Les moulins à vent
L’usage de l’énergie éolienne ne date pas d’aujourd’hui. L’usage des moulins à vent pour accomplir un travail mécanique se répand en Europe vers la fin du XIe siècle. On peut encore voir d’anciens moulins à vent en France, en Hollande ou ailleurs. Ils ont souvent perdu leurs ailes.
Avant de faire tourner des alternateurs pour produire de l’électricité, les moulins à vent actionnaient des meules pour moudre le grain ou des vis d’Archimède utilisées pour élever des liquides, en particulier pour l’épuisement des fondations dans les constructions hydrauliques. Dans les sucreries et distilleries, elle servait à élever les betteraves qui venaient d’être lavées.
L’énergie éolienne idéale: un poil dans la main!
On fait semblant de découvrir le problème de la transition énergétique. Elle ne date pas d’aujourd’hui. Je me souviens du rapport du CNRS en 1975 sur le sujet…
Et de la merveilleuse exposition « Énergies libres », en 1976, organisée par le Centre de Création Industrielle, la dernière exposition du CCI qui aura lieu au musée des Arts décoratifs avant sa migration au Centre Pompidou. Cette exposition traitant du problème des énergies alternatives était illustrée par Reiser. Son dessin pour représenter l’énergie éolienne était une main et un grand poil planté dans la paume, flottant au vent.
Les éoliennes pour produire de l’électricité
Les deux sources principales sur l’énergie éolienne utilisées dans cet article sont:
Un rapport fait au nom de la commission du développement durable et de l’aménagement du territoire a été présenté devant les députés pour raisonner le développement de l’éolien.
Le site de Monsieur Jancovici
Il est important de prendre en compte tous les éléments et de bien vérifier de quoi parlent les chiffres sur l’énergie éolienne.
- Différence entre puissance installée et production effective d’électricité (s’il n’y a pas de vent, la puissance théorique installée peut être importante et l’éolienne ne pas produire d’électricité!) Ce qui signifie qu’il faut bien distinguer la puissance en kW et la production d’électricité en kWh!
- Intermittence et fluctuation du vent
- Prévision du vent, utilisation de l’IA pour la localisation des installations.
- Importance des progrès de la maintenance : prévoir les pannes, comparer le fonctionnement de l’éolienne au temps T au fonctionnement considéré comme normal.
- Traiter en temps réel les données des éoliennes
- Éolien offshore : câbles électriques en mer : vulnérables au menaces.
- Évaluer les nuisances: pour les riverains, pour le bétail, pour les oiseaux migrateurs, pour les ULM ou autres engins volants, pour les pêcheurs dans le cas du offshore.
- Évaluer les avantages financiers pour les communes et les agriculteurs versus les nuisances.
Quelques chiffres sur l’énergie
Production et consommation d’énergie en France
consommation totale d’énergie primaire : 2 769 TWh en 2021
consommation finale (après pertes lors de la transformation) : 1627 Twh
L’électricité représente 40% de la consommation finale soit 650 TWh
un Téra = 10 puissance 12 : donc mille milliards
1 GW de puissance productive électrique par million d’habitant
Mix électricité en France
Nucléaire : 67,1%
Hydraulique : 13 %
Éolien : 7,9%
Thermique : 7,5
Solaire : 2,5%
Bioénergies : 1,9%
Mix énergétique français en énergie primaire
Électricité : 25,1 %
Renouvelable thermique et déchets : 10,1%
Produits pétroliers : 41,6 %
Gaz naturel : 19,9 %
Chaleur commercialisée dont géothermie : 2,5%
Charbon : 0,7 %
caractéristiques des éoliennes
Puissance d’une éolienne : entre 750 kW et 3 MW
Hauteur totale : entre 120 et 155 m.
Prix d’une éolienne industrielle terrestre : environ 1,4 millions €
Prix d’une éolienne offshore : environ 18 millions €
En 2022, l’éolien a produit 37,87 Twh en 2022 soit environ 6% de l’électricité consommée (on voit la différence avec les 7,9% de puissance installée: l’énergie éolienne est fluctuante et l’énergie produite est très variable).
Au 30 juin 2022, la France comptait 2183 installations éoliennes pour une puissance de 20,9 gigawatts (gW): si tout était transformé en électricité (si le vent n’était pas intermittent et si le rendement était de 100% on aurait dû produire : 20,9X365X24= 183 000 GWh=183TWh ce qui est loin d’être le cas comme on peut le constater ci-dessus)
Développement de l’énergie éolienne
La France est un pays densément peuplé et le développement de l’éolien provoque des conflits d’usage à terre comme en mer, qui s’intensifient. Ils concernent notamment l’exercice de certaines activités économiques.
Une source d’énergie très variable
L’énergie électrique fournie par une éolienne est fortement variable au cours du temps. En effet, une éolienne ne délivre sa puissance maximale (ou puissance nominale) que dans une fourchette de vitesses de vent assez restreinte : trop lent, le vent n’entraîne pas les pales assez vite, trop rapide, il les entraînerait trop vite et il faut réduire la vitesse de rotation (en faisant pivoter les pales) pour éviter des turbulences en bout de pale.
Pour améliorer la gestion de cette énergie intermittente les producteurs développent des outils de supervision pour détecter un dysfonctionnement, repérer une intrusion. il faut être capable d’alerter rapidement les équipes d’exploitation et de gérer à distance la marche et l’arrêt d’une éolienne ou d’un parc… Il faut aussi être capable d’anticiper le devenir des équipements mais aussi d’informer et de répondre aux questions des riverains ou collectivités. Les outils numériques sont ici bien utiles.
Quelques ordres de grandeur
Une éolienne produit autant d’électricité, pendant toute l’année, que si elle tournait à puissance maximum pendant 2000 heures environ. (moins de 3 mois). Le maximum de puissance atteinte est de 2/3 et le minimum moins de 4% de la puissance installée.
Si on voulait fournir toute l’électricité française, il faudrait couvrir 5% du territoire avec des éoliennes. Ou 125 000 éoliennes de 100 m de haute et 2MW de puissance.
Consommation moyenne d’électricité d’un foyer par an : 4679 kWh
Toute la production éolienne français alimente ainsi un peu plus de 800 000 foyers !
Comment pallier l’intermittence?
L’éolien est un moyen de production d’énergie intermittent et variable, c’est un moyen d’éviter, quand le vent souffle, l’utilisation d’un mode de production « autre ». Et donc :
- avoir des éoliennes ne dispense pas d’avoir aussi, pour une puissance installée à peu près équivalente (on peut admettre 10% de différence), d’autres moyens de production « ailleurs » qui servent de relais en l’absence de vent suffisant.
- comme l’éolien est variable, les moyens complémentaires doivent être mobilisables en quelques heures, c’est-à-dire qu’il s’agit… de moyens de pointe ! Et ces moyens de pointe, il n’y en a pas trente-six : ce sont soit des barrages (mais en France, on n’est pas loin du max de la capacité installable), soit des centrales à combustibles fossile (en particulier du gaz), parce que le nucléaire est incapable, pour des raisons techniques, d’avoir une production qui varie rapidement.
En France, un plan massif d’éolien raccordé au réseau signifiera dans les faits, une augmentation des émissions de gaz à effet de serre . Par contre, si un pays fait déjà massivement son électricité de manière thermique, le bénéfice est réel mais… à condition de conserver des centrales thermiques (cas du Danemark et de l’Allemagne par exemple). Le coût complet du kWh éolien est alors à comparer au seul coût de combustible des centrales non utilisées quand le vent souffle.
Contrairement à une idée reçue, l’éolien n’est pas un mode de production « décentralisé ».
- une éolienne produit du courant en moyenne tension (20 kV), transformé en courant haute tension pour être injecté dans le réseau de transport (qui va de 90 kV à 400 kV). Sauf pour quelques installations artisanales, il n’y a pas correspondance entre le lieu de production et le lieu de consommation, l’éolien alimentant, comme tous les autres modes de production électrique (sauf le photovoltaïque intégré au bâti), le réseau global. Heureusement pour les Danois par exemple, très équipés en éolien, qui ne peuvent consommer localement l’électricité éolienne produite quand le vent souffle fort !
- L’éolienne est bien locale mais l’ensemble ne peut fonctionner que grâce à un réseau national voire international.
- les barrages aussi sont locaux, mais comme l’éolien, ils servent à réguler le réseau européen, et pour tous les moyens de production qui injectent sur le réseau de transport il n’y a pas de correspondance entre le lieu de production et le lieu d’utilisation.
Faut-il passer des années à se focaliser sur le casse-tête de l’éolien, quand un programme un peu sérieux d’économies d’énergie – comme par exemple l’isolation des logements existants, qui ne demanderait pas plus d’argent public – pourrait facilement faire baisser la consommation d’énergie de 10%, c’est à dire plus que ce qu’apportent les éoliennes ?
La production éolienne n’amène ni économies de CO2 significatives, ni amélioration de la balance commerciale (au contraire, on importe les éoliennes !), ni sécurisation du réseau électrique (au contraire).
L’engouement pour l’éolien n’est pas justifié par les ordres de grandeur de coûts et de production d’électricité.
L’Allemagne, qui vient juste après le Danemark (pour la production éolienne) a des émissions de gaz à effet de serre par habitant bien au-dessus de la moyenne européenne.
Monde avec « juste des renouvelables » rime avec diminution de notre consommation d’énergie d’un facteur trois ou quatre!
L’énergie éolienne offshore
Quelle proposition pour transformer l’acceptabilité en creux de l’éolien offshore (structurellement moins générateur d’oppositions) en début de consensus ? On pourrait répondre par une pirouette formelle : Némo, le petit poisson de récif au faciès ciselé pour provoquer la sollicitude pourrait être le meilleur allié des nouveaux amers éoliens… Les multiples spots artificiels de revivification (plateformes, piles de pont, éoliennes) de la Mer du Nord n’ont pas été des sujets privilégiés d’étude sur leur impact positif pour la biodiversité. Le défi reste de taille !
L’éolien offshore est un écosystème à la croisée des progrès technologiques de ces dernières années et de la recherche de conditions d’acceptabilités de ce type de machines. Les modèles proposés par le plan français sont susceptibles de ne pas avoir d’obsolescence rapide car ils arrivent au moment où les puissances développées donnent un avantage compétitif à la technologie mise en œuvre.
Les ilots de revivification constitués par les embases des machines n’ont pas suscité de méthodologie particulière pour connaitre leur qualité de nurserie pour les alevins. En effet, il est très difficile d’expliquer aux pêcheurs que les zones d’exclusion autour des champs d’éoliennes ne deviennent pas des refuges pour les poissons qui « au fond ne sont pas si cons ! ». D’autre part, les études montrent qu’au-delà de la surpêche, le massacre des alevins est une question liée à la transhumance de leurs prédateurs, industrialisée par le ballastage des grosses unités maritimes.
Les missions de lobbying imaginées par les producteurs et l’État interviennent maintenant car il s’agit de définir les nouvelles zones de développement des champs offshore. Les retombées pour les collectivités locales littorales ne sont pas du tout négligeables et on compte sur cela pour faire taire les revendications des pêcheurs dont la flotte passe à la ferraille de toute façon.
Et alors, les alternatives pour la production de l’énergie de demain ?
Le solaire sous toutes ses formes pourrait-il suffire. Les éoliennes (le vent est une conséquence du solaire pour faire simple…), le photovoltaïque et l’agro-photovoltaïque pour adapter nos cultures aux bourgeonnements précoces décalés des gelées persistantes ainsi que des surchauffes estivales.
On oublie les pompes à chaleur… Si les industriels s’y mettaient, il pourraient remplir l’utopie de l’an 2000 « le coût marginal du Watt électrique a vocation à suivre celui de la communication téléphonique : approcher de zéro ! ». Une pompe à chaleur n’est en somme qu’un frigo à l’envers! Pourquoi sont-elles si chères? Avec des sources d’énergie électrique primaires mises dans des aérogénérateurs à effet thermodynamique, nous devrions réussir à faire face à la deuxième révolution de l’électricité !
La troisième révolution sera bien sûr le nucléaire. Pas le nucléaire actuel mais la fusion inertielle (bore-proton) !