GW (1 GW = 1000 MW) éolien installés (Allemagne 18.428 MW et Espagne 10.027 MW) et sept pays ont plus d’un GW (Danemark 3.122 MW, Italie 1.717 MW, R-U 1.353 MW, Pays Bas 1.219 MW et Portugal 1.022 MW). Les 40.504 MW installés en Europe à fin 2005 produisent 83 TWh d'électricité en année moyenne, soit 2.8% de la consommation d'électricité de l'Union Européenne en 2004.

Répartition des éoliennes en Europe :

Les éoliennes en France :

Au début de l'année 2005, le parc éolien français comptait 629 éoliennes. La France avec ses DOM produisait 386 MW ce qui représentait moins de 1 % de sa consommation électrique totale.

Deuxième gisement éolien d'Europe (ressources en vent) après le Royaume-Uni, la France tente actuellement de combler le retard accumulé dans son exploitation de l’énergie éolienne. L'implication d'EDF dans le rachat d'électricité rend les investissements éoliens rentables.

Le parc installé en mars 2006 atteint les 1000 MW mais les objectifs affichés pour l'éolien sont de 10 000 MW en 2010 (6000 à 9000 éoliennes) La première région productrice reste le Languedoc-Roussillon (17 parcs et 64 machines pour 162 MW), suivie par la Bretagne (125 MW), Champagne Ardennes (81 MW), la Picardie (71 MW), Rhône-Alpes (68 MW), la Lorraine (65MW), le Nord-Pas-de-Calais (63 MW). Par la création de 8 nouveaux parcs produisant 170,2 MW, le Languedoc-Roussillon augmente son potentiel dans la période 2005 - 2007 et devrait rester la première région productrice en France. Des régions comme l'Aquitaine, la Bourgogne, la Franche-Comté et l'Alsace n'ont réalisé à cette date aucune implantation, masquant le manque de volonté politique sous le fallacieux prétexte de l'absence de vent.

Cependant le marché français, affiche une croissance de 94% en 2005 par rapport à 2004. Il marche dans les pas du marché allemand avec un décalage de 10 ans,

Éoliennes dans l'Aude Rang Région (mars 2006) MW Rang Région (mars 2006) MW 01 Languedoc-Roussillon 162 11 Pays de la Loire 02 Bretagne 125 12 Provence-Alpes-Côte-d'Azur 21 03 Champagne-Ardenne 81 13 Corse 18 04 Picardie 71 14 Basse-Normandie 13 05 Rhône-Alpes 68 15 Haute-Normandie 12 06 Lorraine 65 16 Poitou-Charentes 9 07 Nord-Pas-de-Calais 17 Limousin 9 08 Centre 18 Aquitaine 0 09 Auvergne 19 Bourgogne 0 10 Midi-Pyrénées 20 Franche-Comté 0 21 Alsace 0

I I Différents types d’éolienne : Tout d’abord, il faut noter qu’ il existe un grand nombre de dispositifs permettant de capter l’énergie éolienne pour la transformer en énergie mécanique de rotation,et par conséquence en énergie électrique.

1) Histoire :

Autrefois, on pouvait voir à l’horizon de nombreux moulins, aujourd’hui on y voit plutôt quelques éoliennes.

Les premières éoliennes servaient à pomper l’eau. Nous avons tous l’ image de l’éolienne en ferraille qui grince. Les éoliennes d’aujourd’hui produisent de l’électricité et ne ressemblent plus du tout à leurs ancêtres.

Il existe 2 types d’éoliennes. Les plus connues et les plus utilisées sont les grandes éoliennes qu’on voit dans les parcs et qui fournissent de l’énergie à des villes entières. Les autres sont de petites éoliennes adaptées aux besoins d’une habitation isolée du réseau électrique.

2)Pr incipe de fonctionnement d’une éolienne :

Une éolienne permet de récupérer l'énergie cinétique du vent, pour produire le plus souvent de l'électricité. Elle comporte les éléments suivants:

• le mât qui permet de placer l'hélice à une altitude à laquelle la vitesse du vent est plus élevée et plus régulière qu'au sol;

• une hélice, montée sur l'axe du rotor de l'alternateur, composée généralement de trois pales;

• une nacelle montée au sommet du mât et abritant les composants électriques, pneumatiques et électroniques nécessaires pour convertir le mouvement de rotation du rotor en énergie électrique à la sortie d'un alternateur synchrone ou asynchrone;

• une cabine de dispersion à la base de l'éolienne permettant de se connecter au réseau électricité existant, afin de pouvoir y injecter l'énergie produite et non consommée directement.

Premier type d’éolienne : Eolienne a axe hor izontal Ce sont les machines actuellement les plus répandues car leur rendement est supérieur à celui de toutes les autres machines. Elles comportent généralement des hélices à deux ou trois pales

A l’ intér ieur d’une éolienne

1 : Rotor 2 : Pales

3 : Nacelle 4 : Mât

5 : Dispositif d’orientation de la nacelle 6 : Boîte de vitesse

7 : Frein 8 : Système de désenclenchement 9 : Boîtier électronique de contrôle

10 : Générateur électrique 11 : Anémomètres et contrôle de la direction du vent

Qui fait tourner le rotor ? La réponse semble bien simple : le vent, évidemment ! Cependant, la réalité est un peu plus compliquée que cela. Il ne s'agit pas simplement de molécules d'air frappant le bord d'attaque des pales et faisant tourner l'éolienne. L'industrie des

éoliennes modernes emprunte en fait plusieurs technologies de l'industrie aéronautique, mais utilise également quelques principes propres à elle, étant donné que le changement fréquent de la vitesse et de la direction du vent dans la couche d'air où doivent opérer les éoliennes, crée des conditions de fonctionnement qui sont assez différentes de celles des avions. Les raisons pour choisir une grande éolienne : Le principe des économies d'échelle vaut évidemment également pour les éoliennes. Ainsi, une grande éolienne produit normalement de l'électricité à un moindre coût qu'une petite. La raison pour cela est que les coûts de fondations, de construction, de raccordement au réseau et d'autres composants de l'éolienne . Les grandes éoliennes sont particulièrement appropriées à l'installation en mer. Le coût des fondations n'augmente pas proportionnellement avec la taille de l'éolienne, et les coûts d'entretien sont dans une large mesure indépendants de la taille. Dans les zones où il est difficile de trouver des sites pour plus d'une seule éolienne. Une grande éolienne avec une tour haute tire mieux partie de la ressource éolienne qu'une petite.

Les raisons pour choisir une éolienne plus petite : Il arrive que le réseau électrique local soit trop faible pour supporter la production électrique d'une grande éolienne. C'est souvent le cas dans les parties les plus extérieures du réseau où la densité de la population et les besoins en électricité sont très bas. La production d'électricité est moins fluctuante dans un parc éolien composé de plusieurs petites éoliennes, étant donné que les variations du vent sont aléatoires, ayant donc tendance à s'annuler. Et en plus, comme déjà mentionné, le choix d'éoliennes plutôt petites peut se révéler avantageux dans un réseau électrique faible. Des considérations esthétiques du paysage peuvent parfois dicter le choix d'éoliennes plus petites. Cependant, il faut savoir, que la vitesse de rotation d'un grand rotor est en général beaucoup moins rapide que celles d'un petit, ce qui a pour résultat qu'une seule grande éolienne attire souvent moins l'attention que plusieurs petites.

La puissance de sortie augmente avec la surface balayée par le rotor

Inconvénient des éolienne a axe hor izontale :

• l'encombrement spatial est important, il correspond à une sphère d’un diamètre égal à celui de l’hélice, reposant sur un cylindre de même diamètre. Un mât de hauteur importante est nécessaire pour capter un vent le plus fort possible.

• le vent doit être le plus régulier possible, et donc interdit des implantations en milieu urbain ou dans un relief très accidenté.

• une pale de 40 mètres de longueur qui décrirait une rotation par seconde verrait son extrémité avancer à une vitesse de 250 m/s, soit environ 900 km/h. C'est la raison qui explique le bruit aérodynamique des pâles et une des raisons de la mise en arrêt des éoliennes par vent fort.

• la production énergétique dépend directement de la force du vent, indépendamment des besoins, il faut donc prendre en compte l'évolution journalière ou saisonnière de la courbe de charge, voire le stockage de l’énergie produite .de coupler sur le même pylône une éolienne offshore et une ou plusieurs hydroliennes

Hydrolienne :

Une hydrolienne fonctionne sur le même principe que les éoliennes sauf qu’à la place d’utiliser l’énergie du vent l’hydrolienne utilise l’énergie des courant sous marins.

Deuxième type d’éolienne :

Eolienne a axe ver tical Les principaux capteurs à axe vertical sont le rotor de Savonius, le rotor de Darrieus et le capteur à ailes battantes. Il existe également les machines à traînée différentielle comme le moulinet, les machines à écran et les machines à clapets battants.

: Rotor de Darrieus de Savonius :

• Le principe du rotor ou panémone de Darrieus inventé par l’académicien français Darrieus au cours des années 1920-1935 repose sur l’effet de portance d’un profil soumis à l’action d’un vent relatif. Il existe quatre sortes de rotors de Darrieus: le rotor cylindrique, le rotor tronconique , le rotor à variation cyclique et le rotor parabolique.

rotor de Savonius :

• Le rotor de Savonius est constitué de deux demi cylindres dont les axes sont décalés l’un par rapport à l’autre. L’écoulement interne favorise les caractéristiques de performance de la machine. Le rotor de Savonius est caractérisé par un grand couple de démarrage. A titre d’exemple, des machines de plusieurs kilowatts ont été réalisées pour assurer le pompage de l’eau dans les pays du Sahel; elles démarrent à des vitesses de vent faible, voisines de 2 à 3 m/s. Ces systèmes présentent cependant beaucoup plus d’ inconvénients que d’avantages dans les réalisations actuelles, en particulier ils nécessitent les systèmes à axe horizontal parallèle « au vent » un dispositif d’orientation. La récupération de l’énergie produite est en général beaucoup plus compliquée et se traduit souvent par une perte sensible du rendement global

Les avantages des éoliennes a axe ver tical sont:

1) Elle permet de placer la génératrice, le multiplicateur, etc. à terre, 2) Un mécanisme d'orientation n'est pas nécessaire pour orienter le rotor dans la direction du

vent.

Les pr incipaux inconvénients sont :

1) Les vents sont assez faibles à proximité de la surface du sol. L'efficacité globale des éoliennes à axe vertical n'est pas importante

2) ) L'éolienne ne démarre pas automatiquement. (Ainsi, il faut par exemple. pousser les éoliennes de Darrieus pour qu'elles démarrent. Cependant, ceci ne constitue qu'un inconvénient mineur dans le cas d'une éolienne raccordée au réseau, étant donné qu'il est alors possible d'utiliser la génératrice comme un moteur absorbant du courant du réseau pour démarrer l'éolienne).

3) ) Pour faire tenir l'éolienne, on utilise souvent des haubans ce qui est peu pratique dans des zones agricoles exploitées intensivement.

4) Pour remplacer le palier principal du rotor, il faut enlever tout le rotor. Ceci vaut tant pour les éoliennes à axe vertical que pour celles à axe horizontal, mais dans le cas des premières, cela implique un véritable démontage de l'éolienne entière. (C'est bien pour cela que l'éolienne EOLE 4 de la photo ci dessus n'est plus en fonctionnement).

Nouvelle génération d’éolienne :

Un nouveau type d'éolienne,utilisant le système WARP, fait l'objet d'appels d'offres pour des licences de fabrication et de maketing. Le système se compose de modules empilables sous forme de tours dans lesquels le vent est amplifié avant de faire fonctionner des hélices éoliennes.

Le système est même prévu pour pouvoir utiliser des cellules photovoltaîques comme matériau externe. Eolienne volante :

La hauteur toujours plus grande des éoliennes actuelles est dû au fait qu'en montant en altitude, le vent est plus fort et plus constant, ce qui amène à des hauteur au niveau des rotors à 120m pour les plus grandes éoliennes.. Une autre solution, serait d'utiliser des éoliennes volantes qui produirait l'énergie directement dans le ciel et l'acheminerait par câble au sol. Un type d'éolienne volante se lancerait dans le ciel comme un hélicoptère et l'autre comme un ballon sonde remplit d'hélium I I I Les génératr ices et onduleurs utilisés :

La génératrice convertit l'énergie mécanique en énergie électrique. Les génératrices des éoliennes diffèrent un peu des autres types de génératrices raccordées au réseau électrique. Une des raisons pour cette différence est que la génératrice d'une éolienne doit pouvoir fonctionner avec une source de puissance (c.-à-d. le rotor de l'éolienne) qui fournit une puissance mécanique (un couple) très fluctuante.

Sur les grandes éoliennes (supérieures à 100 à 150 kW), la tension générée par l'éolienne est le plus souvent un courant alternatif triphasé de 690 V (CA). Le courant passe à travers un transformateur situé juste à côté de l'éolienne (ou bien à l'intérieur) pour augmenter la tension autour de 10.000 à 30.000 V, selon le standard du réseau électrique local.

Quelle conception de la génératr ice et quel raccordement au réseau choisir ?

Une éolienne peut être construite avec une génératrice synchrone ou asynchrone raccordée au réseau sous plusieurs formes, directement ou indirectement. Le raccordement direct au réseau signifie que la génératrice est raccordée directement au réseau à courant alternatif (triphasé en général). Le raccordement indirect au réseau signifie que le courant produit par l'éolienne traverse une série de dispositifs électriques ajustant le courant de façon à correspondre à celui du réseau. Avec une génératrice asynchrone, un tel ajustement a lieu automatiquement

Génératr ice synchrone : �

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L'ensemble des génératrices (ou moteurs) triphasées utilisent un champs magnétique tournant. Sur l'image au dessus il y a trois électroaimants dans un cercle. Chaque électroaimant est raccordé à sa propre phase dans un réseau électrique triphasé.

Comme on peu le voir, chacun des électroaimants produit alternativement un pôle sud et un pôle nord vers le centre. Les lettres sont marquées en noir lorsque le magnétisme est fort, et en gris clair lorsque le magnétisme est faible. La fluctuation du magnétisme correspond exactement à celle de la tension de chaque phase. Lorsqu'une des trois phases atteint son maximum, le courant circule dans les deux autres dans le sens inverse et à demi-tension. Comme le courant traversant chacun des trois aimants se trouve toujours décalé d'un tiers de période par rapport au précédent, le champs magnétique fera un tour entier par cycle.

Fonctionnement d'une génératr ice synchrone : Si l'aimant est obligé de tourner (au lieu de laisser le courant du réseau électrique le mouvoir), on pourra dire qu'il fonctionne comme une génératrice, renvoyant du courant alternatif au réseau. (cependant il doit y avoir un aimant plus fort pour pouvoir produire beaucoup d'électricité.) Plus la force (le couple) utilisée est grande, plus la production d'électricité sera importante bien que la génératrice continue à fonctionner à exactement la même vitesse, celle-ci étant déterminée par la fréquence du réseau. On peut la débrancher complètement du réseau et créer son propre réseau électrique triphasé en couplant des ampoules électriques aux trois bobines roulées autour des électroaimants. Cependant, si la génératrice du réseau principal est débranchée , il faudra la faire tourner à une vitesse de rotation constante afin de produire du courant alternatif à une fréquence constante. Par conséquent, avec ce type de génératrice, on optera normalement pour un raccordement indirect au réseau. Dans la pratique, les génératrices synchrones à aimants permanents sont très peu utilisées. Il y a plusieurs raisons pour cela : d'abord, les aimants permanents tendent à se démagnétiser lorsqu'ils travaillent dans les champs magnétiques puissants à l'intérieur de la génératrice. En plus, les aimants forts (fabriqués de métaux rares tels que le néodyme) coûtent assez cher, malgré la baisse des prix qui a eu lieu dernièrement.

Eoliennes avec des génératr ices synchrones : Dans le rotor d'une éolienne à génératrice synchrone, on installe normalement des électroaimants alimentés par le courant continu du réseau électrique. Comme le réseau électrique fournit du courant alternatif, il faut le convertir en courant continu avant qu'il soit envoyé aux bobines roulées autour des électroaimants du rotor. Les électroaimants du rotor sont branchés au courant au moyen de brosses et de bagues collectrices fixées à l'arbre de la génératrice.

Génératr ice asynchrone :

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La plupart des éoliennes du monde utilisent une génératrice asynchrone triphasée à cage (d'écureuil), appelée aussi une génératrice à induction, pour produire du courant alternatif. Ce type de génératrice n'est en fait que très rarement utilisé, sauf dans l'industrie éolienne et dans les petites centrales hydrauliques. Le fait curieux de ce type de génératrice est qu'elle fût originalement conçue comme un moteur électrique. En fait, un tiers de la consommation mondiale d'électricité est utilisé pour faire fonctionner des moteurs à induction qui actionnent des machines, pompes, ventilateurs, compresseurs, ascenseurs et d'autres types d'équipement requérant la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique. Un avantage de cette génératrice est qu'elle est très fiable et relativement peu onéreuse par rapport à d'autres types de génératrices. Elle a également quelques caractéristiques mécaniques qui la rend très appropriée pour la conversion de l'énergie éolienne ( glissement de la génératrice Le rotor a cage d’écureuil :

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C'est en fait le rotor qui distingue la génératrice asynchrone de la génératrice synchrone. Le rotor comporte un certain nombre de barreaux en cuivre et en aluminium reliés électriquement entre eux par deux cercles en aluminium situés aux deux extrémités. Sur l'image tout en haut de la page, vous voyez le rotor muni d'un noyau de fer qui comporte plusieurs fines lames d'acier isolées avec des trous pour les barreaux conducteurs en aluminium. Le rotor est placé au centre du stator qui, également dans ce cas, est un stator à quatre pôles raccordés directement aux trois phases du réseau électrique.

Fonctionnement du générateur asynchrone :

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Si on tourne manuellement le rotor à exactement la vitesse synchrone de la génératrice, à, 1.500 tours par minute, comme c'était le cas pour la génératrice synchrone tétra polaire de la page précédente ? La réponse est bien simple : rien ! Comme le champ magnétique tourne à exactement la même vitesse que le rotor, aucun phénomène d'induction ne se produira dans le rotor, et il n'y aura donc aucune interaction entre le rotor et le stator. Par contre, si nous dépassons la vitesse de 1.500 tours par minute, le rotor tournera à une vitesse supérieure à celle du champ magnétique tournant, ce qui signifie que le stator commence à induire un courant fort dans le rotor. Plus nous faisons tourner vite le rotor, plus grande sera la puissance transférée comme une force électromagnétique au stator et ensuite convertie en électricité. Raccordement indirect au réseau :

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Production de courant alternatif (CA) à fréquence var iable : La plupart des éoliennes fonctionnent à vitesse quasi-constante avec raccordement direct au réseau. Cependant, si elle est raccordée indirectement au réseau, l'éolienne fonctionne dans son propre petit réseau séparé. Ce réseau est contrôlé électroniquement (par l'emploi d'un inverseur) de façon à permettre la variation de la fréquence du courant alternatif dans le stator de la génératrice. Ainsi, il est possible de faire fonctionner une éolienne à une vitesse de rotation variable, ce qui signifie que l'éolienne produit du courant alternatif à exactement la même fréquence variable que celle s'appliquant au stator. La génératrice peut être soit synchrone , soit asynchrone. De même, l'éolienne est souvent équipée d'un multiplicateur , tout comme c'est le cas sur l'image ci-dessus. Si sa génératrice est munie de beaucoup de pôles , elle peut cependant fonctionner sans multiplicateur

Conversion en courant continu (CC) : Le courant alternatif à fréquence variable n'est pas utilisable dans le réseau électrique publique. Par conséquent, il faut d'abord le convertir en courant continu. La conversion de CA à fréquence variable en CC est réalisée par l'emploi de thyristors et des transistors de puissance.

Conversion en courant alternatif à fréquence fixe : La conversions du courant continu (fluctuant) en courant alternatif ayant exactement la même fréquence que celle du réseau électrique (par l'emploi d'un transformateur). La même conversion peut également être obtenue en utilisant des thyristors ou des transistors. Les thyristors ou les transistors sont de grands interrupteurs semi-conducteurs fonctionnant sans pièce mécanique. Le courant alternatif obtenu par un transformateur a l'air assez difforme à première vue, ne ressemblant pas du tout à la courbe sinusoïdale A la place, il y a une obtention d’une série de fluctuations brusques tant de la tension que du courant,

Filtrage du courant alternatif : Il est cependant possible d'atténuer les ondes de forme rectangulaire en faisant appel à des inductances et à des condensateurs appropriés formant un mécanisme dit de filtrage du courant alternatif. Comme expliqué ci-après, le filtrage ne permet cependant pas d'effacer complètement l'apparence ébréchée de la courbe de tension.

Avantages du raccordement indirect au réseau ( vitesse var iable ): L'avantage principal d'un raccordement indirect au réseau est qu'il permet de faire fonctionner l'éolienne à une vitesse variable. Ainsi, il est possible d'augmenter la vitesse de rotation du rotor lors de rafales,

Inconvénients du raccordement indirect au réseau : L'inconvénient principal du raccordement indirect au réseau est son coût. Car pour un raccordement indirect au réseau l'éolienne a besoin d'un rectificateur et de deux inverseurs, un pour contrôler le courant du stator, et un autre pour produire le courant de sortie. Actuellement, le prix de l'électronique de puissance a un coût élevé . IV Contrainte d’ implantation et de fabr ication : L'efficacité d'une éolienne dépend de son emplacement. En effet, la puissance fournie augmente avec le cube de la vitesse du vent .Les sites sont d'abord choisis en fonction de la permanence de vents de force suffisante. Un site avec des vents d'environ 30 km/h de moyenne sera environ 8 fois plus productif qu'un autre site avec des vents de 15 km/h de moyenne.

La création et l’ implantation d’un parc éolien s’effectue en sept étapes :

• Etape 1 : Les analyses de préfaisabilité • Etape 2 : Les études de faisabilité • Etape 3 : La conception • Etape 4 : Les autor isations administratives • Etape 5 : La construction du parc éolien • Etape 6 : Le fonctionnement • Etape 7 : Le démantèlement

Etape 1 : Un site éolien est qualifié de "possible" si, dans un tout premier temps, trois conditions sont satisfaites: s'il est "venté"; s'il est éloigné de tout habitat; et s'il est accessible par la route. Pour savoir si ce site éolien peut devenir ensuite "propice" à l'implantation d'un parc, au moins six types d'investigations doivent être conduites: Pré analyse de la ressource en vent Cela consiste avant tout à consulter les données météorologiques existantes (relevés Météo France), et les Atlas éoliens régionaux Analyse des contraintes environnementales et réglementaires L'analyse des contraintes environnementales et réglementaires en vigueur sur le site envisagé va déterminer les enjeux, les sensibilités et les interdictions. Plus d'une vingtaine d'organismes doit être contactée. Premiers contacts avec les propr iétaires locaux Les premiers contacts avec les propriétaires locaux permettent d'apprécier si l'implantation d'éoliennes est compatible avec les utilisations et les utilisateurs des lieux. Pré analyse de l'accès routier Les éléments des éoliennes sont lourds et encombrants. Une première analyse des possibilités d'accès routier doit être faite afin d'en évaluer les coûts et les impacts. Avis des élus locaux Les premiers contacts avec les propriétaires locaux permettent d'apprécier si l'implantation d'éoliennes est compatible avec les utilisations et les utilisateurs des lieux. Analyse des possibilités de raccordement Le parc éolien devra se raccorder au réseau électrique existant. L'analyse des possibilités de raccordement se fera par interrogation de RTE ou ARD (deux organismes gestionnaires du réseau électrique).

Etape 2 : Si les conclusions des analyses de préfaisabilité sont positives, un certain nombre d'expertises doit ensuite être conduit pour qualifier et quantifier les atouts et les contraintes du site éolien. Elles serviront également à la conception du parc éolien.

Exper tises naturalistes (faune, flore) Elles ont pour but de recenser les sensibilités d'un site sur les plans de la faune et de la flore : présence de plantes rares ou protégées, fréquentation par les oiseaux, ... Elles sont réalisées par des experts locaux, le plus souvent des associations naturalistes. L 'exper tise du bruit : la réglementation applicable aux parcs éoliens est basée sur la notion d’émergence par rapport au niveau sonore sans les éoliennes. Il est donc indispensable de mesurer le niveau sonore ambiant. Cette mesure doit être réalisée par des experts acousticiens. Puis, il s'agit de modéliser le bruit émis par le parc éolien et d'affiner sa conception selon les résultats des simulations. Campagnes de mesures du vent Une campagne de mesures du vent sur site (ou à proximité) doit être conduite sur une durée de 6 à 12 mois. Cela passe par l'implantation d'un mât de mesures équipé d'anémomètres et de girouettes.

Analyse économique A partir des premières expertises, une analyse économique pourra être menée. Elle s'appuiera sur les données de vent, le nombre et la puissance prévisibles des éoliennes, les coûts associés. Exper tise paysagère Elles sont nombreuses : caractérisation des enjeux paysagers, aide à la conception, simulation photographique, analyse des zones de visibilité, ... Elles s'appuient notamment sur l'intervention de paysagistes. Exper tises archéologiques Elle est requise quasi-systématiquement. Elle est réalisée par des archéologues professionnels. Elle est souvent précédée d'un diagnostic archéologique qui précisera l'existence ou non de sensibilités et d'enjeux. Consultation des services de l'état Dans un premier temps, une vingtaine de services de l'état ou d'organismes a indiqué les

contraintes en vigueur sur le site éolien. Au présent stade, il s'agit de recueillir leurs avis sur le pré projet de parc éolien. Concer tation C'est à ce stade de l'avancement du projet que les premières concer tations avec les riverains, les populations locales, les associations locales débutent. Elles peuvent prendre la forme de réunions d'information, de visites de parcs existants. Cette concertation n'est pas obligatoire (seule l'est l'enquête publique lors de la phase de permis de construire), mais elle fait partie des engagements de la Charte de France Énergie Éolienne.�

Etape 3 : A partir de l'ensemble des résultats des expertises réalisées, un projet de parc éolien va émerger parmi les différentes variantes analysées. Ce choix va résulter du travail du bureau d'études du développeur en étroite collaboration avec le bureau d'études d'environnement. Élaboration du parc La phase d'élaboration du parc va débuter par le choix entre plusieurs variantes d'implantation (nombre, taille et organisation des éoliennes). Une fois la variante retenue, chacun des constituants du parc doit être défini précisément : accès routier, desserte des éoliennes, implantation des éoliennes, ligne d'évacuation de l'électricité, poste de livraison, traitement des abords, ...). Étude d' impact sur l'environnement L'étude d'impact sur l'environnement est obligatoire pour tout projet de plus de 2,5 MW. Elle va synthétiser les différentes expertises réalisées. Mais elle est avant tout une aide à la conception du projet par la prise en compte de l'environnement humain et naturel. Accords fonciers A ce stade les accords fonciers devront être finalisés. Ils détermineront les droits et les devoirs des différentes parties (propriétaires, exploitants, développeur). Révision des documents d'urbanisme Une révision des documents d'urbanisme (Plan d'Occupation des Sols, Plan Local d'Urbanisme) peut être nécessaire. C'est une procédure parfois longue, à initier dès que possible.

Etape 4 : Quatre autorisations administratives sont nécessaires pour construire un parc éolien. Trois sont des autorisations techniques ou économiques liées à la production, à l'exploitation et à la vente de l'électricité. La quatrième (le permis de construire) est la plus complexe à obtenir. Le permis de construire Le permis de construire est la principale autorisation à obtenir. Il correspond à l’autorisation d’occupation du sol. Il est obligatoire pour tous projets d’ implantation d’éoliennes de plus de 12 m de hauteur (loi n° 2003-8 du 3 janvier 2003). Il est délivré par le préfet. L'étude d'impact constitue la pièce maîtresse du dossier de demande de permis de construire. Le raccordement électr ique Un parc éolien produit son électricité au "fil du vent". Le raccordement au réseau électrique se

fait quasi-systématiquement en ligne souterraine (20 000 volts) vers le poste-source d'EDF. Ce raccordement, à la charge du développeur, a un coût qui peut devenir excessif au-delà de plusieurs dizaine de kilomètres. L'autor isation d'exploiter Une autorisation d'exploiter est requise si la puissance installée est supérieure à 4,5 MW . Elle est délivrée par le ministère chargé de l'énergie. Le cer tificat donnant droit à l'obligation d'achat EDF et les distributeurs non nationalisés ont une obligation d'achat de l'électricité d'origine éolienne selon les termes de l'Arrêté tarifaire du 8 juin 2001. Pour bénéficier de cette obligation d’achat, un développeur doit obtenir un certificat ouvrant droit à l’obligation d’achat. Ce dernier est délivré par le préfet L'enquête publique Elle est obligatoire pour tout parc éolien dont la hauteur dépasse 25 mètres. Elle s'inscrit dans la procédure de permis de construire. Elle est conjointe à celle de révision du POS ou du PLU, si celle-ci est nécessaire. La commission dépar tementale des sites La commission départementale des sites et des paysages peut être sollicitée par le Préfet de département pour donner son avis sur un projet de parc éolien. Sa consultation est obligatoire seulement si un site naturel protégé est concerné. Le montage financier Le coût d'investissement d'un parc éolien est élevé : environ 1 million d'euros hors taxe pour 1 mégawatt. Le montage financier d'un tel équipement demeure une opération lourde.

Etape 5 : Une fois les autorisations administratives obtenues, la construction du parc éolien peut débuter. Construire un parc éolien est une opération relativement courte (3 à 9 mois) comparée à la durée des phases d'études et d'autorisations administratives. Un chantier propre Les membres de France Énergie Éolienne se sont engagées à réaliser leurs parcs éoliens sous la forme d'un "chantier propre". La charte de chantier propre prévoit l'organisation des travaux dans le respect de l'environnement humain et naturel. Le lot " éoliennes" Les éoliennes sont assemblées sur place et les composants sont transportées morceau par morceau : la tour en plusieurs tronçons, la nacelle et les pales. Ces composants sont lourds ou encombrants : leur transport exige des chemins aux caractéristiques particulières (pente, largeur, rayon de courbure) et des engins peu répandus (6x6, grues, ...). Le lot "éoliennes" représente plus des deux tiers du coût d'un parc. Le lot " génie civil" Les travaux de génie civil concernent avant tout, d'une part la création de l'accès routier (entre les routes existantes et le parc) et de la desserte des éoliennes et, d'autre part, la réalisation des

fondations des éoliennes. Ce lot "génie civil" peut avoir un impact environnemental conséquent ; de ce fait, il requiert expérience et grande attention. Le lot " électr icité" Il comprend un lot "éolienne", un lot "liaison intra parc" et un lot "évacuation de l'électricité". Les liaisons entre éoliennes ou d'évacuation de l'électricité sont, sauf exceptions, réalisées en technique souterraine. A part la sortie de l'éolienne qui est en basse tension (moins de 1 000 volts), l'ensemble du lot électricité concerne de la moyenne tension (20 000 volts).�

Etape 6 : Pendant une ou plusieurs dizaines d'années, les éoliennes vont délivrer leur production électrique au "fil du vent". Contractuellement, l'obligation d'achat de l'électricité d'origine renouvelable porte sur 15 années, reconductible une fois. La maintenance La présence humaine dans un parc éolien est réduite aux seules opérations de maintenance. On distingue la maintenance programmée (deux fois par an sur chaque machine) de la maintenance imprévue (gestion des pannes et des incidents).

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Etape 7 :

La durée de vie d'un parc éolien est de 20 ans en moyenne. En fin d'exploitation, le parc éolien doit être démantelé. La Loi n° 2003-8 du 3 janvier 2003 relative aux marchés du gaz et de l’électricité et au service public de l’énergie confirme en effet que « l’exploitant d’une installation produisant de l’électricité à partir de l’énergie mécanique du vent est responsable de son démantèlement et de la remise en état du site à la fin de l’exploitation. Au cours de celle-ci, il constitue les garanties financières nécessaires dans des conditions définies par décret en Conseil d’État. » Le démantèlement concerne d’une part le démontage des aérogénérateurs et d’autre part la remise en état du site. Au-delà de ces textes réglementaires, les membres de France Énergie Éolienne s'engagent, à travers la Charte, "à démanteler les éoliennes au terme de leur durée de vie et à remettre en état le site éolien si celui-ci doit être abandonné".

L’éolienne offshore :

Les installations off-shore (en mer) sont très intéressantes car elles offrent des vents forts et réguliers. En France, le potentiel off-shore et sur terre est estimé à 160 TWh, soit 45% de la production nucléaire actuelle.

L'installation de fermes éoliennes offshore est l'une des voies de développement de l'éolien. S'affranchissant en grande partie du problème des nuisances esthétiques, installés dans des secteurs procurant un vent beaucoup plus constant qu'à terre, cette solution permet le développement technique progressif d'éoliennes de très grande puissance.

Diverses solutions sont envisagées pour diminuer le coût du kWh produit. Parmi les solutions étudiées, on peut noter:

• la construction d'éoliennes de plus grande puissance, produisant de 5 à 10 MW par unité • la mise au point de systèmes flottants, ancrés, permettant de s'affranchir des coûts des

fondations de pylônes à grande profondeur.

Les projets des futures éoliennes offshore, à l'horizon 2010, visent une puissance de 10 MW unitaire, avec un diamètre de pales de 160 m.

Un concept encore plus innovant a été développé par Norsk Hydro, il consiste à créer un champ de 200 éoliennes flottantes, par 200 à 700 m de fond, d'une puissance unitaire de 5 MW, soit 1 GW installé

Mais cependant il n’y a pas que des contraintes d’ implantation mai aussi il y a d’ importante contrainte de fabrication

V Coût et avenir de l’énergie éolien : Pr ix d’une éolienne La banane des prix :

Le graphe ci-dessus donne une impression de la gamme de prix, Le prix moyen d'un grand parc éolien moderne se situe autour de 1.000 EUR/USD par kilowatt (kW) de puissance installée

Coût d’un projet éolien La durée de vie d’une éolienne est d’environ 20 ans, une grande éolienne sera rentabilisée en 7 à 10 ans en France. Installation :

Les coûts d'installation comprennent les fondations , la construction de voies (nécessaires pour transporter la génératrice et les sections de la tour au site), le transformateur (nécessaire pour convertir le courant à basse tension produit par l'éolienne en courant à haute tension correspondant à celui du réseau électrique local (10-30 kV)), la liaison téléphonique permettant de contrôler et surveiller l'éolienne à distance, ainsi que les coûts du câblage (pose du câble reliant l'éolienne au réseau électrique). Production et d’entretien : Les coûts d'entretien sont en général peu élevés lorsque l'éolienne est toute neuve, alors qu'ils tendent à augmenter au fur et à mesure qu'elle prend de l'âge. La plus grande partie des coûts d'entretien est constituée d'un montant fixe par an couvrant le service régulier de l'éolienne, mais il y en a qui préfèrent calculer avec un montant fixe par kWh de production électrique, normalement environ 0,01 EUR/USD par kWh. Le raisonnement derrière cette dernière méthode est que l'usure et la fatigue de l'éolienne tend à s'accroître avec l'augmentation de la production d'électricité��� Rachat de l’électr icité produite : En France, l’arrêté du 8 juin 2001 fixe à 8,38 centimes d’euro (83,8

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l’électricité éolienne pendant 5 ans, et ensuite à un prix variable suivant le site pendant 10 ans. Sauf depuis mars 2005, où le dispositif est limité aux parcs de plus de 20MW. L’avenir des éoliennes : L’énergie éolienne constitue un moyen propre et renouvelable de produire de l’électricité. Son avenir comme moyen de complément à la production d’électricité (en particulier nucléaire) apparaît logiquement tout tracé. Mais les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne font l’objet d’âpres discussions. Comme pour l’ instant l’électricité éolienne est plus chère à produire que par les moyens classiques (nucléaire, thermique), elle nécessite des subventions. L’avenir immédiat de l’éolien pourrait être freiné si ses adversaires parvenaient à convaincre les pouvoirs publics de certains pays. Mais ces retards apparaissent comme des combats d’arrière-

garde : il est certain qu’à l’avenir, de plus en plus de ces grandes hélices vont fleurir dans les régions où le vent souffle souvent. Conclusion :

Avantages de l’énergie éolien : C’est une source d’énergie renouvelable et inépuisable, non polluante et avec un faible impact sur l’environnement. Elle a également les avantages suivants : Création d’emploi L’entretien d’un parc éolien crée un seul emploi, mais l’étude, la fabrication, le montage et la maintenance d’un projet éolien génère plusieurs dizaines d’emplois. Le secteur est en expansion en France, il y a là une source de nouveaux emplois non négligeables. Attrait tour istique C’était au départ une conséquence qui n’avait pas été envisagée. Les touristes viennent parfois de loin pour observer et s’ informer sur les éoliennes. Les retombées financières sur la région ne sont pas négligeables (hotellerie, restauration). Taxes

Un autre avantage pour la région, les taxes professionnelles et foncières payées par les exploitants du parc éolien. Environnement

Une éolienne ne produit aucun rejet nocif pour la santé et l’environnement, ni pour les riverains, ni pour les générations futures. Elle permet surtout de créer de l’électricité totalement propre.

Inconvénients de l’énergie éolien :

Le principal inconvénient est le coût élevé d’un projet éolien (de l’étude à l’exploitation). Toutefois, cet aspect pourrait s’améliorer avec les économies d’échelle réalisées si l’éolien se développait un peu plus en France. Autre inconvénient, l’éolienne en fin de vie est démantelée et ne laisse aucune trace dans le paysage, sauf le socle en béton destiné à la stabiliser. Ce bloc est difficile à extraire de la terre, il reste donc enfoui à l’emplacement de l’éolienne.

L’éolien est une énergie renouvelable qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. La France dispose d’une bonne situation géographique pour exploiter cette source d’énergie. Aujourd’hui un parc éolien est rentable d’un point de vue technique et économique, mais les projets éoliens sont freinés principalement par des contraintes sociales. Avant d’entamer ce débat, l’énergie éolienne est-elle exploitable et rentable comme source d’électricité en France ?